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深冷分離法又稱為低溫精餾法，利用空氣中氮氣與氧氣的沸點不一致來分離氧氣和氮氣。由于氮氣的沸點（-196℃） 低于氧氣（-183℃），在液態空氣的蒸發過程中，液氮比液氧更容易變成氣態，而在空氣液化過程中，氧氣比氮氣更容易變成液態。由于氮氣與氧氣的沸點相差不大，液態空氣與氣態空氣需經過反復多次的蒸發、冷凝、再蒸發過程（該過程稱為低溫精餾過程），終在精留塔頂部氣相餾分中就可以過得較高高純度的氮氣，氮氣的純度取決于精餾塔的塔板級數和精餾效率。

瑞典化學家卡爾·謝勒（Carl Scheele）和蘇格蘭植物學家·盧瑟福（Daniel Rutherford）在1772年分部發現了氮。牧師卡文迪許和拉瓦錫也在差不多的同一時間立地獲得了氮。氮氣首先被拉瓦錫（Lavoisier）認可為元素，他將其命名為“偶氮”，意思是“無生命”。查普塔爾在1790年將該元素命名為氮。該名稱源自希臘語“nitre”（硝酸鹽中含氮的硝酸鹽）。

深冷分離法工藝已經歷了 100 多年的發展，先后經歷了高壓、高低壓、中壓和全低壓流程等多種不同的工藝流程。隨著現代空分工藝技術和設備的發展，高壓、高低壓、中壓空分流程已基本被淘汰，能耗更低、生產更安全的全低壓流程已成為大中型低溫空分裝置的。全低壓空分工藝根據氧氮產品壓縮環節不同，又分為外壓縮流程和內壓縮流程。全低壓外壓縮流程生產出低壓氧氣或氮氣，然后經外置的壓縮機將產品氣體壓縮至所需壓力供給用戶。全低壓內壓縮流程將精餾產生的液態氧或液態氮在冷箱內通過液體泵加壓至用戶所需壓力后汽化，并在主換熱器內復熱后供給用戶。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。

燃燒反應
氨氣在空氣中很難燃燒，但在純氧中可以燃燒生成氮氣：4NH3+3O2=2N2↑+6H2O。 
常溫下氮氣難以與氧氣反應，但在放電或者高溫的條件下，可以與氧氣反應：N2+O2=2NO。閃電能夠使空氣里的氮氣轉化為一氧化氮，是一種自然固氮。
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