PSA制氮机的应用研究和发展前景

蔡振男

摘要：现如今，随着社会经济的持续发展，在机械、食品、冶金、电子以及化工等领域中，氮气的应用较为广泛与常见，且各行业对氮气的需求量也在持续增加。PSA制氮机是制氮的主要方式和途径，通过对PSA制氮机应用原理与流程展开有效研究，并对其发展前景进行更好地认知与预测，能够将PSA制氮机的作用与价值更好地发挥出来。因此，本文主要对PSA制氮机的应用研究与发展前景进行研究与分析，旨在生产出更多而氮气，供应各行业生产与发展过程中的使用，推动社会经济的稳步、健康发展。

关键词：PSA制氮机；应用；发展前景；探究

当前，在化工、电子、冶金等工业中，氮气主要被作为一种密封气与保护气，其应用的效果较为理想，且其需求量在以每年8%左右的速度在增长。同时氮气在食品、机械等领域也得到了更为广泛的应用。由于氮气的化学性质并不活泼，其惰性很强，不容易和其他物质产生化学反应。氮气作为保护气来进行应用时，一般要求其纯度要在99.99%以上，还有一些由于作业需求比较高，那么对于氮气的纯度要求也比较高，高纯氮的要求要达到99.998%以上。在畜牧业、医疗卫生事业、食品工业等领域，液氮是一种应用比较方便的冷源，且应用的效果比较理想。在化肥产业中，合成氨是化肥的主要原料，而氢氮混合气体是合成氨的主要材料，可见氮气的应用重要性非常显著。在应用PSA制氮机进行制氮时，通过掌握PSA制氮机的应用原理及方法，能够生产出纯度更高的氮气，具有很好的应用前景。

1. PSA制氮机的概述

PSA是变压吸附制氮机的简称。PSA是一种分离气体的新技术、新工艺，其起初源于外国，并得到了广泛的应用与发展。PSA的制氮原理主要是通过对分子筛的合理利用，来对不同气体分子进行吸附，从而将混合气体中的不同气体分子进行分离开来。PSA制氮机在进行制氮时，需要将空气作为原料，利用一种高选择性与效能性的固体吸附剂来对氧气与氮气进行选择性吸附，从而将氧气与氮气从空气中进行分离。而在制氧、制氮的过程中，沸石分子筛以及碳分子筛的应用频率较高。由于两种分子筛的扩大速率不同，其分离氧气与氮气的作用也不同。碳分子筛不仅具有分子筛的作用，也具有活性炭的作用。碳分子筛的孔径较小，一般其孔径都在1纳米以内。直径越小的气体，其扩散速率越高、扩散的越快，很多氧气分子会进入到分子筛固相，这样在气相中就容易富集更多的氮气。经过一段时间以后，分子筛对氧气的吸附趋于平衡以后，在压力降低的情况下，逐渐接触碳分子筛对氧气的吸附，从而实现再生。PSA的变压吸附工艺一般应用两塔并联的方式，交替加压进行吸附于解压，进而获取更为连续的氮气流^[1]。

