淺析三種不同原理的氮氣發生器各自的優缺點

　　

　　1、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。它利用恒定電位電解法，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。

　　

　　這種方法可以產出高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，并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，其它雜質氣體并沒有涉及，并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，常被用于色譜載氣和小容量保護，總費用不過幾千元，是一種低成本的解決方案。

　　

　　2、采用中空纖維膜法（無需“加液”）

　　兩種或兩種以上的氣體混合通過高分子膜時，由于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、二氧化碳等透過膜后在膜滲透側被富集，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。

　　

　　當以加壓凈化空氣為氣源時，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，高可得到99.9%的純氮。

　　

　　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。

　　

　　3、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。

　　

　　這類發生器可根據需要，調節氮氣的純度和流量，高可生產99.999%的氮氣產品，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，可根據每個需求具體定制，適用于各種氣相色譜檢測器。

　　

　　如上所述，這就是三種氮氣發生器的種類、原理和結構，你都了解了嗎？