章主要设备工作原理
变压吸附空分制氮(简称P.S.A制氮)是一种先进的气体分离技术，以优质进口碳分子筛（CMS）为吸附剂，采用常温下变压吸附原理（PSA）分离空气制取高纯度的氮气。
氧、氮两种气体分子在分子筛表面上的扩散速率不同，直径较小的气体分子（O2）扩散速率较快，较多的进入碳分子筛微孔，直径较大的气体分子（N2）扩散速率较慢，进入碳分子筛微孔较少。利用碳分子筛对氮和氧的这种选择吸附性差异，导致短时间内氧在吸附相富集，氮在气体相富集，如此氧氮分离，在PSA条件下得到气相富集物氮气。
碳分子筛对氧和氮在不同压力下某一时间内吸附量的变化差异曲线：
一段时间后，分子筛对氧的吸附达到平衡，根据碳分子筛在不同压力下对吸附气体的吸附量不同的特性，降低压力使碳分子筛解除对氧的吸附，这一过程为再生。根据再生压力的不同，可分为真空再生和常压再生。常压再生利于分子筛的彻底再生，易于获得高纯度气体。
变压吸附制氮机（简称PSA制氮机）是按变压吸附技术设计、制造的氮气发生设备。通常使用两吸附塔并联，由全自动控制系统按特定可编程序严格控制时序，交替进行加压吸附和解压再生，完成氮氧分离，获得所需高纯度的氮气。
碳分子筛（CMS）的动态吸附量和分离系数的性能优劣决定了制氮机的好坏。
加氢除氧
来自变压吸附的普氮，通过装填有高效钯脱氧催化剂的除氧器，粗氮中的氧气在常温下与过量的氢气反应生成水，一部分被冷冻干燥冷凝，另一部分与二氧化碳等杂质被干燥器中的吸附剂脱除，尘埃由过滤器去除。用该法纯化后氮气中含有过量氢气，适用于成品气对氢气要求不高场合，如工艺过程需加氢的还原处理等。
该除氧工艺能耗低、机构紧凑，性能可靠，其成本低于其它方法获得高纯氮，并且催化剂无需再生。干燥剂吸附周期长，可以再生循环使用。
氨分解气体发生装置以液氨为原料，经汽化后将氨气加热到一定温度，在催化剂作用下，氨发生分解成氢氮混合气体，氨分解的化学方程式如下：
2NH3==3H2+N2-22080卡
即在标准状况下，1千摩尔氨完全分解可产生氢氮混合气体44.8Nm3，并吸收热量11040千卡。也就是1kg液氨完全分解能产生2.64Nm3氢氮混合气体，根据化学方程式，分解气体由75%H2,和25%N2组成。
氨分解制氢装置是根据氨气发生分解反应的基本原理进行精心设计制作的组合装置。
氨分解在工业装置条件下不可能100%完全分解，存在微量的残余氨，工业液氨中含有少量的水，配套使用气体纯化器，可脱除混合气中的残余氨和水分，获得满意的保护气体，满足工业生产的需要（如对杂质氧有较高要求，还可在纯化器中增加除氧器）。
以该产品气的混合气氛直接作还原保护气氛，是需要氢气作保护气氛场合最经济的方法。该产品也可作为富氢原料气，提取纯氢，是一种经济的制氢方法。
第三章设备特点
PSA制氮机特点
◆安装方便：
设备结构紧凑、整体撬装，占地小无需基建投资，投资少；
◆比其它供氮方式更经济
PSA工艺是一种简便的制氮方法，以空气为原料，能耗仅为空压机所消耗的电能，具有运行成本低、能耗低、效率高等优点。
◆机电仪表一体化设计实现自动化运行
进口PLC控制全自动运行。氮气流量压力纯度可调并连续显示，可设定压力、流量、纯度报警并实现远程自动控制和检测计量，实现真正无人操作。先进的控制系统使操作变得更加简单，从而保证了气体纯度、流量的稳定。
