浅析高纯氮气发生器的三种工作原理

　　氮气是z常用的惰性气体，价格低廉，易制无毒，在实验室中常用做色谱载气、吹扫、保护等。实验室的氮气来源主要有三种，一是钢瓶气，二是管道气，三是氮气发生器。钢瓶气气体质量高，但钢瓶属于压力容器，运输和保存需要一定的资质，偏远地区更换麻烦，费用高;管道气为大规模制氮，统一调度使用，适合大型工厂或用气单位集中的工业园区，用气量大建设费用高;高纯氮气发生器为现场制氮，多为小型气站或者实验室仪器或小型生产线单*对一配套，使用灵活费用可控，对运输和保存没有特殊要求，为越来越多的实验室用户选择。
 

　　高纯氮气发生器按原理分为三种，现简单介绍如下，供各位用户参考：
 

　　1、电化学法制氮。在氢气电解池的阴极(产氢气一侧)通入高压空气，在催化剂作用下，氢气和氧气形成微观燃料电池，完成氧化还原反应生产水，宏观上表现即为空气中的氧气被除去，剩余氮气。这种方法可以产出z高99.995%的氮气，但有几个明显的缺陷：一需用到高浓度氢氧化钾溶液做电解液，这种强碱溶液与气体直接接触，对气体质量有潜在影响，并有随气路输出的可能性;二单位成本高，标称产氮300ml/min，实际稳定使用150ml/min，不适合做大流量氮气发生器;三反应过程只去除了空气中的氧气，其它杂质气体并没有涉及，并且反应过程对电解池制作技术要求很高，不合适的电解池制作技术会造成氮气纯度数量级的降低。
 

　　2、膜分离制氮。高压空气通过中空纤维膜组件，氮气分子和氧气分子的扩散速度差别积累，在膜组件输出端形成高纯度的氮气，z终形成的产品气纯度z高可达99%，气体流量>5000ml/min，并且可以累加使用，不影响产品质量，在不考虑其它限制条件的情况下，气体装置可以无限扩充。这种制氮方法膜分离制氮在工业上有不少的应用，在实验室主要用于对气体纯度要求不特别高的吹扫、保护、对氧气的置换等。这类发生器的主要优点是流量大，实验室级别产品一般在50L/min上下，并可随意扩充，同时寿命长，膜组件作为核心部件，在空气源稳定的情况下，寿命可达10年，且维护成本极低;缺点是氮气纯度不能达到高纯级，膜组件目前均为进口，国内不能提供，成本较高，仪器价格也相对高。
 

　　3、PSA变压吸附制氮。利用氮气与其它气体分子在分子筛中的吸附能力差异，形成浓度差异的积累，在分子筛柱末端产出高纯度氮气。同时利用两根分子筛柱，一根吸附的同时引出一部分产品气为另一根解析，实现分子筛在线再生，整体表现即为仪器持续输出高纯氮气。