变压吸附(PSA)空分制氮装置

PSA制氮机简介碳分子筛变压吸附(简称:PSA)制氮装置，是一种新型的空气分离的高新技术设备，以压缩空气为原料，碳分子筛为吸附剂，采用变压吸附流程制取氮气。

在常温常压下，利用空气中的氧和氮在碳分子筛表面的吸附量的差异及氧和氮在碳分子筛中的扩散速率不同,通过可编程序控制器控制气动阀的启闭，实现加压吸附、减压脱附的过程，完成氧、氮分离，得到所需纯度氮气，氮气的纯度和产气量可按照客户要求调节。

本公司生产的DFD系列普氮型制氮装置，氮气纯度为95%--99.999%，产气量为1Nm3 /h--3000Nm3 /h。

如果客户要求高纯度的氮气，则可以在DFD制氮装置后面配套我公司生产的加氢或加碳脱氧系列氮气纯化装置，纯度可以达到99.9999%，露点达到-70°C，氧含量为1ppm的高纯氮气。

PSA制氮机的特点、成本低：PSA先进工艺是一种简便的制氮方法，开机后几分钟产生氮气，能耗低，氮气成本远远低于深冷法空分制氮和市场上的液氮。

2、性能可靠：进口微电脑控制，全自动操作，无需要特别训练的操作人员，只需按下启动开关，就可自动运转，达到连续供气。

3、氮气纯度稳定：完全由仪表监控、显示，确保所需氮气纯度。

4、选用优质进口分子筛：具有吸附容量大，抗压性能强，使用寿命长等特点。

5、高品质的控制阀门：优质的进口专用气动阀门可以保证制氮设备可靠地运转。

6、雄厚的技术力量和优良的售后服务：现场安装只需管道和电源，专业技术人员指导和定期回访，从而保证设备稳定可靠、长期运行。

PSA制氮机的应用领域一．SMT行业应用充氮回流焊及波峰焊，用氮气可有效抑止焊锡的氧化,提高焊接润湿性，加快润湿速度减少锡球的产生，避免桥接，减少焊接缺陷，得到较好的焊接质量。

使用氮气纯度大于99.99或99.9%。

二．半导体硅行业应用半导体和集成电路制造过程的气氛保护，清洗，化学品回收等。

三．半导体封装行业应用用氮气封装、烧结、退火、还原、储存。

PSA变压吸附制氮装置使用手册-2013年[1]PSA 制氮装置使用手册在设备使用前请认真阅读此使用手册！一、安全规范1、氮气属于惰性气体，在封闭或狭小的空间容易发生窒息，造成人身安全隐患。

2、在维修设备时不可带电或带压操作。

二、操作规范 1、开机1.1送上设备的供电电源； 1.2开启冷干机； 1.3开启空压机；1.4待空气储罐压力达到0.7Mpa 时，打开驱动气压力阀门，确认并调节驱动气的压力在4～6bar 之间。

（一般驱动气压力已经调好，不必进行调节。

在驱动气压力异常时，方可进行调节）；1.5开启制氮机（按下制氮机启动运行按钮）；1.6观察吸附塔的吸附压力，确认吸附压力正常（0.65～0.75Mpa 具体以制氮机大小而定）。

当吸附压力不正常或感觉吸附时间不对时，可用钟表对时间进行确认，循环周期结束后，氮气缓冲罐里开始进去氮气；1.7仪表电源面板控制时，打开取样仪表电源。

非面板控制时，当开启制氮机电源时，取样仪表即可得电；1.8当氮气压力超过4bar 时，打开取样阀，取样流量在400～600ml/min ；1.9在取样仪表正常显示工作时，缓慢打开放空阀。

