氮?dú)庵品?二：分子篩空分制氮

分子篩空分制氮是以空氣為原料，以碳分子篩作為吸附劑，運(yùn)用變壓吸附原理，利用碳分子篩對(duì)氧和氮的選擇性吸附而使氮和氧分離的方法，通稱PSA(Pressure Swing Adsorption）制氮。此法是七十年代迅速發(fā)展起來(lái)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(jiǎn)單、自動(dòng)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(yùn)行成本較低、裝置適應(yīng)性較強(qiáng)等特點(diǎn)，故在1000Nm3／h以下制氮設(shè)備中頗具競(jìng)爭(zhēng)力，越來(lái)越得到中、小型氮?dú)庥脩舻臍g迎，PSA制氮已成為中、小型氮?dú)庥脩舻氖?span style='color:#FFFFFF;'>i選方法。

深冷空分制氮

它是一種傳統(tǒng)的空分技術(shù)，已有九十余年的歷史，它的特點(diǎn)是產(chǎn)氣量大，產(chǎn)品氮純度高，無(wú)須再純化便可直接應(yīng)用于磁性材料，但它工藝流程復(fù)雜，占地面積大，基建費(fèi)用高，需專門(mén)的維修力量，操作人員較多，產(chǎn)氣慢(18~24h)，常熟氮?dú)猓m宜于大規(guī)模工業(yè)制氮，氮?dú)獬杀驹?.7元/m3左右。

變壓吸附制氮

變壓吸附(Pressure Swing Adsorption，簡(jiǎn)稱PSA)氣體分離技術(shù)是非低溫氣體分離技術(shù)的重要分支，氮?dú)馍碳?，是人們長(zhǎng)期來(lái)努力尋找比深冷法更簡(jiǎn)單的空分方法的結(jié)果。七十年代西德埃森礦業(yè)公司成功開(kāi)發(fā)了碳分子篩，為PSA空分制氮工業(yè)化鋪平了道路。三十年來(lái)該技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)日趨成熟，在中小型制氮領(lǐng)域已成為深冷空分的強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

變壓吸附制氮是以空氣為原料，用碳分子篩作吸附劑，利用碳分子篩對(duì)空氣中的氧和氮選擇吸附的特性，運(yùn)用變壓吸附原理(加壓吸附，減壓解吸并使分子篩再生)而在常溫使氧和氮分離制取氮?dú)狻?/span>

變壓吸附制氮與深冷空分制氮相比，具有顯著的特點(diǎn):吸附分離是在常溫下進(jìn)行，工藝簡(jiǎn)單，氮?dú)馍a(chǎn)商，設(shè)備緊湊，占地面積小，開(kāi)停方便，啟動(dòng)迅速，產(chǎn)氣快(一般在30min左右)，能耗小，運(yùn)行成本低，自動(dòng)化程度高，操作維護(hù)方便，撬裝方便，無(wú)須專門(mén)基礎(chǔ)，產(chǎn)品氮純度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，產(chǎn)氮量≤2000Nm/h。但到目前為止，除美國(guó)空氣用品公司用PSA制氮技術(shù)，無(wú)須后級(jí)純化能工業(yè)化生產(chǎn)純度≥99.999%的高純氮外(進(jìn)口價(jià)格很高)，國(guó)內(nèi)外同行一般用PSA制氮技術(shù)只能制取氮?dú)饧兌葹?9.9%的普氮(即O2≤0.1%)，個(gè)別企業(yè)可制取99.99%的純氮(O2≤0.01%)，氮?dú)鈱?shí)體商，純度更高從PSA制氮技術(shù)上是可能的，但制作成本太高，用戶也很難接受，所以用非低溫制氮技術(shù)制取高純氮還必須加后級(jí)純化裝置。

由于單質(zhì)N2在常況下異常穩(wěn)定，人們常誤認(rèn)為氮是一種化學(xué)性質(zhì)不活潑的元素。實(shí)際上相反，元素氮有很高的化學(xué)活性。N的電負(fù)性(3.04)僅次于F、O、Cl和Br，說(shuō)明它能和其它元素形成較強(qiáng)的鍵。另外單質(zhì)N2分子的穩(wěn)定性恰好說(shuō)明N原子的活潑性。問(wèn)題是目前人們還沒(méi)有找到在常溫常壓下能使N2分子活化的最i佳條件。但在自然界中，植物根瘤上的一些細(xì)菌卻能夠在常溫常壓的低能量條件下，把空氣中的N2轉(zhuǎn)化為氮化合物，作為肥料供作物生長(zhǎng)使用。所以固氮的研究一直是一個(gè)重要的科學(xué)研究課題。因此我們有必要詳細(xì)了解氮的成鍵特性和價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。

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