現(xiàn)代工業(yè)用氮的制取方法都是以空氣為原料，將其中的氧和氮分離而獲得。目前主要有三種，即深冷空分法、分子篩空分法(PSA)和膜空分法。

1 深冷空分制氮
深冷空分制氮是一種傳統(tǒng)的制氮方法，已有近九十年的歷史。它是以空氣為原料，經(jīng)過(guò)壓縮、凈化，再利用熱交換使空氣液化成為液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸點(diǎn)不同(在1大氣壓下，前者的沸點(diǎn)為-183℃，后者的為-196℃)，通過(guò)液空的精餾，使它們分離來(lái)獲得氮?dú)狻Ｉ罾淇辗种频O(shè)備復(fù)雜、占地面積大，基建費(fèi)用較高，設(shè)備一次性投資較多，運(yùn)行成本較高，產(chǎn)氣慢(12～24h），安裝要求高、周期較長(zhǎng)。綜合設(shè)備、安裝及基建諸因素，3500Nm3／h以下的設(shè)備，相同規(guī)格的PSA裝置的投資規(guī)模要比深冷空分裝置低20％～50％。深冷空分制氮裝置宜于大規(guī)模工業(yè)制氮，而中、小規(guī)模制氮就顯得不經(jīng)濟(jì)。

2分子篩空分制氮
分子篩空分制氮是以空氣為原料，以碳分子篩作為吸附劑，運(yùn)用變壓吸附原理，利用碳分子篩對(duì)氧和氮的選擇性吸附而使氮和氧分離的方法，通稱PSA(Pressure Swing Adsorption）制氮。此法是七十年代迅速發(fā)展起來(lái)的一種新的制氮技術(shù)。與傳統(tǒng)制氮法相比，它具有工藝流程簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)氣快(15～30分鐘)、能耗低，產(chǎn)品純度可在較大范圍內(nèi)根據(jù)用戶需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，操作維護(hù)方便、運(yùn)行成本較低、裝置適應(yīng)性較強(qiáng)等特點(diǎn)，故在1000Nm3／h以下制氮設(shè)備中頗具競(jìng)爭(zhēng)力，越來(lái)越得到中、小型氮?dú)庥脩舻臍g迎，PSA制氮已成為中、小型氮?dú)庥脩舻姆椒ā?br style="box-sizing: border-box; white-space: normal; color: rgb(75, 75, 75); font-family: "Lucida Grande", "Lucida Sans Unicode", "Helvetica Neue", "Hiragino Sans GB", "Microsoft Yahei", sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);"/>
3膜空分制氮
膜空分制氮是八十年代國(guó)外迅速發(fā)展的又一種新型制氮技術(shù)，在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用是近三四年的事。膜空分制氮的基本原理是以空氣為原料，在壓力條件下，利用氧和氮等不同性質(zhì)的氣體在膜中具有不同的滲透速率來(lái)使氧和氮分離。和其它制氮設(shè)備相比它具有結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、體積更小、無(wú)切換閥門、維護(hù)量更少、產(chǎn)氣更快(≤3分鐘)、增容方便等優(yōu)點(diǎn)，它適宜于氮?dú)饧兌取?8％的中、小型氮?dú)庥脩簦屑压δ軆r(jià)格比。而氮?dú)饧兌仍?8%以上時(shí)，它與相同規(guī)格的PSA制氮機(jī)相比價(jià)格要高出15%以上。由上可知，MnZn鐵氧體生產(chǎn)企業(yè)，采用什么供氣方式和何種供氣技術(shù)，根據(jù)企業(yè)情況進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，選擇佳供氣方案。

