工业氮气怎么制作出来的

工业氮气的制作通常采用空气分离法，这是目前工业上大规模生产氮气最常用且经济有效的方法，其基本原理是利用空气中各组分沸点的不同，在低温下将空气液化，然后通过精馏的方法将氮气与其他气体分离。以下是常见的空气分离法制取工业氮气的具体流程及设备：

深冷空分法

原理：将空气压缩、冷却后液化，利用氧、氮等组分沸点的差异（在标准大气压下，氧的沸点为-183℃，氮的沸点为-196℃），通过精馏塔使液态空气逐步分离，得到高纯度的氮气。

主要设备及流程

空气压缩与净化：空气首先经过空气过滤器，去除其中的灰尘、杂质等，然后进入空气压缩机进行压缩，提高空气的压力。压缩后的空气再经过冷却器冷却，降低温度，随后进入空气净化系统，除去空气中的水分、二氧化碳、乙炔等有害杂质，以免在后续的低温分离过程中堵塞管道或损坏设备。

空气冷却与液化：经过净化的空气进入主换热器，与从精馏塔底部出来的富氧液空和塔顶出来的氮气进行热交换，被初步冷却。然后进入膨胀机，通过等熵膨胀过程进一步降温，最后进入下塔进行初步精馏。在下塔中，空气被分离成富氧液空和氮气，氮气从下塔顶部引出，进入主换热器复热后作为产品氮气输出，或进入上塔进一步精馏以提高纯度；富氧液空则从下塔底部引出，进入上塔继续精馏。

精馏与产品输出：在上塔中，富氧液空被进一步分离成高纯度的液氧和氮气。高纯度的氮气从上塔顶部引出，经主换热器复热后输出；液氧则从上塔底部引出，一部分作为产品输出，另一部分则返回下塔作为回流液，参与精馏过程。

特点：可生产高纯度的氮气（纯度可达99.999%以上），适用于大规模生产，但设备投资大、运行成本高、操作复杂，需要专业的技术人员进行维护和管理。

变压吸附法（PSA）

原理：以分子筛为吸附剂，在一定的压力下，分子筛对空气中的氧、氮等组分具有不同的吸附选择性，优先吸附氧气，而氮气则不易被吸附，从而在吸附塔出口得到高纯度的氮气。当吸附塔达到一定的吸附饱和度后，通过减压或抽真空的方式使分子筛解吸再生，恢复其吸附能力，如此循环往复，实现连续生产氮气。

主要设备及流程

空气压缩与净化：与深冷空分法类似，空气首先经过过滤、压缩、冷却和净化处理，以去除杂质和水分，保护吸附剂不受污染和损坏。

吸附与解吸：净化后的空气进入吸附塔，在压力作用下，氧气被分子筛吸附，氮气则从吸附塔顶部流出，作为产品氮气输出。当吸附塔内分子筛的吸附能力达到饱和时，切换到另一个吸附塔进行吸附操作，同时对饱和的吸附塔进行减压或抽真空解吸，使吸附在分子筛上的氧气和其他杂质被释放出来，分子筛得以再生。解吸出来的气体（主要为氧气和少量氮气）称为尾气，可直接排放到大气中或进行回收利用。

产品输出与纯度调节：通过调节吸附塔的压力、吸附时间和解吸时间等参数，可以控制产品氮气的纯度和产量。一般来说，变压吸附法制取的氮气纯度可在95%-99.99%之间调节。

特点：设备简单、操作方便、启动快、能耗低，适用于中小规模的生产和对氮气纯度要求不是特别高的场合。但氮气纯度相对深冷空分法较低，且需要定期更换吸附剂。

膜分离法

原理：利用特殊制备的聚合物薄膜对不同气体分子的选择性渗透差异来实现气体的分离。当压缩空气通过膜组件时，氧气、水蒸气等小分子和快速气体能够较快地透过膜壁，从膜的高压侧扩散到低压侧排出；而氮气等大分子和慢速气体则较难透过膜壁，在膜的高压侧富集，从而得到氮气产品。

主要设备及流程

空气压缩与净化：空气经过过滤、压缩和净化处理，以去除杂质和水分，防止对膜造成污染和损坏。

膜分离：净化后的压缩空气进入膜分离器，在膜两侧压力差的作用下，气体分子在膜内发生扩散和渗透。氧气、水蒸气等快速气体透过膜壁，从膜的低压侧排出；氮气等慢速气体则在膜的高压侧富集，作为产品氮气输出。

产品输出与纯度调节：通过调节空气的压缩压力、流量和膜组件的操作条件等，可以控制产品氮气的纯度和产量。膜分离法制取的氮气纯度一般在95%-99%之间。

特点：设备紧凑、操作简单、维护方便、能耗低，但氮气纯度相对较低，且膜组件的使用寿命有限，需要定期更换。

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