氮氣是zui常用的惰性氣體,價格低廉,易制無毒,在實驗室中常用做色譜載氣、吹掃、保護等。實驗室的氮氣來源主要有三種,一是鋼瓶氣,二是管道氣,三是
氮氣發生器。鋼瓶氣氣體質量高,但鋼瓶屬於壓力容器,運輸和保存需要一定的資質,偏遠地區更換麻煩,費用高;管道氣爲大規模制氮,統一調度使用,适合大型工廠或用氣單位集中的工業園區,用氣量大建設費用高;該儀器爲現場制氮,多爲小型氣站或者實驗室儀器或小型生産線單*對一配套,使用靈活費用可控,對運輸和保存沒有特殊要求,爲越來越多的實驗室用戶選擇。
氮氣發生器按原理分爲三種,現簡單介紹如下,僅供參考:
1,電化學法制氮。在氫氣電解池的陰極(産氫氣一側)通入高壓空氣,在催化劑作用下,氫氣和氧氣形成微觀燃料電池,完成氧化還原反應生産水,宏觀上表現即爲空氣中的氧氣被除去,剩餘氮氣。這種方法可以産出zui高99.995%的氮氣,但有幾個明顯的缺陷: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(bìng)有随氣路輸出的可能性;二單位成本高;三反應過程隻去除瞭(le)空氣中的氧氣,其它雜質氣體並(bìng)沒有涉及,並(bìng)且反應過程對電解池制作技術要求很高,不合适的電解池制作技術會造成氮氣純度數量級的降低。這類氮氣發生設備作爲一種小流量氮氣來源,總費用不過幾千元,常被用於色譜載氣和小容量保護,是一種低成本的解決方案;
2,膜分離制氮。高壓空氣通過中空纖維膜組件,氮氣分子和氧氣分子的擴散速度差别積累,在膜組件輸出端形成高純度的氮氣,zui終形成的産品氣純度zui高可達99.999%,氣體流量>5000ml/min,並(bìng)且可以累加使用,不影響産品質量,在不考慮其它限制條件的情況下,氣體裝置可以無限擴充。這種制氮方法膜分離制氮在工業上有不少的應用,在實驗室主要用於(yú)對氣體純度要求不特别高的吹掃、保護、對氧氣的置換等。這類發生器的主要優點是流量大,實驗室級别産品一般在50L/min上下,並(bìng)可随意擴充,同時壽命長,膜組件作爲核心部件,在空氣源穩定的情況下,壽命可達10年,且維護成本極低;缺點是氮氣純度不能達到高純級,膜組件目前均爲進口,國内不能提供,成本較高,儀器價格也相對高。
3,PSA變(biàn)壓吸附制氮。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,在分子篩柱末端産(chǎn)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産(chǎn)品氣爲另一根解析,實現分子篩在線再生,整體表現即爲儀器持續輸出高純氮氣。這類發生器可根據需要,調節氮氣的純度和流量,zui高可生産(chǎn)99.999%的氮氣産(chǎn)品,流量可從幾百毫升到幾十升到幾立方每分鍾,純度大小配置靈活,可根據每個需求具體定制。技術難點主要是分子篩柱填裝技術,分子篩填裝不好,會造成分子篩在氣體高低壓頻繁變(biàn)化中互相摩擦碰撞粉化,微孔數量減少,分子篩性能急劇降低。