变压吸附制氮正是利用碳分子筛的选择吸附特性，采用加压吸附， 减压解吸的循环周期，使压缩空气交替进入吸附塔（也可以单塔完成） 来实现空气分离，从而连续产出高纯度的产品氮气。
工作原理
变压吸附设备主要由A、B吸附塔、控制系统组成。当缩空气（压力为0.7～1MPa）从下至 上通过A塔时，氧气、二氧化碳和水分被碳分子筛所吸附，而氮气则被通过并从塔顶流出。 当A塔内分子筛吸附饱和时便切换到B塔进行上述吸附过程并同时对A塔分子筛进行再生。 所谓再生，即将吸附塔内气体排至大气从而使压力迅速降低至常压，使分子筛吸附的氧气、
3、轮胎质量提高明显（与蒸汽硫化比较）
定型温度，压力是否正常是影响轮胎质量的主要原因，定型是轮胎质关 键解决点。
❖ 氮气定型压力比蒸汽压力低 ❖ 氮气定型——生胎膨胀比用蒸汽定型时要稳定 。 ❖ 轮胎平衡得到提高，轮胎均匀性RFV，LVF数值得以改善20-30％ 。
注：由于氮气容易泄漏，这对硫化机的密封结构和密封件材料有较高的 要求，否则会增加温压波动事故胎的比率。
轮胎规格：：165/70 SR 13
I II
曲线I： 氮气硫化 ，氮气定型
曲线II：热水硫化 ，蒸汽定型
RFV：轮胎负重旋转时，轮胎旋转轴半径方向力变化大小（kg）
LFV：轮胎负重旋转时，轮胎旋转轴横方向力变化大小（kg）
4、设备投入少
❖ 水管数量减少，水管尺寸变小 。
使用管路零件少 ❖ 热水站需要保温设备，氮气无需保温措施。 ❖ 使用管路零件少，口径小。 ❖ 控制计量少， 硫化管路简单。
PSA制氮设备的功能
•阀门切换由可编程序控制器自动控制； •氮气纯度、流量监测； •不合格氮气声光报警； •不合格氮气长时报警自动停机功能； • 冷干机、过滤器自动排污。 • 对系统参数进行检测和修改；
中空纤维膜制氮系统
原理：薄膜具有对某些气体组分有选择性，渗透和扩散的特性 以达到气体分离和纯化的目的。
二氧化碳和水分从分子筛内释放出来的过程。
不合格氮气
压缩空气
空气净化 装置
空气储罐
氮 气 储 罐
除尘过滤器
氧氮分离装置
工艺缓冲罐
氮气检测装置
制氮工艺特点
采用双均压阀设置 使阀门动作频率一致，从而保证易损件更换周期的一致性，便于 维护。该项技术同时也为以后工艺上的改进提供了便利。
▪不等势均压工艺RL—VI流程, 工艺采用中下不等势均压工艺，回收了吸附末期仍置 留于吸附塔中上部的高纯氮气，大大地提高了氮气回收率，从而使得能耗较国内同类 产品降低了20%以上。
▪回氮冲洗专项技术（反吹）：在吸附塔解吸过程中，回流约10%左右的产品氮气对 分子筛进行冲洗，以和其彻底解吸（相当于创造了一个真空脱附环境）。
▪快速回流升压专项技术 该项技术利用ZSGP管道式气动阀双流向特性，在吸附塔转 入吸附期的瞬间，快速回流大量的产品氮气快速升压，使吸附剂在最短的时间内达到 最佳吸附压力，大大地提高了吸附剂的利用率。
设备用途：
硫化氮气经过氮气回收系统回收，将硫化排放的氮气与蒸汽的混合气体回收。经 系统回收处理后的氮气，一部分可用于轮胎定型，其余部分经氮气压缩机增压后 进入系统重新用于硫化。
氮气回收系统技术参数：
回收率： 75% 以上 露点： ≤ —45℃ 噪音：≤ 80分贝
缓
冲
回收储罐
净化系统
罐
粗过滤
硫化
氮气
硫化蒸汽原单位的变化 原单位：蒸汽(吨)／轮胎生产重量(吨) (T/T), 使用T/B硫化机33台, P/C硫化机100台生产轮胎4500T/M时的实际成绩
1.以前的热水硫化
2.改进后的热水硫化 （热水回收,保温,缩 短硫化时间等）
3.P/C轮胎氮气硫化
硫化蒸汽消耗量 Kt/M
10.800
单位轮胎的蒸汽消
PSA PSA+ 回收
￥3,000,000.00 ￥3,400,000.00
￥5,034,000.00 ￥3,987,000.00 ￥1420,000.00 ￥1,16,000.00
￥1.16 ￥0.847 ￥0.326 ￥0.2663
￥0.928 ￥0.6676 ￥0.2607 ￥0.213
PSA技术的优越性
• 气动阀门，双向流通性，具良好的密封性能，快速的启闭速度， 响应时间0.3秒, 易损件寿命长达100万次以上。
• 特殊的分子筛，可使氮气纯度一次达到99.999%，不需要附加的 纯化装置（纯化装置的工艺比较复杂，运行成也较高。
• 产品纯度可以随流量的变化进行调节； • 在低压和常压下工作，安全节能； • 设备简单，维护简便 • 微机控制，全自动无人操作。
本氮气制造系统属常温空分领域，以空气为原料，利用变压吸附 原理(PSA)，获取符合技术指标要求的产品氮气。氮气回收系统， 将硫化排放的氮气与蒸汽的混合气体回收,经系统回收处理后的氮 气，一部分可用于轮胎定型，其余部分经氮气压缩机增压后进入
系统重新用于硫化。
1、氮气制取
1 PSA简介
变压吸附（ PSA -Pressure Swing Adsorption）1960年，
PSA与膜 分法产气
量比较
65.0% 60.0% 55.0% 50.0% 45.0% 40.0% 35.0% 30.0% 25.0% 20.0%
95% 96% 97% 98% 99% 99.50%
PSA 膜分法
膜分法与PSA的比较
• 相同产氮量时，变压吸附法比膜分法制氮能耗减少10%左右，设备投资 减少10%左右，纯化耗氢量及触媒减少40%。
回流有旁通管路。
极大降低轮胎生产的成本
生产500万套轿车胎，每条胎所需氮气0.8M3min，液氮消耗量5000吨/年，若以1元 /公斤计，设液氮设备投入成本为100万, 液氮成本为￥5000,000.00RMB.
