膜分離或變壓吸附?氮氣發生器的原理對比

克裡斯.哈維，總經理-畢克氣體儀器貿易(上海)有限公司

眾所周知，畢克科技擁有當前市場上最廣泛的氮氣發生器種類，同時，我們不斷地研發出新的產品滿足日新月異的氮氣的需求，來給新的應用設備供氣。我們不僅僅有市面上種類最多的氮氣發生器來滿足液質聯用儀的用氣需求，同時，我們給氣相色譜儀，總有機碳分析儀，傅立葉紅外光譜儀，樣品蒸發儀，通風櫥，手套式操作箱，電感耦合等離子體光譜儀，核磁共振儀，蒸發光散射檢測儀等實驗室設備供氣的氣體發生器種類也很全面和廣泛-實際上，你實驗室裡幾乎是所有需要用氣的設備，都可以讓我們的氣體發生器來供氣。為什麼我們的氣體發生器能夠覆蓋您的實驗室裡大部分應用設備？因為，我們二十年如一日，專注於實驗室裡氣體發生器的研發和生產，專心於給您提供穩定可靠的實驗室氣源。

另外一個廣為人知的事實就是：我們所採用的氣體分離技術成熟可靠。在我們的氮氣發生器上，我們用膜分離技術和變壓吸附技術來生產氮氣，如果我們的顧客對某一種技術青睞有加，我們可以根據客戶的喜好來推薦合適的型號。但是，對於某些特定的應用設備，使用其中的一種分離技術比另一種更有優勢。

膜分離技術
讓壓縮空氣通過中空纖維膜，當空氣通過膜的時候，空氣中的氧氣，二氧化碳，一氧化碳和水蒸汽 會通過中空纖維膜管道上的小孔，進而排到大氣中去。在膜的出口，大尺寸的氮氣分子和惰性氣體氬氣都收集起來，輸送到應用設備。這種氮氣分離提取技術簡單有效，無需任何移動部件。分離提取出來的氮氣最高純度能達到99.5%，不含任何雜質。
變壓吸附技術是通過固體介質來分離氣體混合物中的單一組分，用變壓吸附技術來分離空氣中的氮氣，所需的固體介質是碳分子篩，碳分子篩對空氣中的氧氣選擇性吸附，從而在加壓的情況下分離了空氣中的氮氣和氧氣。

 

碳分子篩其實就是多孔疏鬆的棒狀碳顆粒，當對填充滿了碳分子篩顆粒的氮氣純化密封柱中充入壓縮空氣（主要成分是氮氣，氧氣和惰性氣體氬氣和少量水汽）時，碳分子篩會吸附水汽，氧氣，但是，氮氣不會被吸附。這主要是因為氮氣和氧氣的分子尺寸不一樣，碳分子篩顆粒上的小孔能讓分子尺寸小的氧氣進入，卻不能讓氮氣進入，因為氮氣的分子尺寸大於氧氣；從而，氮氣和氧氣被分離開了。

變壓吸附這一過程包含兩個步驟和階段：
1.吸附階段，壓縮空氣中氧氣，水汽，二氧化碳被碳分子篩柱子吸附，氮氣被收集起和儲藏起來。
2.重生階段，將碳分子篩柱的壓力釋放到大氣中去，吸附了氧氣，二氧化碳，水汽的碳分子篩顆粒釋放掉吸附的氧氣，二氧化碳和水汽，從而為下一次吸附做好準備。
變壓吸附這一個過程需要維持一個穩定的溫度，這個溫度通常情況下和實驗室的環境溫度接近（20-25℃）。變壓吸附技術生產出來的氮氣，純度最高能達到99.999%，純度越高，生產過程中需要消耗的空氣就越多。
變壓吸附技術和膜分離技術來生產氮氣，各有利弊。具體使用哪種方法來生產氮氣要取決於應用和流速要求。在市面上，某些人說氮氣膜和碳分子篩是消耗品，需要定期更換，這是不對的。如果用戶的除油和除水過濾器效果不佳，碳分子篩和氮氣膜的分離效果會隨著使用年限的增加而慢慢失效。

