如何从空气中分离出氮气？

 

第一种方法：工业上分离空气的传统方法是低温分离，即将空气冷却到-150℃以下，然后通过低温蒸馏进行分离。在这种方法中，可以同时获得氮和氧，也可以获得液氮和液氧。然而，低温蒸馏存在能耗高、流程长、启动过程长、设备维护要求高等缺点。因此，近十年来，变压吸附和膜分离等新的分离方法对其提出了严峻的挑战。

 

第二种方法：变压吸附有两种分离空气的机制。一种是利用5A沸石分子筛的选择性吸附特性，即5A沸石分子筛对氮的平衡吸附容量大于对氧的平衡吸附容量。这样，当空气通过沸石床时，氮气被吸附，氧气作为产物流出。当沸石吸附的氮气达到饱和时，停止引入空气，并对床层进行真空处理，提取的氮气用作产品。

 

第三种方法：利用碳分子筛的输运吸附特性，即碳分子筛对氧和氮的平衡吸附能力相差不大，但由于氧的分子大小（2.8×3.9）比氮的分子大小（3.0×4.1）较小，所以氧在碳分子筛中的扩散速度和吸附能力快，所以氧在碳分子筛中的扩散速度和吸附能力快，所以氧被吸附，氮作为产物流出。一段时间后，停止供气，并对床层进行真空处理，以再生碳分子筛。在吸附阶段×106pa时，该方法通常为0.1~0.5。解吸阶段在常压或真空和常温条件下进行，这在工业上很容易实现。

 

第四种方法：利于氮气分离膜，空气的膜分离采用渗透原理，即氧和氮在无孔聚合物膜中的扩散速率不同。当氧气和氮气吸附在聚合物膜表面时，由于膜两侧的浓度梯度，气体扩散并通过聚合物膜，然后在膜的另一侧解吸。由于氧分子的体积小于氮分子的体积，因此氧在聚合物膜中的扩散速率大于氮的扩散速率。这样，当空气进入膜的一侧时，可以在另一侧获得富氧空气，在同一侧获得氮气。

 

综上所述，由于变压吸附和膜法工艺的兴起，中小型低温空分设备已开始放弃部分市场。目前，变压吸附法和膜法的主要缺点是产品浓度不够高，回收率低，需要通过改进吸附剂和聚合物膜来克服。