全面解析氮气制备方法

一、氮气基础知识

1.空气的成分比例

正常的空气成分按体积分数计算是：氮(N2)约占78%，氧(O2)约占21%，稀有气体约占0.94%(氦He、氖Ne、氩Ar、氪Kr、氙Xe、氡Rn),二氧化碳(CO2)约占0.03%，还有其他气体和杂质约占0.03%，如臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、水蒸气（H2O）等。

2.氮气的基本介绍

氮气化学式为N2，是一种无色无味无毒的气体，而且一般氮气比空气密度小。氮气占大气总量的78.12%（体积分数），是空气的主要成份。在标准大气压下，冷却至-195.8℃时，变成没有颜色的液体。冷却至-209.8℃时，液态氮变成雪状的固体。

氮气的化学性质不活泼，常温下很难跟其他物质发生反应，但在常温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化，用来制取对人类有用的新物质。

二、氮气的制备方法

1.深冷空分制氮

它是一种传统的空分技术，已有100余年的历史。它的特点是产气量大，产品氮纯度高，无须再纯化便可产出99.999%以上高纯度氮气。但它工艺流程复杂，占地面积大，基建费用高，需要专门的维修力量，操作人员较多，每次开机要18-24h，产气慢。要在标准大气压下，冷却至-195.8℃时，变成没有颜色的液体，冷却至-209.86℃时，液态氮变成雪状的固体。它适宜于大规模工业制氮，氮气成本高。

2.膜分离制氮

膜分离空分制氮也是非低温制氮技术的一种，是80年代国外迅速发展起来的一种新的制氮方法，在国内推广应用还是近几年的事。

膜分离制氮是以空气为原料，在一定的压力下，利用氧和氮在中空纤维膜中的不同渗透速率来使氧、氮分离制取氮气。

它与上述制氮方法相比，具有设备结构简单、体积小、无切换阀门、操作维护也更为简便、产气更快（3min以内）、增容更方便等特点，但中空纤维膜对压缩空气清洁度要求更严，膜易老化而失效，难以修复，需要换新膜。

膜分离制氮比较适合氮气纯度要求在≤98%左右的中小型用户。当要求氮气纯度高于98%时，它与同型号的变压吸附制氮机相比，价格要高出30%左右。

3.变压吸附制氮

气体的分离技术是非低温气体分离技术的重要分支，是人们长期来努力寻找比深冷法更简单的空分方法的结果。

变压吸附制氮是以空气为原料，用碳分子筛作吸附剂，利用碳分子筛对空气中的氧和氮选择吸附的特性，在常温下，加压吸附，减压解吸，使氧和氮分离，从而制取氮气。