تولید گاز نیتروژن از هوا برای مصارف صنعتی با استفاده از دو روش عمده ی مایع سازی و جداسازی هوا انجام  می شود.جداسازی هوا فرایندی است که در آن هوای اتمسفربه اجزای اصلی تشکیل دهنده اش مانند اکسیژن،نیتروژن،آرگون و سایرگازهای نجیب تجزیه می شود. این فرآیند به یکی از دوروش جذب سطحی(PSA) یا  فیلتر کردن(روش غشایی) آن صورت می گیرد. روش مایع کردن هوا (روش کرایوژنیک یا کلدباکس) قدیمی ترین روش تولید نیتروژن می باشد که در سال ۱۸۹۵ توسط مهندس آلمانی کارل فون لینده توسعه داده شد. امروزه نیز همچنان این روش در سطح وسیعی از صنعت استفاده می شود و حدود ۷۵% _۶۰%  نیتروژن مورد نیاز با استفاده از این روش تولید میگردد. در  دهه ی ۱۹۸۰روشهای جایگزینی برای تولید گاز ازت در محل مانند روشهای PSA و جداسازی غشایی عملیاتی شدند و توانستند در زمینه ی تولید نیتروژن با روش کرایوژنیک رقابت کنند. در ابتدا این روشهای جایگزین، تنها قادر به تولید نیتروژن با ظرفیت و خلوص پایین بودند، اما امروزه با توسعه ی این روشها امکان تولید گاز نیتروژن در ظرفیتها و خلوص متنوعی امکان پذیر شده است و به دلیل صرفه ی اقتصادی بالای این روشها، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته اند.

روش جذب سطحی باتناوب فشار (PSA)

دراین روش، ابتدا هوا توسط کمپرسور فشرده شده و پس از عبور از خشک کن وتله ابگیر درصد بالایی از رطوبت و روغن معلق  موجود در هوای فشرده حذف میشود. سپس با عبور هوا ازمیکروفیلترهای سری شده رطوبت و روغن باقی مانده ی آن نیز کاملا جذب شده و هوایی کاملا خشک و فشرده  وارد فیلتر مولد نیتروژن میشود.این فیلتر حاوی کربنهای مخصوصی بنام کربن مولکولارسیو( CSM ) با سطوح متخلخل کاملا منظم با قطر حفرات حدودا ۴ انگسترومی میباشد. با توجه به تفاوت در قطر مولکولی اکسیژن (۳.۸ انگستروم) و قطر مولکولی نیتروژن( ۴.۲ انگستروم)، فقط مولکولهای ریزتر اکسیژن توان نفوذ به داخل حفرات ریز ۴ انگسترومی کربنی را یافته و در ان به دام میافتند و بنابراین مولکولهای نیتروژن از لابلای موادکربنی با خلوص معینی از بالای فیلتر خارج میشوند. پس از طی مدت معینی بسته به اندازه فیلتر و دبی خروجی، CMS ها از اکسیژن اشباع میشوند و باید با خالی شدن هوای فشرده ی داخل،اکسیژنها از منافذ کربنی بیرون آمده واز اگزوز پایین فیلتر خارج شوند. به دلیل اینکه فرایند احیا باعث اتلاف زمان،  طی فرآیند تولید گاز نیتروژن میشود، در این سامانه ها از دوفیلتر استفاده میگردد. در زمانیکه یک فیلتر در حال احیا شدن است فیلتر دوم عمل تولید نیتروژن را انجام میدهد و این عمل بطور نوسانی توسط مدار کنترل پیوسته با کنترل شیرهای برقی ادامه پیدا میکند.در این روش فراوری و خشک بودن هوای فشرده ورودی بسیار مهم بوده و چنانچه از میکرو فیلترهای مناسب استفاده نشود رطوبت و بخصوص روغن معلق هوای فشرده خروجی از کمپرسور به سرعت منافذ کربن را میپوشانند و ازجذب اکسیژن جلوگیری کرده و در واقع مواد CMS مولد را تخریب کرده و بشدت خلوص نیتروژن خروجی را کاهش میدهد.در شرایط عملکردی عادی میزان خلوص قابل حصول با این روش برای تولید نیتروژن برابر با ۹۹.۹۹۹۵ میباشد که میتوان با ظرفیتهای نسیتا بالایی این میزان نیتروژن تولید کرد.