2. PSA制氮机的应用流程及发展前景分析

1、PSA制氮机的应用流程分析

PSA制氮机的应用流程主要是空气先通过过滤器，将杂质以及灰尘进行简单的清除，然后经过过滤的空气会进入到空气压缩机中进行压缩，在压缩过程中会需要应用一定的压力，经过除尘、除水、除油以及严格的净化后，会输出更加干净的空气，空气越干净，其吸附塔内的分子筛应用效率越高，其使用寿命就会越长。PSA制氮机一般有两个装有碳分子筛的吸附塔，一个在进行吸附时，那么另一个塔会减压脱附。通常干净的空气进入到工作的吸附塔中，碳分子筛会吸附水、二氧化碳以及氧气，当将这些气体和水分吸附掉以后，吸附塔的出口端流出的气体主要就是氮气，也有一些少量或者微量的氧气与氩气。一个塔在吸附时，那么另一个塔择进行脱附，其会将吸附塔中的水分、二氧化碳以及氧气从分子筛的微孔中进行脱离，并将这些脱附的气体分子以及水分排放到大气当中去。吸附塔与脱附塔反复进行交替，实现氧气与氮气的分离，从而获取更多的氮气。利用PSA制氮机左制取的氮气纯度一般在95%-99.9%之间，如果由于工业生产的需求，需要纯度更高的氮气作为支撑，那么就需要在现有的PSA制氮机的基础上增加氮气净化设备，将PSA制氮机输出的氮气输送到氮气的净化设备中，然后在其中添加一些适量的氢气，在氮气净化设备的除氧塔中，氮气与氧气会发生一定的催化反应，将氧气进行分解，再经过冷凝器进行冷却后，进行干燥。此外，吸附塔与脱附塔之间交替并联，当一个塔进行吸附时，那么另一个就会起到脱附的作用，而当另一个是吸附塔，那么剩余的那个塔就是脱附塔，二者相互交替作业，从而得到更多高纯氮。一般情况下，PSA制氮机制氮的生产能力最大为3000m3n/h，且氮气纯度可达99.9995%。 PSA制氮机在应用时，一般应用的设备数量很少、流程也比较简单，如储气罐、吸附制氮机、空气干燥器以及空气压缩机等，其操作起来比较简单易行、应用范围比较广泛。与此同时，PSA制氮机在运行时，要按照操作规程进行严格操作，并对设备的运行情况进行详细记录，为更好地维护与保养做铺垫。同时在设备运行过程中，要对各阀门的开关状态进行严格的严查，并对电源是否正常进行判断，检查好后才能够开机进行运转。当开机运行时，要先开启控制柜的总电源开关，当冷冻干燥机运行5分钟以上时，在开启空气压缩机，当空气缓冲罐的压力升高到0.8兆帕时，对气动的三联件调节到0.55兆帕，然后按运行开关进行工作。当氮气的缓冲罐压力升高0.6兆帕时，要减压，调节减压阀的压力到出气口的压力即可。在PSA制氮设备停机时，要先对氮气的送气闸阀进行关闭，然后再关闭控制柜的停止开关，使得制氮机停止运行。然后再按照停止空压机、冷干机的顺序来有序操作，最后关闭电源，并对停机的时间、状态进行记录

^[2]。

在操作PSA制氮机时，有一些注意事项需要注意，不能频繁的启动冷干机，且间隔的时间要≥5分钟。氮气的分析仪可检测的气量不要过大，一般在300毫升-400毫升之间为宜。在制氮机运行过程中，要对空气过滤器、压缩机、冷干机以及缓冲罐等运行状态、排污情况进行检查，一般1小时或者2小时检查一次，如果排污口存在故障而导致不能自动排污，那么必须要及时进行手动排污，防止制氮效率降低。在维修管路时，要及时将管路与储罐中的压力进行泄压，这样能够最大化的降低安全事故的发生概率，提升制氮效率。而操作人员在检修时，如果进入高纯氮的空间，那么必须进行空气置换，全面检测高纯氮空间的氧气浓度，如果合格，才能够进入进行检修。

2、PSA制氮机的发展前景分析

PSA制氮机在实际应用时，其原料是空气，吸附剂是碳分子筛，应用变压媳妇的原理与方法，通过对碳分子筛的有效应用，实现对氧气与氮气的分离。PSA制氮方法诞生于上个世纪70年代，和一些传统的制氮方式比较，其耗能更低、氮气的纯度相对更高、具有较高的自动化程度以及较为简单的工艺流程，产气的速度也比较快，在最大化的范围内能够进行自由调节，操作与维护起来更为方便与快捷，其运行成本低廉，且PSA制氮机具有很强的适应性，因而在制氮行业中，PSA制氮机的竞争实力较强，且在小型、中型的氮气企业中应用更为广泛，也是很多中小氮气生产企业的首选。

在实际的应用过程中，PSA制氮机的应用范围非常广泛，且应用成本较低，是很多小型经济类企业的应用首选，其能够更好地满足企业的实际制氮需求，并为企业的持续经营与发展提供助力支撑，在未来的应用效果会更好，能够满足更多企业的实际氮气需求^[3]。

3. 结束语

综上所述，当前，很多企业在实际经营中都会用到氮气，且氮气的需求量也在逐渐增加。为了能够更好地满足企业实际用氮需求，应用PSA制氮设备，既能够满足大多数企业的氮气需求，还能够降低制氮的成本，其耗能低、效率高，能够推动企业更好生产与运营。

参考文献：

1. 孙移.PSA制氮机控制系统的设计与优化[J].机械设计与制造工程,2018,(5).69-72.

2. 翟瑞斌.PSA制氮机的应用研究和发展前景[J].科学与财富.2019,(18).244.

3. 王小军.PSA制氮机控制系统的优化设计[J].机电工程技术.2019,(5).48-50.