PSA制氮系统的核心组成有哪些

变压吸附（PSA）制氮系统是目前应用广泛、安全、高效、稳定的现场制氮供氮系统，它围绕变压吸附空气分离原理设计，主要由空气预处理系统、吸附分离系统、控制与智能系统、氮气后处理系统4大块组成。

1、空气预处理系统

系统组成：空气压缩机 + 冷冻式干燥机 + 过滤器

空气压缩机（负责压缩空气供给）

功能：提供带压空气气源。

作用：将环境空气加压至工作压力范围，并为后续吸附分离环节提供稳定的带压空气。

冷冻式干燥机

功能：通过制冷剂循环给压缩空气降温，从而使水蒸气冷凝排除，实现对压缩空气的深度脱水；

作用：它能有效提升系统整体稳定性，确保产品氮气品质。另外，冷干机还能平抑空压机产生的气流脉动，让气流更平稳的进入到吸附塔内。

过滤器

功能：拦截空气中的杂质、油蒸气和水；让压缩空气更加干燥洁净。

作用：大幅减少压缩空气中的杂质、油、水；有效延长分子筛使用寿命，保障产品氮气品质，减少系统运维成本。

2、吸附分离系统 

系统组成：吸附塔 + 吸附剂（碳分子筛）

吸附塔

功能：核心分离单元，一般配备双塔来交替工作以保证连续供气；材质多为不锈钢或碳钢，罐体上会有防腐涂层。

作用：压缩空气在完成预处理后，就近进入左吸附塔，塔内压力升高，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，未吸附的氮气穿过吸附床进入氮气储罐，这个过程称之为“左吸”，持续时间为几十秒。

 “左吸”结束后，左吸附塔与右吸附塔之间的压力会达成均衡，过程大概持续2-3秒。均压结束后，压缩空气进入右吸附塔，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，富集的氮气进入氮气储罐。与此同时，左塔启动降压解析程序：通过排气阀门将此前吸附的氧气释放至大气，实现吸附剂再生。为强化解析效果，一路常开的反吹气体同步对左塔实施逆向吹扫，确保残留氧气彻底脱附排出。这一反吹操作与解析过程并行开展。待右塔吸附周期结束后，系统重复均压步骤并切换回左塔吸附模式，如此循环往复形成连续生产。

吸附剂（碳分子筛）

功能：多孔性碳基吸附材料，可抗压耐磨，专为气体分离设计。

作用：碳分子筛（CMS）是决定分离效率的关键性材料，它的微孔结构允许小分子N₂快速通过，而大分子O₂被截留，利用分子筛对氮、氧的吸附性差异，可高效实现氮、氧分离。

3、控制与智能系统

系统组成：气动阀门系统 + 控制系统 + 人机交互

气动阀门系统

功能：包括电磁阀、单向阀、泄压阀等组件。一般具有毫秒级启闭能力，可靠的密封性，以及压力和温度的适应性。

作用：负责控制吸附塔的切换、均压、解吸等关键步骤。能够直接影响系统的整体运行效率、稳定性和可靠性。是制氮系统的核心执行单元。

控制系统（PLC）

功能：动态平衡算法优化能耗；故障自诊断与报警记录；历史数据追溯分析。

作用：可编程逻辑控制器（PLC）是制氮系统自动化的基础，也是工艺控制的“大脑”。它能协调设备运行、实时监控压力/流量/纯度等参数，为设备全生命周期管理和智能制造提供数据支撑，并实现自动化管理。

人机交互

功能：HMI（人机界面）是连接人与设备间的桥梁；它让操作可视化，提升监控效率和维护便捷性。

作用：操作员可在3次点击内完成90%的常规操作。核心参数都可通过屏幕展现，系统也会自动记录核心指标与操作日志，形成历史记录。

远程监控与数据分析功能可省去人员值守需求；借助通讯协议，HMI可将运行数据上传至线上平台，并支持系统管理者使用手机APP查看设备实时运行状态和各项指标。系统自带的维保日期提醒功能，可让预防性维护占比提升，年均维护成本可减少约三分之一。

4、氮气后处理系统

系统组成：氮气缓冲罐 + 终端净化 + 纯度提升

氮气缓冲罐

功能：用于储存一定量的压缩氮气。

作用：一方面，缓冲罐通过储存一定量的压缩氮气来削弱吸附塔因周期性切换带来的气流波动，确保下游用气的连续性和稳定性；另一方面，也可用于应对突发的高需求或设备启停造成的变化。

终端净化

功能：采用多级过滤与露点控制工艺对氮气做进一步净化，除水除杂。

作用：对氮气做进一步过滤净化，减少残留水分、杂质和油。

纯度提升

功能：通过氧化反应，减少产品气中的氧含量，进一步提升氮气纯度。

作用：通过催化剂纯化与氢气纯化两条技术路线来实现高纯氮制取。其中，氢气法在99.9995%以上纯度场景，会较催化剂纯化更具稳定性。