一、氮氣的用途有哪些
1、氮主要用(yong)于(yu)合(he)(he)成(cheng)氨(an),也是合(he)(he)成(cheng)纖(xian)維,合(he)(he)成(cheng)樹脂(zhi),合(he)(he)成(cheng)橡膠等的重要原料。
2、氮是(shi)一種營(ying)養(yang)元(yuan)素(su),還可以(yi)用來制(zhi)作化肥。
3、由于氮(dan)的(de)化(hua)學惰性,常用作保護氣體(ti),如:瓜果,食(shi)品,燈泡(pao)填(tian)(tian)充氣。以防止某些(xie)物體(ti)暴露于空氣時被氧(yang)所(suo)氧(yang)化(hua)。用氮(dan)氣填(tian)(tian)充糧(liang)倉(cang),可(ke)使糧(liang)食(shi)不霉爛、不發芽(ya),長期保存。
4、高(gao)純(chun)氮氣(qi)(qi)用(yong)作色譜儀等儀器的(de)載氣(qi)(qi)。用(yong)作銅管(guan)的(de)光亮退火保(bao)護氣(qi)(qi)體。跟高(gao)純(chun)氦氣(qi)(qi)、高(gao)純(chun)二氧(yang)化碳一起用(yong)作激(ji)光切割機的(de)激(ji)光氣(qi)(qi)體。
5、在化(hua)工行業(ye),氮氣(qi)主(zhu)要用作(zuo)(zuo)保護氣(qi)體(ti)、置換(huan)氣(qi)體(ti)、洗滌氣(qi)體(ti)、安(an)全保障氣(qi)體(ti)。用作(zuo)(zuo)鋁制(zhi)品、鋁型(xing)材加工,鋁薄軋制(zhi)等(deng)保護氣(qi)體(ti)。用作(zuo)(zuo)回流(liu)焊和波峰焊配套的(de)保護氣(qi)體(ti),提高焊接質量。用作(zuo)(zuo)浮(fu)法玻(bo)璃(li)生產過程(cheng)中的(de)保護氣(qi)體(ti),防(fang)錫槽氧(yang)化(hua)。
二、氮氣的提取方法
1、實驗室方法
實(shi)驗室最常(chang)用(yong)的是亞(ya)硝酸銨(an)的分解,實(shi)際(ji)上是將亞(ya)硝酸鈉飽和(he)溶液慢慢加到熱(re)的飽和(he)氯化銨(an)溶液中,具(ju)體反(fan)應為:NH4Cl+NaNO2=NaCl+N2↑+2H2O。
2、液態空氣分餾法
氮氣(qi)(qi)主要是從大氣(qi)(qi)中(zhong)分(fen)離或含(han)氮化合物的分(fen)解制得(de)的。每年通過液化空氣(qi)(qi)生(sheng)產超過3,300萬噸的氮氣(qi)(qi),然后使(shi)用分(fen)餾的方法在大氣(qi)(qi)中(zhong)生(sheng)產氮氣(qi)(qi)以及其他(ta)氣(qi)(qi)體(ti)。
3、深冷分離法
深冷分(fen)離法又稱為低(di)溫精餾(liu)法,利(li)用空氣(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)與(yu)氧氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)沸(fei)點(dian)(dian)不一致(zhi)來分(fen)離氧氣(qi)(qi)(qi)(qi)和氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)。由于氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)沸(fei)點(dian)(dian)(-196℃) 低(di)于氧氣(qi)(qi)(qi)(qi)(-183℃),在(zai)液(ye)態(tai)空氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)蒸(zheng)發過(guo)(guo)(guo)程中(zhong),液(ye)氮(dan)比(bi)液(ye)氧更(geng)容(rong)易變成氣(qi)(qi)(qi)(qi)態(tai),而在(zai)空氣(qi)(qi)(qi)(qi)液(ye)化過(guo)(guo)(guo)程中(zhong),氧氣(qi)(qi)(qi)(qi)比(bi)氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)更(geng)容(rong)易變成液(ye)態(tai)。由于氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)與(yu)氧氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)沸(fei)點(dian)(dian)相(xiang)差不大(da),液(ye)態(tai)空氣(qi)(qi)(qi)(qi)與(yu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)態(tai)空氣(qi)(qi)(qi)(qi)需經過(guo)(guo)(guo)反復多次(ci)的(de)蒸(zheng)發、冷凝、再蒸(zheng)發過(guo)(guo)(guo)程(該過(guo)(guo)(guo)程稱為低(di)溫精餾(liu)過(guo)(guo)(guo)程),最(zui)終在(zai)精留塔頂部氣(qi)(qi)(qi)(qi)相(xiang)餾(liu)分(fen)中(zhong)就可(ke)以過(guo)(guo)(guo)得(de)較高(gao)高(gao)純度的(de)氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi),氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)純度取決于精餾(liu)塔的(de)塔板(ban)級數(shu)和精餾(liu)效率(lv)。
