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氮氣是大氣中的一種非反應(yīng)性成分，不支持生命。氮氣在空氣中的百分比為78.06%（體積）或77%（重量）?？諝獾慕M成如圖1所示。

圖1 空氣的組成

氮元素是由蘇格蘭醫(yī)生丹尼爾-盧瑟福在1772年發(fā)現(xiàn)的，是空氣中的一種可分離的成分。大約在同一時期，卡爾-威廉-謝勒、亨利-卡文迪許和約瑟夫-普利斯特里也對氮進行了研究，他們將其稱為燒焦的空氣。

通過低溫空氣分離廠對環(huán)境空氣的液化和蒸餾，氮氣以氣體或液體的形式大量生產(chǎn)，而且純度很高。它也可以通過吸附技術(shù)（變壓吸附，PSA）或擴散分離過程（通過特殊設(shè)計的中空纖維滲透）作為低純度氣體進行商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。氣態(tài)氮被簡稱為GAN，而液態(tài)氮則被簡稱為LIN。

液氮是一種低溫液體。低溫液體是正常沸點低于-150攝氏度的液化氣體，液氮的沸點為-195.8攝氏度。由于產(chǎn)品與周圍環(huán)境之間的溫差很大，因此有必要使液氮與周圍的熱量隔絕。

氮氣通常以液體形式儲存，盡管它主要作為氣體使用。與同等容量的高壓氣態(tài)存儲相比，液體存儲不那么笨重，成本也較低。一個典型的儲存系統(tǒng)包括一個低溫儲存罐，一個或多個蒸發(fā)器和一個壓力控制系統(tǒng)。低溫儲罐的結(jié)構(gòu)原則上就像一個真空燒瓶。有一個內(nèi)容器被一個外容器包圍。在兩個容器之間有一個環(huán)形空間，其中含有一種絕緣介質(zhì)，所有的空氣都已被清除。這個空間使熱量遠離內(nèi)部容器中的液氮。蒸發(fā)器將液氮轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。然后一個壓力控制歧管控制氣體壓力，并將其輸入到工藝或應(yīng)用中。用于液氮服務(wù)的容器應(yīng)根據(jù)所涉及的壓力和溫度進行設(shè)計。管道設(shè)計應(yīng)遵循此類管道的規(guī)范。

氮氣的用途

氮氣通常是液化的，這樣可以更有效地進行大量的運輸和儲存。然而，大多數(shù)應(yīng)用都是在氮氣被蒸發(fā)成氣態(tài)后使用。氮氣因其惰性而受到重視。它被用來保護潛在的反應(yīng)性材料不與氧氣接觸。氮氣在鋼鐵廠中被廣泛使用。氮氣在鋼鐵廠的主要用途如下。

在初級煉鋼過程中用于生產(chǎn)鋼鐵（在堿性氧氣爐中進行聯(lián)合吹煉和濺渣），在次級煉鋼過程中（AOD工藝）。

在高爐中用于冷卻頂部裝料設(shè)備的齒輪箱

用于高爐噴煤粉

用于對從焦?fàn)t電池中推出的熱焦炭進行干熄火

用于冷軋鋼退火時的保護氣體

用于管道、儲罐和設(shè)備的吹掃

液氮的冷卻性能用于將收縮配合的軸承與軸分離。反之，液氮也可用于收縮配合。在收縮配合中，不是加熱外部金屬部分，而是用液氮冷卻內(nèi)部部分，這樣金屬就會收縮，可以插入。 當(dāng)金屬恢復(fù)到正常溫度時，它就會膨脹到原來的尺寸，從而產(chǎn)生一個非常緊密的配合。

氮氣被用于填充的目的。氮氣毯用于保護易燃或易爆的固體和液體不與空氣接觸。

氮氣用于可燃材料的氣力輸送。

氮氣用于鋼材的熱處理（氮化處理）。

氮氣用于激光切割、焊接和釬焊。

氮氣的特性

氮氣的CAS號是7727-37-9，而氣體的UN號是UN1066，液氮的UN1977。

氮是一種元素，化學(xué)符號為N，原子序數(shù)為7。在標(biāo)準溫度和壓力條件下，兩個氮原子結(jié)合形成氮氣，這是一種無色、無味的氣體。氮氣是一種雙原子氣體。其化學(xué)或分子式為N2，這意味著一個氮氣分子包含兩個氮原子。其原子質(zhì)量為14，分子量為28克/摩爾。氮的熔點和沸點分別為-210攝氏度和-195.8攝氏度。在21.1攝氏度時，其密度為1.16千克/立方米。液氮在大氣壓力和沸點下的密度為808.9千克/立方米。它比空氣稍輕，其蒸汽密度為0.967（空氣=1）。氮氣的液氣膨脹率在20攝氏度時為1比694。由于膨脹率高，氮氣具有高膨脹性。

氮氣的臨界溫度和臨界壓力分別為-146.9攝氏度和34.59公斤/平方厘米。

氮氣是一種非反應(yīng)性氣體。它可以與其他元素結(jié)合。這種結(jié)合是非常有效的，因為氮的最外層電子殼有很少的電子。這就是為什么它有時被用作緩沖氣體的原因。