PSA變壓吸附制氮。利用氮?dú)馀c其它氣體分子在分子篩中的吸附能力差異，形成濃度差異的積累，在分子篩柱末端產(chǎn)出高純度氮?dú)狻Ｍ瑫r(shí)利用兩根分子篩柱，一根吸附的同時(shí)引出一部分產(chǎn)品氣為另一根解析，實(shí)現(xiàn)分子篩在線再生，整體表現(xiàn)即為儀器持續(xù)輸出高純氮?dú)狻＿@類發(fā)生器可根據(jù)需要，調(diào)節(jié)氮?dú)獾募兌群土髁?，可生產(chǎn)99.999%的氮?dú)猱a(chǎn)品，流量可從幾百毫升到幾十升到幾立方每分鐘，純度大小配置靈活，可根據(jù)每個(gè)需求具體定制，PSA變壓吸附技術(shù)在工業(yè)中應(yīng)用很廣泛，已發(fā)展幾十年，是很成熟的技術(shù)。技術(shù)難點(diǎn)主要是分子篩柱填裝技術(shù)，分子篩填裝不好，會(huì)造成分子篩在氣體高低壓頻繁變化中互相摩擦碰撞粉化，微孔數(shù)量減少，分子篩性能急劇降低。

變壓吸附(Pressure Swing Adsorption，簡(jiǎn)稱PSA)氣體分離技術(shù)是非低溫氣體分離技術(shù)的重要分支，是人們長(zhǎng)期來(lái)努力尋找比深冷法更簡(jiǎn)單的空分方法的結(jié)果。七十年代西德埃森礦業(yè)公司成功開(kāi)發(fā)了碳分子篩，為PSA空分制氮工業(yè)化鋪平了道路。三十年來(lái)該技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)日趨成熟，在中小型制氮領(lǐng)域已成為深冷空分的強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。
變壓吸附制氮是以空氣為原料，用碳分子篩作吸附劑，利用碳分子篩對(duì)空氣中的氧和氮選擇吸附的特性，運(yùn)用變壓吸附原理(加壓吸附，減壓解吸并使分子篩再生)而在常溫使氧和氮分離制取氮?dú)狻?br style="box-sizing: border-box; white-space: normal; color: rgb(75, 75, 75); font-family: "Lucida Grande", "Lucida Sans Unicode", "Helvetica Neue", "Hiragino Sans GB", "Microsoft Yahei", sans-serif; font-size: 14px; background-color: rgb(255, 255, 255);"/>變壓吸附制氮與深冷空分制氮相比，具有顯著的特點(diǎn):吸附分離是在常溫下進(jìn)行，工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備緊湊，占地面積小，開(kāi)停方便，啟動(dòng)迅速，產(chǎn)氣快(一般在30min左右)，能耗小，運(yùn)行成本低，自動(dòng)化程度高，操作維護(hù)方便，撬裝方便，無(wú)須專門基礎(chǔ)，產(chǎn)品氮純度可在范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，產(chǎn)氮量≤2000Nm/h。但到目前為止，除美國(guó)空氣用品公司用PSA制氮技術(shù)，無(wú)須后級(jí)純化能工業(yè)化生產(chǎn)純度≥99.999%的高純氮外(進(jìn)口價(jià)格很高)，國(guó)內(nèi)外同行一般用PSA制氮技術(shù)只能制取氮?dú)饧兌葹?9.9%的普氮(即O2≤0.1%)，個(gè)別企業(yè)可制取99.99%的純氮(O2≤0.01%)，純度更高從PSA制氮技術(shù)上是可能的，但制作成本太高，用戶也很難接受，所以用非低溫制氮技術(shù)制取高純氮還加后級(jí)純化裝置。

PSA變壓吸附制氮。

利用氮?dú)馀c其它氣體分子在分子篩中的吸附能力差異，形成濃度差異的積累，在分子篩柱末端產(chǎn)出高純度氮?dú)?。同時(shí)利用兩根分子篩柱，一根吸附的同時(shí)引出一部分產(chǎn)品氣為另一根解析，實(shí)現(xiàn)分子篩在線再生，整體表現(xiàn)即為儀器持續(xù)輸出高純氮?dú)?。這類發(fā)生器可根據(jù)需要，調(diào)節(jié)氮?dú)獾募兌群土髁浚缮a(chǎn)99.999%的氮?dú)猱a(chǎn)品，流量可從幾百毫升到幾十升到幾立方每分鐘，純度大小配置靈活，可根據(jù)每個(gè)需求具體定制，我公司生產(chǎn)的型號(hào)末端帶P的即為此類產(chǎn)品，如MNN-5LP。PSA變壓吸附技術(shù)在工業(yè)中應(yīng)用很廣泛，已發(fā)展幾十年，是很成熟的技術(shù)。技術(shù)難點(diǎn)主要是分子篩柱填裝技術(shù)，分子篩填裝不好，會(huì)造成分子篩在氣體高低壓頻繁變化中互相摩擦碰撞粉化，微孔數(shù)量減少，分子篩性能急劇降低。