（阀门的开启要缓慢，阀门开启过快，气流对流量计产生较大的冲击，造成流量计的损坏）放空流量可以调节到额定气量的一半左右，这样，达到指标合格的时间就会加快；。

流量换算为：110+??=读数压力读取流量实际流量，读数压力的单位为bar 。

1.10观察空气缓冲罐、吸附塔、氮气缓冲罐的压力情况。

确保空气缓冲罐的压力在每个吸附周期都可以达到7bar 以上，吸附塔吸附压力每个吸附周期达到7bar ，氮气缓冲罐每个吸附周期可以达到6bar 以上。

1.11人工送气放空与自动出气放空a)手动：当制氮机指标合格时（不合格时放空阀开到额定气量的30%待指标合格后），关闭放空阀，缓慢打开出气阀，正常向后级送气。

b)自动：当指标合格是设备自动切换。

（控制好气量不能超过额定气量） 2、关机2.1关闭制氮机出气阀。

变压吸附制氮法一、变压吸附空分制氮原理变压吸附空分制氮(简称PSA制氣）是一种先进的气体分离技木，以优质高效碳分于筛（CMS）为吸附剂，采用常温下变压吸附原理（PSA）分离空气，制取合格纯度的氮气。

PSA碳分子筛制氮装置中由两个(以上)装满碳分子筛的吸附塔组成。

洁净、干燥的压縮空气进入变压吸附制氮装置，流经装填分子筛的吸附塔。

压缩空气由下至上流经吸附塔，利用分子筛在不同压力下对氮和氧等的吸附力不同，氧气、水、二氧化碳等组份在碳分子筛表面吸附，未被吸附的氮气在出口处被收集成为产品气，由吸附塔上端流出。

进入氮气工艺罐。

经一段时问后，吸附塔中被碳分子筛吸附的氧达到饱和。

需进行再生。

碳分子筛可以同时吸附空气中的氧和氮，其吸附量也随着压力的升高而升高，而且在同一压力下氧和氮的平衡吸附量无明显的差异。

因而，仅凭压力的变化很难完成氧和氮的有效分离。

如果进一步考虑吸附速度的话，就能将氧和氮的吸附特性有效地区分开来。

氧分子直径比氮分子小，因而扩散速度比氮快数百倍，故碳分子筛吸附氧的速度也很快，吸附约1分钟就达到90%以上；而此时氮的吸附量仅有5%左右，所以此时吸附的大体上都是氧气，而剩下的大体上都是氮气。

这样，如果将吸附时间控制在1分钟以内的话，就可以将氧和氮初步分离开来，也就是说，吸附和解吸是靠压力差来实现的，压力升高时吸附，压力下降时解吸。

而区分氧和氮是靠两者被吸附的速度差，通过控制吸附时间来实现的，将时间控制的很短，氧已充分吸附，而氮还未来得及吸附，就停止了吸附过程。

因而变压吸附制氮要有压力的变化，也要将时间控制在1分钟以内。

二、PSA制氮基本工艺流程空气经空压机压缩后，经过除尘、除油、干燥后，进入空气储罐，经过空气进气阀、左吸进气阀进入左吸附塔，塔压力升高，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，未吸附的氮气穿过吸附床，经过左吸出气阀、氮气产气阀进入氮气储罐，这个过程称之为左吸，持续时间为几十秒。

左吸过程结束后，左吸附塔与右吸附塔通过上、下均压阀连通，使两塔压力达到均衡，这个过程称之为均压，持续时间为2~3秒。

新材料与新技术化 工 设 计 通 讯New Material and New Technology Chemical Engineering Design Communications ·71·第44卷第10期2018年10月参考文献[1] 李健.渗透汽化膜分离技术及其在石油化工中的应用[J].黑龙江科技信息，2014，（15）：19.[2] 索继栓，彭小芝，鲜建，等.渗透汽化膜分离技术及其在石油化工中的应用[J].石油化工，2013，42（04）：361-367.1 概述随着炼油厂生产规模的不断扩大，原油的气体深冷制氮设计量远远不能满足现有的各装置用氮量，空分只有三台氮压机，每台排气量2 000m 3/h ，实际供应量为6 000m 3/h ，低于实际用量，大部分需要外供，为解决现需求，新建变压吸附制氮装置，生产能力4 800m 3/h ；同时可将自化肥厂至炼油厂的7 000m 3/h 的0.418MPa 氮气全部升压，总供氮规模11 800m 3/h 。

