空分制氮是一種從空氣中分離氮氣的高效技術(shù)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、化工、食品、電子等領(lǐng)域。通過先進(jìn)的空氣分離技術(shù)，空分制氮可以高效、穩(wěn)定地生產(chǎn)出高純度氮氣，以滿足不同行業(yè)的多樣需求。

空分制氮的基本原理

空分制氮的原理是基于空氣中氮氣（約占78%）和氧氣（約占21%）等成分的不同物理特性，通過特定的分離工藝實現(xiàn)氮氣的提取與純化。常見的空分制氮技術(shù)包括即深冷空分法、分子篩空分法(PSA或變壓吸附式)和膜空分法（中空纖維膜分離）三種

深冷空分制氮工藝

深冷空分制氮是一種傳統(tǒng)的制氮方法，已有近幾十年的歷史。它是以空氣為原料，經(jīng)過壓縮、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不同(在1大氣壓下，前者的沸點為-183℃，后者的為-196℃)，通過液空的精餾，使它們分離來獲得氮氣。深冷空分制氮設(shè)備復(fù)雜、占地面積大，基建費用較高，設(shè)備一次性投資較多，運行成本較高，產(chǎn)氣慢(12～24h），安裝要求高、周期較長。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％。

深冷空分制氮技術(shù)適用于石油化工、鋼鐵冶金、煤化工等需要高純度、大流量氮氣的行業(yè)。在石油化工行業(yè)，氮氣常用于加氫裂化、催化重整等工藝過程中的保護(hù)氣、置換氣和吹掃氣，要求氮氣純度高且流量穩(wěn)定；鋼鐵冶金行業(yè)中，在轉(zhuǎn)爐煉鋼、連鑄連軋等環(huán)節(jié)，高純度氮氣用于氧槍的冷卻、鋼水的保護(hù)澆注等，對氮氣的純度和流量要求也極為嚴(yán)格。例如，在某大型石油化工企業(yè)的加氫裂化裝置中，使用深冷空分制氮設(shè)備提供純度為 99.999%、流量為 8000Nm3/h 的氮氣，確保了加氫裂化反應(yīng)的安全穩(wěn)定進(jìn)行。

分子篩空分制氮工藝

分子篩空分制氮也叫PSA或變壓吸附式，以空氣為原料，以碳分子篩作為吸附劑，運用變壓吸附原理，利用碳分子篩對氧和氮的選擇性吸附而使氮和氧分離的方法，通稱PSA制氮。此法是七十年代迅速發(fā)展起來的一種新的制氮技術(shù)。與傳統(tǒng)制氮法相比，它具有工藝流程簡單、自動化程度高、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、運行成本較低、裝置適應(yīng)性較強(qiáng)等特點，故在3000Nm3／h以下制氮設(shè)備中頗具競爭力，越來越得到中、小型氮氣用戶的歡迎，PSA制氮已成為中、小型氮氣用戶的首選方法。

PSA 制氮技術(shù)適用于電子元器件制造、食品保鮮、醫(yī)藥包裝等中小規(guī)模且對純度要求多樣的行業(yè)。在電子元器件制造行業(yè)，如芯片制造過程中，需要使用高純度氮氣對芯片進(jìn)行吹掃和保護(hù)，防止芯片在制造過程中被氧化或污染，根據(jù)不同的工藝要求，氮氣純度可在 99.9% – 99.999% 之間選擇；食品保鮮行業(yè)中，利用氮氣的惰性，將其充入食品包裝中，置換出包裝內(nèi)的氧氣，延長食品的保質(zhì)期，一般要求氮氣純度在 95% – 99% 之間；醫(yī)藥包裝行業(yè)，氮氣用于藥品包裝的保護(hù)氣，防止藥品氧化變質(zhì)，對氮氣純度的要求也較為靈活。例如，某電子芯片制造企業(yè)使用 PSA 制氮設(shè)備，根據(jù)不同的芯片制造工藝，提供純度為 99.99% – 99.999% 的氮氣，滿足了生產(chǎn)過程中對氮氣純度和流量的需求。

膜空分制氮工藝

膜空分制氮也叫中空纖維膜分離，是以空氣為原料，在一定壓力條件下，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)更為簡單、體積更小、無切換閥門、維護(hù)量更少、產(chǎn)氣更快(≤3分鐘)、增容方便等優(yōu)點，它特別適宜于氮氣純度≤99.5％的中、小型氮氣用戶，有最佳功能價格比。而氮氣純度在98%以上時，它與相同規(guī)格的PSA制氮機(jī)相比價格要高出15%以上。其實，空氣分離的方法可分為低溫和非低溫兩種，其中非低溫空氣分離方法包括吸附、膜分離、化學(xué)分離法。由于目前在大規(guī)模制取氧、氮氣液產(chǎn)品，尤其是高純度產(chǎn)品方面低溫分離法具有無法取代的競爭優(yōu)勢，而且只有低溫分離法才具有可同時生產(chǎn)氬等稀有氣體產(chǎn)品的能力，故低溫法在空氣分離的工業(yè)應(yīng)用中占據(jù)非常重要的地位。

膜分離制氮技術(shù)適用于油田注氮、激光切割、小型實驗室等對純度要求中等（≤98%）、需快速供氮的領(lǐng)域。在油田注氮作業(yè)中，氮氣用于提高原油采收率，對氮氣的純度要求一般在 95% – 98% 之間，膜分離制氮設(shè)備能夠快速響應(yīng)油田注氮的需求，及時提供所需氮氣；激光切割行業(yè)中，氮氣作為輔助氣體，用于吹除切割過程中產(chǎn)生的熔渣和防止切割面氧化，對氮氣純度要求不高，一般在 95% 左右，膜分離制氮設(shè)備的快速供氮和低成本優(yōu)勢使其在該領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；小型實驗室在進(jìn)行一些常規(guī)實驗時，對氮氣的需求量不大，但要求能夠快速獲得氮氣，膜分離制氮設(shè)備正好滿足這一需求。例如，某油田使用膜分離制氮設(shè)備，為注氮作業(yè)提供純度為 97% 的氮氣，設(shè)備能夠在短時間內(nèi)啟動并穩(wěn)定運行，滿足了油田對氮氣的快速供應(yīng)需求。

微量氧傳感器的重要性

空分制氮是獲取高純度氮氣的重要手段，氮氣中的微量氧含量直接影響其品質(zhì)和使用效果，微量氧分析儀作為關(guān)鍵檢測設(shè)備，在保障氮氣純度方面發(fā)揮著重要作用。

微量氧分析儀采用進(jìn)口電化學(xué)燃料電池式測量原理傳感器，憑借其高靈敏度和高精度特性，能夠?qū)崟r在線檢測氮氣中的氧含量。美國All的電化學(xué)微量氧氣傳感器PSR-12-223，傳感器檢測范圍0-10000ppm，采用微型燃料電池傳感器技術(shù)，具有壽命長，穩(wěn)定性好，精度高等特性。適用用于高濃度的氮氣、氫氣，氦氣環(huán)境中的微量氧檢測。該傳感器是專門為分析工業(yè)行業(yè)設(shè)計的，微量氧分析儀，防爆，本質(zhì)安全變送器和便攜式分析儀。廣泛應(yīng)用于空氣分離裝置，石油化工，煉鋼、制氮、便攜式氧氣檢測儀等多種領(lǐng)域氧氣含量測試。

審核編輯 黃宇