空氣的主要成分是氮?dú)猓ㄕ?8%）和氧氣（占21%），因此，可以說空氣是制備氮?dú)夂脱鯕馊≈槐M的源psa制氧裝置泉。氮?dú)庵饕糜诤铣砂?、金屬熱處理的保護(hù)氣氛、化工生產(chǎn)中的惰性保護(hù)氣（開停車時吹掃管線、易氧化物質(zhì)的氮封、壓料）、糧食貯存、水果保鮮和電子工業(yè)等。氧氣主要用于冶金、助燃?xì)?、醫(yī)療、廢水處理和psa制氮裝置化學(xué)工業(yè)中的氧化劑等。如何廉價地分離空氣制取氧氣和氮?dú)猓@是化工工作者長期潛心研究解決的問題。
工業(yè)上分離空氣的傳統(tǒng)方法是采用深制氮機(jī)價格冷分離法，即將空氣冷卻到-150℃以下，再用低溫精餾的方法實現(xiàn)分離。該法可以同進(jìn)得到氮?dú)夂脱鯕猓€可以得到液氮和液氧。但是，低溫精餾法存在能耗高、流程長、啟動過程長、設(shè)備維護(hù)要求高等缺點(diǎn)，因此近十幾年來受到了變壓吸附法和膜分離法等新興分離方法的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
變壓吸附法 變壓吸附法分離空氣的機(jī)理有兩種。一種是利用5A沸石分子篩的選擇吸附特性，即5A沸石分子篩對氮?dú)獾钠胶馕搅看笥趯ρ鯕獾钠胶馕搅?，這樣當(dāng)空氣通過沸石床層時氮?dú)饩捅晃剑鞒鲅鯕庾鳛楫a(chǎn)品。當(dāng)沸石吸附氮?dú)怙柡秃螅Ｖ雇ㄈ肟諝?，并把床層抽成真空，抽出的氮?dú)庾鳛楫a(chǎn)品。另一種是利用碳分子篩的運(yùn)態(tài)吸附特性，即碳分子篩對氧氣和氮?dú)獾钠胶馕搅肯嗖畈淮螅捎谘鯕獾姆肿映叽?2.8×3.9)比氮?dú)獾姆肿映叽?3.0×4.1)小，因而氧氣在碳分子篩中的擴(kuò)散速度快，吸附量也大，于是氧氣在碳分子篩中的擴(kuò)散速度快，吸附量也大，于是氧氣被吸附，流出氮?dú)庾鳛楫a(chǎn)品。隔一段時間后，停止通入空氣，把床層抽真空使碳分子篩再生。該法通常是在吸附階段為0.1～0.5×106Pa、解吸階段為常壓或真空及常溫的條件下進(jìn)行的，在工業(yè)上很容易實現(xiàn)。
用變壓吸附法分離空氣可以得到富氧空氣和99.9%的純氮?dú)?，耗電量均小?.0kwh/m3。目前，世界上用5A沸石分了篩制氧以日本為成熟，氧濃度可達(dá)96%，耗電量僅為0.4kwh/m3。
總之，用變壓吸附法分離空氣具有能耗低、流程短、開停車時間短、自動控制、產(chǎn)品濃度可調(diào)等等優(yōu)點(diǎn)，可望有較大的發(fā)展。
膜分離法 膜法分離空氣利用的是滲透原理，即氧氣和氮?dú)庠诜嵌嗫赘叻肿幽?nèi)的擴(kuò)散速率不同。當(dāng)氧氣和氮?dú)馕皆诟叻肿幽け砻鏁r，由于膜兩側(cè)存在著濃度梯度，使氣體擴(kuò)散并通過高分子膜，接著在膜的另一側(cè)解吸。因為氧氣分子的體積小于氮?dú)夥肿樱蚨鯕庠诟叻肿幽?nèi)的擴(kuò)散速率大于氮?dú)?，這樣，當(dāng)空氣通入膜的一側(cè)時，在另一側(cè)就可以得到富氧空氣，同一側(cè)得到氮?dú)狻?/div>
用膜法分離空氣可以連續(xù)得到氮?dú)夂透谎蹩諝狻Ｄ壳暗母叻肿幽ρ?、氮分離的選擇性系數(shù)只有3.5左右，滲透系數(shù)也較小。分離得到的產(chǎn)品氮?dú)鉂舛葹?5～99%，氧氣濃度僅為30～40%。膜法分離空氣一般是在常溫和壓力為0.1～0.5×106Pa的條件下操作的。
由于變壓吸附法和膜法的崛起，中小規(guī)模的深冷空分裝置已開始讓出一部分市場。目前，變壓吸附法和膜法的主要缺點(diǎn)是產(chǎn)品濃度不夠高、回收率較低，這要通過改進(jìn)吸附劑和高分子膜來克服。