设备投资
年运营成本
氮气的单位 成本
每条胎的用 氮成本
液氮
￥400,000.00
液氮＋回收 ￥2,400,000.00
5、氮气硫化危险小，蒸汽使用高压热水，危险性较高。 6、提高硫化机胶囊的寿命
氮气纯度为99.9%时 ，胶囊 寿命仅为原来的80% 氮气纯度99.99%，胶囊寿命是原来的120% 氮气纯度99.999%时，胶囊寿命是原来的150%
二、氮气硫化的缺限：
• 氮气分子较小，对机台密封结构和密封材料的性能启，否则容 易造成泄漏。
• 变压吸附法，年维修量虽然比膜分法略大，从投产后第三年起，每年添加 0.2%的活性炭，约1万元，而膜分法使用5年时，膜效率下降15—20%左右， 更换膜组费用约为30万元。
•从国内使用情况统计，变压吸附法市场占有率约为95%，而膜分法仅为5%， 说明变压吸附法制氮更为成熟可靠。
2 氮气回收及增压系统
制氮系统 低压罐
增压系统
排冷凝水
氮气统纯度检测
回收系统功能
☆ 低纯度的回收氮气报警，实现低纯度氮气自动停机，同时加大氮气的制氮量 ☆ 系统实现优先使用氮气回收的功能； ☆ 实现制氮系统和氮气回收的自动远程控制，系统实现触摸屏统一显示控制参数； ☆ 实现氮气的回流，补充氮气增压机的吸口的气源，稳定增压泵气源的压力，
耗量 t/t
2.4
比较成本 100
8.550
1.9
79
5.850
1.3
54
2、生产效率的改进
充氮硫化与热水硫化相比，定型、硫化机和模后向胶囊内充入高 温蒸汽和高压气体，蒸汽的高温热量和隔热压缩使得温度上升，硫化速 度变快，硫化时间被缩短。
大胎每条平均可节省4min，小胎约2min。
氮气硫化周期比过热水硫化周期缩短了5-15%（以小胎计），生产效率 提高了3.2%-10%。
空气中油、水对分子筛的影响
由于空气中不可避免含有一定油蒸汽，如果不经严格除油，油蒸汽极易 被碳分子筛所吸附，并且难以脱附。堵塞分子筛微孔，导致分子筛“中毒 失效” 。所以在压缩空气进入吸附塔前设置严格除油装置（高效除油器） 是保证分子筛使用寿命必不可少的一环。水对分子筛来讲虽然不是致命 的，但会使分子筛吸附“负荷”增加，即影响其吸附O2、CO2之能力。因 此压缩空气干燥除水，是提高分子筛吸附能力和稳定不可忽视的问题。
轮胎生产硫化氮气系统
一、氮气硫化的优点
1、节约能源，减少蒸汽消耗量
氮气硫化能够显著节约能源，降低蒸汽消耗量。
在轮胎生产中80%~90% 的蒸汽都消耗在硫化机硫化轮胎（内部 + 外部），而其中被轮胎吸收的实际热量仅有4%，96%的热量 都以其他方式损失掉了。
使用氮气+蒸汽硫化，较大幅度降低蒸汽的消耗 •小胎平均节约8.8%，平均用量由30Kg下降到28Kg。 • 大胎平均节省约40%，平均用量由145Kg下降到85Kg。
Skarstrom提出PSA专利，并用PSA技术实现从空气中分离出氧，
并于60年代投入工业生产。它现在当今世界的现场供气方面具有
不可替代的地位 。
吸附剂是PSA制氮设备的核心部分。一般地，PSA制氮设备选择的是碳分子筛 它吸附空气中的氧气、二氧化碳、水分等，而氮气不能被吸附。
碳分子筛有几个重要性能指标： a. 最大产氮量（NM3/H） b. 最大回收率（N2/AIR）% c. 填充密度
碳分子筛 （CMS）
N2
4.3Å
N2
3-6mm
N2
3.0Å
4Å
N2
3.9Å
N2
O2
2.8Å
Magnified
2.2-2.3mm
碳分2
O2
碳分子筛对氧和氮的分离作用主要基于这两种气体在碳分子筛表 面上的扩散速率不同， O2分子动力学直径较小，扩散较快，较多进入 分子筛固相（微孔），N2分子动力学直径较大，扩散较慢，进入分子 筛固相也较少，氧的临界直径为2.8A0(1A0=10-10m)，这样气相中可得 到氮的富集成份。