氮气常见的制备方法大全

氮气的制取方法有哪些？氮气常用的制备方法有液态空气分馏法、深冷分离法、膜分离法、变压吸附法（PSA法）、变压吸附法（PSA法）等。氮是地球上第30大最丰富的元素。考虑到氮气占大气量的4/5，即占大气的78%以上，我们几乎可以使用无限量的氮气。
液态空气分馏法
氮气主要是从大气中分离或含氮化合物的分解制得的。[1]每年通过液化空气生产超过3,300万吨的氮气，然后使用分馏的方法在大气中生产氮气以及其他气体。
深冷分离法
深冷分离法又称为低温精馏法，利用空气中氮气与氧气的沸点不一致来分离氧气和氮气。由于氮气的沸点（-196℃）低于氧气（-183℃），在液态空气的蒸发过程中，液氮比液氧更容易变成气态，而在空气液化过程中，氧气比氮气更容易变成液态。由于氮气与氧气的沸点相差不大，液态空气与气态空气需经过反复多次的蒸发、冷凝、再蒸发过程（该过程称为低温精馏过程），最终在精留塔顶部气相馏分中就可以过得较高高纯度的氮气，氮气的纯度取决于精馏塔的塔板级数和精馏效率。
深冷分离法工艺已经历了100多年的发展，先后经历了高压、高低压、中压和全低压流程等多种不同的工艺流程。随着现代空分工艺技术和设备的发展，高压、高低压、中压空分流程已基本被淘汰，能耗更低、生产更安全的全低压流程已成为大中型低温空分装置的首选。全低压空分工艺根据氧氮产品压缩环节不同，又分为外压缩流程和内压缩流程。全低压外压缩流程生产出低压氧气或氮气，然后经外置的压缩机将产品气体压缩至所需压力供给用户。全低压内压缩流程将精馏产生的液态氧或液态氮在冷箱内通过液体泵加压至用户所需压力后汽化，并在主换热器内复热后供给用户。主要工艺过程为原料空气过滤、压缩、冷却、纯化、增压、膨胀、精馏、分离、复热、外供。
膜分离法
膜分离技术是基于薄膜对气体组分具有选择性渗透和扩散的特性，以达到气体分离和纯化的目的。气体中各种组分透过膜的速度不同，每种组分透过膜的速度与该气体的性质、膜的特性和膜两面的分压差有关。透过膜的气体组分不可能达到100%的纯度。气体分离膜通常可分为多孔材质和非多孔材质，它们无机物（多孔玻璃、陶瓷、金属、电子导电性固体和钯合金等）或有机高分子（微孔聚乙烯、多孔醋酸纤维、均质醋酸纤维、聚硅氧烷橡胶和聚碳酸脂）组成。
净化后的压缩空气经过缓冲罐，联合过滤器后由膜组一端进入，气体分子在压力作用下首先在膜的高压侧接触。混合气体在膜的高压侧表面以不同的溶解度溶于膜内，然后在膜两侧压力差的推动下，混合气体的分子以不同的速度向膜的低压侧扩散。经过溶解和扩散两个过程的选择，最终混合气体被分离成各个组分。例如：空气、氧气的透过速度大于氮气，经过膜分离之后，高压侧留下的气体富氮，而透过去的气体富氧。
变压吸附法（PSA法）
该方法是以压缩空气为原料，一般以分子筛为吸附剂，在一定的压力下，利用空气中氧气和氮气分子在不同分子筛表面吸附量的差异，在一定时间内氧在吸附相富集，氮在气体相富集，实现氧、氮分离；而卸压后分子筛吸附剂解析再生，循环使用。[3]吸附剂除了分子筛之外，还可应用活性氧化铝、硅胶等。
目前，常用变压吸附制氮装置是以压缩空气为原料，碳分子筛为吸附剂，利用氧和氮在碳分子筛上的吸附容量、吸附速率、吸附力等方面的差异及分子筛对氧和氮随压力不同具有不同的吸附容量的特性来实现氧、氮分离。首先，空气中的氧被碳分子筛优先吸附，从而在气相中富集氮气。为连续获得氮气，需两个吸附塔交替工作。