◆高品质元器件是运行稳定可靠的保证
气动阀门、电磁先导阀门等关键部件采用进口配置，运行可靠，切换速度快，使用寿命达百万次以上，故障率低，维修方便，维护费用低。
◆氧含量连续显示、超限自动报警系统：
在线监控氮气纯度，确保所需氮气纯度稳定。
◆优质碳分子筛：
具有吸附容量大，抗压性能高，使用寿命长。正常操作使用寿命可达8～10年。
◆先进的装填技术保证设备的使用寿命
碳分子筛采用“暴风雪”法装填，使分子筛分布均匀无死角，且不易粉化；吸附塔采用多级分流布气装置和分子筛自动压紧装置。保证碳分子筛吸附性能和压紧状态，有效延长碳分子筛使用寿命。
◆压差指示、集中排污：
每级过滤器都带有压差指示，集中自动排污系统。
◆理想的纯度选择范围：
氮气纯度调节方便,可根据用户的需求在95%-99.9%之间任意调节，加上独特的纯化技术在后级串接氮气纯化器，可制得99.9995%的高纯氮气。
◆系统独特的循环切换工艺：
降低了阀门的磨损，延长了设备的使用寿命和降低了维护费用。
◆免费调试，终身维护：
雄厚的技术实力和优质的售后服务，提供连续的技术支持，使用户使用无后顾之忧。
氮气纯化特点
◇加氢系统：
当氮气用量波动变化时，根据氮气流量、氧含量控制氢气加入量使高纯气体艺参数稳定。
◇多级干燥流程：
通过冷却、冷冻干燥除去大量水分，降低分子筛吸附负载，有效延长分子筛寿命。
◇多种切换方式：
设置手动、自动多种切换方式，满足不同用气场合。
◇预热除氧系统：
除氧器装有预热系统，保证冬季寒冷气温下启动设备。
◇分子筛、PLC控制器、阀门：
关键部件全部采用优质先进的进口件，保证长期连续运行无故障。
◇脱氧催化剂：
效率高吸附容量大，设备运行成本低。尤其适合于将纯度为99％～99.9％原料氮气除氧净化至99.9995％以上。输出氮气纯度可以始终稳定地保持在99.9995％以上，不受氮气用量波动变化影响。热交换系统能保证除氧器始终在平稳、节能状态下工作。
◇系统安全可靠：
设有多项联锁控制功能，使用户及时发现并解决问题，保护产品气质量。
氨分解特点
☆设备投资少：
工艺成熟、简单，流程短，价格低廉；用于提取纯氢仍有很高的经济性；
☆运行成本低：
液氨原料便宜，能耗低、效率高，是氮氢混合保护气氛最经济的来源；
☆性能可靠、使用寿命长：
优质催化剂、耐热不锈钢内胆，镍铬合金电热元件和不锈钢阀门使整套系统保证了使用寿命。
☆安装简单：
撬装式结构，体积小，结构紧凑，无须基建，连接好水、电及进出气管就可投入正常生产。
☆使用维护方便：
通过自动温控仪控温，阀门调节流量，无需特别训练的操作人员，即可得到连续、稳定的气量。
☆安全性高：
分解压力低，真正的无氧制氢和无氧环境，保证了系统安全性。
☆调节性能好：
在额定产气范围内可随意调节，以适应不同的用气要求。
第二章系统流程说明
本套保护气站系统是由压缩空气装置（用户自有）、压缩空气净化装置、变压吸附制氮装置、氮气纯化装置、氨分解制氢装置、气体纯化装置、加氢装置、氢氮配比装置等设备组成。
一、压缩空气系统
压缩空气系统由螺杆式压缩机和空气缓冲罐组成，提供变压吸附制氮装置所需的气源。该系统提供稳定的输出压力和足够的气量。空压机选用运转可靠，维护简单，低噪音，无基础运转的螺杆式空压机。空气缓冲罐主要是作为气源的缓冲器，起稳定和储存作用，此外还可以收集和排除进入压缩空气源的大部分油水冷凝液。缓冲罐装有压力表，安全阀，排污口。
