制氮機

PSA制氮工作原理：變壓吸附制氮機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，從而分離出氮氣的自動化設備。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實現(xiàn)O2、N2的動力學分離。這樣的孔徑分布可使不同的氣體以不同的速率擴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直徑的微小差別，O2分子的動力學直徑較小，因而在碳分子篩的微孔中有較快的擴散速率，N2分子的動力學直徑較大，因而擴散速率較慢。壓縮空氣中的水和CO2的擴散同氧相差不大，而擴散較慢。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的吸附量遠沒有達到平衡（值），所以O2、N2擴散速率的差別使O2的吸附量在短時間內大大超過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，使壓縮空氣交替進入吸附塔（也可以單塔完成）來實現(xiàn)空氣分離，從而連續(xù)產出高純度的產品氮氣。

制氮機制氫工作原理：

　　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％的氮氣，并吸收21.9千卡熱量，其主要反應為：

　　2NH3—3H2＋N2-21.9千卡

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

　　三、氫氣純化工作原理：

　　當制氮機制氫設備所產生的氫氣合格時再進入氫氣純化作進一步提純處理，裂解氫氣的純度很高，其中揮發(fā)性雜質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。變溫吸附（TSA）技術是以吸附劑（多孔固體物質）內部表面對氣體分子在不同溫度下吸附性能不同為基礎的一種氣體分離純化工藝。常溫時吸附雜質氣，加溫時脫附雜質氣，

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

制氮空分設備的選用

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用。特別是分子篩流程的制氮裝置，其運行可靠、操作簡單等特點更適用于油田注氮。近年來，變壓吸附制氮和膜分離空氣分離技術的不斷發(fā)展和完善，為我們提供了可供選擇的機會。這種裝置體積小、便于撬裝、工藝流程簡單、啟動快、能耗低，對于要求氮氣純度不高，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備具有更大的吸引力。