以壓縮空氣為原料,小型液氮機(jī)利用一種叫作碳分子篩的吸附劑對(duì)氮、氧的選擇性吸附,把空氣中的氮分離出來。碳分子篩對(duì)氮、氧的分離作用主要是基于氮、氧分子在分子篩表面的擴(kuò)散速率不同,較小直徑的氧分子擴(kuò)散較快,較多地進(jìn)入分子篩固相;較大直徑的氮分子擴(kuò)散較慢,較少進(jìn)入分子篩固相,這樣,氮在氣相中得到富集。
一段時(shí)間后,分子篩對(duì)氧的吸附達(dá)到一定程度,通過減壓,被碳分子篩吸附的氣體被釋放出來,分子篩也就完成了再生。這是基于分子篩在不同壓力下對(duì)吸附氣體的吸附量不同的特點(diǎn)。變壓吸附制氮設(shè)備通常使用二個(gè)并聯(lián)的吸附器,交替進(jìn)行加壓吸附和減壓再生,操作循環(huán)周期約2分鐘。
以空氣為原料,以碳分子篩作為吸附劑,小型液氮機(jī)運(yùn)用變壓吸附原理,利用碳分子篩對(duì)氧和氮的選擇性吸附而使氮和氧分離的方法,通稱PSA制氮。此法是七十年代迅速發(fā)展起來的一種新的制氮技術(shù)。與傳統(tǒng)制氮法相比,它具有工藝流程簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)氣快(15~30分鐘)、能耗低,產(chǎn)品純度可在較大范圍內(nèi)根據(jù)用戶需要進(jìn)行調(diào)節(jié),操作維護(hù)方便、運(yùn)行成本較低、裝置適應(yīng)性較強(qiáng)等特點(diǎn),故在1000Nm3/h以下制氮設(shè)備中頗具競(jìng)爭(zhēng)力,越來越得到中、小型氮?dú)庥脩舻臍g迎,PSA制氮已成為中、小型氮?dú)庥脩舻姆椒ā?/div>
小型液氮機(jī)是一種傳統(tǒng)的制氮方法,已有近幾十年的歷史。它是以空氣為原料,經(jīng)過壓縮、凈化,再利用熱交換使空氣液化成為液空。液空主要是液氧和液氮的混合物,利用液氧和液氮的沸點(diǎn)不同(在1大氣壓下,前者的沸點(diǎn)為-183℃,后者的為-196℃),通過液空的精餾,使它們分離來獲得氮?dú)狻I罾淇辗种频O(shè)備復(fù)雜、占地面積大,基建費(fèi)用較高,設(shè)備一次性投資較多,運(yùn)行成本較高,產(chǎn)氣慢(12~24h),安裝要求高、周期較長。綜合設(shè)備、安裝及基建諸因素,3500Nm3/h以下的設(shè)備,相同規(guī)格的PSA裝置的投資規(guī)模要比深冷空分裝置低20%~50%。深冷空分制氮裝置宜于大規(guī)模工業(yè)制氮,而中、小規(guī)模制氮就顯得不經(jīng)濟(jì)。
以空氣為原料,在一定壓力條件下,利用氧和氮等不同性質(zhì)的氣體在膜中具有不同的滲透速率來使氧和氮分離。和其它制氮設(shè)備相比它具有結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、體積更小、無切換閥門、維護(hù)量更少、產(chǎn)氣更快(≤3分鐘)、增容方便等優(yōu)點(diǎn),小型液氮機(jī)特別適宜于氮?dú)饧兌?le;98%的中、小型氮?dú)庥脩?,有功能價(jià)格比。而氮?dú)饧兌仍?8%以上時(shí),它與相同規(guī)格的PSA制氮機(jī)相比價(jià)格要高出15%以上。