一、采用中空纖維膜法(無需“加液氮氣產生機”)

  兩種或兩種以上的氣體混合通過高分子膜時,由於各種氣體在膜中的溶解度和擴散系數的差異,導致不同氣體在膜中相對滲透速率有所不同。根據這一特性,可將氣體分為“快氣”和“慢氣”。

  當混合氣體在驅動力——膜兩側壓差的作用下,滲透速率相對較快的氣體和水、氧、二氧化碳等透過膜後在膜滲透側被富集,而滲透速率相對較慢的氣體如氮氣、一氧化碳、氬氣等則在滯留側被富集,從而達到混合氣體分離之目的。

  當以加壓淨化空氣為氣源時,氮氣等惰性氣體被富集成高純度供生產應用,由滲透側排空的為富氧空氣。氮膜系統可將廉價的空氣中氮從78%提高到95%以上,最高可得到99。9%的純氮。

  這種氮氣發生器的工作原理分離制氮在工業上有不少的應用,在實驗室主要用於對氣體純度要求不特別高的吹掃、保護、對氧氣的置換等。這類發生器的主要優點是流量大,同時壽命長,且維護成本極低;缺點是氮氣純度不能達到高純級,膜組件目前均為進口,國內不能提供,成本較高,儀器價格也相對高。

  二、電化學法制氮(需“加液”)

  采用電化學法制氮的發生器可以制取純氮、氧氣等氣體。它利用恆定電位電解法,采用微孔膜(例如石棉膜)作為兩電極的分隔板,多孔氣體擴散型氧電極為陰極,鎳網為陽極,且電極安裝是采用硬支撐結構。該發生器可在氮、氧氣室壓差(1MPa)下穩定工作,可避免陰極氫析出,保證產生氣體的純度氮。具體制取氮氣的方法是以空氣為原料將氣體送入有電解液的電解槽,在兩電極間加上電壓≦1。5V的直流電,此時在槽內空氣中氧氣被吸收而獲得氮氣。其電解液采用“強制循環方式”,由電磁泵帶動電解液在液路中循環,提高了電解效率。

  這種氮氣發生器的工作原理可以產出最高99。995%的氮氣,但有幾個明顯的缺陷:其一,需用到高濃度氫氧化鉀溶液做電解液,這種強堿溶液與氣體直接接觸,對氣體質量有潛在影響,並有隨氣路輸出的可能性;其二,單位成本高,不適合做大流量氮氣發生器;其三,反應過程只去除了空氣中的氧氣,其它雜質氣體並沒有涉及,並氮氣機且反應過程對電解池制作技術要求很高,不合適的電解池制作技術會造成氮氣純度數量級的降低。但是,這類氮氣發生器作為一種小流量氮氣來源,常被用於色譜載氣和小容量保護,總費用不過幾千元,是一種低成本的氮氣發生器的工作原理解決方案。

  三、PSA變壓吸附制氮(無需“加液”)

  利用氮氣與其它氣體分子在分子篩中的吸附能力差異,形成濃度差異的積累,在分子篩柱末端產出高純度氮氣。同時利用兩根分子篩柱,一根吸附的同時引出一部分產品氣為另一根解析,實現分子篩在線再生,整體表現即為儀器持續輸出高純氮氣。

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