一、前言
隨著工業的迅速發展，氮氣在化工、電子、冶金、食品、機械等領域獲得了廣泛的應用，我國對氮氣的需求量每年以大于8%的速度增加。氮氣的化學性質不活潑，在尋常的狀態下表現為很大的惰性，不易與其他物質發生化學反應。因此，氮氣在冶金工業、電子工業、化工工業中廣泛的用來作為保護氣和密封氣，一般保護氣的純度要求為99.99%，有的要求99.998%以上的高純氮。氣態氮是一個較方便的冷源，在食品工業、醫療事業以及畜牧業的精液貯藏等方面得到越來越普遍的應用。在化肥工業生產合成氨時，合成氨的原料氣—氫、氮混合氣若用純液氮洗滌精制，可使惰性氣體的含量極微小，一氧化硫和氧的含量不超過20ppm。純凈的氮氣無法從自然界直接汲取，主要采用空氣分離法。空氣分離法中包括：深冷法、變壓吸附法(PSA)、膜分離法。
二、PSA制氮機的工藝流程和設備簡介
空氣經空氣過濾器清除灰塵和機械雜質后進入空氣壓縮機，壓縮至所需壓力，經嚴格的除油、除水、除塵凈化處理，輸出潔凈的壓縮空氣，目的是確保吸附塔內分子篩的使用壽命。裝有碳分子篩的吸附塔共有二個，一個塔工作時，另一個塔則減壓脫附。潔凈空氣進入工作吸附塔，經過分子篩時氧、二氧化碳和水被其吸附，流至出口端的氣體便是氮氣及微量的氬和氧。另一塔（脫附塔）使已吸附的氧氣、二氧化碳和水從分子篩微孔中脫離排至大氣中。這樣兩塔輪流進行，完成氮氧分離，連續輸出氮氣，
變壓吸附制取的氮氣純度為95%-99.9%，假如需要更高純度的氮氣需增加氮氣凈化設備。變壓吸附制氮機輸出的95%-99.9%氮氣進入氮氣凈化設備，同時通過一流量計添加適量的氫氣，在凈化設備的除氧塔中氫和氮氣中的微量氧進行催化反應，以除去氧然后經水冷凝器冷卻，汽水分離器除水，再通過干燥器深度干燥（兩個吸附干燥塔交替使用：一個吸附干燥除水，另一個加熱脫附排水），得到高純氮氣，此時的氮氣純度可達99.9995%，目前國內變壓吸附制氮最大的生產能力為3000m3/h。
三、深冷制氮的工藝流程和設備簡介
整個流程由空氣壓縮及凈化、空氣分離、液氮汽化組成。
1、空氣壓縮及凈化
空氣經空氣過濾器清除灰塵和機械雜質后進入空氣壓縮機，壓縮至所需壓力，然后送入空氣冷卻器，降低空氣溫度。再進入空氣干燥凈化器，除去空氣中的水份、二氧化碳、乙炔及其它碳氫化合物。
2、 空氣分離：
凈化后的空氣進入空分塔中的主換熱器，被返流氣體（產品氮氣、廢氣）冷卻至飽和溫度，送入精餾塔底部，在塔頂部得到氮氣，液空經節流后送入冷凝蒸發器蒸發，同時冷凝由精餾塔送來的部分氮氣，冷凝后的液氮一部分作為精餾塔的回流液，另一部分作為液氮產品出空分塔。由冷凝蒸發器出來的廢氣經主換熱器復熱到約130K進膨脹機膨脹制冷為空分塔提供冷量，膨脹后的氣體一部分作為分子篩的再生和吹冷用，然后經消音器排入大氣。
3、?液氮汽化
由空分塔出來的液氮進液氮貯槽貯存，當空分設備檢修時，貯槽內的液氮進入汽化器被加熱后，送入產品氮氣管道。
四、深冷制氮與變壓吸附制氮的技術經濟比較
1、流程比較
從以上的論述中我們可以發現：變壓吸附制氮流程簡樸，設備數量少，主要設備僅有空壓機、空氣干燥器、吸附制氮機和儲氣罐等。而深冷制氮流程復雜，設備數量多，主要設備有空壓機、空冷器、空氣凈化干燥器、換熱器、膨脹機和精流塔等。
2、產品種類和純度比較