4、膜分離法
膜(mo)(mo)分(fen)(fen)離技術(shu)是基于薄膜(mo)(mo)對氣(qi)體(ti)組(zu)(zu)分(fen)(fen)具有選擇性(xing)滲透(tou)和(he)擴散的(de)(de)(de)特性(xing),以達到氣(qi)體(ti)分(fen)(fen)離和(he)純化的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。氣(qi)體(ti)中各種組(zu)(zu)分(fen)(fen)透(tou)過(guo)(guo)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)速度不同,每(mei)種組(zu)(zu)分(fen)(fen)透(tou)過(guo)(guo)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)速度與(yu)該氣(qi)體(ti)的(de)(de)(de)性(xing)質、膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)特性(xing)和(he)膜(mo)(mo)兩面的(de)(de)(de)分(fen)(fen)壓差有關。透(tou)過(guo)(guo)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)氣(qi)體(ti)組(zu)(zu)分(fen)(fen)不可(ke)能達到 100%的(de)(de)(de)純度。氣(qi)體(ti)分(fen)(fen)離膜(mo)(mo)通常(chang)可(ke)分(fen)(fen)為多孔(kong)(kong)(kong)材質和(he)非(fei)多孔(kong)(kong)(kong)材質,它們無機物(多孔(kong)(kong)(kong)玻璃、陶(tao)瓷、金(jin)屬、電子導電性(xing)固體(ti)和(he)鈀合金(jin)等(deng))或有機高分(fen)(fen)子(微孔(kong)(kong)(kong)聚(ju)乙烯、多孔(kong)(kong)(kong)醋酸(suan)纖維、均質醋酸(suan)纖維、聚(ju)硅氧烷橡膠和(he)聚(ju)碳酸(suan)脂)組(zu)(zu)成(cheng)。
凈化后(hou)的(de)(de)壓(ya)(ya)縮空氣(qi)(qi)經過(guo)(guo)緩沖罐,聯合(he)過(guo)(guo)濾器后(hou)由(you)膜組一端進入,氣(qi)(qi)體(ti)分(fen)子在(zai)壓(ya)(ya)力(li)作用下首先(xian)在(zai)膜的(de)(de)高壓(ya)(ya)側(ce)(ce)(ce)接觸。混(hun)合(he)氣(qi)(qi)體(ti)在(zai)膜的(de)(de)高壓(ya)(ya)側(ce)(ce)(ce)表面(mian)以不同的(de)(de)溶解度溶于膜內,然后(hou)在(zai)膜兩側(ce)(ce)(ce)壓(ya)(ya)力(li)差的(de)(de)推動下,混(hun)合(he)氣(qi)(qi)體(ti)的(de)(de)分(fen)子以不同的(de)(de)速度向膜的(de)(de)低壓(ya)(ya)側(ce)(ce)(ce)擴散。經過(guo)(guo)溶解和擴散兩個(ge)過(guo)(guo)程(cheng)的(de)(de)選擇(ze),最終混(hun)合(he)氣(qi)(qi)體(ti)被分(fen)離(li)成各(ge)個(ge)組分(fen)。例如(ru):空氣(qi)(qi)、氧(yang)氣(qi)(qi)的(de)(de)透(tou)過(guo)(guo)速度大于氮氣(qi)(qi),經過(guo)(guo)膜分(fen)離(li)之(zhi)后(hou),高壓(ya)(ya)側(ce)(ce)(ce)留下的(de)(de)氣(qi)(qi)體(ti)富(fu)氮,而透(tou)過(guo)(guo)去(qu)的(de)(de)氣(qi)(qi)體(ti)富(fu)氧(yang)。
5、變壓吸附法(PSA法)
該方法是以(yi)壓(ya)縮空氣(qi)為(wei)原料,一(yi)般以(yi)分(fen)(fen)子(zi)篩為(wei)吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)(ji),在(zai)一(yi)定的(de)(de)壓(ya)力下(xia),利用空氣(qi)中氧氣(qi)和氮氣(qi)分(fen)(fen)子(zi)在(zai)不同分(fen)(fen)子(zi)篩表面吸(xi)(xi)附(fu)量的(de)(de)差異,在(zai)一(yi)定時間內氧在(zai)吸(xi)(xi)附(fu)相(xiang)富集,氮在(zai)氣(qi)體(ti)相(xiang)富集,實現氧、氮分(fen)(fen)離;而卸壓(ya)后分(fen)(fen)子(zi)篩吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)(ji)解(jie)析再生,循環使用。吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)(ji)除了分(fen)(fen)子(zi)篩之外,還可應(ying)用活性氧化(hua)鋁、硅膠等。
目前,常用變壓吸附制氮裝置是以壓縮空氣為原料,碳分子篩為吸附劑,利用氧和氮在碳分子篩上的吸附容量、吸附速率、吸附力等方面的差異及分子篩對氧和氮隨壓力不同具有不同的吸附容量的特性來實現氧、氮分離。首先,空氣中的氧被碳分子篩優先吸附,從而在氣相中富集氮氣。為連續獲得氮氣,需兩個吸附塔交替工作。