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新闻三种制氮方法大比拼:PSA变压吸附、电化学法和膜分离
更新时间:2023-12-15 阅读:1540
  氮气发生器的工作原理基于将压力稳定且纯净的原料空气引入电解池中。在阴极,空气中的氧被吸附并获取电子,与水反应生成氢氧根离子,然后迁移到阳极。最终,在阳极处失去电子并析出氧气,从而实现空气中氧的不断分离,仅留下氮气随气路输出。随着功能的不断完善和技术进步,氮气发生器已广泛应用于航空航天、核电核能、食品医药、石油化工、电子工业、材料工业和科学实验等领域,并受到广泛欢迎。
 
  一般来说,制氮的方法主要有以下三种:PSA变压吸附制氮、电化学法制氮以及膜分离制氮。每种方法都有其特点。
 
  1.PSA变压吸附制氮:利用氮气与其他气体分子在分子筛中的吸附能力差异,形成浓度差异的积累,从而在分子筛柱末端产生高纯度氮气。同时,通过两根分子筛柱的交替吸附和解析操作,实现分子筛在线再生,使仪器持续输出高纯氮气。该类发生器可根据需求调节氮气的纯度和流量,最高可生产99.999%的氮气产品。流量范围从几百毫升到几十升到几立方每分钟,纯度大小配置灵活,可根据每个需求进行定制。
 
  2.电化学法制氮:在氢气电解池的阴极通入高压空气,在催化剂的作用下,氢气和氧气形成微观燃料电池,完成氧化还原反应产生水。宏观上表现为空气中的氧气被除去,剩余氮气。这种方法可以产出最高99.995%的氮气。然而,它存在几个明显的缺陷:首先,需要使用高浓度氢氧化钾溶液作为电解液,这种强碱溶液与气体直接接触,可能对气体质量产生影响,并有可能随气路输出;其次,单位成本较高,一些发生器标称产氮300ml/min,实际稳定使用150ml/min,不适合用于大流量氮气发生器;第三,反应过程只去除了空气中的氧气,其他杂质气体并未涉及,并且对电解池制作技术要求较高,不合适的电解池制作技术可能导致氮气纯度数量级的降低。
 
  3.膜分离制氮:高压空气通过中空纤维膜组件,由于氮气分子和氧气分子的扩散速度差异而积累,在膜组件输出端形成高纯度的氮气。最终的产品气纯度最高可达99%,气体流量大于5000ml/min,并且可以累加使用,不影响产品质量。在不考虑其他限制条件的情况下,气体装置可以无限扩充。这种制氮方法在工业上广泛应用,在实验室主要用于对气体纯度要求不高的吹扫、保护、氧气置换等。这类发生器的主要优点是流量大,实验室级别产品一般在50L/min左右,并可随意扩充;同时寿命长,膜组件作为核心部件,在空气源稳定的情况下,寿命可达10年,且维护成本极低。缺点是氮气纯度无法达到高纯级,膜组件目前均为进口,国内无法提供,成本较高,仪器价格也相对较高。
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