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制氮机主要原理是：由于空气中氧、氮两种气体分子在碳分子筛表面微孔的扩散速率不同，直径较小的氧分子扩散较快，较多的进入分子筛固相(微孔)，直径较大的氮分子扩散较慢，进入分子筛固相(微孔)也较小，这样，在气相中就得到氮的富集成份；在吸附平衡情况下，空气压力越高，则碳分子筛的吸附量越大；反之压力越低，则吸附量越小。投入工业运行的PSA空分制氮装置一般具有二个或二个以上吸附器组成，各吸附器通过优化纵使，交替循环工作，以达到连续产氮和提高氮气回收率等目的。制氮设备(也称制氮机,制氮装置)工作流程是：空气经压缩机压缩，进入冷干机进行冷冻干燥，以达到变压吸附制氮系统对原料空气的要求。再经过过滤器除去原料空气中的油和水，进入空气缓冲罐，以减少压力波动。后，经调压阀将压力调至额定的工作压力，送至二台吸附器（内装碳分子筛），空气在此得到分离，制得氮气。原料空气进入其中一台吸附器，产出氮气；另一台吸附器，则减压解吸再生。二台吸附器交替工作，连续供给原料空气，连续产出氮气。氮气送至氮气缓冲罐，经调压阀将压力调至额定压力；再通过流量计计量，氮气分析仪分析检测，合格的氮气备用，不合格氮气放空（刚开制氮机时）。深冷空分制氮是一种传统的制氮方法，已有近几十年的历史。它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下，前者的沸点为-183℃，后者的为-196℃)，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。深冷空分制氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气慢(12～24h），安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素，3500Nm3/h以下的设备，相同规格的PSA装置的投资规模要比深冷空分装置低20%～50%。深冷空分制氮装置宜于大规模工业制氮，而中、小规模制氮就显得不经济。制氮机是根据变压吸附原理，采用高品质的碳分子筛作为吸附剂，在一定的压力下，从空气中制取氮气。经过纯化干燥的压缩空气，在吸附器中进行加压吸附、减压脱附。由于空气动力学效应，氧在碳分子筛微孔中扩散速率远大于氮，氧被碳分子筛优先吸附，氮在气相中被富集起来，形成成品氮气。然后经减压至常压，吸附剂脱附所吸附的氧气等杂质，实现再生。一般在系统中设置两个吸附塔，一塔吸附产氮，另一塔脱附再生，通过PLC程序控制器控制气动阀的启闭，使两塔交替循环，以实现连续生产高品质氮气之目的。整套系统由以下部件组成：压缩空气净化组件、空气储罐、氧氮分离装置、氮气缓冲罐。
