一、氮氣的用途有哪些
1、氮主要用于合(he)成(cheng)(cheng)氨,也是合(he)成(cheng)(cheng)纖(xian)維,合(he)成(cheng)(cheng)樹脂,合(he)成(cheng)(cheng)橡膠等的重要原(yuan)料。
2、氮是一種營(ying)養元素,還可(ke)以用來(lai)制作化肥。
3、由于氮(dan)的化學惰性,常(chang)用(yong)作保護氣(qi)體,如:瓜(gua)果,食(shi)(shi)品,燈泡填充(chong)氣(qi)。以(yi)防止某(mou)些物體暴露于空氣(qi)時(shi)被氧所氧化。用(yong)氮(dan)氣(qi)填充(chong)糧倉,可使糧食(shi)(shi)不(bu)霉(mei)爛、不(bu)發(fa)芽(ya),長期保存。
4、高(gao)純(chun)(chun)氮氣(qi)用作色譜(pu)儀等(deng)儀器(qi)的載氣(qi)。用作銅管的光(guang)亮退火保護氣(qi)體(ti)。跟高(gao)純(chun)(chun)氦氣(qi)、高(gao)純(chun)(chun)二氧化碳一起用作激光(guang)切割(ge)機的激光(guang)氣(qi)體(ti)。
5、在(zai)化工行業(ye),氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)主要用(yong)作(zuo)保(bao)(bao)(bao)護(hu)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)、置換(huan)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)、洗滌氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)、安全保(bao)(bao)(bao)障氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)。用(yong)作(zuo)鋁(lv)制品、鋁(lv)型材加(jia)工,鋁(lv)薄軋制等保(bao)(bao)(bao)護(hu)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)。用(yong)作(zuo)回流焊(han)(han)和波峰(feng)焊(han)(han)配套(tao)的(de)(de)保(bao)(bao)(bao)護(hu)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti),提高焊(han)(han)接質(zhi)量。用(yong)作(zuo)浮法(fa)玻璃生產過程中的(de)(de)保(bao)(bao)(bao)護(hu)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti),防錫(xi)槽氧化。
二、氮氣的提取方法
1、實驗室方法
實驗室最常用(yong)的是(shi)亞硝(xiao)酸(suan)銨(an)的分解(jie),實際(ji)上是(shi)將亞硝(xiao)酸(suan)鈉飽(bao)和(he)(he)溶液慢(man)慢(man)加到熱的飽(bao)和(he)(he)氯化銨(an)溶液中(zhong),具體反(fan)應(ying)為:NH4Cl+NaNO2=NaCl+N2↑+2H2O。
2、液態空氣分餾法
氮氣(qi)主要是從(cong)大(da)(da)氣(qi)中分(fen)離或含氮化合(he)物的分(fen)解制得的。每年通過液化空(kong)氣(qi)生(sheng)產(chan)超過3,300萬噸的氮氣(qi),然后使(shi)用分(fen)餾的方(fang)法在(zai)大(da)(da)氣(qi)中生(sheng)產(chan)氮氣(qi)以及其他氣(qi)體。
3、深冷分離法
深冷分(fen)離(li)法又稱為(wei)低溫精(jing)餾(liu)法,利用空(kong)(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)中氮(dan)(dan)(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)與氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)沸(fei)(fei)點不一致(zhi)來分(fen)離(li)氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)和氮(dan)(dan)(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)。由于(yu)(yu)氮(dan)(dan)(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)沸(fei)(fei)點(-196℃) 低于(yu)(yu)氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(-183℃),在液(ye)(ye)態(tai)空(kong)(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)蒸發過(guo)(guo)(guo)(guo)程中,液(ye)(ye)氮(dan)(dan)(dan)比(bi)液(ye)(ye)氧(yang)(yang)(yang)更容(rong)易(yi)變成氣(qi)(qi)(qi)(qi)態(tai),而(er)在空(kong)(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)液(ye)(ye)化過(guo)(guo)(guo)(guo)程中,氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)比(bi)氮(dan)(dan)(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)更容(rong)易(yi)變成液(ye)(ye)態(tai)。