空分制氮是一種從空氣中分離氮氣的高效技術，廣泛應用于工業生產、化工、食品、電子等領域。通過先進的空氣分離技術，空分制氮可以高效、穩定地生產出高純度氮氣，以滿足不同行業的多樣需求。

空分制氮的基本原理

空分制氮的原理是基于空氣中氮氣（約占78%）和氧氣（約占21%）等成分的不同物理特性，通過特定的分離工藝實現氮氣的提取與純化。常見的空分制氮技術包括即深冷空分法、分子篩空分法(PSA或變壓吸附式)和膜空分法（中空纖維膜分離）三種

深冷空分制氮工藝

深冷空分制氮是一種傳統的制氮方法，已有近幾十年的歷史。它是以空氣為原料，經過壓縮、凈化，再利用熱交換使空氣液化成為液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸點不同(在1大氣壓下，前者的沸點為-183℃，后者的為-196℃)，通過液空的精餾，使它們分離來獲得氮氣。深冷空分制氮設備復雜、占地面積大，基建費用較高，設備一次性投資較多，運行成本較高，產氣慢(12～24h），安裝要求高、周期較長。綜合設備、安裝及基建諸因素，3500Nm3／h以下的設備，相同規格的PSA裝置的投資規模要比深冷空分裝置低20％～50％。

深冷空分制氮技術適用于石油化工、鋼鐵冶金、煤化工等需要高純度、大流量氮氣的行業。在石油化工行業，氮氣常用于加氫裂化、催化重整等工藝過程中的保護氣、置換氣和吹掃氣，要求氮氣純度高且流量穩定；鋼鐵冶金行業中，在轉爐煉鋼、連鑄連軋等環節，高純度氮氣用于氧槍的冷卻、鋼水的保護澆注等，對氮氣的純度和流量要求也極為嚴格。例如，在某大型石油化工企業的加氫裂化裝置中，使用深冷空分制氮設備提供純度為 99.999%、流量為 8000Nm3/h 的氮氣，確保了加氫裂化反應的安全穩定進行。

分子篩空分制氮工藝

分子篩空分制氮也叫PSA或變壓吸附式，以空氣為原料，以碳分子篩作為吸附劑，運用變壓吸附原理，利用碳分子篩對氧和氮的選擇性吸附而使氮和氧分離的方法，通稱PSA制氮。此法是七十年代迅速發展起來的一種新的制氮技術。與傳統制氮法相比，它具有工藝流程簡單、自動化程度高、產氣快(15～30分鐘)、能耗低，產品純度可在較大范圍內根據用戶需要進行調節，操作維護方便、運行成本較低、裝置適應性較強等特點，故在3000Nm3／h以下制氮設備中頗具競爭力，越來越得到中、小型氮氣用戶的歡迎，PSA制氮已成為中、小型氮氣用戶的首選方法。

PSA 制氮技術適用于電子元器件制造、食品保鮮、醫藥包裝等中小規模且對純度要求多樣的行業。在電子元器件制造行業，如芯片制造過程中，需要使用高純度氮氣對芯片進行吹掃和保護，防止芯片在制造過程中被氧化或污染，根據不同的工藝要求，氮氣純度可在 99.9% – 99.999% 之間選擇；食品保鮮行業中，利用氮氣的惰性，將其充入食品包裝中，置換出包裝內的氧氣，延長食品的保質期，一般要求氮氣純度在 95% – 99% 之間；醫藥包裝行業，氮氣用于藥品包裝的保護氣，防止藥品氧化變質，對氮氣純度的要求也較為靈活。例如，某電子芯片制造企業使用 PSA 制氮設備，根據不同的芯片制造工藝，提供純度為 99.99% – 99.999% 的氮氣，滿足了生產過程中對氮氣純度和流量的需求。

膜空分制氮工藝

膜空分制氮也叫中空纖維膜分離，是以空氣為原料，在一定壓力條件下，利用氧和氮等不同性質的氣體在膜中具有不同的滲透速率來使氧和氮分離。和其它制氮設備相比它具有結構更為簡單、體積更小、無切換閥門、維護量更少、產氣更快(≤3分鐘)、增容方便等優點，它特別適宜于氮氣純度≤99.5％的中、小型氮氣用戶，有最佳功能價格比。而氮氣純度在98%以上時，它與相同規格的PSA制氮機相比價格要高出15%以上。其實，空氣分離的方法可分為低溫和非低溫兩種，其中非低溫空氣分離方法包括吸附、膜分離、化學分離法。由于目前在大規模制取氧、氮氣液產品，尤其是高純度產品方面低溫分離法具有無法取代的競爭優勢，而且只有低溫分離法才具有可同時生產氬等稀有氣體產品的能力，故低溫法在空氣分離的工業應用中占據非常重要的地位。

膜分離制氮技術適用于油田注氮、激光切割、小型實驗室等對純度要求中等（≤98%）、需快速供氮的領域。在油田注氮作業中，氮氣用于提高原油采收率，對氮氣的純度要求一般在 95% – 98% 之間，膜分離制氮設備能夠快速響應油田注氮的需求，及時提供所需氮氣；激光切割行業中，氮氣作為輔助氣體，用于吹除切割過程中產生的熔渣和防止切割面氧化，對氮氣純度要求不高，一般在 95% 左右，膜分離制氮設備的快速供氮和低成本優勢使其在該領域得到廣泛應用；小型實驗室在進行一些常規實驗時，對氮氣的需求量不大，但要求能夠快速獲得氮氣，膜分離制氮設備正好滿足這一需求。例如，某油田使用膜分離制氮設備，為注氮作業提供純度為 97% 的氮氣，設備能夠在短時間內啟動并穩定運行，滿足了油田對氮氣的快速供應需求。

微量氧傳感器的重要性

空分制氮是獲取高純度氮氣的重要手段，氮氣中的微量氧含量直接影響其品質和使用效果，微量氧分析儀作為關鍵檢測設備，在保障氮氣純度方面發揮著重要作用。

微量氧分析儀采用進口電化學燃料電池式測量原理傳感器，憑借其高靈敏度和高精度特性，能夠實時在線檢測氮氣中的氧含量。美國All的電化學微量氧氣傳感器PSR-12-223，傳感器檢測范圍0-10000ppm，采用微型燃料電池傳感器技術，具有壽命長，穩定性好，精度高等特性。適用用于高濃度的氮氣、氫氣，氦氣環境中的微量氧檢測。該傳感器是專門為分析工業行業設計的，微量氧分析儀，防爆，本質安全變送器和便攜式分析儀。廣泛應用于空氣分離裝置，石油化工，煉鋼、制氮、便攜式氧氣檢測儀等多種領域氧氣含量測試。

審核編輯 黃宇