深冷法制氮與變壓吸附（PSA）法制氮比較
深冷法制氮與變壓吸附（PSA）法制氮比較
隨著工業的迅速發展，氮氣在化工、電子、冶金、食品、生物、醫藥等領域獲得了廣泛的應用，氮氣的需求量逐年大幅增加。氮氣的化學性質不活潑，在平常狀態下表現為很大的惰性，不易與其他物質發生化學反應。因此，氮氣在電子、化工、食品、生物、醫療中廣泛的用來作為保護氣和密封氣，一般保護氣的純度要求為99.99%，有的要求99.998%以上的高純氮。液氮是一個較方便的冷源，在食品、醫療、生命科學等方面得到越來越普遍的應用。
純凈的氮氣無法從自然界直接汲取，但是可以通過分離空氣獲得�，F有的空氣分離氮氣方法包括：深冷法、變壓吸附法(PSA)、膜分離法。本文主要討論深冷法和PSA法制氮。
原理
PSA法制氮是以空氣為原料，以碳分子篩（CMS）作為吸附劑，運用變壓吸附原理，利用碳分子篩對氧和氮的選擇性吸附而使氮和氧分離的方法�？諝饨浛諝膺^濾器清除灰塵和機械雜質后進入空氣壓縮機，壓縮至所需壓力，經嚴格的除油、除水、除塵凈化處理，輸出潔凈的壓縮空氣，目的是確保吸附塔內分子篩的使用壽命。裝有碳分子篩的吸附塔共有二個，一個塔工作時，另一個塔則減壓脫附。潔凈空氣進入工作吸附塔，經過分子篩時氧、二氧化碳和水被其吸附，流至出口端的氣體便是氮氣及微量的氬和氧。另一塔（脫附塔）使已吸附的氧氣、二氧化碳和水從分子篩微孔中脫離排至大氣中。這樣兩塔輪流進行，完成氮氧分離，連續輸出氮氣。PSA制取的氮氣純度為95%-99.9%，假如再經過氮氣凈化設備處理，得到的高純氮氣純度可達99.9995%。目前PSA制氮最大的生產能力為3000 Nm3/h。
深冷法制氮是一種傳統的制氮方法，已有近幾十年的歷史。它是以空氣為原料，利用液氧和液氮的沸點不同（在1大氣壓下，O2的沸點為-183℃，N2的為-196℃），通過液態空氣的精餾，使它們分離來獲得純氮，同時也可以獲得純氧。空氣經空氣過濾器清除灰塵和機械雜質后進入空氣壓縮機，壓縮至所需壓力，然后送入空氣冷卻器，降低空氣溫度。再進入空氣干燥凈化器，除去空氣中的水份、二氧化碳、乙炔及其它碳氫化合物。凈化后的空氣進入空分塔中的主換熱器，被返流氣體（產品氮氣、廢氣）冷卻至飽和溫度，送入精餾塔底部，在塔頂部得到氮氣，液空經節流后送入冷凝蒸發器蒸發，同時冷凝由精餾塔送來的部分氮氣，冷凝后的液氮一部分作為精餾塔的回流液，另一部分作為液氮產品出空分塔。由冷凝蒸發器出來的廢氣經主換熱器復熱到約130K進膨脹機膨脹制冷為空分塔提供冷量，膨脹后的氣體一部分作為分子篩的再生和吹冷用，然后經消音器排入大氣。由空分塔出來的液氮進液氮貯槽貯存，當空分設備檢修時，貯槽內的液氮進入汽化器被加熱后，送入產品氮氣管道。深冷制氮可制取純度≧99.999%的氮氣。
膜分離法以空氣為原料，在一定壓力條件下，利用氧和氮等不同性質的氣體在膜中具有不同的滲透速率來使氧和氮分離。
比較
流程比較
由原理，我們可以發現：PSA制氮流程簡單，設備數量少，主要設備僅有空壓機、空氣干燥器、吸附制氮機和儲氣罐等。而深冷制氮流程復雜，設備數量多，主要設備有空壓機、空冷器、空氣凈化干燥器、換熱器、膨脹機和精流塔等。
產品種類和純度比較
深冷制氮不僅可以生產氮氣而且可以生產液氧。深冷制氮不僅滿足液氮的實時工藝需要，而且也可將液氮儲存在貯槽內，當出現氮氣負荷間斷或空分設備檢修時，貯槽內的液氮進入汽化器被加熱后，滿足對氮氣的需求。深冷制氮的運轉周期（指兩次大加溫之間的間隔期）一般為1年以上，因此深冷制氮一般不考慮備用。而PSA制氮只能生產氮氣，無備用手段，單套設備不能保證連續長周期運行。
深冷制氮可制取純度≧99.999%的氮氣。氮氣純度受到氮氣負荷、塔板數量、塔板效率和液空中氧純度等的限制，調節范圍很小。因此，對于一套深冷制氮設備其產品純度基本是固定的，不便調節。PSA制氮制取的氮氣純度一般在95%-99.9%范圍內，假如需要更高純度的氮氣需增加氮氣凈化設備。氮氣純度只受產品氮氣負荷的影響，在其他條件不變情況下，氮氣排出量越大，氮氣的純度就越低；反之則越高。因此，對于一套PSA制氮設備只要負荷允許，其產品純度可以在90-99.9%之間任意調節。PSA制氮沒有氮氣儲存裝置，制氮系統停止，氮氣供應就終止。
運行控制比較
深冷法由于是在極低溫度下進行的，設備在投入正常運行之前，必須有一個預冷啟動過程，啟動時間即從膨脹機啟動至氮氣純度達到要求的時間一般不小于12 h；設備在進入大修之前，必須有一段加溫解凍的時間，一般為24 h。因此，深冷法制氮設備不宜常常起、停，宜長時間連續運行。PSA法啟動時，只要按一下按鈕，啟動30 min內便可以獲得合格的氮氣產品，假如需要高純的氮氣，那么經過氮氣凈化裝置，大約再用30 min便可獲得99.99%-99.9999%的高純氮氣。停機時也只需按一下按鈕便可。因此，PSA制氮特殊適用于間斷運行的情況。現在深冷法制氮雖然一般均采用先進的DCS（或PLC）計算機控制技術，實現中控、機旁、就地一體化的控制，但是過程仍需專業人員實時監控。PSA制氮采用智能化全自動控制，按鈕即可進行氮氣生產，無需專人管理。
結論
深冷法制氮設備復雜、占地面積大，基建費用較高，設備一次性投資較多，運行成本較高，產氣慢(12-24 h），安裝要求高、周期較長。深冷法制氮裝置宜于大規模工業制氮，而中、小規模制氮就顯得不經濟。與深冷法相比，PSA法具有工藝流程簡單、自動化程度高、產氣快(15-30 min)、能耗低，產品純度可在較大范圍內根據用戶需要進行調節，操作維護方便、運行成本較低、裝置適應性較強等特點，故在1000 Nm3/h以下制氮設備中頗具競爭力，越來越得到中、小型氮氣用戶的歡迎，PSA制氮已成為中、小型氮氣用戶的首選方法。
標簽：
深冷法 變壓吸附法 制氮
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