制氮机加氢除氧（催化脱氧法）的氮气纯化原理，是一种利用催化化学反应去除氮气中微量氧气的精制技术。其原理和流程如下：
1. 原料气与氢气混合：
* 来自制氮机（通常是PSA或膜分离法）的粗氮气（纯度约99.0%-99.9%），其中含有ppm级别（百万分之几）的残留氧气（O₂）。
* 向这股粗氮气流中按计算的比例加入高纯氢气（H₂）。氢气添加量需略高于化学反应所需的化学计量比（即H₂:O₂ > 2:1），以确保氧气被完全反应掉，同时避免过量过多。
2. 催化反应除氧：
* 混合了氢气的氮气进入装有特殊催化剂的反应器（脱氧塔）。
* 在催化剂（通常是负载在载体上的，如钯Pd、铂Pt）的作用下，并在适宜的温度（通常在200-400°C范围内）下，氢气（H₂）和氧气（O₂）发生剧烈的催化化合反应：
`2H₂ + O₂ → 2H₂O + 热量`
* 这个反应非常迅速且，能将氮气中的微量氧气几乎完全转化为水蒸气（H₂O），从而使氧含量降低到极低的水平（可降至ppb级，即十亿分之几）。
3. 冷却与除水：
* 从催化反应器出来的高温氮气含有大量反应生成的水蒸气。
* 高温气体首先经过冷却器（如换热器或水冷器），温度被降低到接近常温。降温使得大部分水蒸气冷凝成液态水。
* 随后，气体进入气液分离器（或称为水分离器），将冷凝下来的液态水有效地分离并排出系统。
4. 深度干燥与除氢：
* 虽然经过冷却分离，气体中仍含有饱和水蒸气及未反应完的微量氢气（H₂）。
* 气体进入吸附干燥器（通常填充干燥剂如分子筛），吸附去除残留的水分，使氮气降至-40°C甚至-70°C以下。
* 同时，干燥剂（特别是某些类型的分子筛）也能吸附去除部分过量的氢气。
* 关键步骤： 为了确保终产品氮气中不含氢气（氢气在某些应用中也是杂质），通常在干燥器后设置一个专门的除氢器。除氢器内装有特殊的催化剂（如脱氢催化剂或某些金属氧化物），在较低温度下将残留的微量氢气催化氧化成水（通常利用气体中残留的极微量氧或通过特殊设计引入微量空气），生成的水再被后续的干燥剂吸附。或者，使用高选择性的吸附剂直接吸附去除氢气。
5. 精密控制：
* 整个过程需要精密的控制系统：氧分析仪实时监测粗氮气入口或出口的氧含量，反馈调节氢气添加量，确保氢气既不过量也不不足。
* 温度控制系统保证催化反应在佳温度窗口进行。
总结： 加氢催化脱氧法的本质是利用催化剂促进氢气与氧气化合生成水，再通过冷却、分离、深度干燥和除氢等步骤，将反应产物水以及过量的氢气去除，从而获得高纯度（99.999%以上）、低氧（<1ppm）、低、无氢的氮气产品。这种方法除氧效率极高，但设备相对复杂，需要处理氢气和使用高温催化剂，适用于对氮气纯度要求极高的场合，如电子、半导体、金属热处理、化工合成等领域。