       氮?dú)獍l(fā)生器作為氣相色譜中載氣設(shè)備廣受大家青睞，而采用PSA變壓吸附制氮的氮?dú)獍l(fā)生器因其純度高、無(wú)污染更是炙手可熱，但是“甘瓜苦蒂，天下物無(wú)全美”，這款發(fā)生器在日常使用中也會(huì)出現(xiàn)制得氮?dú)饧兌炔皇翘叩那闆r，那么是什么因素影響了制氮純度了？下面簡(jiǎn)單介紹下關(guān)于影響PSA制氮純度的因素。

       在介紹影響因素之前，我們首先要從PSA制氮流程來(lái)了解下。PSA氮?dú)獍l(fā)生器制氮的工藝流程：空氣在經(jīng)壓縮和凈化后進(jìn)入空氣緩沖罐，緩沖上游因壓力變化而引起的波動(dòng)，由下至上流經(jīng)裝有CMS（碳分子篩）的吸附塔，期間O2分子在CMS表面吸附，N2從吸附塔上端流出，進(jìn)入氮?dú)饩彌_罐，一段時(shí)間后，吸附塔中的CMS被吸附的氧氣飽和，需要進(jìn)行再生，利用停止吸附步驟，降低吸附塔壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)吸附塔交替進(jìn)行吸附和再生，確保氮?dú)獾倪B續(xù)輸出。

了解了工藝流程，我們知道了PSA里面核心部件是吸附塔、分子篩（CMS），那么這些和影響因素有什么樣的聯(lián)系呢？

PSA氮?dú)獍l(fā)生器制氮純度影響因素：

（1）氣體原料的質(zhì)量

我們知道，氣體是要經(jīng)壓縮后進(jìn)入空氣緩沖罐，那么壓縮空氣中如含有水汽、油霧，這些都會(huì)堵塞分子篩（CMS）的微孔，從而嚴(yán)重影響分離效果及CMS的使用壽命，因此，要想獲得高純度的氮?dú)猓?yōu)質(zhì)的空氣至關(guān)重要，并且要經(jīng)多次凈化過(guò)濾，濾芯需要定期檢查或者更換。

（2）吸附塔的工作時(shí)間

長(zhǎng)時(shí)間的工作周期也即是閥門的切換時(shí)間間隔，有利于降低氮?dú)獍l(fā)生器能耗，且節(jié)約空氣原料，不過(guò)純度也會(huì)因周期過(guò)長(zhǎng)，分子篩會(huì)飽和而受到影響。

（3）分子篩的性能

分子篩是PSA氮?dú)獍l(fā)生器的核心部件，它的性能好壞對(duì)于制得的氮?dú)饧兌扔袠O大的聯(lián)系，同時(shí)我們還需要根據(jù)實(shí)際需要的氮?dú)饬髁亢图兌葋?lái)計(jì)算出分子篩的合適裝填量。

以上3 點(diǎn)就是關(guān)于采用PSA制氮的氮?dú)獍l(fā)生器制取氮?dú)饧兌鹊挠绊懸蛩?，相信?duì)大家在使用氮?dú)獍l(fā)生器時(shí)候能有所幫助。

普拉勒氮?dú)獍l(fā)生器制氮原理圖

（相關(guān)內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

氮?dú)獍l(fā)生器是一種先進(jìn)的氣體分離技術(shù)，它主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋汉娇蘸教?、核電核能、食品醫(yī)藥、石油化工、電子工業(yè)、材料工業(yè)、國(guó)防軍和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。

氮?dú)獍l(fā)生器主要由電解系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)組成。氮?dú)獍l(fā)生器能否很好地應(yīng)用于氣相色譜分析實(shí)驗(yàn)，與發(fā)生器的原理有很大關(guān)系。