不仅解决了全厂用氮量，同时也解决了原空分总烃含量超标的技术难题。

2 工艺原理新建装置制氮机是以碳分子筛为吸附剂，空气为原料，利用变压吸附进行氧氮分离制取高纯氮气的气体分离设备。

利用吸附剂在一定压力条件下，因动力学效应，空气中氧气、氮气在碳分子筛上的扩散速率不同，较短时间内氧分子被吸附剂大量吸附，可高达90%以上，氮分子气相富集，达到了氧氮分离的目的。

由于在不同压力下吸附剂对氧的吸附容量有较大的差异，压力降低碳分子筛吸附的氧分子被解吸，便于吸附剂再生，得到重复循环使用。

目前，我厂采用的制氮机是两个吸附塔流程，一个吸附塔吸附产氮，一个吸附塔解吸再生，循环交替，产生出高纯的氮气供系统连续使用。

3 工艺流程空气经自洁式空气过滤器初步除尘→经离心式空压机压缩后至压力0.80MPa （G ）→首先进入非净化风储罐进行缓冲，经缓冲罐稳压并除去大部分机械水→湿饱和压缩空气进入微热再生干燥装置。

空分制氮的工作原理与设备的维护保养空分制氮又称变压吸附制氮（简称PSA）是自上世纪80年代从国外引进的气体分离技术。

采用进口碳分子筛为吸附剂，在常温下利用变压吸附原理从空气中来获取氮气，在一定压力下，利用空气中氧、氮在碳分子筛表面的吸附量的差异，即碳分筛对氧的扩散吸附远大于氮，通过PLC控制气动阀的启动，达到A、B两塔交替循环，加压吸附，减压脱附的过程完成氮氧分离，得到所需程度的氮气。

碳分子吸附剂在加压的条件下，空气中的氧气和氮气在碳粉丝筛孔穴内的扩散速度差异而将空气中的氧气、氮气分离开来，氧气分子比氮气分子先行扩散到碳分子筛吸附剂的孔穴内，未能扩散到碳分子筛吸附剂孔穴的氮气作为产品气输出供用气站使用。

一、我司制氮站设计能力与设备配置2、氮气站设备组成（1）压缩空气系统螺杆式空气压缩机2台（2）压缩空气净化系统过滤器组、微热再生干燥机空气缓冲罐1套（3）变压吸附制氮装置变压吸附制氮机1套（4）氮气储罐10m3氮气储罐2台2.1压缩空气系统空气压缩技术指标：型号：GA160-8.5 数量：2台排气量：27m3min 排气压力：0.85Mpa电气功率：160KW 电源：380V 50HZ重量：3025kg2.2空气净化系统技指标微热再生干燥机：型号：SJ-50/8 数量：1台额定处理：55 N m3/h 出口露点：≤-40℃进口温度：≤40℃再生气耗量：13-15%功率：12KW 电源电压：380V 50HZ工作方式：两吸附筒轮换交替吸附，实现连续干燥。

