李丕阳 王冰
浙江正大空分设备有限公司 浙江省杭州市 311411
摘要：当前，变压吸附制氮机是制氮的主要方式之一。在制氮过程中，制氮机会消耗大量的能源。而在整个生产系统运行过程中，通过利用空气压缩机来进行空气压缩，以此来实现制氮的目标。但是空气压缩机是一种高能耗的设备，其会耗费很多的能量来进行制氮，为了更能够降低制氮能源消耗，重视吸附时间的变更，并将其融合与渗透到变压吸附制氮机的生产过程当中，从而产生节能影响。下面对吸附时间变更对变压吸附制氮机在生产中的节能影响进行探究与分析，旨在更好地推动空气压缩机利用效率的有效提升，实现降耗的目标。
关键词：吸附时间变更；变压；吸附制氮机；生产；节能
近些年来，随着社会经济的快速发展，氮气的应用范围在不断扩大。在工业生产中，氮气能够发挥出密封气与保护气的作用，其应用更为广泛。在制氮时，变压吸附制氮机是一种主要制氮设备，其具有低能耗、操作简单等优势与特征。而在制氮生产中，人们往往过分重视变压吸附制氮机自身能耗的降低，却忽视了制氮机在制氮时空气压缩机的能量消耗，而空气压缩机的能耗是非常大的，通过提升制氮机对压缩空气的利用效率，减少制氮机对压缩空气的实际需求量，从而更好地降低空压机的实际能耗，这样的方式更为简单可行，具有非常显著的节能效果。
一、变压吸附制氮机的概述
变压吸附制氮法简称PSA，其是一种现代化的分离气体的技术。变压吸附制氮技术通过对不同气体分子的吸附来促进不同气体分子的分离，其选择性更高，吸附性更好，能够有效地将空气中的氧气与氮气进行分离。PSA在运行时，按照两吸附塔并联的方式交替加压吸附与解压再生，实现氧氮分离，从而获得更高纯度的氮气。PSA产氮快捷方便，其具有较为独特的气流分布器与先进的技术，通过碳分子筛的高效利用来制氮。同时PSA设备结构比较紧凑，使用起来非常方便，更加经济适用，具有高效能、低耗能、低成本的特性。PSA一般都是由进口的PLC控制系统来进行自动化控制，不用人工值守就可以随时显示与观看氮气的流量压力纯度，自动化程度较高，应用效果也比较显著。
在研究吸附时间变更对变压吸附制氮机在生产中的节能影响的过程中，必须要先掌握变压吸附制氮机的工作原理及流程，这样才能够更好、更科学地变更吸附时间，降低能耗，提升变压吸附制氮机的实际工作效率与效果。下面对变压吸附制氮机的工作原理及流程展开具体分析与探讨：
1、掌握变压吸附制氮机的实际工作原理
变压吸附制氮机的吸附剂是碳分子筛，通过加压与降压，来对空气中的氧气进行吸附、解吸与释放，从而使得氧气与氮气分离。变压吸附制氮机是一种自动化的制氮设备，煤是碳分子筛利用的主要材料，经过对煤的研磨、氧化、成型和碳化，最后再利用孔型处理工艺来进行特殊加工，碳分子筛的表层和内部都布满了微孔的柱形颗粒状的吸附剂，颜色为黑色。正是由于碳分子筛的孔径分布具有很强的特性，才能够对氧气与氮气进行动力分离。碳分子筛的孔径会使不同气体按照不同的速率进行扩散，也不会排斥空气中的任何气体。由于氧气与氮气这两种气体的动力学直径差异比较小，且在碳分子筛的微孔中扩大很快，其中氮气分子的动力学直径相对较大，使得其扩散速率相对较慢。变压吸附制氮设备就是利用了碳分子筛的这种选择吸附性，通过加压吸附与减压解吸的原理来循环分离空气中的氧气与氮气，并对氮气进行收集，持续生产出纯度更高的氮气产成品[1]。
2、分析变压吸附制氮机的运行流程
