普拉勒氮气发生器

更新时间：2024-10-08

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　　氮气发生器作为实验室常用设备之一，作为氮气供气源，用途广泛。其中，对质谱和气相色谱的正常运行起到重要作用。那么，该如何选择合适的氮气发生器呢？膜分离技术和变压吸附技术是现今氮气发生器的两种主要制氮技术。两种制氮技术各有特点和优势。　　
膜分离技术

压缩空气通过中空纤维膜，由于不同气体分子直径不同，当空气通过膜的时候，分子直径较小的氧气、二氧化碳和水蒸汽会通过中空纤维膜管道上的小孔，进而排到大气中去。在膜的出口，大分子直径的氮气分子和惰性气体氩气都被收集起来，输送到应用设备。这种氮气分离提取技术简单有效，无需任何移动部件。

膜分离原理图　　

变压吸附技术　　
变压吸附制氮的填充材料是碳分子筛，是一种多孔疏松的棒状碳颗粒，当压缩空气通过碳分子筛时，同样也是根据气体分子直径的不同，碳分子筛会吸附水汽和氧气，但是，氮气不会被吸附，从而被分离。变压吸附的过程包括吸附解压-重生阶段。

变压吸附技术

变压吸附原理图　　

变压吸附技术和膜分离技术来生产氮气，各有优势。但是，对于某些特定的应用设备，使用其中的一种分离技术比另一种更有优势。具体使用哪种技术更好更合适要取决于应用和流速要求，不能一概而论。而需要强调的是，氮气膜和碳分子筛都不是消耗品，都无需定期更换。

两种技术对比来说：

　　1.尺寸和重量

　　氮气膜尺寸小，重量轻，结构紧凑，更轻盈小巧，甚至发生器能放在标准实验台下，这些对于空间很有限的实验室而言无疑是好的选择。

　　2.噪音

　　膜分离技术不产生任何噪音，这也就意味着膜分离氮气发生器能放在应用仪器旁边，安静地工作，无需将发生器放在另外一个房间，从而减少了管道延长所产生的额外费用，也避免了管道漏气的风险。

　　3.纯度

　　氮气在不同分析仪器中所起的作用不同，所以对纯度的需求也不同，LC-MS所用的氮气主要作为雾化气及保护气，纯度95%就全能满足需求。理想化状态下，变压吸附所能达到的最大纯度要优于膜分离技术。但变压吸附所产生的氮气纯度与进气量、压力、气源质量都有很大的关系，如果气源不洁净或者气量压力不够，那纯度会大大降低，不能单纯认为变压吸附纯度一定高。

　　4.露点，含水量

　　决定氮气露点含水量的因素，除了分离技术外，进气质量和过滤系统也至关重要。对于碳分子筛的变压吸附，如果前端处理不当，不仅除水能力下降，而且会污染碳分子筛，久而久之碳分子筛就失去了吸附的能力。对于膜分离，如果有较好的前端处理和除水设计，同样可以有效除水，降低露点。

　　5.空压机的负荷

　　膜分离和变压吸附对空气气量的需求不同。对于膜分离，纯度越高，需要的空气越多，空压机负荷越大。对于变压吸附，会有反吹现象，所以用气量要远高于理论值，不能简单的按照空氮比得出实际空气量，相应空压机负荷也大于理想情况。

　　6.维护保养

　　膜分离技术移动部件少，所以维护简单。一旦发生器出了问题，小而轻的氮气膜占用空间小，让发生器的维护以及零配件的更换都非常方便，同时，也降低了维护和维修成本，节约了时间。另外氮气膜的工作无需很多电子部件的管理和控制，所以可以将更多的电子部件用于监控核心技术参数，保证了发生器的稳定性。变压吸附相对移动部件、电子控件都多，所以维修维护较为繁琐。

氮气发生器

　　综上而言，在选择氮气发生器时，不能单一根据是膜分离技术还是变压吸附技术决定好与坏，要根据实际情况和具体应用合理选择。

二、氮气发生器的类型

根据氮气可能用途的不同，氮气发生器可分为以下几种类型：

　　1. PSA氮气发生器

　　PSA氮气发生器是利用分子筛技术，将空气中的氧气和水分吸附，从而提取出纯度高、质量稳定的氮气。它常用于化工、电子、半导体、食品、医药以及其他多种工业领域。

PSA是 Pressure Swing Adsorption的简称，中文名为变压吸附，1960年Skarstrom提出PSAZL，他以沸石分子筛为吸附剂，用一个两床PSA装置，从空气中分离出富氧，该过程经过改进，于60年代投入了工业生产。1970年，PSA技术在工业应用取得了突破性的进展，Zxian应用于空气干燥与净化。80年代，PSA技术的工业应用取得了突破性的进展，主要应用在氮氧分离、空气干燥等。其中，氮氧分离的技术进展是把新型吸附剂碳分子筛与变压吸附结合起来，将空气中的氧气和氮气加以分离，从而获得氮气。

PSA制氮核心部件就是碳分子筛。碳分子筛在上世纪70年代兴起的一种新型吸附剂，主要成分为元素碳，外观为黑色柱状固体。
PSA

它利用筛分的特性来达到分离O2 、N2的目的。在分子筛吸附杂质气体时，大孔和中孔只起到通道的作用，将被吸附的分子运送到微孔和亚微孔中，微孔和亚微孔才是真正起吸附作用的容积。碳分子筛内部包含有大量的微孔，这些微孔允许动力学尺寸小的分子快速扩散到孔内，同时限制大直径分子的进入。由于这些气体分子相对扩散速率的不同，因此它们可以被有效的分离。同时，在制造碳分子筛时，根据分子尺寸的大小，碳分子筛内部微孔分布应在0.28～0.38nm。在该微孔尺寸范围内，氧气可以快速通过微孔孔口扩散到孔内，而氮气却很难通过微孔孔口，从而达到氧、氮分离。

采用PSA方法的氮气发生器可以根据用户个人需要，制备不同纯度的氮气，Z高可达99.999%。

　　2. 空气压缩机式氮气发生器

　　在压缩机的工作过程中，通过对空气压缩处理，将氮气和氧气压缩到相同的压强下，然后利用分子筛分离工艺分离出氮气。它通常应用于各种民用应用中，如气象、口腔治疗、气体气泡、人工呼吸等。

　　3. 膜分离式氮气发生器

　　膜分离式氮气发生器是利用具有吸附性能的特殊膜技术实现氧气和氮气的分离。它常用于制备高纯度氮气，如半导体制造、食品包装材料、化学品、气气体氧化反应等。

　　三、氮气发生器的应用领域

　　氮气发生器在各个工业领域中，得到了广泛的应用，特别是在高科技工业方面。它的应用领域如下：

　　1. 半导体制造业

　　制造半导体过程中，需要用大量的高纯度氮气。氮气发生器可以在不使用气瓶的情况下，产生高纯度氮气，适用于半导体制造中的压制、光刻、清洗和治疗等过程。

　　2. 化学品制造业

　　在化学制造过程中，需要制备具有特殊用途的化学品，需要纯度高、质量稳定的氮气。氮气发生器可以在较短时间内，提供大量的高质量氮气，适用于溶剂回收、化学反应、脱水等过程。

　　3. 食品包装业