切换周期：一般定位T=10min,亦可用T=4min、T=20min三级过滤器：型号：HC50 HT50 HA50 数量：3台/1套处理气量：50 m3/min 除水率100%过滤精度：0.01U 除油精度：0.01PPM空气缓冲罐：容积5m3 数量：1台设计压力：1.0Mpa2.3 PSA空分制氮装置技术指标型号：FD-1000-98 数量：1台产气量：1000N m3/h 氮气纯度：≥98%（无氧含量）出口压力：0.80Mpa 出口露点：≤-40℃电源：220V 50HZ 功率：1KW2.4氮气储罐容积：10 m3 数量：2台设计压力：0.8Mpa二、空气制氮系统工艺流程图1、工艺流程图见图12、工艺步骤：2.1压缩空气提纯空压机采集外界空气经压缩进入一级聚合微粒过滤器（F101）除去大部分粉尘与油水滴；性能：过滤精度3U，除水率99%，除油雾率40%，（自动排放5～6分钟/次），然后进入二级聚合粒过滤器，进一步除去粉尘与油水滴，性能：过渡精度1U，除水率100%，除油雾率70%（自动排放10～20分钟/次）。

变压吸附（PSA）制氮技术原理及工艺基本知识一、基础知识1 氮气知识1.1 氮气基本知识氮气作为空气中含量最丰富的气休，取之不竭，用之不尽。

氮气为双原子气体，组成氮分子的两个原子以共价三键相联系，结合得相当牢固，致使氮分子具有特殊的稳定性，在巳知的双原子气体中，氮气居榜首。

氮的离解能(氮分子分解为原子时需要吸收的能量)为941.69kJ•moL-1。

氮的化学性质不活泼，在一般状态下表现为很大的惰性。

在高温下，氮能与某些金属或非金属化合生成氮化物，并能直接与氧和氢化合。

在常温、常压下，氮是无色、无味、无毒、不燃、不爆的气体，使用上很安全。

在常压下，把氮气冷至-196℃将变成无色、透明、易于流动的液氮。

液氮将凝结成雪花状的固体物质。

氮气是窒息性气体，能致生命体于死亡。

氮气(N2)在空气中的含量为78.084%（空气中各种气休的容积组分为：N2：78.084%、O2:20.9476%、氪气：0.9364%、CO2:0.0314%、其它还有H2、CH4、N20、03、S02、N02等，但含量极少），分子量为28,沸点：－195.8℃, 冷凝点：－210℃。

1.2 氮气的用途氮气的惰性和液氮的低温被广之用作保护气体和冷源。

以氮气为基本成份的氮基气氛热处理，是为了节能和充分利用自然资源的一种新工艺新技术，它可节省有机原料消耗。

氮还有“灵丹妙药”之称而受人青睐，它和人的日常生活密切相关。

例如，氮气用于粮食防蛀贮藏时，粮库内充入氮气，蛀虫在36h内可全部因缺氧窒息而死，杀灭1万斤粮食害虫，约只需几角钱。

若用磷化锌等剧海药品黑杀，每万斤粮食需耗药费100多元，而且污染粮食，影响人民健康。

又如充氮贮存的苹果，8个月后仍香脆爽口，每斤苹果的保鲜费仅需几分钱。

茶叶充氮包裝，1年后茶质新鲜，茶汤清澈明亮，滋味淳香。

2 压力知识变压吸附 (PSA)制氮工艺是加压吸附、常压解吸，必须使用压缩空气。

现使用的吸附剂碳分子筛最佳吸附压力为0.75～0.9MPa, 整个制氮系统中气体均是带压的，具有冲击能量。

PSA变压吸附工业制氮机是杭州辰睿空分设备制造有限公司的热销产品之一，由厂家直销价格实惠。

一、用户选择供气方案及关键配套件的选择一般会关心以下几点，同时根据不同的用途会有不同侧重点。

★投资成本★使用成本，及日常维护费用★设备或系统的稳定可靠性★所选设备制造商或系统制造商实力及今后的发展★兼顾供气方案的先进性★质保体系根据以上几点，我公司对于整个方案的整体构思如下：1、从现有的制氮技术水平和经济性考虑，此方案是采用变压吸附（PSA）制氮，吸附材料选用日本武田高性能碳分子筛，直接从压缩空气中分离制取纯度≥99.99%,（国标中规定的非氧含量）的氮气。

