最全面的氮氣制備方法

1.空氣的成分比例

正常的空氣成分按體積分?jǐn)?shù)計算是：氮(N2)約占78%，氧(O2)約占21%，稀有氣體約占0.94%(氦He、氖Ne、氬Ar、氪Kr、氙Xe、氡Rn),二氧化碳(CO2)約占0.03%，還有其他氣體和雜質(zhì)約占0.03%，如臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、水蒸氣（H2O）等。

2.氮氣的基本介紹

氮氣，化學(xué)式為N2，是一種無色無味無毒的氣體，而且一般氮氣比空氣密度小。氮氣占大氣總量的78.12%（體積分?jǐn)?shù)），是空氣的主要成份。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冷卻至-195.8時，變成沒有顏色的液體。冷卻至-209.8時，液態(tài)氮變成雪狀的固體。

氮氣的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下很難跟其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，但在常溫、高能量條件下可與某些物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化，用來制取對人類有用的新物質(zhì)。

二、氮氣的制備方法

1.深冷空分制氮：它是一種傳統(tǒng)的空分技術(shù)，已有100余年的歷史。它的特點是產(chǎn)氣量大，產(chǎn)品氮純度高，無須再純化便可產(chǎn)出99.999%以上高純度氮氣。但它工藝流程復(fù)雜，占地面積大，基建費用高，需要專門的維修力量，操作人員較多，每次開機要18-24h，產(chǎn)氣慢。要在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冷卻至-195.8時，變成沒有顏色的液體，冷卻至-209.86時，液態(tài)氮變成雪狀的固體。它適宜于大規(guī)模工業(yè)制氮，氮氣成本高。

2.膜分離制氮：膜分離空分制氮也是非低溫制氮技術(shù)的一種，是80年代國外迅速發(fā)展起來的一種新的制氮方法，在國內(nèi)推廣應(yīng)用還是近幾年的事。

膜分離制氮是以空氣為原料，在一定的壓力下，利用氧和氮在中空纖維膜中的不同滲透速率來使氧、氮分離制取氮氣。

它與上述制氮方法相比，具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、體積小、無切換閥門、操作維護也更為簡便、產(chǎn)氣更快（3min以內(nèi)）、增容更方便等特點，但中空纖維膜對壓縮空氣清潔度要求更嚴(yán)，膜易老化而失效，難以修復(fù)，需要換新膜。

膜分離制氮比較適合氮氣純度要求在≤98%左右的中小型用戶。當(dāng)要求氮氣純度高于98%時，它與同型號的變壓吸附制氮機相比，價格要高出30%左右。

3.變壓吸附制氮（變壓吸附，英文翻譯為Pressure Swing Adsorption，簡稱PSA）：氣體的分離技術(shù)是非低溫氣體分離技術(shù)的重要分支，是人們長期來努力尋找比深冷法更簡單的空分方法的結(jié)果。

70年代西德埃森礦業(yè)公司成功開發(fā)了碳分子篩，為PSA空分制氮工業(yè)化鋪平了道路。四十年來該技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)成熟，在中小型制氮領(lǐng)域已成為深冷空分的強有力的競爭對手。

變壓吸附制氮是以空氣為原料，用碳分子篩作吸附劑，利用碳分子篩對空氣中的氧和氮選擇吸附的特性，在常溫下，加壓吸附，減壓解吸，使氧和氮分離，從而制取氮氣。