氮?dú)獍l(fā)生器的工作原理大致分為三種：1.以電化學(xué)分離法和物理吸附法相結(jié)合的方式；2.采用中空纖維膜分離；3.采用氣相色譜技術(shù)用新型合成分子篩分離。

下面我們就具體來(lái)介紹一下：

一、電化學(xué)法制氮。在氫氣電解池的陰極（產(chǎn)氫氣一側(cè)）通入高壓空氣，在催化劑作用下，氫氣和氧氣形成微觀燃料電池，完成氧化還原反應(yīng)生產(chǎn)水，宏觀上表現(xiàn)即為空氣中的氧氣被除去，剩余氮?dú)狻＿@種方法可以產(chǎn)出高99.995%的氮?dú)?，這類氮?dú)獍l(fā)生器作為一種小流量氮?dú)鈦?lái)源，總費(fèi)用不過(guò)幾千元，常被用于色譜載氣和小容量保護(hù)，是一種低成本的解決方案。

二、膜分離制氮。高壓空氣通過(guò)中空纖維膜組件，氮?dú)夥肿雍脱鯕夥肿拥臄U(kuò)散速度差別積累，在膜組件輸出端形成高純度的氮?dú)?，終形成的產(chǎn)品氣純度高可達(dá)99%，氣體流量>5000ml/min，并且可以累加使用，不影響產(chǎn)品質(zhì)量，在不考慮其它限制條件的情況下，氣體裝置可以無(wú)限擴(kuò)充。這種膜分離制氮在工業(yè)上有不少的應(yīng)用，在實(shí)驗(yàn)室主要用于對(duì)氣體純度要求不特別高的吹掃、保護(hù)、對(duì)氧氣的置換等。這類發(fā)生器的主要優(yōu)點(diǎn)是流量大，實(shí)驗(yàn)室級(jí)別產(chǎn)品一般在50L/min上下，并可隨意擴(kuò)充，同時(shí)壽命長(zhǎng)，膜組件作為核心部件，在空氣源穩(wěn)定的情況下，壽命可達(dá)10年，且維護(hù)成本極低；缺點(diǎn)是氮?dú)饧兌炔荒苓_(dá)到高純級(jí)，膜組件目前均為進(jìn)口，國(guó)內(nèi)不能提供，成本較高，儀器價(jià)格也相對(duì)高。我公司生產(chǎn)的氮?dú)獍l(fā)生器中，型號(hào)QPN-30L即為膜分離制氮產(chǎn)品，可供對(duì)氮?dú)馐褂昧吭趲咨?、幾十升到幾百升每分鐘的用戶選用；膜分離氮?dú)獍l(fā)生器可以很好的適用液質(zhì)聯(lián)用儀的用氮要求。

三、PSA變壓吸附制氮。利用氮?dú)馀c其它氣體分子在分子篩中的吸附能力差異，形成濃度差異的積累，在分子篩柱末端產(chǎn)出高純度氮?dú)?。同時(shí)利用兩根分子篩柱，一根吸附的同時(shí)引出一部分產(chǎn)品氣為另一根解析，實(shí)現(xiàn)分子篩在線再生，整體表現(xiàn)即為儀器持續(xù)輸出高純氮?dú)?。這類發(fā)生器可根據(jù)需要，調(diào)節(jié)氮?dú)獾募兌群土髁?，可生產(chǎn)99.999%的氮?dú)猱a(chǎn)品，流量可從幾百毫升到幾十升到幾立方每分鐘，純度大小配置靈活，可根據(jù)每個(gè)需求具體定制， PSA變壓吸附技術(shù)在工業(yè)中應(yīng)用很廣泛，已發(fā)展幾十年，是很成熟的技術(shù)。技術(shù)難點(diǎn)主要是分子篩柱填裝技術(shù)，分子篩填裝不好，會(huì)造成分子篩在氣體高低壓頻繁變化中互相摩擦碰撞粉化，微孔數(shù)量減少，分子篩性能急劇降低。

       氮?dú)獍l(fā)生器，以物理吸附法和電化學(xué)分離法相結(jié)合的原理直接從空氣中分離高純氮?dú)?，根?jù)電催化法進(jìn)行空氣分離的原理制成，其中電解池是利用燃料電池的逆過(guò)程設(shè)計(jì)而成。