设备组成简单，设备占地面积少，操作、维修简便，故障率较低。

并且能耗较低，设备运行成本低。

2、为保证PSA制氮主机的长期、稳定正常运转，压缩空气在进入制氮机前必须进行除尘、除水、除油等净化处理，以达到制氮机对压缩空气品质的要求。

因此我们在冷干机，过滤器的选择上，都是选用国内知名品牌，以保证整套系统的稳定长久运行。

3、为保证整套制氮系统的长期、可靠运行，我们PSA制氮机的主要部件如分子筛、阀门、控制器等均采用原装进口的知名品牌的产品。

以保证整套系统的设备质量和安全、长期、可靠运行。

4、变压吸附制氮的特点是氮气流量和纯度呈一定的关系，使用的流量愈高，氮气纯度愈低；使用的流量愈低，氮气纯度愈高。

用户可根据使用情况适当调节流量和纯度。

5、设备运行由PLC控制，设备自动运行，产生出合格的氮气。

设备操作简便，可实现无人值守。

二、变压吸附制氮原理概述变压吸附 (Pressure Swing Adsorption，简称PSA制氮) 是一种先进的气体分离技术，他在当今世界的现场供气方面具有不可替代的地位。

一般PSA制氮选择优质进口碳分子筛（CMS）为吸附剂，他吸附空气中的氧气、二氧化碳、水分等，而氮气不能被吸附。

在吸附平衡的情况下，任何一种吸附剂在吸附同一种气体时，气体压力越高，则吸附剂的吸附量越大，反之，压力越低，吸附量越小。

目录一、前言二、PSA制氮机及纯化原理及操作特性三、制氮机系统工程配置四、安全警告五、主机控制系统六、技术文件七、安装八、维护与操作使用说明一． 前言1．1 概述：PSA 变压吸附空分制氮机是以压缩空气为原料，采用新型吸附剂碳分子筛，在常温下利用变压吸附原理，将空气中氧气和氮气加以分离，从而获得纯度大于99%的氮气。

氮气纯化装置采用加氢方式，氧气和氢气在催化剂的作用下80℃下发生反应生成水，方程式：Q O H O H +−−→−+22222催化剂，反应属于放热反应，高温气体经过后级水冷器经过初级冷却，然后进入冷冻干燥机进行深度冷却除水，最后进入两只深度干燥器进行深冷干燥，经过干燥之后的露点能达到-70℃左右。

本系统具有结构简单，操作方便，随用随开，能耗较低等优点，尤其适合于中小规模生产高纯氮气的需要，并且成品其中含有微量氢。

广泛用于金属材料、机械零件的热处理保护气氛；合成纤维、石油化工、浮法玻璃等生产过程的充氮防氧化；食品保鲜；粮食储藏、中药防腐、茶叶保色等方面。

1．2 适用范围本说明书是关于操作和维护新思气体PSA 变压吸附制氮机及氮气纯化系统的一般指南。

其目的是帮助经过培训的操作人员进行系统的启动和停机，正常操作和一般性的维护调节。

本说明书不适用于指示操作者进行特殊的操作和系统设置的更改。

用户如需对系统的某些部分进行本说明书没有叙述的变更和修改，请与我公司直接联系，求得帮助。

二．PSA 制氮机及纯化原理及操作特性本公司的PSA 制氮机采用的变压吸附法是七十年代迅速发展起来的一种新的制氮技术。

它是以空气为原料，利用一种高效能、高选择性的固体吸附剂-焦炭分子筛对氮和氧的选择性吸附，把空气中的氮和氧分离出来。

焦炭分子筛是非极性分子，优先吸附氧。

碳分子筛对氧和氮的分离作用主要是基于这两种气体在碳分子筛表面的扩散速率不同，较小直径的气体（氧气）扩散较快，较多进入分子筛固相；较大直径的气体（氮气）扩散较慢，较少进入分子筛固相。