由于(yu)(yu)氮(dan)(dan)(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)與氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)沸(fei)(fei)點相差不大,液(ye)(ye)態(tai)空(kong)(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)與氣(qi)(qi)(qi)(qi)態(tai)空(kong)(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)需經過(guo)(guo)(guo)(guo)反復(fu)多次的(de)(de)(de)蒸發、冷凝、再(zai)蒸發過(guo)(guo)(guo)(guo)程(該過(guo)(guo)(guo)(guo)程稱為(wei)低溫精(jing)餾(liu)過(guo)(guo)(guo)(guo)程),最終在精(jing)留(liu)塔(ta)頂(ding)部氣(qi)(qi)(qi)(qi)相餾(liu)分(fen)中就可以過(guo)(guo)(guo)(guo)得較(jiao)高(gao)高(gao)純(chun)度的(de)(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi),氮(dan)(dan)(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)純(chun)度取決(jue)于(yu)(yu)精(jing)餾(liu)塔(ta)的(de)(de)(de)塔(ta)板級數和精(jing)餾(liu)效率。
4、膜分離法
膜(mo)(mo)(mo)(mo)分(fen)(fen)離技術是基于薄膜(mo)(mo)(mo)(mo)對氣(qi)體(ti)(ti)(ti)組(zu)分(fen)(fen)具(ju)有選(xuan)擇性(xing)滲透和擴散的(de)(de)特性(xing),以達到(dao)氣(qi)體(ti)(ti)(ti)分(fen)(fen)離和純化(hua)的(de)(de)目的(de)(de)。氣(qi)體(ti)(ti)(ti)中各種組(zu)分(fen)(fen)透過膜(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)速(su)度(du)(du)不(bu)同,每種組(zu)分(fen)(fen)透過膜(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)速(su)度(du)(du)與該氣(qi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)性(xing)質、膜(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)特性(xing)和膜(mo)(mo)(mo)(mo)兩面的(de)(de)分(fen)(fen)壓差有關。透過膜(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)氣(qi)體(ti)(ti)(ti)組(zu)分(fen)(fen)不(bu)可能達到(dao) 100%的(de)(de)純度(du)(du)。氣(qi)體(ti)(ti)(ti)分(fen)(fen)離膜(mo)(mo)(mo)(mo)通常可分(fen)(fen)為(wei)多(duo)(duo)孔(kong)材質和非多(duo)(duo)孔(kong)材質,它們無機物(多(duo)(duo)孔(kong)玻璃、陶(tao)瓷、金屬、電子(zi)導電性(xing)固體(ti)(ti)(ti)和鈀(ba)合金等)或(huo)有機高分(fen)(fen)子(zi)(微孔(kong)聚乙烯(xi)、多(duo)(duo)孔(kong)醋酸(suan)纖維、均質醋酸(suan)纖維、聚硅(gui)氧烷(wan)橡(xiang)膠和聚碳酸(suan)脂)組(zu)成。
凈化后的(de)(de)壓縮空(kong)氣(qi)(qi)經過(guo)緩沖罐(guan),聯合(he)過(guo)濾器(qi)后由膜(mo)(mo)(mo)組一(yi)端進入,氣(qi)(qi)體(ti)分(fen)子在(zai)壓力作用下首先在(zai)膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)高壓側接觸。混合(he)氣(qi)(qi)體(ti)在(zai)膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)高壓側表面以(yi)不同(tong)的(de)(de)溶(rong)(rong)(rong)解度(du)溶(rong)(rong)(rong)于膜(mo)(mo)(mo)內,然后在(zai)膜(mo)(mo)(mo)兩側壓力差的(de)(de)推動下,混合(he)氣(qi)(qi)體(ti)的(de)(de)分(fen)子以(yi)不同(tong)的(de)(de)速(su)度(du)向膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)低壓側擴散。經過(guo)溶(rong)(rong)(rong)解和擴散兩個過(guo)程的(de)(de)選擇,最終混合(he)氣(qi)(qi)體(ti)被分(fen)離成各個組分(fen)。例(li)如:空(kong)氣(qi)(qi)、氧氣(qi)(qi)的(de)(de)透過(guo)速(su)度(du)大于氮氣(qi)(qi),經過(guo)膜(mo)(mo)(mo)分(fen)離之(zhi)后,高壓側留(liu)下的(de)(de)氣(qi)(qi)體(ti)富(fu)氮,而透過(guo)去的(de)(de)氣(qi)(qi)體(ti)富(fu)氧。
5、變壓吸附法(PSA法)
該方法是以(yi)壓(ya)縮空(kong)氣(qi)(qi)為原料,一(yi)般以(yi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)篩(shai)為吸(xi)附劑,在一(yi)定的壓(ya)力下,利(li)用空(kong)氣(qi)(qi)中(zhong)氧(yang)氣(qi)(qi)和氮氣(qi)(qi)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)在不(bu)同(tong)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)篩(shai)表面吸(xi)附量(liang)的差異,在一(yi)定時間內氧(yang)在吸(xi)附相(xiang)富集(ji),氮在氣(qi)(qi)體相(xiang)富集(ji),實現氧(yang)、氮分(fen)(fen)(fen)離;而卸(xie)壓(ya)后分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)篩(shai)吸(xi)附劑解析再生,循環使(shi)用。吸(xi)附劑除了分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)篩(shai)之(zhi)外,還(huan)可應用活性(xing)氧(yang)化鋁、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(xi)附塔交(jiao)替工作。