氮氣在其沸點處凝結(jié)成無色液體，比水輕。 它略微溶于水，在1個大氣壓和0攝氏度時，它在水中的溶解度為0.023體積，約為20毫克/升。

氮氣是不可燃的，不支持燃燒。盡管氮氣是一種惰性氣體，但它并不是真正的惰性。 它與氧氣形成一氧化氮和二氧化氮，與氫氣形成氨氣，與硫磺形成硫化氮。 氮化合物是通過生物活動自然形成的。 在高溫下或在催化劑的幫助下在中等溫度下也會形成化合物。在高溫下，氮會與活性金屬結(jié)合，形成氮化物。 氮是各種生物過程所必需的。

空氣中的氮氣是各種爐子在燃燒過程中產(chǎn)生氮氧化物（NOx）的主要原因。氮氧化物是一種溫室氣體，對全球變暖有貢獻。

氮氣與所有常見的建筑材料兼容。在選擇材料和設(shè)計系統(tǒng)時，要考慮壓力要求。

與使用氮氣有關(guān)的安全問題

由于氮氣無臭、無色、無味、無刺激性，所以它沒有警告的特性。人類沒有任何感官可以檢測到氮氣的存在。在釋放點附近與迅速膨脹的氮氣接觸會導(dǎo)致凍傷，出現(xiàn)發(fā)紅，皮膚顏色變?yōu)榛疑虬咨?，并出現(xiàn)水泡。氮氣可能是危險的，因為它可以溶解在血液和身體的脂肪中。液氮可以在體內(nèi)造成一些燒傷。

氮氣有時被錯誤地認為是無害的，因為它是無毒的，基本上是惰性的。然而，它可以作為一種簡單的窒息劑，將空氣中的氧氣置換到低于支持生命所需的水平。此外，儲存在加壓容器和系統(tǒng)中的氮氣是儲存的能量，如果以不受控制的方式釋放，會造成嚴重傷害。

氮氣可以取代空氣中的氧氣，使氧氣的百分比降低到安全水平以下（低于19.5 %）。在低氧濃度下，可能在幾秒鐘內(nèi)發(fā)生昏迷和死亡，而且沒有任何警告。

預(yù)計沒有不利的攝取影響，但氮是一種簡單的窒息劑。單純窒息劑造成的缺氧影響可能包括呼吸急促、精神警覺性下降、肌肉協(xié)調(diào)性受損、判斷失誤、所有感覺受抑、情緒不穩(wěn)定和疲倦。隨著窒息的發(fā)展，可能會出現(xiàn)惡心、嘔吐、虛脫和意識喪失，最終導(dǎo)致抽搐和昏迷。

對氣體不需要采取急救措施。如果懷疑有凍傷，要用涼水沖洗眼睛15分鐘，并立即就醫(yī)。對于凍傷，應(yīng)將皮膚浸泡在溫水中。不得使用熱水。

在吸入和過度接觸的情況下，需要及時進行醫(yī)療護理。救援人員應(yīng)配備自給式呼吸器。要幫助受害者到未受污染的地方，以便他們能夠吸入新鮮空氣。迅速離開污染區(qū)是最重要的。無意識的人應(yīng)被轉(zhuǎn)移到未受污染的地方，如果呼吸停止，應(yīng)進行人工呼吸和補充氧氣。

為防止缺氧，使用氮氣的區(qū)域需要充分通風(fēng)。根據(jù)房間的大小、氮氣的數(shù)量和氧氣監(jiān)測系統(tǒng)的存在，每小時至少要提供4到6次新鮮空氣的更換。設(shè)計特點還應(yīng)該包括泄壓裝置，將氮氣排放到外面的安全區(qū)域。

在預(yù)計有氮氣濃度的地方要使用氧氣檢測器。處于壓力下的系統(tǒng)要定期檢查是否有泄漏。在進行任何工作的區(qū)域要使用工作許可系統(tǒng)。

氮氣瓶只能在通風(fēng)的地方使用。要小心處理，不要用閥門保護帽抬起它們。要保護它們不受物理損壞，不能拖拽、滾動、滑動或掉落。應(yīng)使用專門的手推車來移動它們。氣瓶要用鏈子或夾子固定，以防止它們倒下。氮氣瓶應(yīng)直立存放，閥門保護帽應(yīng)在原處，并牢固地固定在通風(fēng)良好的儲存區(qū)或院落中，以防止掉落或被撞倒。氮氣瓶的溫度不得超過52攝氏度。

含有液氮的容器不能密封，因為有爆炸的危險。任何蓋子/蓋子都必須是通風(fēng)的，要有足夠的孔徑以防止被冰塊堵塞。

氮氣是不易燃的。氮氣瓶在涉及火災(zāi)的情況下，可能會因壓力而迅速排氣或劇烈破裂。在發(fā)生火災(zāi)時，應(yīng)使用適合周圍火勢的滅火劑。雖然大多數(shù)鋼瓶和容器的設(shè)計是在高溫下排出內(nèi)容物，但請注意，容器中的壓力會因熱而增加，如果泄壓裝置失靈，可能會破裂。消防員應(yīng)佩戴呼吸保護裝置（SCBA）和全副武裝或Bunker裝備。暴露在火中的容器要繼續(xù)冷卻，直到火焰被撲滅后很久。