空气制氮，压缩机该如何选型与配置干燥机？

空气是由78%的氮气，21%的氧气以及1%的稀有气体和杂质组成。氧气是人们赖以生存的气体，而氮气取之不尽，用之不竭，如今越来越受到欢迎，目前已被广泛应用于粮食仓储、金属热处理、石油化学工业、玻璃工业等诸多领域。本文给大家重点介绍如何从空气中分离氮气及PSA制氮机选型相关的知识。

氮气的化学性质
制氮设备
氮气设备的选型
干燥净化根据成品氮气露点要求配置

氮气，化学式为N2，通常状况下是一种无色无味的气体，而且一般氮气比空气密度小。氮气占大气总量的78.08%（体积分数），是空气的主要成份之一。在标准大气压下，氮气冷却至-195.8℃时，变成无色的液体；冷却至-209.8℃时，液态氮变成雪状的固体。氮气的化学性质不活泼，常温下很难跟其他物质发生反应，但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化，用来制取对人类有用的新物质。

在社会生产活动中，利用氮气的化学性质，氮气被广泛的应用在各行各业。比如：电子芯片行业、激光切割，食品保鲜，粮库、化工、石化、锂电、半导体、医药等等。面对各行各业的使用需求，制取氮气的设备就是关键。

如今随着科学技术的发展，市面上氮气制取的设备主要有三种:

1、深冷制氮：主要是利用不同气体的沸点不同，通过低温分馏，得到液氮。（参考化学性质中提到的温度）

2、膜分离制氮：类似于过滤器，利用氧氮分子对膜的渗透能力的不同，富集氮气达到一定的氮气浓度，一般浓度不高于99%，运用范围比较小。（本文不做过多介绍）

3、PSA变压吸附制氮：PSA气体分离技术是非低温气体分离技术，以压缩空气为原料，碳分子筛为媒介，利用氧分子直径＜氮分子、氧氮分子大小不同，氧分子可以进入分子筛表面的微孔被吸附，氮分子不能进入而从堆积的分子筛间隙通过，再通过快速排空减压将吸附在分子筛表面的氧分子脱附，排放到大气中。配合一定的程序循环切换，可以将氮气纯度制取到95-99.999%的纯度（体积比）。

三十年来该技术发展较快，技术日趋成熟，在中小型制氮领域已成为深冷空分的强有力竞争对手。

1、不管选择什么类型的制氮机设备，我们都必须知道以下几个参数：即氮气纯度、氮气流量、氮气压力、氮气露点。

①氮气纯度，氮气一般作为工艺气体，有别于我们的压缩空气作为动力气源，必须达到一定的压力和气量。氮气一般直接接触产品隔绝产品周边氧气，在发生高温、焊接、切削等动作时，降低被氧化的风险，保证加工后的产品品质。

②氮气流量，即客户使用氮气的用量（氮气流量单位：Nm3/h或NL/min，其中N表示标准状况俗称标况：20℃、101325Pa，为1个标准大气压）氮气用量也是保证生产时的必须条件。

③氮气压力，用于输送氮气到使用点。氮气压力高低影响氮气的流量大小，条件不变时压力越高流量越大。

④氮气露点，即氮气的含水量。氮气在直接接触产品时也是有一定露点（含水量指标）要求的，否则同样会影响产品品质。

2、当知道客户提供的以上4个指标后，可有效的为客户选择配套设备：

液氮（形似于我们常见的水，无色液体），温度为-200℃左右。如此低的温度大部分行业是不能直接使用，必须通过空温气化装置将液氮气化，达到常温状态才能使用。因为液氮形似于水，体积被压缩（每吨液氮根据使用压力不同可以气化出700-800Nm3，纯度99.9995%氮气），方便运输，通过气化装置可以快速提供大量的氮气，同时液氮有较低的压力露点（约-70℃），所以液化氮气如此高的指标可以满足各行各业使用。

但是液氮的使用门槛也比较高。例如用量太小可能只能买散装，瓶装的氮气成本非常高；液氮需要专用的使用场地（土建）和专用储存设备和气化设备，特种设备使用登记，有每月消费用量，用量不稳定的不划算。液化氮气都是一样的性能指标，那么对于低纯度（例如99.9%纯度）的使用者又增加了使用成本。

PSA变压吸附制氮可以根据用量需求定制不同大小的制氮设备，同时配置相应的空压机、干燥机就能得到氮气。不管是95%、99%、99.99%还是99.9995%的纯度都有相应的设备规格满足。而压力不管是0.1MPa，还是30MPa也都可以得到。

PSA系统的选型：（如图1）

图1是一套常规参数（纯度95-99.999%、流量1-2000Nm3/H，压力0.1-0.75MPa、压力露点-40℃的配置示意图）。

看到上面的配置图，大家的疑惑就是空压机怎么选？空压机根据氮气的纯度、流量、压力来选型。氮气的纯度流量决定我们选择什么型号的碳分子筛，不同碳分子筛都对应不同空氮比（以下为伊普思公司的常规CMS-260分子筛）的空氮比。

例如：120Nm3/H-99.99%制氮机空气消耗量计算：

120/60*4.9=8.8m3/min（其中60为60min，4.9为空氮比数。9.6m3/min为实时消耗量，根据干燥机耗气量空压机选型应放大10%-30%）

如干燥机部分配有吸干机产生气耗，需放大30%，则空压机少选择12.5m3/min的排量，参照此流量选择相应的空压机功率75kW即可。

空压机流量算出来以后，可以得到整体管道内的气体压力（如压缩空气压力0.8MPa，则氮气压力0.7MPa）。

露点无要求，可单独配置冷干机。由于碳分子筛也有一定吸附水分子的作用，此配置成品氮气压力露点在-30℃以下。但是碳分子筛长期使用含水量相对较高的压缩气体，会使碳分子筛软化，加速衰减，降低使用寿命。

建议大家在制氮机前端配置吸附式干燥机，经吸干机处理后的压缩空气压力露点在-30～-40℃之间，含水、含油量极低，对碳分子的污染可以忽略不计，可大大延长碳分子的使用寿命，降低制氮机阀件故障率。

如果需要更低的露点，可以将干燥机放大或者定制低露点的吸干机，就可以达到-50～-70℃的成品氮气露点。