氮气在工业上的应用

N原子同电负性较高的非金属形成化合物时，形成如下几种共价键： ⑴N原子采取sp3杂化态，形成三个共价键，保留一对孤电子对，分子构型为三角锥型，例如NH3．

氮气机

NF3．NCl3等。 若形成四个共价单键，则分子构型为正四面体型，例如NH4+离子。

⑵N原子采取sp2杂化态，形成2个共价键和一个键，并保留有一对孤电子对，分子构型为角形，例如Cl—N=O 。（N原子与Cl 原子形成一个σ 键和一个π键，N原子上的一对孤电子对使分子成为角形。） 若没有孤电子对时，则分子构型为三角形，例如HNO3分子或NO3-离子。硝酸分子中N原子分别与三个O原子形成三个σ键，它的π轨道上的一对电子和两个O原子的成单π电子形成一个三中心四电子的不定域π键。在硝酸根离子中，三个O原子和中心N原子之间形成一个四中心六电子的不定域大π键。

这种结构使硝酸中N原子的表观氧化数为+5，由于存在大π键，硝酸盐在常况下是足够稳定的。

⑶N原子采取sp 杂化，形成一个共价叁键，并保留有一对孤电子对，分子构型为直线形，例如N2分子和CN-中N原子的结构。 形成配位键

N原子在形成单质或化合物时，常保留有孤电子对，因此这样的单质或化合物便可作为电子对给予体，向金属离子配位。例如[Cu(NH3)4]2+或[Tu(NH2)5]7等。

编辑本段制备方法

现场制氮/工业制氮

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现场制氮是指氮气用户自购制氮设备制氮，目前国内外，工业规模制氮有三类：即深冷空分制氮、变压

氮气气氛炉

吸附制氮和膜分离制氮。 实验室制法

制备少量氮气的基本原理是用适当的氧化剂将氨或铵盐氧化，最常用的是如下几种方法：

⑴加热亚硝酸铵的溶液： （343k）NH4NO2 ===== N2↑+ 2H2O

⑵亚硝酸钠与氯化铵的饱和溶液相互作用： NH4Cl + NaNO2 === NaCl + 2 H2O + N2↑

⑶将氨通过红热的氧化铜： 2 NH3+ 3 CuO === 3 Cu + 3 H2O + N2↑ ⑷氨与溴水反应：8 NH3 + 3 Br2 (aq) === 6 NH4Br + N2↑ ⑸重铬酸铵加热分解： （NH4)2Cr2O7===N2↑+Cr2O3+4H2O {6}加热叠氮化钠，使其热分解，可得到很纯的氮气。 深冷空分制氮

它是一种传统的空分技术，已有九十余年的历史，它的特点是产气量大，产品氮纯度高，无须再纯化便可直接应用于磁性材料，但它工艺流程复杂，占地面积大，基建费用高，需专门的维修力量，操作人员较多，产气慢（18～24h），它适宜于大规模工业制氮，氮气成本在0．7元/m3左右。 变压吸附制氮

变压吸附（Pressure Swing Adsorption，简称PSA）气体分离技术是非低温气体分离技术的重要分支，是人们长期来努力寻找比深冷法更简单的空

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分方法的结果。七十年代西德埃森矿业公司成功开发了碳分子筛，为PSA空分制氮工业化铺平了道路。三十年来该技术发展很快，技术日趋成熟，在中小型制氮领域已成为深冷空分的强有力的竞争对手。

变压吸附制氮是以空气为原料，用碳分子筛作吸附剂，利用碳分子筛对空气中的氧和氮选择吸附的特性，运用变压吸附原理（加压吸附，减压解吸并使分子筛再生）而在常温使氧和氮分离制取氮气。

变压吸附制氮与深冷空分制氮相比，具有显著的特点：吸附分离是在常温下进行，工艺简单，设备紧凑，占地面积小，开停方便，启动迅速，产气快（一般在30min左右），能耗小，运行成本低，自动化程度高，操作维护方便，撬装方便，无须专门基础，产品氮纯度可在一定范围内调节，产氮量≤2000Nm3/h。但到目前为止，除美国空气用品公司用PSA制氮技术，无须后级纯化能工业化生产纯度≥99．999%的高纯氮外（进口价格很高），国内外同行目前一般用PSA制氮技术只能制取氮气纯度为99．9%的普氮（即O2≤0．1%），个别企业可制取99．99%的纯氮（O2≤0．01%），纯度更高从PSA制氮技术上是可能的，但制作成本太高，用户也很难接受，所以用非低温制氮技术制取高纯氮还必须加后级纯化装置。 膜分离空分制氮

膜分离空分制氮也是非低温制氮技术的新的分支，是80年代国外迅速发展起来的一种新的制氮方法，在国内推广应用还是近几年的事。

膜分离制氮是以空气为原料，在一定的压力下，利用氧和氮在中空纤维膜中的不同渗透速率来使氧、氮分离制取氮气。它与上述两种制氮方法相比，具有设备结构更简单、体积更小、无切换阀门、操作维护也更为简便、产气更快（3min以内）、增容更方便等特点，但中空纤维膜对压缩空气清洁度要求更严，膜易老化而失效，难以修复，需要换新膜，膜分离制氮比较适合氮气纯度要求在≤98%左右的中小型用户，此时具有最佳功能价格比；当要求氮气纯度高于98%时，它与同规格的变压吸附制氮装置相比，价格要高出30%左右，故由膜分离制氮和氮纯化装置相组合制取高纯氮时，普氮纯度一般为98%，因而会增加纯化装置的制作成本和运行成本。 氮气纯化方法

加氢除氧法

在催化剂作用下，普氮中残余氧和加入的氢发生化学反应生成水，其反应式：2H2+O2=2H2O，再通过后级干燥除去水份，而获得下列主要成份的高纯氮：N2≥99．999 %，O2≤5×10－6，H2≤1500×10－6，H2

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高压氮气压缩机增压机，

O≤10．7×10－6。制氮成本在0．5元/m3左右。 加氢除氧、除氢法

此法分三级，第一级加氢除氧，第二级除氢，第三级除水，获得下列组成的高纯氮：N2≥99．999%，O2≤5×10－6，H2≤5×10－6，H2O≤10．7×10－6。制氮成本在0．6元/m3左右。 碳脱氧法

在碳载型催化剂作用下（在一定温度下），普氮中之残氧和催化剂本身提供的碳发生反应，生成CO2。反应式：C+O2=CO2。再经过后级除CO2和H2O获得下列组成的高纯氮气：N2≥99．999%，O2≤5×10－6，CO2≤5×10－6，H2O≤10．7×10－6。制氮成本在0．6元/m3左右。 优劣评比

上述三种氮气纯化方法中，方法（1）因成品氮中H2量过高满足不了磁性材料的要求，故不采用；方法（2）成品氮纯度符合磁性材料用户的要求，但需氢源，而且氢气在运输、贮存、使用中都存在不安全因素；方法（3）成品氮的质量完全可满足磁性材料的用气要求，工艺中不使用H2，无加氢法带来的问题，氮中无H2且成品氮的质量不受普氮波动的影响，故和其他氮气纯法相比，氮气质量更加稳定，是最适合磁性材料行业中一种氮气纯化方法。

编辑本段注意事项

第一部分 化学品名称 化学品中文名：氮

化学品英文名：nitrogen 中文名称2：氮气 技术说明书编码：33

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