制氮设备通过物理分离技术将空气中的氮气浓缩提取，主要方法包括深冷分离法、变压吸附法（PSA）和膜分离法。其原理是利用氧气与氮气的物理性质差异实现分离，具体过程如下：
一、空气预处理
所有工艺均需先对空气进行净化：通过过滤器去除尘埃、油雾，再经干燥机降低（通常至-40℃以下），防止后续设备结冰或堵塞。
二、主流分离技术
1. 深冷分离法（低温精馏）
- 空气压缩至0.6-1MPa后进入分子筛纯化系统，去除水分、CO₂和碳氢化合物
- 冷却至-170℃以下液化，利用氧（沸点-183℃）和氮（沸点-196℃）的沸点差，在分馏塔中逐级蒸发冷凝
- 可产出99.999%以上超高纯氮，但设备投资大、启动慢，适合大规模连续生产（＞3000Nm³/h）
2. 变压吸附法（PSA）
- 压缩空气（0.6-1.3MPa）进入装有碳分子筛的吸附塔
- 利用动力学直径差异（O₂ 0.346nm，N₂ 0.364nm），优先吸附氧气、CO₂和水分子
- 双塔交替吸附/解压，周期约1-2分钟，氮气纯度可达95-99.9995%
- 能耗0.1-0.2kWh/Nm³，适合中小规模（10-3000Nm³/h）
3. 膜分离法
- 中空纤维膜组件利用气体渗透速率差异（O₂渗透快4倍于N₂）
- 压缩空气（0.8-1.7MPa）通过膜壁时，O₂、H₂O优先渗出，富氮气留存
- 纯度95-99.9%，结构简单但调节性差，适合低纯度需求场景
三、技术对比
深冷法适合超大流量超高纯度，PSA兼顾灵活性与经济性，膜分离适用于移动或简单工况。现代设备多集成DCS控制系统，可实现纯度、流量自动调节，氮气回收率可达40-80%。实际应用中需根据用气规模、纯度要求（电子级＞99.999%或工业级99.5%）、能耗成本综合选型。