روش کرایوژنیک(کلدباکس)

این روش یکی از قدیمی ترین روش تولید گاز نیتروژن(ازت) میباشد. در این روش ابتدا هوا برای حذف آلاینده ها تصفیه شده و وارد کمپرسورمیشود.در ادامه هوای فشرده را تا مایع شدن سرد میکنند، سپس این مایعات با دمای جوش متفاوت وارد ستون تقطیر میشود. به کمک این فرایند میتوان گازهایی با خلوص بالا تولید کرد. این روش توسط مهندس آلمانی، کارلفون لینده ابداع شد وامروزه نیز همچنان در محلهایی که نیاز به تولید گازهایی باخلوص بالا و ظرفیتهای زیاد است،کاربرد دارد. فرایند جداساز برودتی نیازبه مبدلهای گرمایی خاص و ستونهای جداساز با راندمان بالا دارند .تمام انرژی مورد نیاز تبرید ازطریق کمپرسورهای هوا در ورودی تامین میشود.این روش جداسازی درحال حاضر یکی از پرهزینه ترین وکارامدترین روشهای تولید با ظرفیتهای بالای اکسیژن، نیتروژن وآرگون مایع و گازی درصنعت میباشد. واحدهای جداساز با استفاده ازچند ستون تقطیر فرایند تولید گازهای مختلف با خلوص بالاازهوای فشرده را انجام می دهند.نوع فرایند جداسازی بر اساس مقدارخلوص وجریان محصول می تواند متفاوت باشد. خواص انواع فرایندهای برودتی برای جداسازی هوا می تواند بستگی مستقیم به میزان فشار در ورودی یا خروجی محصولات داشته باشد.

روش جداسازی غشایی

جداسازی هوا به دو جریان نیتروژن خالص وجریان هوای غنی از اکسیژن با استفاده از غشاءهای الیاف توخالی از اوایل سال۱۹۸۰به صورت تجاری انجام شد. در این روش، هوا ، در ابتدا متراکم و سپس فیلتر شده و با عبور کردن هوای متراکم از میان دسته ای از الیاف توخالی، با جداره نیمه تراوا گاز نیتروژن مورد نیاز تولید میشود. در این فرآیند، غشاء جریان هوا را به دو قسمت ، که یکی عمدتا” گاز نیتروژن خالص و دیگری جریان غنی از اکسیژن، دی اکسید کربن و مقدار ناچیز گازهای دیگراست،  تفکیک میکند.غشاءهای استفاده شده در این روش با توانایی تفکیک و انتخاب‌پذیری بالا، گازهایO۲,CO۲، بخار آب و سایر گازها را به دلیل تراوش‌پذیری سریع‌تر از  گاز ازت، به منظور جداسازی نیتروژن از جریان هوای ورودی جدا میکنند. هوای متراکم به یک طرف از غشاء(عمدتا” داخل الیاف) وارد شده و گازهای با تراوش پذیری بالا مانند O۲،H۲O و CO۲به صورت گزینشی از جداره غشاء عبور کرده و از جریان خوراک گرفته می‌شود و جریان خروجی غنی از  گاز نیتروژن می‌شود. در این روش میلیون ها الیاف توخالی با ابعاد کمتر از۰/۵ میلیمتر، به صورت فشرده در داخل یک مدول مجزا قرار داده میشوند که باعث ایجاد نسبت سطح به حجم غشایی بسیار زیاد میشود و جریانی با خلوص بالای گاز نیتروژن و با ظرفیت مناسب را  بدست آورد. به وسیله کنترل کردن شدت جریان خوراک، می‌توان تقریباً تمام O۲را از جریان خروجی حذف کرد.امروزه از فرایندهای غشایی به عنوان یک روش بهینه اقتصادی برای تولید گاز ازت تا خلوص تقریبا ۹۹.۹۵% و اکسیژن ۵۰% -۳۰% استفاده میشود