氮气(Nitrogen),是氮元素形成的一种单质,化学式N₂。常温常压下是一种无色无味的气体,只有在高温高压及催化剂条件下才能和氢气反应生成氨气,在放电的情况下能和氧气化合生成一氧化氮;即使Ca、Mg、Sr和Ba等活泼金属也只有在加热的情形下才能与其反应。
瑞典化学家卡尔·谢勒(Carl Scheele)和苏格兰植物学家丹尼尔·卢瑟福(Daniel Rutherford)在1772年分别发现了氮。牧师卡文迪许和拉瓦锡也在差不多的同一时间立地获得了氮。Rutherford在他的老师Joseph Black的启发下,研究含碳物质在有的空气中燃烧后所留下的残余“空气”的性质时,他用KOH除去CO2,从而获得了氮。他认为这是从已燃烧的物质中吸收了燃素的普通空气。有些人不顾A. L. Lavoisier的研究成果,直到1840年还在争论关于氮气的基本性质。
氮气是一种有惰性的气体,一般不与其他物质发生反应,但在一定条件下,氮可与碱金属或碱土金属反应,相当于在氮分子的反键分子轨道上填充一个电子,金属的给电子能力越强,反应越易进行。如,在常温下锂可与氮直接反应,而钙需要加热到一定条件才能于氮气反应:
ⅢA和ⅣA族的一些元素在加热条件下能与氮气反应:
在高温、高压和催化剂存在的条件下,氮能与氢反应生成氨:
液态空气分馏法
氮气主要是从大气中分离或含氮化合物的分解制得的。每年通过液化空气生产超过3,300万吨的氮气,然后使用分馏的方法在大气中生产氮气以及其他气体。
深冷分离法
深冷分离法工艺已经历了100多年的发展,先后经历了高压、高低压、中压和全低压流程等多种不同的工艺流程。随着现代空分工艺技术和设备的发展,高压、高低压、中压空分流程已基本被淘汰,能耗更低、生产更安全的全低压流程已成为大中型低温空分装置的。
净化后的压缩空气经过缓冲罐,联合过滤器后由膜组一端进入,气体分子在压力作用下在膜的高压侧接触。混合气体在膜的高压侧表面以不同的溶解度溶于膜内,然后在膜两侧压力差的推动下,混合气体的分子以不同的速度向膜的低压侧扩散。经过溶解和扩散两个过程的选择,终混合气体被分离成各个组分。例如:空气、氧气的透过速度大于氮气,经过膜分离之后,高压侧留下的气体富氮,而透过去的气体富氧
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