氮氣是氮元素形成的一種單質(zhì)，化學式N?。常溫常壓下是一種無色無味的氣體，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)。

氮氣的這種高度化學穩(wěn)定性與其分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，2個N原子以叁鍵結(jié)合成為氮氣分子，包含1個σ鍵和2個π鍵，因為在化學反應(yīng)中首先受到攻擊的是π鍵，而在N?分子中π鍵的能級比σ鍵低，打開π鍵困難，因而使N?難以參與化學反應(yīng)。

氮是地球上第30豐富的元素。考慮到氮氣占大氣量的4/5，即占大氣的78%以上，幾乎可以使用無限量的氮氣。工業(yè)常使用分餾液態(tài)空氣的方法來獲得大量氮氣。

氮在地殼中的含量很少，自然界中絕大部分的氮是以單質(zhì)分子氮氣的形式存在于大氣中，氮氣占空氣體積的78％。氮的最重要的礦物是硝酸鹽。

氮在地殼中的重量百分比含量是0.0046%，總量約達到4×1012噸。動植物體中的蛋白質(zhì)都含有氮。土壤中有硝酸鹽，例如KNO3。在南美洲智利有硝石礦（NaNO3），這是世界上唯一的這種礦藏，是少見的含氮礦藏。 宇宙星際已發(fā)現(xiàn)含氮分子，如NH3、HCN等。

工業(yè)制備

氮氣主要是從大氣中分離或含氮化合物的分解制得的。每年通過液化空氣生產(chǎn)超過3,300萬噸的氮氣，然后使用分餾的方法在大氣中生產(chǎn)氮氣以及其他氣體。

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首選。

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)出低壓氧氣或氮氣，然后經(jīng)外置的壓縮機將產(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)通過液體泵加壓至用戶所需壓力后汽化，并在主換熱器內(nèi)復熱后供給用戶。主要工藝過程為原料空氣過濾、壓縮、冷卻、純化、增壓、膨脹、精餾、分離、復熱、外供。

膜分離技術(shù)是基于薄膜對氣體組分具有選擇性滲透和擴散的特性，以達到氣體分離和純化的目的。氣體中各種組分透過膜的速度不同，每種組分透過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)。透過膜的氣體組分不可能達到100%的純度。氣體分離膜通常可分為多孔材質(zhì)和非多孔材質(zhì)，它們無機物（多孔玻璃、陶瓷、金屬、電子導電性固體和鈀合金等）或有機高分子（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。

凈化后的壓縮空氣經(jīng)過緩沖罐，聯(lián)合過濾器后由膜組一端進入，氣體分子在壓力作用下首先在膜的高壓側(cè)接觸。混合氣體在膜的高壓側(cè)表面以不同的溶解度溶于膜內(nèi)，然后在膜兩側(cè)壓力差的推動下，混合氣體的分子以不同的速度向膜的低壓側(cè)擴散。經(jīng)過溶解和擴散兩個過程的選擇，最終混合氣體被分離成各個組分。例如：空氣、氧氣的透過速度大于氮氣，經(jīng)過膜分離之后，高壓側(cè)留下的氣體富氮，而透過去的氣體富氧。

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氣分子在不同分子篩表面吸附量的差異，在一定時間內(nèi)氧在吸附相富集，氮在氣體相富集，實現(xiàn)氧、氮分離；而卸壓后分子篩吸附劑解析再生，循環(huán)使用。 吸附劑除了分子篩之外，還可應(yīng)用活性氧化鋁、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(xiàn)氧、氮分離。首先，空氣中的氧被碳分子篩優(yōu)先吸附，從而在氣相中富集氮氣。為連續(xù)獲得氮氣，需兩個吸附塔交替工作。

工業(yè)應(yīng)用

氮的惰性廣泛用于電子、鋼鐵、玻璃，還用于燈泡和膨脹橡膠的填充物，工業(yè)上用于保護油類、糧食、精密實驗中用作保護氣體。

1、氮氣的化學性質(zhì)很穩(wěn)定，一般不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。這種惰性品質(zhì)使它可以廣泛應(yīng)用于許多厭氧環(huán)境，比如用氮氣將特定容器中的空氣驅(qū)替置換，起到隔離、阻燃、防爆、防腐的作用，這項技術(shù)在輕烴裝置檢修、LPG工程、輸氣管道和液化氣管網(wǎng)吹掃等工業(yè)、民用方面得以應(yīng)用 。氮氣還可在已加工的食品和藥品的包裝中用作覆蓋氣體，密封電纜、電話線以及給可膨脹的橡膠輪胎加壓等。作為一種防腐劑，氮氣也常被替置與井下，以減緩管柱與地層流體接觸所產(chǎn)生的腐蝕。