液質聯用儀應用
對於液質聯用儀而言，氮氣純度高於95%就可以大多數的質譜儀的用氣要求了，即使一些非常高端和靈敏的質譜儀也沒有問題。關鍵是氣體裡面不能含有任何粉塵，水汽和碳氫化合物及油滴，所以，高性能的過濾系統尤為重要，過濾系統的除塵規格要小於0.01微米，同時，油滴和水汽也必須除掉。由於過濾系統一旦飽和，它們的過濾吸附效果也會大打折扣，所以，每年對過濾器進行維護也十分有必要。

對於液質聯用儀而言，分別利用膜分離技術和變壓吸附技術來生產氮氣的產品我們都有，但是，對於一些小型和中型的實驗室而言，選用膜分離的氮氣發生器有一些非常明顯的優勢

維護和服務
膜分離技術涉及到很少的移動部件，通常情況下，一臺氮氣發生器裡面的氮氣膜重3公斤(而變壓吸附模塊的重量能達到100公斤)，這就讓維護變得十分簡單。目前，畢克中國的服務團隊能保證在48小時內97%的首次修復率。一旦發生器出了問題，小而輕的氮氣膜佔用空間小，讓發生器的維護以及零配件的更換都非常方便，同時，也降低了維護和維修成本，節約了時間。氮氣膜的工作無需很多電子部件的管理和控制，那麼，我們可以將更多的電子部件用於監控核心技術參數，同時，讓我們的工程師在維修時可以更快找到癥結。

尺寸和重量

由於氮氣膜尺寸小，重量輕，這也就意味著我們能設計出更輕盈小巧，結構更緊湊的氣體發生器，同時，讓發生器能放在標準實驗臺下，發生器機底腳輪設計，方便移動。這些氣體發生器對於那些空間很有限的實驗室而言，無疑是完美的選擇。

噪音水平
膜分離技術不產生任何噪音，變壓吸附技術在碳分子篩柱洩壓放氣的時候，會有很大的放氣的聲音產生，這也就意味著膜分離氮氣發生器能放在應用儀器旁邊，安靜地工作。無需將發生器放在另外一個房間，從而增加了管道延長所產生的額外費用。

變壓吸附技術對於大型實驗室而言，優勢十分明顯，在我們的iFlow產品裡，我們應用變壓吸附技術，它能：

生產出更高流速的氮氣
在一些擁有20-30臺質譜儀的大型實驗室裡，我們已經安裝了一些利用變壓吸附技術來生產氮氣的發生器。一臺氮氣發生器就足夠給整個實驗室來供氣了。

將成本降至最低
由於一臺氮氣發生器的氮氣流速就足夠給實驗室裡所有的應用設備來供氣，這種集中供氣方案無疑比單臺小流量氣體發生器給單臺應用設備來供氣的性價比要高很多。

氣相色譜儀應用
利用變壓吸附技術所生產出來的氮氣，非常適合給氣相色譜儀來供應載氣。給氣相色譜儀做載氣，不僅要求氮氣的純度特別高，還要求氮氣中的碳氫化合物含量特別低。利用碳分子篩變壓吸附技術來生產氮氣是唯一的選擇，在空氣進入到碳分子篩之前，空氣經過過濾，然後再經過催化裂解爐將所有的微量碳氫化合物催化氧化除掉。所生產出來的氮氣純度特別高，能給所有的氣相色譜儀做載氣，包括電子捕捉檢測器所需要用到的載氣。這不是變壓吸附技術應用的典型案例，我們所採用的碳分子篩變壓吸附技術，能將移動部件的數量降到最低，同時，變壓吸附柱在工作時沒有噪音，在發生器出現故障時，維修也很方便。

畢克在全世界各地售出的氣體發生器超過5萬臺，有4000臺在實驗室。我們所有的氣體發生器都經過知名質譜儀和氣相色譜儀生產商的檢驗和認證，同時，OEM供應商可以銷售我們的氣體發生器。基於我們對氣體發生器的專注和豐富的經驗，我們開發出來了很多優秀的產品，諸如NM32LA，NM3G， AB3G,Precision 系列氫氣發生器，零級空氣和氮氣發生器，以及IFlow系列產品。

若您想了解與您的應用相匹配的氣體發生器和實驗室集中供氣，歡迎聯繫我們。