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(fā)生器。鋼瓶氣氣體質(zhì)量高,但鋼瓶屬于壓力容器,運輸和保存需要一定的資質(zhì),偏遠地區(qū)更換麻煩,費用高;管道氣為大規(guī)模制氮,統(tǒng)一調(diào)度使用,適合大型工廠或用氣單位集中的工業(yè)園區(qū),用氣量大建設(shè)費用高;氮氣發(fā)生器為現(xiàn)場制氮,多為小型氣站或者實驗室儀器或小型生產(chǎn)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,為越來越多的實驗室用戶選擇。
氮氣發(fā)生器按原理分為三種,現(xiàn)簡單介紹如下,供各位用戶參考:
1.PSA變壓吸附制氮。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,在分子篩柱末端產(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產(chǎn)品氣為另一根解析,實現(xiàn)分子篩在線再生,整體表現(xiàn)即為儀器持續(xù)輸出高純氮氣。這類發(fā)生器可根據(jù)需要,調(diào)節(jié)氮氣的純度和流量,zui高可生產(chǎn)99.999%的氮氣產(chǎn)品,流量可從幾百毫升到幾十升到幾立方每分鐘,純度大小配置靈活,可根據(jù)每個需求具體定制。
2.電化學法制氮。在氫氣電解池的陰極(產(chǎn)氫氣一側(cè))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(yīng)生產(chǎn)水,宏觀上表現(xiàn)即為空氣中的氧氣被除去,剩余氮氣。這種方法可以產(chǎn)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(zhì)量有潛在影響,并有隨氣路輸出的可能性;二單位成本高,比如標稱產(chǎn)氮300ml/min,實際穩(wěn)定使用150ml/min,不適合做大流量氮氣發(fā)生器;三反應(yīng)過程只去除了空氣中的氧氣,其它雜質(zhì)氣體并沒有涉及,并且反應(yīng)過程對電解池制作技術(shù)要求很高,不合適的電解池制作技術(shù)會造成氮氣純度數(shù)量級的降低。這類氮氣發(fā)生器作為一種小流量氮氣來源,總費用不過幾千元,常被用于色譜載氣和小容量保護,是一種低成本的解決方案;
3.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別積累,在膜組件輸出端形成高純度的氮氣,zui終形成的產(chǎn)品氣純度zui高可達99%,氣體流量>5000ml/min,并且可以累加使用,不影響產(chǎn)品質(zhì)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(yè)上有不少的應(yīng)用,在實驗室主要用于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(fā)生器的主要優(yōu)點是流量大,實驗室產(chǎn)品一般在50L/min上下,并可隨意擴充,同時壽命長,膜組件作為核心部件,在空氣源穩(wěn)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,膜組件目前均為進口,國內(nèi)不能提供,成本較高,儀器價格也相對高。