氮?dú)猓∟itrogen),是氮元素形成的一種單質(zhì),化學(xué)式N?。常溫常壓下是一種無(wú)色無(wú)味的氣體,只有在高溫高壓及催化劑條件下才能和氫氣反應(yīng)生成氨氣,在放電的情況下能和氧氣化合生成一氧化氮;即使Ca、Mg、Sr和Ba等活潑金屬也只有在加熱的情形下才能與其反應(yīng)。
氮?dú)獾倪@種高度化學(xué)穩(wěn)定性與其分子結(jié)構(gòu)有關(guān),2個(gè)N原子以叁鍵結(jié)合成為氮?dú)夥肿?,包?個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵,因?yàn)樵诨瘜W(xué)反應(yīng)中受到攻擊的是π鍵,而在N?分子中π鍵的能級(jí)比σ鍵低,打開(kāi)π鍵困難,因而使N?難以參與化學(xué)反應(yīng)。
瑞典化學(xué)家卡爾·謝勒(Carl Scheele)和蘇格蘭植物學(xué)家丹尼爾·盧瑟福(Daniel Rutherford)在1772年分別發(fā)現(xiàn)了氮。牧師卡文迪許和拉瓦錫也在差不多的同一時(shí)間立地獲得了氮。Rutherford在他的老師Joseph Black的啟發(fā)下,研究含碳物質(zhì)在有的空氣中燃燒后所留下的殘余“空氣”的性質(zhì)時(shí),他用KOH除去CO2,從而獲得了氮。他認(rèn)為這是從已燃燒的物質(zhì)中吸收了燃素的普通空氣。有些人不顧A. L. Lavoisier的研究成果,直到1840年還在爭(zhēng)論關(guān)于氮?dú)獾幕拘再|(zhì)。
氮(Nitrogen)這個(gè)名稱,在1970年由Jean-Antoine-ClaudeChaptal提出,是基于它是硝酸和硝酸鹽的一個(gè)組分的考慮(希臘文Νιτροζ?λη,硝酸靈)。由于這種氣體的窒息性,Lavoisier更喜歡用azote(氮)這個(gè)名稱(希臘文?ψυχη,無(wú)生命),而且這個(gè)名稱在語(yǔ)法中以諸如azo、dizao、azide等形式還在使用。德文名稱stickstoff指的是相同的性質(zhì)(sticken,窒息或悶熄)
深冷分離法
深冷分離法工藝已經(jīng)歷了100多年的發(fā)展,先后經(jīng)歷了高壓、高低壓、中壓和全低壓流程等多種不同的工藝流程。隨著現(xiàn)代空分工藝技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展,高壓、高低壓、中壓空分流程已基本被淘汰,能耗更低、生產(chǎn)更安全的全低壓流程已成為大中型低溫空分裝置的。
全低壓空分工藝根據(jù)氧氮產(chǎn)品壓縮環(huán)節(jié)不同,又分為外壓縮流程和內(nèi)壓縮流程。全低壓外壓縮流程生產(chǎn)出低壓氧氣或氮?dú)?,然后?jīng)外置的壓縮機(jī)將產(chǎn)品氣體壓縮至所需壓力供給用戶。全低壓內(nèi)壓縮流程將精餾產(chǎn)生的液態(tài)氧或液態(tài)氮在冷箱內(nèi)通過(guò)液體泵加壓至用戶所需壓力后汽化,并在主換熱器內(nèi)復(fù)熱后供給用戶。主要工藝過(guò)程為原料空氣過(guò)濾、壓縮、冷卻、純化、增壓、膨脹、精餾、分離、復(fù)熱、外供。
膜分離法
膜分離技術(shù)是基于薄膜對(duì)氣體組分具有選擇性滲透和擴(kuò)散的特性,以達(dá)到氣體分離和純化的目的。氣體中各種組分透過(guò)膜的速度不同,每種組分透過(guò)膜的速度與該氣體的性質(zhì)、膜的特性和膜兩面的分壓差有關(guān)。透過(guò)膜的氣體組分不可能達(dá)到的純度。氣體分離膜通??煞譃槎嗫撞馁|(zhì)和非多孔材質(zhì),它們無(wú)機(jī)物(多孔玻璃、陶瓷、金屬、電子導(dǎo)電性固體和鈀合金等)或有機(jī)高分子(微孔聚乙烯、多孔醋酸纖維、均質(zhì)醋酸纖維、聚硅氧烷橡膠和聚碳酸脂)組成。
該方法是以壓縮空氣為原料,一般以分子篩為吸附劑,在一定的壓力下,利用空氣中氧氣和氮?dú)夥肿釉诓煌肿雍Y表面吸附量的差異,在一定時(shí)間內(nèi)氧在吸附相富集,氮在氣體相富集,實(shí)現(xiàn)氧、氮分離;而卸壓后分子篩吸附劑解析再生,循環(huán)使用。 [3]吸附劑除了分子篩之外,還可應(yīng)用活性氧化鋁、硅膠等。
健康危害
空氣中氮?dú)夂窟^(guò)高,使吸入氣氧分壓下降,引起缺氧窒息。吸入氮?dú)鉂舛炔惶邥r(shí),患者初感胸悶、氣短、疲軟無(wú)力;繼而有煩躁不安、極度興奮、亂跑、叫喊、神情恍惚、步態(tài)不穩(wěn),稱之為“氮酩酊”,可進(jìn)入昏睡或昏迷狀態(tài)。吸入高濃度,患者可迅速昏迷、因呼吸和心跳停止而死亡。
潛水員深潛時(shí),可發(fā)生氮的麻醉作用;若從高壓環(huán)境下過(guò)快轉(zhuǎn)入常壓環(huán)境,體內(nèi)會(huì)形成氮?dú)鈿馀荩瑝浩壬窠?jīng)、血管或造成微血管阻塞,發(fā)生“減壓病”。