氮气在化学工业行业中的应用

氮气是气体工业中.主要的产品之一，分为高纯氮气，纯氮气，液氮，工业氮气。制氧装置的氮气一般作为副产品，而且氮气量比氧气量还大。随着经济的发展，氮气的市场不断扩大，销售量逐年递增。在空气为原料的分离装置中，由于氮气在空气中含量高，分离后有大量的氮气。氮气在化学工业行业主要作为原料气和保护气使用。

1、氮气在化学工业行业中作为原料气

（1）用做生产石灰氮的原料石灰（calcium cyanamide），又名氰氨（基）化钙，碳氮化钙，是重要的氮肥。纯净物为白色粉末或颗粒。含氮量约34%。含有杂质的产品一般为灰黑色粉末或小球粒，含氮量20%~22%。与水作用生成氨和碳酸钙。石灰氮是重要的氮肥，但不能直接被植物利用，必须经过水与三氧化碳的的转化作用才能被植物吸收。一般做基肥。适用于酸性土壤。石灰氮对植物亦有毒，能杀死种子，施在成长植物的叶上，能使叶脱落，可用做脱液剂或除草剂。由气体氮和碳化钙在电炉中加热到1000℃左右，结成块状物，冷却后粉碎和研细，再用少量水处理使残留的电石分解而制得。

（2）用做合成氨的原料

合成氨是重要的基本化工产品，是氮肥的源头产品。氮是主要原料之一。在合成氨的工艺过程中，除少数情况外，大都不是使用纯氮的，多数是在制造氢过程中引入空气时带入的。

（3）做合成金属氮化物的原料氮气虽然在通常条件下很稳定，但在一定温度和压力下，却能和大多数元素结合形成相应的氮化物。其中Li3N.受工业界注目，它是当前所能提供.好成绩的固体锂电解质之一。其突出优点是制法简单，在潮湿的气氛中稳定，而且只要温度低于Li3N的熔点，它就能和固体或液体金属锂共存，这就有可能在锂电池中以金属锂为阳极，直接Li3N电解质接触。此外，在常温下，Li3N的离子电导率高，而电子电导率极低，甚至可忽略不计，这些都表明氮化锂是一种性能优良的固体电解质材料。当前，以Li3N做固体电解质的锂电池有Li/Li3/PbI2电池和Li/Li3N/TiS2电池等。Li3还是六方BN转变为立方BN的有效催化剂。

（4）做合成金属氰化物的原料

氰化钠是重要的金属氰化物。19世纪20年代中朝，布哈法先后在美国，荷兰等国工业生产。该法以氮气、木炭、碳酸钠的原料，铁为催化剂。反应温度为800~1000℃，反应产物用液氨浸取，再过滤、浓缩、结晶得产品氰化钠。该法原料易得，消耗不太高，但操作非常困难，生产规模较小。1947年以后已停止用该法生产。

（5）做合成氮化硅的原料

氮化硅是一种极其重要的类金刚石型氮化物。它具有高强度、高硬度、耐氧化、耐腐蚀和抗热冲击等优良性能。

制法：粒度小于10μm和纯硅粉在NH3、N2-H2或N2气氛中加热1200~1450℃合成。反应得到的团块经破碎、研细即可。AIN粉末可由金属铝粉和氮气在200℃下合成。

（6）用做包裹TiN涂层的载气

工业上广泛采用CVD法在钢铁、硬质合金或烧结碳化部件表面包裹TiN涂层。TiN涂层呈金黄色，具有金属光泽。涂层的生成就是氢气还原TiCl4中和Ti，Ti与N2反应生成TiN。如在软钢上的化学沉积条件是，反应所用TiCl4-N2-H2混合气中载气N2=2：1，流速为0.3dm3/min；温度为1000~1200℃。所用气体要求较高的纯度，气体中含有微量的氧或水都会使涂层破坏。

2、氮气在化学工业行业中作为保护气

由于氮气有很好的化学稳定性，价格便宜，作为无氧、干燥的惰性介质，广泛用做保护、吹除、充填等气体，以使化学性质活泼的物质不受氧化，减少设备的腐蚀。

如在许多易燃物质的反应器、贮罐中充入氮气，不但可以保护物料不受氧化，保持产品质量，还能保证安全，防止燃烧、爆炸事故发生。在聚合反应中充入氮气能保持催化剂的活性。在钢材轧制和金属热处理时充入氮气，可以减少金属在高温下的氧化，使表面光洁。在等离子电弧炉中充入氮气，生产氮化高速工具钢。在浮法玻璃生产过程中充入高纯氮气减少水汽污染，使表面光亮、蔬菜的代谢，使保存期增长。

在有色金属冶炼炉内充入氮气，可除低含氧量和湿度，减少氧化，提高产品质量。

在干燥剂与吸附剂再生时，用氮气作为吹除气可以在较高温度下再生，且省时、效果好。在电子工业中用氮气吹洗硅片，可保持硅片的干燥和清洁。氮气还用于吹扫易燃物流过的管道和贮存设备。用氮气吹除钢水，使钢中的氢含量降低低，使钢强度大大提高。在高炉开工时吹入氮气（86%），可降低焦炭消耗，延长使用寿命。

3、用做生产石灰氮的原料

石灰（calcium cyanamide），又名氰氨（基）化钙，碳氮化钙，是重要的氮肥。纯净物为白色粉末或颗粒。含氮量约34%。含有杂质的产品一般为灰黑色粉末或小球粒，含氮量20%~22%。与水作用生成氨和碳酸钙。

石灰氮是重要的氮肥，但不能直接被植物利用，必须经过水与三氧化碳的的转化作用才能被植物吸收。一般做基肥。适用于酸性土壤。石灰氮对植物亦有毒，能杀死种子，施在成长植物的叶上，能使叶脱落，可用做脱液剂或除草剂。