变压吸附制氮机在制氮时，其运行流程主要是空气先经过空气压缩机进行压缩，然后再对空气进行灰尘、水分与油的清除，当空气进入到储存罐后，清除干净的空气会进入到气阀中，从左面吸入空气的气阀进入左吸附塔，吸附塔内的压力会变高，碳分子筛会对空气中的氧分子进行吸附，没有被吸附的氮气会穿过吸附床，从左面的出气阀与氮气产气阀进入到储存氮气的储存罐中，这个运行流程是变压吸附制氮机的左吸。当持续几十秒的时间后，结束左吸的过程，然后通过连通上、下均压阀来将左、右吸附塔进行连通，均衡左、右吸附塔的压力，这个过程是均压吸附塔的过程，持续的时间大概是3秒左右。当均压工作结束以后，压缩的空气会经过空气阀和右吸进气阀进入到右吸附塔中，碳分子筛会吸附压缩空气中的氧分子，然后将分离出来的氮气进行富集，氮气会经过右吸出气阀与氮气产气阀进到氮气的储存罐中，这个运行流程叫右吸，也是持续几十秒的时间。左、右吸附塔会对分离出来的氧气进行排放，排到空气当中，这是两个吸附塔的解吸过程。当右吸结束后，依然要进行均压，经过几秒钟的均压之后再切换到左吸的过程，循环反复进行[2]。
二、吸附时间变更对变压吸附制氮机在生产中的节能影响分析
在研究吸附时间变更对变压吸附制氮机在生产中的节能影响时，要先对制氮机的基本情况进行了解。例如制氮机的流量设计是800nm3/h，供气的压力在0.6兆帕之上，供应的氮气纯度在99%以上。单个吸附周期的时间设定在47秒。制氮机的实际生产量为200nm3/h，这表示制氮机的运行并没有满负荷，这说明吸附塔内的碳分子筛的空间在设定时间内并没有达到饱和状态，制氮机的利用效率不高。再经过制氮机左、右吸附塔的反复切换，会放空更多的空气，这会增加反吹、均压的次数，从而导致浪费能量的现象或者问题出现。
在供气量保持稳定以及保障制氮机纯度要求的基础与前提下，通过对制氮机实际工作原理的掌握与利用，逐步增加吸附的时间，逐渐将时间增加到140秒，这样能够减少左、右吸附塔的切换次数，减少空气的浪费，促进罐内的碳分子筛空间得到更好、更充分的利用，促进左右吸附塔在切换过程中解吸、反吹以及均压等次数，促进空气放空量得到大大减少，提升空气压缩机的利用效率。当氮气的需求量大增时，可以通过合理把控与变更变压吸附的时间，来满足氮气生产的实际需求。
在变更吸附时间时，通过增加吸附的时间，能够有效的减少吸附塔的切换次数，而左侧与右侧吸附切换次数的减少，使得排气、均压等次数就会大大减少，促进空气压缩机内的气体得到更有效、更充分地利用，这对于空气压缩机节能效率的提升非常有效，同时也能够更好地稳定氮气系统的压力，虽然在一定程度上会降低氮气的纯度，但是对于氮气的生产需求依然可以满足。如果氮气的需求量较大，同时对于氮气的纯度要求非常高，那么可以变更吸附时间，科学、适当的降低一点吸附的时间来满足氮气的生产需求。当氮气的需求量不高，且对氮气的纯度要求也不是十分严格，那么可以通过适当增加吸附的时间，使得制氮机能够对空气压缩机中的空气进行更充分的利用，减少空气压缩机的实际能耗，在一定程度上具有非常显著的节能效果。由此可见，通过对吸附时间合理、灵活的变更与应用，在满足氮气生产需求的情况下，还能够起到很好的节能作用，这对于变压吸附制氮机生产效率与节能效率的提升非常有利，也与我国的节能、降耗、减排的政策与号召相契合[3]。
三、结束语
综上所述，在实际的制氮过程中离不开空压机对空气的压缩，等到空压机压缩空气后才能够进一步滤除空气中的灰尘、杂质与水分等，进一步吸附氧气，使得混合气体中的氮气与氧气进行分离。但是空压机的能耗是较高的，为了能够降低空压机的能耗，通过变更吸附的时间，减少并联的两个吸附塔的切换、均压等次数，提升空压机中空气利用率，降低空压机的能耗，从而有效实现节能的目标。
参考文献：
[1]郭红芳.清洗工艺对变压吸附制氧浓度的影响[J].建筑工程技术与设计,2018,(7):811.
[2]刘钊,卢克超,龙飞飞,等.变压吸附制氮设备压紧装置优化改造[J].石化技术,2019,26(7):186-187.
[3]房泽强.变压吸附制氮技术的发展和应用[J].军民两用技术与产品.2016,(12).81-81.