深冷空分制氮以空氣為原料，經(jīng)過壓縮、凈化、用熱交換使空氣液化成為液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸點不同，通過精餾，使它們分離來獲得氮氣。
1.深冷制氮的典型工藝流程
整個流程由空氣壓縮及凈化、空氣分離、液氮汽化組成。
1.1空氣壓縮及凈化
空氣經(jīng)空氣過濾器清除灰塵和機械雜質(zhì)后進入空氣壓縮機，壓縮至所需壓力，然后送入空氣冷卻器，降低空氣溫度。再進入空氣干燥凈化器，除去空氣中的水份、二氧化碳、乙炔及其它碳氫化合物。
1.2空氣分離
凈化后的空氣進入空分塔中的主換熱器，被返流氣體（產(chǎn)品氮氣、廢氣）冷卻至飽和溫度，送入精餾塔底部，在塔頂部得到氮氣，液空經(jīng)節(jié)流后送入冷凝蒸發(fā)器蒸發(fā)，同時冷凝由精餾塔送來的部分氮氣，冷凝后的液氮一部分作為精餾塔的回流液，另一部分作為液氮產(chǎn)品出空分塔。
由冷凝蒸發(fā)器出來的廢氣經(jīng)主換熱器復(fù)熱到約130K進膨脹機膨脹制冷為空分塔提供冷量，膨脹后的氣體一部分作為分子篩的再生和吹冷用，然后經(jīng)消音器排入大氣。
1.3液氮汽化
由空分塔出來的液氮進液氮貯槽貯存，當(dāng)空分設(shè)備檢修時，貯槽內(nèi)的液氮進入汽化器被加熱后，送入產(chǎn)品氮氣管道。
深冷制氮可制取純度≧99.999%的氮氣。
2.主要設(shè)備簡介
2.1空氣過濾器
為減少空氣壓縮機內(nèi)部機械運動表面的磨損， 保證空氣質(zhì)量， 空氣在進入空氣壓縮機之前，必須先經(jīng)過空氣過濾器以清除其中所含的灰塵和其他雜質(zhì)。目前空氣壓縮機進氣多采用粗效過濾器或中效過濾器。
2.2空氣壓縮機
按工作原理，空氣壓縮機可分為容積式和速度式兩大類。目前空氣壓縮機多采用往復(fù)活塞式空氣壓縮機、離心式空氣壓縮機和螺桿式空氣壓縮機。
2.3空氣冷卻器
是用來降低進入空氣干燥凈化器和空分塔前壓縮空氣的溫度，避免進塔溫度大幅度波動,并可析出壓縮空氣中的大部分水分。通常采用氮水冷卻器（由水冷卻塔和空氣冷卻塔組成：水冷塔是用空分塔內(nèi)出來的廢氣冷卻循環(huán)水，空冷塔是用水冷塔出來的循環(huán)水冷卻空氣）、氟里昂空冷器。
2.4空氣干燥凈化器
壓縮空氣經(jīng)空氣冷卻器后仍含有一定的水分、二氧化碳、乙炔和其他碳氫化合物。被冷凍的水分和二氧化碳沉積在空分塔內(nèi)會堵塞通道、管道和閥門，乙炔積聚在液氧內(nèi)有爆炸的危險，灰塵會磨損運轉(zhuǎn)機械。為了保證空分裝置的長期安全運行，必須設(shè)置專門的凈化設(shè)備，清除這些雜質(zhì)。空氣凈化的最常用方法是吸附法和凍結(jié)法。目前國內(nèi)在中小型制氮裝置中廣泛采用分子篩吸附法。
2.5空分塔
空分塔內(nèi)主要包括有主換熱器、液化器、精餾塔、冷凝蒸發(fā)器等。主換熱器、冷凝蒸發(fā)器和液化器為板翹式換熱器是一種全鋁金屬結(jié)構(gòu)新型組合式間壁式換熱器，平均溫差很小，換熱效率高達98-99%。精餾塔為空氣分離的設(shè)備，塔設(shè)備的類型按內(nèi)件劃分，設(shè)置篩孔板的稱篩板塔，設(shè)置泡罩板的稱泡罩塔，堆放填料的稱填料塔。篩孔板結(jié)構(gòu)簡單、便于制造、塔板效率高，因此在空分精餾塔中被廣泛使用。填料塔主要用于直徑小于0.8m，高度不大于7m的精餾塔。泡罩塔由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難現(xiàn)已很少使用。
2.6透平膨脹機
是制氮裝置用來產(chǎn)生冷量的旋轉(zhuǎn)式葉片機械，是一種用于低溫條件下的氣體透平。透平膨脹機按氣體在葉輪中的流向分為軸流式、向心徑流式和向心徑軸流式；按氣體在葉輪中是否繼續(xù)膨脹又分為反擊式和沖擊式，繼續(xù)膨脹為反擊式，不繼續(xù)膨脹為沖擊式。空分設(shè)備中廣泛采用單級向心徑軸流反擊式透平膨脹機。
深冷空分制氮設(shè)備復(fù)雜、占地面積大，基建費用高，設(shè)備一次性投資多，運行成本高，產(chǎn)氣慢，安裝要求高周期長。深冷空分制氮裝置宜于大規(guī)模工業(yè)制氮，在中、小規(guī)模制氮就顯得不經(jīng)濟。在3500Nm3/h以下的設(shè)備，相同規(guī)格的PSA裝置的投資規(guī)模要比深冷空分裝置低20％～50％。
