氧氣與氮氣的沸點不同，所以可透過液化空氣的方法使它們分離。

地球上的空氣主要是由氧氣和氮氣構成的，氮氣佔78%，氧氣佔21%，其他所有的氣體才佔1%。籠統的說，地球上的空氣氮氣佔八成，氧氣佔兩成。要分離它們需要降溫，將氣體液化。

如果把溫度降低，空氣中所有的氣體都能凝結為液體。

這看似簡單的常識，18世紀中期以前幾乎無人知曉。直到18世紀末，才被法國化學家拉瓦錫所領悟。隨後，道爾頓繼承了這一思路，在1801年，他強調：“一切彈性流體都可以化成液體。只要降低溫度並升高壓力，就一定能將所有氣體液化”

從此後的100多年時間裡，液化氣體成了一項備受矚目的科學競賽。

1877年，日內瓦的皮克泰和巴黎的卡耶泰才製造出了幾滴液氧。

說到氣體液化就不得不提到一個人：蘇格蘭化學家、物理學家詹姆斯·杜瓦（JamesDewar ）。

杜瓦對氣體液化方面的研究貢獻很大。1884年，杜瓦在英國皇家學院首次公開說明了氧氣和空氣的液化。不久之後，他建造了一臺機器，從機器上可以將液化氣體透過閥門排出，用作冷卻劑。大約在同一時間，他還獲得了固態氧氣。

1891年，他在皇家學會設計並製造了產生工業液氧的機器，到那年年底，他展示了液態氧和液態臭氧都被磁鐵所強烈吸引。1892年左右，他想到了用真空容器儲存液體氣體，發明了杜瓦瓶，實際上就是一個雙層容器的保溫瓶，也叫真空燒瓶。它同時也是現在普通熱水瓶的原理。

真空燒瓶的保溫效率很高，可以將液體儲存相當長的時間，從而使檢驗其物理效能成為可能。

直到1908年，卡末林·昂內斯將氦氣液化成功，才宣告了液化氣體競賽的結束。

在液化氣體的競賽中，德國科學家卡爾·馮·林德等人發明了一種絕熱膨脹法。

大致原理就是先將空氣裝入一個容器裡，透過外界做功，壓縮氣體的體積，氣體分子熱運動加快，溫度升高，接著透過冷卻劑的蒸發，帶走熱量，把受壓氣體冷卻到原來的溫度。然後隔絕容器與外界的熱交換，讓受壓的氣體透過狹窄的口子急劇膨脹，對外做功，由於從外界吸收的熱量為零，因此只能減少自身的內能，從而降溫冷卻。

重複這一過程，就可以逐漸降低空氣的溫度，並把空氣變為液態。

因為氧氣的沸點（液體沸騰變成氣體的溫度）為-183℃，而氮氣的沸點是-196℃，所以氧氣會率先液化，這樣就可以將氧氣與氮氣與液體與氣體的形成分離。

也可先把空氣完全液化，然後稍微加點溫就可以使得氮氣先蒸發，同時使氧氣濃縮，而蒸發的氮氣再透過冷卻再次變成液體，這樣就可以分離出液態的氮氣與氧氣。

液氧是淡藍色，而液氮為無色透明。

深層氣體分離工藝是透過一系列的物理分離和化學分離方法，將混合物中的成分分離出來，最後得到氣體產品的一種方法。

在該技術的應用中，會有壓縮、冷卻、液化、膨脹等經驗。其內部成分的物理特性可以用來調整分離-氣化溫度，這是低溫氣體分離過程的主要工藝中心之一。其一，在使用低溫分離技術時，必須考慮高壓物理的全過程，包括節流製冷裝置、真空壓力和節流控制技術等，以最大限度地提高能源控制效率和技術應用的經濟效益和社會效益。在整個技術應用過程中，還必須考慮環境等方面的問題，以保證技術的應用和推廣。

工業氣體分離工藝始於20世紀初。它可以透過大容量的空氣液化裝置將氧氣從主液態氣體中分離出來。最重要的副產品是氮氣，其中工業氬氣、氟氣、空氣和氨氣主要用於低溫蒸餾、分離、吸附和吸收。

