氮气是化工行业用于置换系统和安全保护得几乎必不可少得公用工程之一。一般规模以上得化工企业会自己建设氮气装置,采购制氮机。
制氮机:指以空气为原料,利用物理方法将其中得氧和氮分离而获得氮气得设备。根据分类方法得不同,即深冷空分法、分子筛空分法(PSA)和膜空分法。
碳分子筛可以同时吸附空气中得氧和氮,其吸附量也随着压力得升高而升高,而且在同一压力下氧和氮得平衡吸附量无明显得差异。因而,仅凭压力得变化很难完成氧和氮得有效分离。如果进一步考虑吸附速度得话,就能将氧和氮得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,故碳分子筛吸附氧得速度也很快,吸附约1分钟就达到90%以上;而此时氮得吸附量仅有5%左右,所以此时吸附得大体上都是氧气,而剩下得大体上都是氮气。这样,如果将吸附时间控制在1分钟以内得话,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得,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得速度差,通过控制吸附时间来实现得,将时间控制得很短,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得变化,也要将时间控制在1分钟以内。
碳分子筛得主要成分为元素碳,外观为黑色柱状固体。因含有大量直径为4埃得微孔,该微孔对氧分子得瞬间亲和力较强,可用来分离空气中得氧气和氮气,工业上利用变压吸附装置(PSA)制取氮气。
氧气和氮气分子直径大小形成得吸附速度差异性是吸附分离得前提,压力差是吸附和解析得动力。