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氮氣發(fā)生器制氮的原理及分類
氮氣是zui常用的惰性氣體，價格低廉，易制無毒，在實驗室中常用做色譜載氣、吹掃、保護(hù)等。實驗室的氮氣來源主要有三種，一是鋼瓶氣，二是管道氣，三是氮氣發(fā)生器。鋼瓶氣氣體質(zhì)量高，但鋼瓶屬于壓力容器，運輸和保存需要一定的資質(zhì)，偏遠(yuǎn)地區(qū)更換麻煩，費用高；管道氣為大規(guī)模制氮，統(tǒng)一調(diào)度使用，適合大型工廠或用氣單位集中的工業(yè)園區(qū)，用氣量大建設(shè)費用高；氮氣發(fā)生器為現(xiàn)場制氮，多為小型氣站或者實驗室儀器或小型生產(chǎn)線單*對一配套，使用靈活費用可控，對運輸和保存沒有特殊要求，為越來越多的實驗室用戶選擇。
氮氣發(fā)生器按原理分為三種，現(xiàn)簡單介紹如下，供各位用戶參考：
1，電化學(xué)法制氮。在氫氣電解池的陰極（產(chǎn)氫氣一側(cè)）通入高壓空氣，在催化劑作用下，氫氣和氧氣形成微觀燃料電池，完成氧化還原反應(yīng)生產(chǎn)水，宏觀上表現(xiàn)即為空氣中的氧氣被除去，剩余氮氣。這種方法可以產(chǎn)出zui高99.995%的氮氣，但有幾個明顯的缺陷：一需用到高濃度氫氧化鉀溶液做電解液，這種強堿溶液與氣體直接接觸，對氣體質(zhì)量有潛在影響，并有隨氣路輸出的可能性；二單位成本高，比如我公司生產(chǎn)的XYN-300型，標(biāo)稱產(chǎn)氮300ml/min，實際穩(wěn)定使用150ml/min，不適合做大流量氮氣發(fā)生器；三反應(yīng)過程只去除了空氣中的氧氣，其它雜質(zhì)氣體并沒有涉及，并且反應(yīng)過程對電解池制作技術(shù)要求很高，不合適的電解池制作技術(shù)會造成氮氣純度數(shù)量級的降低。這類氮氣發(fā)生器作為一種小流量氮氣來源，總費用不過幾千元，常被用于色譜載氣和小容量保護(hù)，是一種低成本的解決方案；
2，膜分離制氮。高壓空氣通過中空纖維膜組件，氮氣分子和氧氣分子的擴(kuò)散速度差別積累，在膜組件輸出端形成高純度的氮氣，zui終形成的產(chǎn)品氣純度zui高可達(dá)99%，氣體流量>5000ml/min，并且可以累加使用，不影響產(chǎn)品質(zhì)量，在不考慮其它限制條件的情況下，氣體裝置可以無限擴(kuò)充。這種制氮方法膜分離制氮在工業(yè)上有不少的應(yīng)用，在實驗室主要用于對氣體純度要求不特別高的吹掃、保護(hù)、對氧氣的置換等。這類發(fā)生器的主要優(yōu)點是流量大，實驗室級別產(chǎn)品一般在50L/min上下，并可隨意擴(kuò)充，同時壽命長，膜組件作為核心部件，在空氣源穩(wěn)定的情況下，壽命可達(dá)10年，且維護(hù)成本極低；缺點是氮氣純度不能達(dá)到高純級，膜組件目前均為進(jìn)口，國內(nèi)不能提供，成本較高，儀器價格也相對高。我公司生產(chǎn)的氮氣發(fā)生器中，型號末端帶M的，例如XYN-30LMGC即為膜分離制氮產(chǎn)品，可供對氮氣使用量在幾升、幾十升到幾百升每分鐘的用戶選用；
3，PSA變壓吸附制氮。利用氮氣與其它氣體分子在分子篩中的吸附能力差異，形成濃度差異的積累，在分子篩柱末端產(chǎn)出高純度氮氣。同時利用兩根分子篩柱，一根吸附的同時引出一部分產(chǎn)品氣為另一根解析，實現(xiàn)分子篩在線再生，整體表現(xiàn)即為儀器持續(xù)輸出高純氮氣。這類發(fā)生器可根據(jù)需要，調(diào)節(jié)氮氣的純度和流量，zui高可生產(chǎn)99.999%的氮氣產(chǎn)品，流量可從幾百毫升到幾十升到幾立方每分鐘，純度大小配置靈活，可根據(jù)每個需求具體定制，PSA變壓吸附技術(shù)在工業(yè)中應(yīng)用很廣泛，已發(fā)展幾十年，是很成熟的技術(shù)。技術(shù)難點主要是分子篩柱填裝技術(shù)，分子篩填裝不好，會造成分子篩在氣體高低壓頻繁變化中互相摩擦碰撞粉化，微孔數(shù)量減少，分子篩性能急劇降低。上海析友分析儀器有限公司生產(chǎn)的PSA變壓吸附氮氣發(fā)生器產(chǎn)品，使用流行的暴風(fēng)雪填裝法，同時配合內(nèi)筒恒壓閥和中部均壓技術(shù)，分子篩壽命長，針對實驗室需求開發(fā)出多種型號，可供對純度和流量都有較高要求的中客戶選用。