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淺析高純氮氣發生器的三種工作原理

點擊次數:278 發布時間:2022-12-23
  氮氣是z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,三是氮氣發生器。鋼瓶氣氣體質量高,但鋼瓶屬于壓力容器,運輸和保存需要一定的資質,偏遠地區更換麻煩,費用高;管道氣為大規模制氮,統一調度使用,適合大型工廠或用氣單位集中的工業園區,用氣量大建設費用高;高純氮氣發生器為現場制氮,多為小型氣站或者實驗室儀器或小型生產線單*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。
 
  高純氮氣發生器按原理分為三種,現簡單介紹如下,供各位用戶參考:
 
  1、電化學法制氮。在氫氣電解池的陰極(產氫氣一側)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,完成氧化還原反應生產水,宏觀上表現即為空氣中的氧氣被除去,剩余氮氣。這種方法可以產出z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,對氣體質量有潛在影響,并有隨氣路輸出的可能性;二單位成本高,標稱產氮300ml/min,實際穩定使用150ml/min,不適合做大流量氮氣發生器;三反應過程只去除了空氣中的氧氣,其它雜質氣體并沒有涉及,并且反應過程對電解池制作技術要求很高,不合適的電解池制作技術會造成氮氣純度數量級的降低。
 
  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散速度差別積累,在膜組件輸出端形成高純度的氮氣,z終形成的產品氣純度z高可達99%,氣體流量>5000ml/min,并且可以累加使用,不影響產品質量,在不考慮其它限制條件的情況下,氣體裝置可以無限擴充。這種制氮方法膜分離制氮在工業上有不少的應用,在實驗室主要用于對氣體純度要求不特別高的吹掃、保護、對氧氣的置換等。這類發生器的主要優點是流量大,實驗室級別產品一般在50L/min上下,并可隨意擴充,同時壽命長,膜組件作為核心部件,在空氣源穩定的情況下,壽命可達10年,且維護成本極低;缺點是氮氣純度不能達到高純級,膜組件目前均為進口,國內不能提供,成本較高,儀器價格也相對高。
 
  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品氣為另一根解析,實現分子篩在線再生,整體表現即為儀器持續輸出高純氮氣。
 
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