氮氣制備方法

2020-07-22 08:40

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一、氮氣基礎知識

1.空氣的成分比例

正常的空氣成分按體積分數計算是：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%（體積分數），是空氣的主要成份。在標準大氣壓下，冷卻至-195.8℃時，變成沒有顏色的液體。冷卻至-209.8℃時，液態氮變成雪狀的固體。

氮氣的化學性質不活潑，常溫下很難跟其他物質發生反應，但在常溫、高能量條件下可與某些物質發生化學變化，用來制取對人類有用的新物質。

二、氮氣的制備方法

1.深冷空分制氮

它是一種傳統的空分技術，已有100余年的歷史。它的特點是產氣量大，產品氮純度高，無須再純化便可產出99.999%以上高純度氮氣。但它工藝流程復雜，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，產氣慢。要在標準大氣壓下，冷卻至-195.8℃時，變成沒有顏色的液體，冷卻至-209.86℃時，液態氮變成雪狀的固體。它適宜于大規模工業制氮，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的一種，是80年代國外迅速發展起來的一種新的制氮方法，在國內推廣應用還是近幾年的事。

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，具有設備結構簡單、體積小、無切換閥門、操作維護也更為簡便、產氣更快（3min以內）、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，膜易老化而失效，難以修復，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

氣體的分離技術是非低溫氣體分離技術的重要分支，是人們長期來努力尋找比深冷法更簡單的空分方法的結果。

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。

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