PSA法氮气制造装置应用研究

变压吸附(Pressure Swing Adsorption，简称PSA)是一种先进的气体分离技术，它在当今世界的现场供气方面具有不可替代的地位，而利用变压吸附原理生产氮气的装置更是数不胜数，因此，本文将就PSA法氮气制造装置的实际应用做简要探讨。
主要内容：变压吸附制氮机(Pressure Swing Adsorption，简称PSA制氮机)是一种采用碳分子筛作为吸附剂的先进气体分离技术，它在当今世界的现场供气方面具有不可替代的地位，普遍应用于各行各业。具体说来，PSA变压吸附氮气制造装置广泛应用于金属热处理过程的保护气，化学工业生产用气及各类储罐、管道的充氮净化，橡胶、塑料制品的生产用气，食品行业排氧保鲜包装，饮料行业净化和覆盖气，医药行业充氮包装及容器的充氮排氧，电子行业电子元件及半导体生产过程的保护气等方面。实际应用中，一般认为变压附制氮机的核心是碳分子筛，而碳分子筛的性能指标又由硬度、产氮量(Nm3/T-h)、回收率(N2/Air)%和填装密度来反映。由于PSA法氮气制造装置能够对纯度、流量、压力等指标进行有效控制，因而可以在应用中满足不同客户的需要。下面针对PSA法氮气制造装置的一些具体应用做简单介绍。
(一)变压吸附制氮装置用于工业生产中的惰性保护氮气是一种惰性气体，而且在空气含量中位居首位，因此在工业生产过程中，利用氮气对一些有毒有害、易燃易爆、易挥发的物料进行惰性气体保护的应用相当广泛，比如用于安全保护气、置换气、煤矿防火灭火、防腐防爆、电子工业、集成电路等方面。在化工助剂生产中，采用氮气作为惰性气体进行保护可以有效防止由溶剂引起的爆炸和燃烧事故，同时还能够避免干燥产品在干燥期间的过热氧化作用及降解。
(二)变压吸附制氮设备在橡胶轮胎行业的应用
上世纪八十年代以来，国产变压吸附制氮设备就开始逐步取代了进口psa及深冷空分制氮的部分市场，制氮设备的应用领域也有了更大的拓展，尤其是在石化、化工、纺织等行业的广泛应用。现实当中，考虑到资金投入、市场变化等诸多因素的影响，中小型PSA制氮方式相比深冷制氮方式而言，具有投资成本低、交货时间短、设备操作维护简便、适应范围广等优势，因此往往成为大部分用户的首选。例如，在橡胶轮胎硫化工艺过程当中，传统工艺是采用水蒸汽来给胶囊充压，这无可避免的大大降低了胶囊的使用寿命；而国外先进的工艺则是采用99.99%纯度的氮气注入胶囊以提高胶囊的使用年限。综合考虑用气成本和胶囊成本则不难发现采用高纯度氮气明显优于传统方式。橡胶轮胎的硫化工艺过程当中氮气的制造流程如下：空气压缩机将空气压缩后再通过压缩空气净化组件进行除油、除水、除尘等处理，然后进入空气储存罐，由PSA制氮机实现氮、氧分离，氧气排放出去，而氮气则进入缓冲罐。此后的过程则是提高氮气的纯度，利用氮气纯化装置，在低纯氮气中加入氨分解产生的氮氢混合气，此时氮气中的氧气与氨分解气中的氢气在催化剂作用下生成水，如此一来实现进一步除氧，然后将高纯度氮气送入储存罐以备增压。最后由氮气增压机把高纯氮气由0.55MPa加压到3.3MPa，此后高纯高压氮气由电动调节阀减压至用户实际需要的用气压力再进入生产线。实际生产应用当中，当PSA制氮系统发生故障或者恰好处于定期检修状况，可以由备用液氮系统向生产线供氮以确保生产不受影响。出于环保和节能的考虑，在橡胶轮胎硫化工艺过程中，由于氮气在使用后含有部分水蒸气、粉尘以及压力降低，温度升高，如能采取有效措施将其回收起来，经过处理再次使用又可以节约不少成本，还能减少污染。(三)PSA制氮机氮气在电缆制造业中的应用目前来说，在交联绝缘电线电缆当中，交联方式主要分为惰性气体(氮气)交联、辐照交联和温水交联三种，而对于生产10-500kv的70平方毫米以上的大截面、高电压级别电缆而言，一般都采用惰性气体交联(即干法化学交联)方式来实现。长期的经验表明，符合GB3864工业用氮技术要求的氮气用于交联电缆生产中的加热介质，能够大大提高交联电缆产品的质量。以往很多交联生产线厂家在选择氮气时都采用瓶装氮气，事实上大部分瓶装氮气都是其他厂家深冷制氧装置的副产物，存在纯度不达标，氧、水含量超标等现象，含水量过高，在高温环境下极易产生水蒸气，而形成的气泡包容在塑性状态中的PE中，造成PE过早老化，严重影响电缆质量。根据交联电缆生产的要求，氮气的使用压力一般为1.2~1.6MPa，又由于氮气瞬时用气量大，所以交联电缆生产当中，必须配备有大容积压储罐，同时保证氮气压力在3.0MPa附近。PSA法制氮设备技术装置在交联电缆生产线中的实际运行表明，此技术工艺自动化程度高。