深冷制氮不僅可以生產氮氣而且可以生產液氮，滿意需要液氮的工藝要求，并且可在液氮貯槽內貯存，當出現氮氣間斷負荷或空分設備小修時，貯槽內的液氮進入汽化器被加熱后，送入產品氮氣管道滿意工藝裝置對氮氣的需求。深冷制氮的運轉周期（指兩次大加溫之間的間隔期）一般為1年以上，因此，深冷制氮一般不考慮備用。而變壓吸附制氮只能生產氮氣，無備用手段，單套設備不能保證連續長周期運行。深冷制氮可制取純度≧99.999%的氮氣。氮氣純度受到氮氣負荷、塔板數量、塔板效率和液空中氧純度等的限制，調節范圍很小。因此，對于一套深冷制氮設備其產品純度基本是一定的，不便調節。變壓吸附制氮制取的氮氣純度一般在95%-99.9%范圍內，假如需要更高純度的氮氣需增加氮氣凈化設備。氮氣純度只受產品氮氣負荷的影響，在其他條件不變情況下，氮氣排出量越大，氮氣的純度就越低；反之則越高。因此，對于一套變壓吸附制氮設備只要負荷答應其產品純度可以在90-99.9%之間任意調節。
3、運行控制比較
深冷法由于是在極低溫度下進行的，設備在投入正常運行之前，必須有一個預冷啟動過程，啟動時間即從膨脹機啟動至氮氣純度達到要求的時間一般不小于12h；設備在進入大修之前，必須有一段加溫解凍的時間，一般為24h。因此，深冷法制氮設備不宜常常起、停，宜長時間連續運行。變壓吸附法啟動時，只要按一下按鈕，啟動30分鐘內便可以獲得合格的氮氣產品，假如需要高純的氮氣，那么經過氮氣凈化裝置，大約再用30分鐘便可獲得99.99%-99.9999%的高純氮氣。停機時也只需按一下按鈕便可。因此，變壓吸附制氮特殊適用于間斷運行的情況。現在深冷法制氮一般均采用先進的DCS（或PLC）計算機控制技術，實現中控、機旁、就地一體化的控制，可有效的監控整套設備的生產過程。變壓吸附制氮采用智能化全自動控制，按鈕即可進行氮氣生產，無需專人治理。
五、結論
對于用戶來說，所需氮氣純度大多為99.9%，從以上對深冷制氮和變壓吸附制氮的簡介及比較中，我們可以得出以下結論：1、當氮氣連續負荷大于600m3/h，間斷負荷用量不太大，可以通過液氮汽化滿意要求時，應采用深冷制氮。2、當氮氣連續負荷大于600m3/h，間斷負荷用量大，液氮汽化已不能滿意其用量時，可采用以深冷制氮為主，變壓吸附間斷供氣的方式。3、當氮氣連續負荷小于600?m3n/h，可采用變壓吸附制氮。4、變壓吸附制氮特殊適用于氮氣負荷小于3000m3/h，氮氣純度為95%，并且是間斷運行工況。5、當工藝裝置需要液氮時，除非有外部供給液氮的可能，否則均應采用深冷制氮。
常溫PSA空分制氧與深冷空分制氧的對比
工藝的區別
常溫PSA空分制氧 (Pressure Swing Adsorption) 是一種常溫下，利用不同成分的氣體在吸附劑表面上的吸附能力不同，通過周期性的壓力變化實現氣體的分離。通常，PSA工藝主要包括吸附、吹掃、反吹和平衡等四個步驟。
深冷空分制氧?(Cryogenic Air Separation) 是通過對空氣進行壓縮、冷卻、蒸餾等步驟，利用氣體的沸點不同進行分離。深冷空分制氧工藝主要包括壓縮、預冷、分離和再壓縮等步驟。
效率和經濟性的差別
常溫PSA空分制氧?的效率相對較低，因為它主要依賴于吸附劑的特性和氣體的吸附平衡，而且需要周期性的壓力變化，這會導致一部分氣體的浪費。然而，PSA工藝的設備結構簡單，投資成本和運行成本相對較低，適合于小規模生產。深冷空分制氧?的效率比較高，因為它是利用了氣體的沸點差異進行分離，可以實現高純度的制氧。然而，深冷空分設備復雜，需要大量的能源輸入，設備投資和運行成本較高，適合于大規模生產。行業應用上的優劣勢
常溫PSA空分制氧?的優勢在于設備簡單、運行成本低，適合于小規模生產，例如醫療保健、食品飲料和電子制造等行業。深冷空分制氧 的優勢在于能夠產出高純度的氧氣，適合于大規模生產，主要應用于鋼鐵冶煉、化工和石油煉制等行業。但是設備投資和運行成本較高，需要大量的能源輸入。
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