在工業(yè)氣體領域，純度 95%–99.999% 的氮氣需求逐年攀升， PSA（Pressure Swing Adsorption，變壓吸附）制氮機憑借“就地制取、即開即�！钡撵`活性，已成為替代液氮蒸發(fā)、瓶氮分裝的主流方案。其本質(zhì)是一場“吸附—再生”的循環(huán)博弈：利用碳分子篩（CMS）在高壓下對氧分子選擇性吸附、低壓下快速解吸的特性，把空氣中的氧、水分、二氧化碳截留，讓氮氣富集流出。
整套流程可拆成五步：
- 壓縮與凈化——環(huán)境空氣經(jīng)螺桿空壓機升壓至 0.7–1.0 MPa，由冷干機、三級過濾器除去水分、油霧與顆粒，露點降到 –20 ℃以下，含油≤0.01 ppm，避免 CMS“中毒”。
- 吸附分離——潔凈空氣進入雙塔（A 塔與 B 塔）之一，塔內(nèi)裝滿 1.5 mm 柱狀 CMS。在 0.8 MPa 下，氧分子被微孔捕獲，氮氣在塔頂富集，經(jīng)止回閥流入緩沖罐；當氧傳質(zhì)前沿接近塔出口時，系統(tǒng)自動切塔。
- 均壓降——A 塔結束吸附后，其頂部富氮區(qū)與 B 塔底部連通 1–2 s，回收 30%–40% 氮氣能量，降低壓縮機功耗。
- 真空/常壓解吸——A 塔壓力瞬間降至 50 kPa（真空型）或大氣壓（常壓型），CMS 釋放氧氣，同時引入少量產(chǎn)品氮反向沖洗，使氧分壓進一步降低，確保 CMS 再生完全。
- 充壓待機——A 塔重新充壓至吸附壓力，等待下一輪切換；雙塔交替，周期 60–120 s，實現(xiàn)連續(xù)產(chǎn)氮。
- 通過調(diào)節(jié)吸附時間、均壓方式和反吹比， PSA 可在 95%–99.999% 范圍內(nèi)任意設定氮純度，產(chǎn)氣量隨純度升高呈指數(shù)下降，因此選型時應遵循“夠用即好”原則，避免過度追求高純度而犧牲經(jīng)濟性。