混合氣中不同組分之間沸點的精細分離也是低溫天然氣管道技術的重要組成部分。在整個分離過程中，為了防止雜質對裝置的影響，必須對戶裝置中的雜質進行預處理，防止其在低溫生產中停留，保證工藝的應用水平。值得注意的是，當深冷技術在這種條件下使用時，裝置在低溫和一定壓力下很難控制。

因此，在使用深層氣體分離技術時，必須結合分離和淨化進行控制，確保整個技術在相對穩定的條件下進行。在低溫技術的應用中，為了獲得更多的製冷劑，必須控制氣密性。再生和換熱裝置。可以有效提高分離過程中的溫度調節水平，提高工藝安全性。在採用低溫氣體分離技術的設計過程中，應優先考慮裝置的最佳生產工具，提高系統的執行效率，確保儘快滿足設計技術要求和工藝目標引數，避免超負荷對生產過程的不利影響。

在低溫下分離氧氣和氮氣目前的主要的分離方法，去除原料氣中的雜質。當雜質氣體被去除後，必須經過熱交換器冷卻，然後在塔內進行預處理，然後頂點可充入含氧量高的空氣。下部氮氣進入熱交換器，剩餘部分形成液氮進行冷凝。加熱蒸發後，在頂部形成液氧。萃取後，可分為三部分。第一部分是液體吸收，第二部分是將液氮引入分離器後冷卻，最後一部分是將一部分液氮抽入塔頂作為迴流。在整個過程中，塔頂整流，塔內下降，得到高純液氧。在壓力上升後，直接進入主換熱器的熱部，最後進入邊界區。

目前，大部分商用氧氣和氮氣是透過通風從液態空氣中分離出來的，氬氣、氟氣、氬氣和大氣是透過通風從液態空氣中分離出來的。氣體分離、萃取或淨化的過程是同一個物理性質的概念：混合物變成純淨物。

空氣中氮氣含量約佔78%，氧氣約佔21%，製氧制氮分2種級別，一種是工業級，一種是醫療級，製造原理是一樣的，不同的是前期的空氣淨化級別不同。

過去製氧制氮絕大部分都採用壓縮分餾方式，在空氣進入壓縮機前，透過空氣淨化系統，除去水分，灰塵，雜質，醫療級還要滅菌，防毒，等等，總之就是把空氣淨化到對人體絕對無害的程度，再進入壓縮機開始壓縮。

氣體是有臨界溫度的，就是說在高於臨界溫度時，無論壓力多大，都不會液化，不液化就難提純，只有在臨界溫度以下，達到達到所需壓力，才會液化，液化後，再根據氮氣和氧氣的不同沸點進行固定溫度範圍蒸餾，就得到純淨的氮氣和氧氣，常溫下需要注入高壓鋼瓶內儲存。

空氣的臨界溫度-140.7℃，壓力=3.7MPa，密度=350kg/m³。

氧氣的臨界溫度= -118.6℃，壓力= 5.043MPa 。

氮氣的臨界溫度=-147.05℃，壓力= 3.4MPa 。

在標準大氣壓下，氮氣冷卻至-195.8℃時，變成無色的液體，冷卻至-209.8℃時，液態氮變成雪狀的固體。

氧氣熔點 = -218.4 ℃ ，沸點= -183℃，相對密度(水=1) =1.14/-183℃

相對蒸氣密度(空氣=1) =1.43Kpa /4217.1/-123.15 ℃ ， 臨界溫度= -118.6℃ 臨界壓力 =5.043Mpa

氮氣 熔點= -209.9 ℃ 沸點= -195.8 ℃，相對密度(水=1)=0.81/-196℃ 相對蒸氣密度(空氣=1)=0.97 。

根據以上引數和特性，透過調節壓縮分餾裝置的引數值，就能製備出所需要的氮氣和氧氣。

目前絕大多數制氮製氧裝置都採用分子篩吸附法，利用常溫下變壓吸附原理，分離空氣製取高純度的氮氣或氧氣，也有的用濾膜分離法，也有的用空壓分餾法，

不管那一種方法，其目的都是必須保證純度質量合格的，降低成本也是所有企業所追求的。

工業上最簡單，成本最低的辦法，就是PSA制氮和製氧，先用空壓機壓縮空氣，一般壓力5一8bar左右，再透過冷幹機，吸乾機，精密過濾器去除壓縮空氣裡的水和油，再進PSA制氮或者製氧機，從而產生氮氣或者氧氣