氮气用途和制取方法

氮气用途

随着科学技术的进步和经济的发展，氮的应用范围日益扩大，并已深入许多工业部门和日常生活领域。

以氮气为基本成分的氮其气氛热处理，是为了节能和充分利用自然资源的一种新技术新工艺，它不仅节省原料消耗，而且经济、安全、不污染环境。业已表明，几乎所有常规的热处理工序，包括淬火、退火、渗碳、碳氮共渗、软氮化及复碳等都可采用氮基气氛来完成，所处理的金属零件在质量上可与传统的吸热式气氛热处理相媲美。近十多年来，国内外的研究、开发和应用万兴未艾，已取得了丰硕的成果。

在电子元件和半导体等生产过程中，需要采用纯度达99.999%以上的氮气作保护气体。目前，我国已将高纯氮作为载气和保护气应用在彩电显像管、大规模集成电路、液晶及半导体硅片等生产过程。

高纯氮还是化纤生产中至关重要的保护气体，氮气纯度愈高，化纤产品和颜色愈漂亮。如今，我国一些新建化纤厂都设置生产高纯氮的装置。氮还有“灵丹炒药”之称而受人青睐，它和人民的日常生活密切相关。我国已试验成功“真空充氮”贮藏大米，以及其他粮食包括小麦、大麦、玉米和稻谷等，使之在保管中不蛀虫、不发热、不霉变，以安全渡夏。其方法是将粮食用塑料布严密封闭，抽成低真空状态，然后充入纯度为98%左右的氮气，并保持商外压力平衡，使粮堆降氧，压低粮食的呼吸强度，抑制了微生物繁殖，蛀虫在36小时内因缺氧而全部死亡。据报道，这种降氧杀虫的方法不仅节省费用（约为采用磷化锌等剧毒药品熏杀所需费用的百分之一），而且保护粮食的新鲜和营养价值，防止了细菌传染和药品污染。

充氮贮藏水果、蔬菜等是一种先进的贮藏、保鲜方法，它使水果、蔬菜在高氮低氧的环境中，减缓陈代谢，并进入冬眠状态，抑制后熟，从而长期保持鲜嫩。据试验，充氮贮藏的苹果，8个月后仍香脆爽口，每公斤苹果的保鲜费在1角钱左右。充氮贮藏可大大减少水果旺季损耗，又可保证水果淡季市场供应，同时提高了出口果品质量。

茶叶抽气充氮包装，即将茶叶放入双层铝箔（或尼龙聚乙烯一铝复合箔）的袋内，抽除空气，注入氮气，封口密封。一年后茶质新鲜，茶汤清澈明亮，滋味淳香。

氮在航天技术和国防工业方面有重要的用途：

众所周知，人造卫星上天，必须子解太空，而太空是一个“既黑又冷和高真空”的宇宙。人们要在地面上仿造“天堂”就要建造“空间模拟室”，为宇宙空是进行有关的地面试验。模拟宇宙空间要采用液氮和液氦，美国的大型空间模拟室每月要耗用氮气约30万m３来进行大型模拟风洞试验。为了确保易燃易爆的火箭液氢装置的安全运行，在适合部位都装上氮气灭火器。高压氮气是火箭燃料（液氢一液氧）的压送气和燃烧管路的清扫气。

通常，在飞机起飞前和降落后，采用氮气吹扫发动机燃烧室，以清除爆炸危险，确保安全。

此外，原子反应堆，也采用氮气作为保护气体。

随着工业发展，各方面对氮气的需求日益增长。1989年，日本按氮气销售量统计，钢铁工业（包括有色金属）约占10%，化学工业（包括陶瓷）约占50%，汽车、拖拉机及造船工业约占4%，一般机械工业约占3%，电子工业约占20%,其他方面约占13%。近几年来，美国氮气消

耗量每年以11%的速度递增。从氮的应用情况来看，我国还远未所及，但随着国民经济的不断的发展和四化建设的进行，氮在我国的应用范围将日益扩大，各方面对氮气的需要也将不断增加。

氮的一些典型用途

金属热加工光亮淬火、光亮退火、渗碳、碳氮共渗、软氮化等氮基气氛热处理的氮源,焊接及粉末冶金烧结过程保护气等

电子工业大规模集成电路、彩电显像管、电视机和收录机元件及半导体处理的氮源, 焊接及粉末冶金烧结过程保护气等

冶金工业连铸、连轧、钢材退火保护气氛,转炉顶底复合吹氮炼钢,炼钢转炉密封,高炉炼铁煤粉喷吹等工艺

食品保鲜粮食、水果(果品) 、蔬菜等的气调贮藏与保鲜,肉类、乳酪、榨菜、茶叶及咖啡等的充氮保鲜包装，果汁、生油及果酱等的充氮排氧保鲜，各类瓶洒的净化和覆盖等

医药工业中药（人参）的充氮贮藏与保鲜，西药针剂充氮，贮罐及容器的充氮，药料气动传送的气源等

化工工业置换、清洗、密封、检漏及保护的气体干法熄焦，催化剂再生，石油分馏，化纤生产等

化肥工业氮肥原料，触媒保护，洗涤气等

塑料工业塑料粒子的气动传输，塑料生产及贮藏防氧化等

橡胶工业橡胶的包装与贮存，轮胎生产等

玻璃工业浮法玻璃生产过程的保护气

石油工业贮罐、容器、催化塔及管道等的充氮净化，管路系统的压力检漏等

煤炭工业煤矿防灭火

石油开发近海石油平台的气体覆盖，氮气压注开采石油，贮罐及容器惰化等

仓储防止地窖、谷仓等仓库可燃粉尘的着火爆炸等

海运油轮清洁气等

航天技术火箭燃料增压剂，发射台置换气和安全保护气，宇航员操纵气，空间模拟室、飞机燃料管路的清洗气等

其他油漆和涂料充氮排氧以防止油干燥的聚合作用，石油及天然气贮罐及容器的充氮排氧等。

氮气的制取方法及供氮方式

N2在自然界中分布很广，是空气的主要成分，主要以单质分子氮的形式存在于大气之中。在干燥空气中，N2的体积占空气的78.03%。因此，空气是制取氮气的最大原料库，它取之不尽，用之不竭。

工业用氮气的制取总是以空气为原料，将其中的O2和N2分离而获得，其方法主要有：⒈低温精馏法（深冷法）；⒉变压吸附法；⒊薄膜渗透法；⒋化学吸收法。低温精馏法已有近90年历史，工业上大规模生产氧、氮以此法最为经济，在空气分离方法中占有牢固统治地位。70年代初，变压吸附法的产品开始在市场上出现，经不断完善和改进，近年来在中小型空分设备中采用变压吸附法已可与低温精馏法竞争。薄膜渗透法的空分设备正从实验科研成果过渡到产品开发过程中，其制氮设备已有商品供应。化学吸收法现正处中间试验阶段，此法用于大规模的空气分离制氮有很大前途，但有不少技术问题需要解决。

目前国内外供氮的方式，一般有以下几种：

⑴制氮装置供氮⑵钢瓶供氮⑶管线供氮⑷贮液槽供氮

我国现制氮装置大多采用深冷法，深冷空分作为一种传统的制氮方法，已为人类服务了几十年，至今它仍然是氮气供应的主要来源。然而，深冷空分装置复杂，设备投资、占地面积及基建费用等都比较大，操作、管理和维修也比较麻烦，因而70年代以来，国内外积极运用变压吸附分离理论研究开发分子筛空分的制氮技术。其设备简单、装置小巧，投资省，操作、维修方便，可实现自动化和电脑化运行，所以，它倍受青睐。