空压机的排气能力稍大于制氮机额定产量下的空气耗量，由于其启停受到排气压力控制，当排气量大于耗气量时，排出压力上升，空压机卸载；反之则空压机加载。通过如此循环启停，使空压机排气量适合制氮机耗气量要求，并适应生产线在变工况时（低于额定产量）的运行需要。
二、空气净化系统
从缓冲罐出来的压缩空气首先进入C级过滤器实现粗过滤，然后进入冷冻式干燥机，将压缩空气强制降温，使空气中的水蒸汽冷凝，凝结成的液态水夹带尘、油排出机外。冷干机最好放置于压缩机房。工艺流程采用冷冻干燥机除油水，基于三点原因：
1、后级T级送气管路过滤器进气口最大液体负载：2000ppm w/w露点＜－12℃，不采用冷冻干燥机，T级送气管路过滤器易失效；
2、冬季室外气温较低，压缩空气温度降低后析出水分，堵塞管路系统，管路系统需倾斜并作排液；
3、管路系统析出水份后易腐蚀生锈。
冷干燥机的后精密度过滤器组，精密过滤器组由二级过滤器组成。分别是T级主管路过滤器与A级高效除油雾过滤器。T级主管路过滤器精密度为1um，滤除1um和更大的固态与液态颗粒，残留油份含量1ppm w/w。A级高效除油雾过滤器过滤精度0.01um滤除0.01um和更大的固态与液态颗粒，99.999+%油雾；残留油份含量0.001ppm w/w。压缩空气品质达到ISO8573.1质量等级１级。
4、活性碳吸附过滤器
为了避免T级过滤后的微量油进入变压吸附的碳分子筛中，固加一只活性碳吸附过滤器，确保进入制氮机的空气更加洁净。
三、变压吸附制氮系统
PSA碳分子筛制氮装置中有两个装满碳分子筛的吸附塔，洁净、干燥的压缩空气进入变压吸附制氮装置，流经装填有碳分子筛的吸附塔。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，进入缓冲罐。经一段时间后，吸附塔中被碳分子筛吸附的氧达到饱和，需进行再生。
再生是通过停止吸附步骤，降低吸附塔的压力来实现的。已完成吸附的吸附塔短期均压后开始降压，脱除已吸附的氧气、水、二氧化碳等组份，完成再生过程。
两个吸附塔交替进行吸附和再生，从而产生流量和纯度稳定的产品氮气。两只吸附器的切换由PLC控制的程控阀自动完成。一台变压吸附制氮装置的性能优劣取决于吸附器、碳分子筛、工艺流程、设备结构以及电磁气动阀等部件的性能。我公司生产的变压吸附制氮装置选用日本三菱公司生产的PLC可编程序控制器，选用进口碳分子筛、德国宝得公司生产的电磁气动阀。
四、氮气纯化系统
我公司在氮气纯化方面有多种方案可供客户选择，现针对贵公司的氮气指标要求，我公司可通过如下方案来满足贵公司的要求。
来自PSA制氮装置的普氮，通过装填有钯触媒催化剂的除氧器，粗氮中的氧气在常温下与过量的氢气反应生成水。除氧后的氮气经水冷却器再进入冷冻干燥机冷凝除液后进入吸附干燥器，干燥器内装有分子筛，水分及二氧化碳等杂质被干燥器中的吸附剂脱除，尘埃由过滤器去除。氮气中的水份被深度吸附，露点可达到－60℃以上，氮气中残氧量可小于3ppm。
氮气纯化装置中有两个装满分子筛的干燥吸附塔，一个在吸附的同时，另一个再生。通过定时吸附与再生的循环过程保证系统稳定连续的运行。
