空氣的主要成分是氮?dú)?占78%)和氧氣(占21%)。因此，可以說(shuō)空氣是制備氮?dú)夂脱鯕獾臒o(wú)窮無(wú)盡的來(lái)源。氮?dú)庵饕糜诤铣砂?。金屬熱處理的保護(hù)性氣體?；瘜W(xué)生產(chǎn)中的惰性保護(hù)氣體(打開(kāi)和停止時(shí)吹掃管道)。氮?dú)饷芊?。易氧化物質(zhì)的壓力材料)。糧食儲(chǔ)存。水果保鮮和電子工業(yè)。氧氣主要用于冶金、燃?xì)?、醫(yī)療、廢水處理和化學(xué)工業(yè)中的氧化劑。化學(xué)工業(yè)工人長(zhǎng)期以來(lái)一直致力于研究和解決如何長(zhǎng)期致力于研究和解決的問(wèn)題。

  傳統(tǒng)的工業(yè)分離空氣的方法是采用深冷分離法，即將空氣冷卻到-150℃以下，然后通過(guò)低溫蒸餾法進(jìn)行分離。該方法具有能耗高、工藝長(zhǎng)、啟動(dòng)過(guò)程長(zhǎng)、設(shè)備維護(hù)要求高等特點(diǎn)。因此，近十年來(lái)，它一直受到新興分離方法的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，如變壓吸附法和膜分離法。

  變壓吸附法。

  變壓吸附分離空氣有兩種機(jī)制。一是利用5A沸石分子篩的選擇吸附特性，即5A沸石分子篩對(duì)氮的平衡吸附大于對(duì)氧的平衡吸附，使空氣通過(guò)沸石床時(shí)，氮?dú)獗晃?，氧氣作為產(chǎn)品流出。當(dāng)沸石吸附氮飽和時(shí)，停止進(jìn)入空氣，將床層抽入真空，抽出的氮?dú)庾鳛楫a(chǎn)品。另一種是利用碳分子篩的運(yùn)輸吸附特性，即碳分子篩對(duì)氧氣和氮?dú)獾钠胶馕讲顒e不大，但由于氧氣的分子尺寸(2.8×3.9)小于氮?dú)獾姆肿映叽?3.0×4.1)，氧氣在碳分子篩中擴(kuò)散速度快，吸附量大，因此氧氣在碳分子篩中擴(kuò)散速度快，吸附量大，因此氧氣被吸附，氮?dú)庾鳛楫a(chǎn)品流出。一段時(shí)間后，停止進(jìn)入空氣，將床層真空，使碳分子篩再生。這種方法通常是在吸附階段為0.1~0.5×106pa，解吸階段為常壓或真空和常溫，在工業(yè)上很容易實(shí)現(xiàn)。

  富氧空氣和99.9%的純氮?dú)饪梢酝ㄟ^(guò)吸附法分離，耗電量均小于1.0kwh/m3。目前，世界上最成熟的日本使用5A沸石進(jìn)行氧氣篩選，氧氣濃度可達(dá)96%，耗電量?jī)H為0.4kwh/m3。總之，采用變壓吸附法分離空氣具有能耗低、工藝短、停車(chē)時(shí)間短、自動(dòng)控制、產(chǎn)品濃度可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，有望有較大的發(fā)展。

  膜分離法。

  膜法利用滲透原理分離空氣，即氧氣和氮?dú)庠诜嵌嗫拙酆衔锬ぶ械臄U(kuò)散率不同。當(dāng)氧氣和氮?dú)馕皆诰酆衔锬け砻鏁r(shí)，由于膜兩側(cè)存在濃度梯度，氣體通過(guò)聚合物膜擴(kuò)散，然后在膜的另一側(cè)釋放。由于氧分子的體積小于氮分子，因此氧在聚合物膜中的擴(kuò)散率大于氮，因此當(dāng)空氣進(jìn)入膜的一側(cè)時(shí)，可以在另一側(cè)獲得富氧空氣，在同一側(cè)獲得氮?dú)?。氮?dú)夂透谎蹩諝饪梢酝ㄟ^(guò)膜法分離空氣來(lái)連續(xù)獲得。目前，聚合物膜對(duì)氧和氮?dú)夥蛛x的選擇性系數(shù)僅為3.5左右，滲透系數(shù)也較小。分離產(chǎn)品的氮濃度為95~99%，氧濃度僅為30~40%。膜法分離空氣一般在室溫下進(jìn)行，壓力為0.1~0.5×106pa。

  由于變壓吸附法和膜法的興起，中小型深冷空分離裝置已經(jīng)開(kāi)始放棄部分市場(chǎng)。目前，變壓吸附法和膜法的主要缺點(diǎn)是產(chǎn)品濃度不夠高，回收率低，應(yīng)通過(guò)改進(jìn)吸附劑和聚合物膜來(lái)克服。