氮气应用与制氮技术一、 氮气的性能和用途概述 2（一） 氮气的性能 2（二） 物理性质 2（三） 氮气的应用概述 4二、 氮气的实际具体应用 5（一） 氮气在化学工行业的应用 5（二） 氮气在化学工业行业中作为保护气氛 7（三） 氮气在食品药品包装方面的应用 7（四） 氮气在食品保鲜方面的应用 7（五） 氮气在金属处理方面的应用 7（六） 氮气用于合成氨 9（七） 氮气在汽车上的应用 9三、 氮气在航天航空工业中的应用 10四、 氮气在国防军事上的应用 10（一） 远红外节流制冷应用 10五、 氮气煤矿方面的应用 11（一） 采空区防火惰性指标 11（二） 火区惰化指标 12六、 氮气在煤气化和煤液化工业上的应用 12七、 氮气在石油开采中的应用 13（一） 氮气加压开采稠油 15（二） 应用氮气射孔技术 16（三） 氮气垫测试技术加垫的主要设备 16八、 氮气生产技术 16（一） 实验室制法 16（二） 深冷空分制氮 17（三） 变压吸附制氮与氮气纯化装置相组合 17（四） 膜分离空分制氮与氮纯化装置相组合 17九、 氮气纯化方法（工业规模） 18（一） 加氢除氧法 18（二） 加氢除氧、除氢法。
18（三） 碳脱氧法 18十、 几种制氮的综合比较 19（一） 深冷空分制氮 19（二） 变压吸附制氮 19（三） 膜过滤制氮气 20、氮气的性能和用途概述（一）氮气的性能氮气，常况下是一种无色无味无嗅的气体，且通常属性N228.01363.15K，-210C77.35K，-195.8C126.1K，-147.05C3.4MPa，33.94bar33.5atm， 492.26psia90.1cm3/mol无毒氮气占大气总量的78.12% （体积分数），是空气的主要成份常温下为 气体，在标准大气压下，冷却至-195.8°C时，变成没有颜色的液体，冷却至 -209.86°C时，液态氮变成雪状的固体氮气的化学性质很稳定，常温下很难 跟其他物质发生反应，但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化， 用来制取对人类有用的新物质二）物理性质氮在常况下是一种无色无味无臭的气体，且通常无毒氮气占大 气总量的78.12% （体积分数），在标准情况下的气体密度是1.25g/L，氮气在 水中溶解度很小，在常温常压下，1体积水中大约只溶解0.02体积的氮气 氮气是难液化的气体氮气在极低温下会液化成无色液体，进一步降低温度时， 更会形成白色晶状固体。
在生产中，通常采用黑色钢瓶盛放氮气其他物理 性质见下表：项目化学式相对分子质量熔点沸点，101.325kPa （1atm）时临界温度临界压力临界体积临界密度临界压缩系数液体密度，-180°C时液体热膨胀系数，-180C时表面张力，-210C时气体密度，101.325 kPa(atm)和 70F(21.1C)时气体相对密度，101.325 kPa(1atm)和 70F 时(空气=1)汽化热，沸点下熔化热，熔点下0.3109g/cm3 0.2920.729g/cm30.00753 1/C12.2x10-3 N/m ，12.2dyn/cm1.160kg/m3，0.0724lb/ft30.967202.76kJ/kg， 87.19BTU/1b25.7kJ/kg ， 11.05气体定压比热容cp，25C时气体定容比热容cp，25C时气体比热容比，cp/cv液体比热容，-183C时固体比热容，-223C时溶解度参数液体摩尔体积在水中的溶解度，25 C时气体黏度，25C时1.038kJ/(kg・ k)，0.248BTU/ (1b・R)0.741kJ/(kg・ k)，0.177BTU/ (1b・R)1.4012.13kJ/ (kg-k)，0.509BTU/(1b・R)1.489kJ/(kg・k)，0.356BTU/(1b・R)9.082(J/cm3 )0.534.677cm3 /mol17.28x10-6(w)175.44x10-7Pa・s ，BTU/1b175.44两液体黏度，-150°C时0.038mPa ・s, 0.038 cp气体热导率，25C时 0.02475W/（m • K）液体热导率，-150C时 0.0646W/（m • K）（三）氮气的应用概述氮主要用于合成氨，反应式为N2+3H2=2NH3（条件为高压，高温、和催化剂。
反应为 可逆反应）还是合成纤维（锦纶、腈纶），合成树脂，合成橡胶等的重要原料PVC、PE、 聚乙烯、苯胺、顺酐、乙醇、聚甲醛、苯酐、聚酯的生产；合成纤维纺线，拉丝防氯化；涂 料、油漆、有机硅的生产；轮胎的充氮防干燥聚合作用；干法熄焦、催化剂再生、石油分馏、 氮肥原料、触媒保护；橡胶的包装与贮存；存贮液体上面气层的惰化；氮气压注开采石油； 海洋工程的惰性气体供应；对油船储存的油面氮封、输油管的清洗气等等由于氮的化学惰性，常用作保护气体以防止某些物体暴露于空气时被氧所氧化，用 氮气填充粮仓，可使粮食不霉烂、不发芽，长期保存液氨还可用作深度冷冻剂作为冷冻 剂在医院做除斑，包，豆等的手术 时常常也使用，即将斑，包，豆等冻掉，但是容易出现 疤痕，并不建议使用氮是一种营养元素还可以用来制作化肥，包括铵肥和硝酸盐，例如： 碳酸氢铵NH4HCO3，氯化铵NH4Cl，硝酸铵NH4NO3，硝酸钾KNO3等等氮气几乎为惰性的双原子气体，化学性质极不活泼，气体分子比氧分子大，不易热涨冷 缩，变形幅度小，其渗透轮胎胎壁的速度比空气慢约30〜40%，能保持稳定胎压，提高轮 胎行驶的稳定性，保证驾驶的舒适性；氮气的音频传导性低，相当于普通空气的1/5,使用 氮气能有效减少轮胎的噪音，提高行驶的宁静度。
化学工业与化肥工业及石油化工、石油化纤工业，对氮的需求量都大俄罗斯63.7% 的氮气用于化学与化肥工业上，在氮、尿素、已内酰胺、乙烯、丙烯、聚氯乙烯、人造纤维、 合成纤维、硅橡胶制品、电缆合成革等生产中，氮作为工艺气体已广泛应用与研究开拓 特别是乙烯装置在石油化工中具有特殊重要的地位我国乙烯工业经近30年的发展，已初 具规模1993年全国乙烯产量203万吨，预计2000年我国乙烯的需要量将超过500万吨， 2010年将达到800~1000万吨现国外乙烯装置是向大型化发展，新建装置规模多数在 30~70万吨/年氮气在化工厂，主要用作保护气、置换气、洗涤气，以保障安全生产如聚丙烯生产， 要用纯氮（99.99%）作保护气、置换气高纯氮气是化纤生产至关重要的气体，如辽阳石 油化纤总厂有三套3000米3/时高纯氮装置合成革厂也要用高纯氮气保护，如烟台合成革 厂有一套1000米3/时高纯氮装置林产化工厂也要用氮，作为敏胶涂料、松香、树脂等生 产过程的工艺保护气可以说化工厂是用氮大户，氮气是化工厂的保安气"，开拓化工用氮 是大有可为的BOC公司的Afrox公司与固特异轮胎公司签订了十年的供氮合同，其价值超过500万美元。
