氮是自然界中最丰富的自然存在的元素之一。以其化合物的形式，它可以被用于从医药到食品制造到石油和天然气生产的工业应用。

在这篇文章中，我们将涉及在工业领域中如何生产氮气。

氮气生产的主要方法

工业规模的氮气生产通常通过三种核心方法完成。

1. 变压吸收法（PSA）

2. 膜法制氮

3. 分裂蒸馏法

适合你的应用的氮气生成技术将取决于你需要的工业级氮气纯度。根据这些工作原理，制氮机（PSA氮气机、氮气设备）是如何工作的？

PSA制氮

这种制氮方法的工作原理是，当气体混合物通过吸附材料时，会发生差异性分离。特殊的吸附材料将根据气体的分子特性，使用两阶段的过程分离气体组分。

吸附

吸附是使用PSA方法生产氮气的第一个阶段。这个系统的特点是有两个吸附塔，里面装满了碳分子筛吸附材料，选择性地吸附氧气，使富含氮气的空气通过室，进入收集罐。

解吸法

这是对吸附过程的直接反转。当一个室处于吸附过程时，另一个室同时进行解吸。这第二阶段释放出被吸附的氧气，并允许更新吸附塔，为另一个吸附循环做准备。使用PSA从空气中制氮的整个过程是比较快的--每个周期平均需要60秒。

膜法制氮

膜过滤技术取决于半透膜的使用，它根据不同的移动速度有选择地将空气分离成其组成气体。膜表面被塑造成中空纤维，这为更快的选择性吸附率提供了更大的表面积。

中空纤维氮气膜是现场制氮机的完美选择，因为它们相对安静且操作安全。

下面重点介绍了使用半透膜进行氮气工业制备时涉及的最重要的部件。

进料过滤器聚结器

每一个以膜为媒介的氮气制造过程都需要一个保护性的过滤装置，以保护膜免受来自压缩空气样品的水分的破坏性影响。

浸入式加热器单元

浸入式加热器是用于工业制备氮气的膜过滤器的重要组成部分。这些加热器将对进入吸附膜的空气进行过热处理，以确保任何可能已经通过进料过滤器凝聚器的液体不会到达吸附膜。

活性碳过滤器

由浸入式加热器提供的加热空气经过活性碳床，在空气进入过滤膜之前，活性碳会吸收任何碳氢化合物蒸汽杂质。

微粒过滤器

颗粒物过滤器是使用选择性膜生产氮气的最后一个筛选步骤。这种过滤器在空气进入过滤膜之前，对小至0.01微米的颗粒起到了筛子的作用。

分段蒸馏

分馏法是从大气中生产氮气的最有效方法之一，因为它生产的氮气纯度非常高。这种制氮机工艺涉及将空气混合物过冷到液化点，然后在其不同的沸点进行蒸馏。分馏法将产生几乎百分之百纯度（99.999%）的气体。

氮气生产的工业应用

氮气的惰性以及它的其他物理和化学特性使它成为很多工艺的理想选择。仅仅在石油和天然气行业，就有几种氮气的用途。

氮气在石油和天然气中的应用

符合压缩空气质量标准的工业化生产的氮气可以用于一些陆上和海上的工艺，包括： 

注入氮气

气体介导的管道干燥

气体消隐

氮气吹扫

油气井中的注氮

随着时间的推移，油气井的天然地层压力将开始下降，这导致了生产率的降低。将需要改用二次采油方法。维持气井生产的一个有效方法是将氮气注入储层，作为一种强化采油技术。

气体介导的管道干燥

氮气可以有效地用来去除杂质并保持天然气管道的干燥。除湿和管道干燥对于防止气体储存设施的腐蚀和各种工业过程中水蒸气的干扰是至关重要的。

氮气吹扫

这个过程涉及使用气态氮来替换工业过程中的有害气体。由于氮气的惰性，它也将对具有高自燃风险的工业过程发挥稳定的平衡作用。

气体遮蔽

氮气被引入储罐，以防止挥发性碳氢化合物之间发生不良化学反应。

食品加工

易腐烂食品的制造商使用氮气来延长他们产品的保质期。

聚合物制造

聚合物生产行业利用氮气来硬化橡胶和塑料产品并提高其抗拉强度。

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