制氮機(jī)

PSA制氮工作原理：變壓吸附制氮機(jī)是以碳分子篩為吸附劑，利用加壓吸附，解吸的原理從空氣中吸附和釋放氧氣，從而分離出氮?dú)獾淖詣踊O(shè)備。碳分子篩是一種以煤為主要原料，經(jīng)過研磨、氧化、成型、碳化并經(jīng)過特殊的孔型處理工藝加工而成的，表面和內(nèi)部布滿微孔的柱形顆粒狀吸附劑，呈黑色，其孔型分布如下圖所示：碳分子篩的孔徑分布特性使其能夠?qū)崿F(xiàn)O2、N2的動力學(xué)分離。這樣的孔徑分布可使不同的氣體以不同的速率擴(kuò)散至分子篩的微孔之中，而不會排斥混合氣（空氣）中的任何一種氣體。碳分子篩對O2、N2的分離作用是基于這兩種氣體的動力學(xué)直徑的微小差別，O2分子的動力學(xué)直徑較小，因而在碳分子篩的微孔中有較快的擴(kuò)散速率，N2分子的動力學(xué)直徑較大，因而擴(kuò)散速率較慢。壓縮空氣中的水和CO2的擴(kuò)散同氧相差不大，而擴(kuò)散較慢。終從吸附塔富集出來的是N2和Ar的混合氣。碳分子篩對O2、N2的吸附特性可以用平衡吸附曲線和動態(tài)吸附曲線直觀表現(xiàn)出來：由這兩個(gè)吸附曲線可以看出，吸附壓力的增加，可使O2、N2的吸附量同時(shí)增大，且O2的吸附量增加幅度要大一些。變壓吸附周期短，O2、N2的吸附量遠(yuǎn)沒有達(dá)到平衡（值），所以O(shè)2、N2擴(kuò)散速率的差別使O2的吸附量在短時(shí)間內(nèi)大大超過N2的吸附量。變壓吸附制氮正是利用碳分子篩的選擇吸附特性，采用加壓吸附，減壓解吸的循環(huán)周期，使壓縮空氣交替進(jìn)入吸附塔（也可以單塔完成）來實(shí)現(xiàn)空氣分離，從而連續(xù)產(chǎn)出高純度的產(chǎn)品氮?dú)狻?br />

制氮機(jī)制氫工作原理：

　　氨（氣態(tài)）在一定溫度下，經(jīng)催化劑（西南院Z204）作用下裂解為75％的氫氣和25％的氮?dú)猓⑽?1.9千卡熱量，其主要反應(yīng)為：

　　2NH3—3H2＋N2-21.9千卡

　　整個(gè)過程因是吸熱膨脹反應(yīng)，提高溫度有利于氨裂解，同時(shí)它又是體積擴(kuò)大的反應(yīng)，降低壓力有利于氨的分解，制氮機(jī)制氫設(shè)備為使用狀態(tài)。

　　三、氫氣純化工作原理：

　　當(dāng)制氮機(jī)制氫設(shè)備所產(chǎn)生的氫氣合格時(shí)再進(jìn)入氫氣純化作進(jìn)一步提純處理，裂解氫氣的純度很高，其中揮發(fā)性雜質(zhì)只有微量的殘氨和水份，可見只須除去微量殘氨和水份即可獲得高純度氣體。

　　氣體提純采用變溫吸附技術(shù)。變溫吸附（TSA）技術(shù)是以吸附劑（多孔固體物質(zhì)）內(nèi)部表面對氣體分子在不同溫度下吸附性能不同為基礎(chǔ)的一種氣體分離純化工藝。常溫時(shí)吸附雜質(zhì)氣，加溫時(shí)脫附雜質(zhì)氣，

　　分子篩表面全是微孔，在常溫常壓下可吸附相當(dāng)于自重20％（靜態(tài)吸附時(shí)的水份和雜質(zhì)，而在350℃左右的溫度下，可以再生完全，每24小時(shí)切換一次，以得到純度和雜質(zhì)含量均合格的產(chǎn)品氣體。吸附塔為兩塔并聯(lián)交替使用，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)供氣。

制氮空分設(shè)備的選用

傳統(tǒng)的深冷法制氮流程（分子篩和可逆板式換熱器流程），由于其氣量范圍廣，工藝成熟，產(chǎn)品純度高，對于大多數(shù)油田注氮來講，深冷法制氮仍將得到為廣泛的應(yīng)用。特別是分子篩流程的制氮裝置，其運(yùn)行可靠、操作簡單等特點(diǎn)更適用于油田注氮。近年來，變壓吸附制氮和膜分離空氣分離技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，為我們提供了可供選擇的機(jī)會。這種裝置體積小、便于撬裝、工藝流程簡單、啟動快、能耗低，對于要求氮?dú)饧兌炔桓?，氣量不大的小注氮油田，或是單井注氮誘噴的油田，使用變壓吸附和膜分離制氮空分設(shè)備具有更大的吸引力。