PSA制氮設備流程
变压吸附技术应用广泛，如常温空气分离的制氮与制氧、氢气提纯与回收、气体干燥等工艺过程，应用范围极其广泛。 变压吸附基本原理是利用吸附剂对吸附质在不同压力下有不同的吸附容量，并且在压力状态下对被分离的气体混合物各组分又有选择性吸附的特性，在吸附剂选择吸附的条件下，加压吸附原料气中的某一或某些组分，减压后再脱出这些组分，从而使混合气体得以分离，同时吸附剂又获得再生。因此，一般采用两个或以两个以上的吸附塔，循环交替地变换所组合的各吸附塔压力，就可以达到连续分离气体混合物的目的。因为吸附与解吸过程是通过压力变化实现的，因此该工艺称作变压吸附（PRESSURE SWING ADSORPTION，简称PSA）。 变压吸附制氮是一种常温空气分离技术。与传统的深冷法空气分离技术相比，具有工艺流程简单，设备制造安装容易，装置启停灵活，安全性好，自动化程度高，操作简单，投资省，对于中小规模的装置运行成本低等特点。
变压吸附制氮工艺的核心材料是用于空气分离的碳分子筛（CMS）。如上图所示，这是一种多孔的碳基吸附材料。这种吸附剂具备吸附氧的能力，用以生产氮气产品。 碳分子筛吸附氧的机理：
一般来说，在吸附平衡情况下，任何一种吸附剂在吸附同一气体时，气体压力越高，则吸附剂的吸附量越大；反之，压力越低，则吸附量越小。
变压吸附制氮的动力学原理如下图示：
正是由于在碳分子筛中，氧与氮在不同压力下的吸附容量存在较大的差别，可以利用这一机理，实现空气分离制取氮气的目的。
分凝器
二、变压吸附制氮工藝：
棉花液压打包机
为了获得连续的氮气，一般采用两个吸附塔进行交替吸附和再生，完整的变压吸附过程为：吸附:
装有碳分子筛的吸附塔共有A、B二塔。A塔顶端经碳分子筛向出口端流动时，H2O、CO2和
O2被吸附，产品氮气由吸附塔出口流出。
均压:
经一段时间后(大约1分钟)，A塔内的碳分子筛吸附饱和。这时A塔自动停止吸附，并对B 塔进行一个短暂的均压过程，从而迅速提高B塔压力并达到提高制氮效率的目的。所谓均压，就是将两塔连通，使一只塔（待解吸塔）的气体流向另一只塔（待吸附塔），最终达到两塔的气体压力基本均衡。
解吸：
均压完成后，A塔通过顶端出气口继续排气，将吸附塔迅速下降至常压，从而脱除已吸附的H2O、CO2、 O2，实现分子筛的解吸再生。
吹扫及升压：
弹簧包为了使分子筛彻底再生，以氮气缓冲罐内的合格氮气对A塔进行逆流吹扫，同时使得待吸附塔内的压力进一步提升，而吸附塔另一端的压缩空气的进入，为下一步开始的吸附产氮过程建立起必要的压力。
具体PSA空气分离的工艺过程可描述如下：
耐高温盘根
压缩后的空气通过手动阀 GV101和气动程控阀FSV101或FSV102进入吸附塔A塔或B塔。
PSA工艺是由气动程控阀控制的，如下表:
甲醇制氢PSA压力变化曲线
三、PSA制氮設備總流程：
空气压缩：
在一定的压力下，变压吸附才能达到较佳的吸附效果，因此，环境空气必须经过压缩。通常采用的是螺杆式压缩机（中小型规模）和离心式压缩机（大型规模），小型装置也可以配套涡旋式或其他类型的空压机。由于分子筛为具有微孔组织的材料，如果压缩空气中携带有损害分子筛性能的杂质（如润滑油蒸气），则会造成微孔的堵塞或分子筛中毒，从而降低分子筛效率，影响设备的产量，而这种损害往往是不可恢复的。因此选择品质高，含油量小或无油空气压缩机，是保证系统正常运行的关键因素之一。
空气净化：文具盒生产过程
