氮气在化学工业行业中的应用

氮氣在化學工業行業中的應用

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氮氣是氣體工業中最主要的產品之一，分為高純氮氣，純氮氣，液氮，工業氮氣。制氧裝置的氮氣一般作為副產品，而且氮氣量比氧氣量還大。隨著經濟的發展，氮氣的市場不斷擴大，銷售量逐年遞增。在空氣為原料的分離裝置中，由于氮氣在空氣中含量高，分離后有大量的氮氣。氮氣在化學工業行業主要作為原料氣和保護氣氛使用。

1、氮氣在化學工業行業中作為原料氣

（1）用做生產石灰氮的原料石灰（calcium cyanamide），又名氰氨（基）化鈣，碳氮化鈣，是重要的氮肥。純凈物為白色粉末或顆粒。含氮量約34%。含有雜質的產品一般為灰黑色粉末或小球粒，含氮量20%~22%。與水作用生成氨和碳酸鈣。石灰氮是重要的氮肥，但不能直接被植物利用，必須經過水與三氧化碳的的轉化作用才能被植物吸收。一般做基肥。適用于酸性土壤。石灰氮對植物亦有毒，能殺死種子，施在成長植物的葉上，能使葉脫落，可用做脫液劑或除草劑。由氣體氮和碳化鈣在電爐中加熱到1000℃左右，結成塊狀物，冷卻后粉碎和研細，再用少量水處理使殘留的電石分解而制得。

（2）用做合成氨的原料

合成氨是重要的基本化工產品，是氮肥的源頭產品。氮是主要原料之一。在合成氨的工藝過程中，除少數情況外，大都不是使用純氮

的，多數是在制造氫過程中引入空氣時帶入的。

（3）做合成金屬氮化物的原料氮氣雖然在通常條件下很穩定，但在一定溫度和壓力下，卻能和大多數元素結合形成相應的氮化物。其中Li3N最受工業界注目，它是當前所能提供最好成績的固體鋰電解質之一。其突出優點是制法簡單，在潮濕的氣氛中穩定，而且只要溫度低于Li3N的熔點，它就能和固體或液體金屬鋰共存，這就有可能在鋰電池中以金屬鋰為陽極，直接Li3N電解質接觸。此外，在常溫下，Li3N的離子電導率高，而電子電導率極低，甚至可忽略不計，這些都表明氮化鋰是一種性能優良的固體電解質材料。當前，以Li3N 做固體電解質的鋰電池有Li/Li3/PbI2電池和Li/Li3N/TiS2電池等。Li3還是六方BN轉變為立方BN的有效催化劑。

（4）做合成金屬氰化物的原料

氰化鈉是重要的金屬氰化物。19世紀20年代中朝，布哈法先后在美國，荷蘭等國工業生產。該法以氮氣、木炭、碳酸鈉的原料，鐵為催化劑。

反應溫度為800~1000℃，反應產物用液氨浸取，再過濾、濃縮、結晶得產品氰化鈉。該法原料易得，消耗不太高，但操作非常困難，生產規模較小。1947年以后已停止用該法生產。

（5）做合成氮化硅的原料

氮化硅是一種極其重要的類金剛石型氮化物。它具有高強度、高硬度、耐氧化、耐腐蝕和抗熱沖擊等優良性能。

制法：粒度小于10μm和純硅粉在NH3、N2-H2或N2氣氛中加熱

1200~1450℃合成。反應得到的團塊經破碎、研細即可。

AIN粉末可由金屬鋁粉和氮氣在200℃下合成。

（6）用做包裹TiN涂層的載氣

工業上廣泛采用CVD法在鋼鐵、硬質合金或燒結碳化部件表面包裹TiN涂層。TiN涂層呈金黃色，具有金屬光澤。涂層的生成就是氫氣還原TiCl4中和Ti,Ti與N2反應生成TiN。如在軟鋼上的化學沉積條件是，反應所用TiCl4-N2-H2混合氣中載氣N2=2：1，流速為0.3dm3/min；溫度為1000~1200℃。所用氣體要求較高的純度，氣體中含有微量的氧或水都會使涂層破壞。

2、氮氣在化學工業行業中作為保護氣氛

由于氮氣有很好的化學穩定性，價格便宜，作為無氧、干燥的惰性介質，廣泛用做保護、吹除、充填等氣體，以使化學性質活潑的物質不受氧化，減少設備的腐蝕。

如在許多易燃物質的反應器、貯罐中充入氮氣，不但可以保護物料不受氧化，保持產品質量，還能保證安全，防止燃燒、爆炸事故發生。在聚合反應中充入氮氣能保持催化劑的活性。在鋼材軋制和金屬熱處理時充入氮氣，可以減少金屬在高溫下的氧化，使表面光潔。在等離子電弧爐中充入氮氣，生產氮化高速工具鋼。在浮法玻璃生產過程中充入高純氮氣減少水汽污染，使表面光亮、蔬菜的代謝，使保存期增長。

在有色金屬冶煉爐內充入氮氣，可除低含氧量和濕度，減入氧化，提高產品質量。

在干燥劑與吸附劑再生時，用氮氣作為吹除氣可以在較高溫度下再生，且省時、效果好。在電子工業中用氮氣吹洗硅片，可保持硅片的干燥和清潔。氮氣還用于吹掃易燃物流過的管道和貯存設備。用氮氣吹除鋼水，使鋼中的氫含量除低，使鋼強度大大提高。在高爐開工時吹入氮氣（86%），可降低焦炭消耗，延長使用壽命。

（2）用做生產石灰氮的原料

石灰（calcium cyanamide），又名氰氨（基）化鈣，碳氮化鈣，是重要的氮肥。純凈物為白色粉末或顆粒。含氮量約34%。含有雜質的產品一般為灰黑色粉末或小球粒，含氮量20%~22%。

與水作用生成氨和碳酸鈣。

石灰氮是重要的氮肥，但不能直接被植物利用，必須經過水與三氧化碳的的轉化作用才能被植物吸收。一般做基肥。適用于酸性土壤。

石灰氮對植物亦有毒，能殺死種子，施在成長植物的葉上，能使葉脫落，可用做脫液劑或除草劑。