Afrox公司将提供三台Cryostar低温泵，三只35000升贮槽以及相关控制板和氮，它们将用 于橡胶成型和硫化作业上这次用改进的新型低温泵和相关设备取代现有的系统，从而使固 特异公司生产的产品质量和产量登上新的台价二、氮气的实际具体应用性质决定用途，氮气有两方面的用途一方面是作为原料用气，主要是用在合成氨制造， 然后用合成氨制造肥料另一方面就是利用它的不活泼性来做保护气体再则利用它气体的 自然特性，用作气体节流制冷剂一）氮气在化学工行业的应用氮气是气体工业中最主要的产品之一，分为高纯氮气，纯氮气，液氮，工业氮气随着 经济的发展，氮气的市场不断扩大，销售量逐年递增氮气在化学工业行业主要作为原料气 和保护气氛使用1、氮气在化学工业行业中作为原料气（1） 用做合成氨的原料合成氨是重要的基本化工产品，是氮肥的源头产品氮是主要原料之一在合成氨的工 艺过程中，除少数情况外，大都不是使用纯氮的，多数是在制造氢过程中引入空气时带入的2） 用做生产石灰氮的原料石灰（calcium cyanamide），又名氰氨（基）化钙，碳氮化钙，是重要的氮肥纯净物 为白色粉末或颗粒含氮量约34%含有杂质的产品一般为灰黑色粉末或小球粒，含氮量 20%〜22%。
与水作用生成氨和碳酸钙石灰氮是重要的氮肥，但不能直接被植物利用，必须经过水与三氧化碳的的转化作用才 能被植物吸收一般做基肥适用于酸性土壤石灰氮对植物亦有毒，能杀死种子，施在成长植物的叶上，能使叶脱落，可用做脱液剂 或除草剂由气体氮和碳化钙在电炉中加热到1000左右，结成块状物，冷却后粉碎和研细，再用 少量水处理使残留的电石分解而制得3) 做合成金属氰化物的原料氰化钠是重要的金属氰化物19世纪20年代中朝，布哈法先后在美国，荷兰等国工业 生产该法以氮气、木炭、碳酸钠的原料，铁为催化剂反应温度为800〜1000C 反应产物用液氨浸取，再过滤、浓缩、结晶得产品氰化钠 该法原料易得，消耗不太高，但操作非常困难，生产规模较小1947年以后已停止用该法 生产4) 做合成金属氮化物的原料氮气虽然在通常条件下很稳定，但在一定温度和压力下，却能和大多数元素结合形成相 应的氮化物其中Li3N最受工业界注目，它是当前所能提供最好成绩的固体锂电解质之一 其突出优点是制法简单，在潮湿的气氛中稳定，而且只要温度低于Li3N的熔点，它就能和 固体或液体金属锂共存，这就有可能在锂电池中以金属锂为阳极，直接Li3N电解质接触。
此外，在常温下，Li3N的离子电导率高，而电子电导率极低，甚至可忽略不计，这些都表 明氮化锂是一种性能优良的固体电解质材料当前，以 Li3N做固体电解质的锂电池有 Li/Li3/PbI2电池和Li/Li3N/TiS2电池等Li3还是六方BN转变为立方BN的有效催化剂5) 做合成氮化硅的原料氮化硅是一种极其重要的类金刚石型氮化物它具有高强度、高硬度、耐氧化、耐腐蚀 和抗热冲击等优良性能制法：粒度小于10〃m和纯硅粉在NH3、N2-H2或N2气氛中加热1200〜1450° 反应得到的团块经破碎、研细即可AIN粉末可由金属铝粉和氮气在200^下合成6) 用做包裹TiN涂层的载气工业上广泛采用CVD法在钢铁、硬质合金或烧结碳化部件表面包裹TiN涂层TiN涂 层呈金黄色，具有金属光泽涂层的生成就是氢气还原TiCl4中的Ti,Ti与N2反应生成TiN 如在软钢上的化学沉积条件是，反应所用TiCl4-N2-H2混合气中载气N2=2： 1，流速为 0.3dm3/min；温度为1000〜1200G所用气体要求较高的纯度，气体中含有微量的氧或水都 会使涂层破坏二） 氮气在化学工业行业中作为保护气氛由于氮气有很好的化学稳定性，价格便宜，作为无氧、干燥的惰性介质，广泛用做保护、 吹除、充填等气体，以使化学性质活泼的物质不受氧化，减少设备的腐蚀。
如在许多易燃物质的反应器、贮罐中充入氮气，不但可以保护物料不受氧化，保持产品 质量，还能保证安全，防止燃烧、爆炸事故发生在聚合反应中充入氮气能保持催化剂的活 性在钢材轧制和金属热处理时充入氮气，可以减少金属在高温下的氧化，使表面光洁在 等离子电弧炉中充入氮气，生产氮化高速工具钢在浮法玻璃生产过程中充入高纯氮气减少 水汽污染，使表面光亮、蔬。