由于压缩空气中含有水、颗粒、油，这些杂质对分子筛有破坏作用，因此，必须用空气处理系统（冷干机、吸干机及过滤器等），通过降温除去油水，达到保护分子筛的目的。选用高品质的空气处理系统同样是保证制氮装置正常运行的关键因素之一。
压缩空气经过旋风分离器除去大部分的液态水，再进入一级聚合微粒过滤器，除去大部分粉尘与油水滴，经过冷干机及二级聚合微粒过滤器除去压缩空气中的大部分油和水。最后经过活性炭过滤器再此除油之后，空气进入吸附塔中杂质含量如下：
残油含量≤ 0.003 mg/m3（at 21℃）
残余粉尘≤ 0.1μm
残余水含量≤ 5.57g/m3
压缩空气生成的冷凝液通过冷凝排放管排到指定地点。
变压吸附制氮：
是整个过程的核心和关键环节。通过前述的四个工艺过程，可以生产出合格的产品氮气，并经氮气缓冲罐平抑压力波动后，提供给用户端使用。
由于制氮变压吸附工艺长期、高频率的压力交变，无论是升压过程、均压过程，还是解吸再生排放过程，无疑对吸附剂进行着高强度的气流冲刷。因此，如对这些过程的控制不当，分子筛极易出现粉化。这是此种工艺需要解决的关键技术。
氮氣純化工藝
加氢纯化脱氧不脱氢型高纯氮制备装置
经变压吸附（PSA）或膜系统制得的粗制氮气（98.5~99.9%N2）与少量氢混合后，在填装有金属钯脱氧催化剂的反应器中残氧与氢反应生成水蒸气，随后经一后冷却器使大部分水蒸气冷凝下来，并经过高效水分离器除去冷凝水，再进入吸附式干燥器可使产品气露点达到-70℃以下，产品气纯度通过分析仪连续进行在线监测。
其脱氧反应的化学方程式为： 2H2+O2=2H2O+热
为了确保氧被完全脱除，实际加入的H2量与O2量的比率略高于理论值，使得脱氧反应很彻底，从而可获得氧含量低于5ppmO2的高纯氮气。此种工艺由于未脱除过量氢，产品氮中会含有少量的氢气，
对于含氢不敏感的工艺中适用。
此类加氢脱氧纯化装置，通常由混合器、催化反应器、后冷却器、旋风分离器、过滤器、吸附式干燥器、氧分析仪、流量计以及产品氮气缓冲罐组成。
加氢纯化脱氧脱氢型高纯氮制备装置
在某些高纯氮的应用场合，不仅对微量氧的含量有严格的要求，同时还要求氢气含量同样控制在极低的水平，使用化学型脱氧催化剂，将最终的高纯氮气中含氧及含氢量均达到1ppm 以下，然后再通过含氢气体的还原反应，实现化学型吸附剂的再生。
此类装置须根据用户的具体要求，以及装置的成套规模，采取不同的工艺方案（单段式或两段式），在达到用户对高纯氮的技术要求的前提下，使得装置的经济性较好。
此装置还可拓展用于已知无氧但含氢气体的脱氢操作。吸附剂的再生则需要通过含氧气体的氧化反应，实现再生的目的。
碳载纯化脱氧型高纯氮制备装置
5ppmO2或更低含氧量的高纯氮气，可以选用变压吸附制取粗制氮气（99.9~99.99%N2），再进行碳载纯化制取高纯度氮气的工艺方案。
其化学反应方程式： C+O2 = CO2 + 热
碳载纯化氮气装置由加热器、反应塔、水冷却器、脱CO2吸附器、氧分析仪、流量计，及产品氮气缓冲罐等组成。
为了减少碳精的更换频率，提高设备的利用率，降低消耗性碳精的运行费用，通常设计为每3个月或者6个月更换。本公司一般推荐粗氮纯度为99.9%，在此纯度条件下可以兼顾粗氮生产配套空压机功率消耗和碳载纯化部分碳精消耗，达到总体上经济运行的目的。
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