2、高純氮氣在金屬熔鑄工藝中被用于對金屬熔體精煉處理，以提高鑄坯質(zhì)量，例如以高純氮氣為主摻合部分氫、氣在銅加工中作為光亮退火熱處理的保護性氣體，它有效地防止銅材的高溫氧化，保持銅材表面的光亮，廢除了酸洗工序。以氮氣為基本的木炭爐煤氣（其成分為：64.1%N2，34.7%CO，1.2%H2和少量CO2）在銅熔鑄時作為保護性氣體，使銅熔體在澆鑄面免受氧化，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

3、生產(chǎn)的氮氣大約10%用作制冷劑，主要包括：通常軟的或類似橡膠物質(zhì)的凝固磨碎、低溫加工橡膠、工程技術(shù)部件的冷縮配合和安裝、生物標本，如血液的的保存、在運輸中制冷等。

4、氮氣可用于合成一氧化氮或二氧化氮，以此來制造硝酸，這種制造方法純度高且價格較為低廉。此外氮氣還可用于合成氨及金屬氮化物等

空氣中氮氣含量過高，使吸入氣氧分壓下降，引起缺氧窒息。吸入氮氣濃度不太高時，患者最初感胸悶、氣短、疲軟無力；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，可發(fā)生氮的麻醉作用；若從高壓環(huán)境下過快轉(zhuǎn)入常壓環(huán)境，體內(nèi)會形成氮氣氣泡，壓迫神經(jīng)、血管或造成微血管阻塞，發(fā)生“減壓病”。

應(yīng)急處理方法：迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至上風處，并進行隔離，嚴格限制出入。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿一般作業(yè)工作服。盡可能切斷泄漏源。合理通風，加速擴散。漏氣容器要妥善處理，修復、檢驗后再用。

操作方法：密閉操作，提供良好的自然通風條件，操作人員必須經(jīng)過專門培訓，嚴格遵守操作規(guī)程。防止氣體泄漏到工作場所空氣中。搬運時輕裝輕卸，防止鋼瓶及附件破損，配備泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。

若吸入過量氮氣應(yīng)迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處，保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。呼吸心跳停止時，立即進行人工呼吸和胸外心臟按壓術(shù)，及時就醫(yī)。

1.嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)程，加強崗位操作技能培訓，避免因誤操作導致設(shè)備損壞和管道閥門泄漏而引發(fā)事故。

2.對崗位工人進行安全知識教育，使其了解、掌握氮氣的理化性質(zhì)、事故預防及應(yīng)急措施。

3.根據(jù)生產(chǎn)實際情況制定窒息事故應(yīng)急救援預案，加強演練以提高崗位工人事故應(yīng)急救援能力和救援水平，并根據(jù)工藝變化和人員變動適時進行修訂，使預案具有可操作性。

4.在可能發(fā)生氮氣泄漏的危險場所懸掛安全警示標識，嚴禁無關(guān)人員進入該區(qū)域。

5.可能發(fā)生氮氣泄漏的危險場所，加設(shè)強制通風裝置，以減少氮氣聚集。

6.在可能發(fā)生氮氣泄漏的危險場所中作業(yè)前，先制定完善的作業(yè)方案，并報備安全科室審核通過后再作業(yè)。

7.在可能發(fā)生氮氣泄漏的危險場所中作業(yè)前，必須將待檢修設(shè)備與生產(chǎn)系統(tǒng)可靠隔絕，經(jīng)強制置換并分析合格（氧含量>18%），落實好安全措施后方可進行作業(yè)。在不可能置換完全的情況下，作業(yè)人員必須使用正壓式氧氣呼吸器，正確攜帶CO、O2檢測儀，并設(shè)專人監(jiān)護；在可能發(fā)生氮氣泄漏的危險場所中，嚴禁佩戴過濾式呼吸器作業(yè)。

8.氮氣的生產(chǎn)、使用現(xiàn)場和操作室等要保持通風換氣良好，并定期分析周圍空氣的含氧量，保證其濃度不低于18%。

9.要加強對壓力、流量等參數(shù)的監(jiān)控，以便及時發(fā)現(xiàn)氮氣泄漏情況并及時得到有效控制。

安全防護：氮元素以單質(zhì)（氮氣）形式存在時無毒，以化合物形式存在時常常有毒，典型的比如說氨、亞硝酸根等。