氣體分離方法的種類與特征
目前，混合氣體的分離方法主要有低溫精餾法（簡稱深冷法），變壓吸附法（也稱PSA法）和高分子膜法。前者稱低溫法，后兩者稱非低溫法。
1 深冷分離法
深冷分離法是林德教授于1902年發明的,其實質就是氣體液化技術。通常采用機械方法,如用節流膨脹或絕熱膨脹等方法，把 氣體壓縮、冷卻后，利用不同氣體沸點上的差異進行蒸餾，使不同氣體得到分離。其特點是產品氣體純度高，但壓縮、冷卻的能耗很高。該法適用于大規模氣體分離過程，如空分制氧。目前，在我國制氧量的80%是用該法完成的，經過多年的努力，其能耗最低可降至0.038kW·h/m3 O2。
2 變壓吸附法
變壓吸附法是Skarstrome等人于1960年發明的，最初在工業上主要用于空氣干燥和氫氣純化。1970年后才開發用于空氣制氧或制氮，1976年后逐漸開發成功用碳分子篩，或用沸石分子篩的真空變壓吸附法，從空氣中制氧或氮，1980年實現了用單床PSA 法制取醫用氧。
吸附分離是利用吸附劑只對特定氣體吸附和解吸能力上的差異進行分離的。為了促進這個過程的進行，常用的有加壓法和真空法等。分子篩變壓吸附分離空氣制取氧的機理，一是利用分子篩對氮的吸附親合能力大于對氧的吸附親合能力以分離氧、氮；二是利用氧在碳分子篩微孔系統狹窄空隙中的擴散速度大于氮的擴散速度,，使在遠離平衡的條件下可分離氧、氮。
變壓吸附法制氧、氮是在常溫下進行的，其工藝有加壓吸附/常壓解吸或常壓吸附/真空解吸兩種，通常選用沸石分子篩制氧，碳分子篩制氮。1991年，日本三菱重工制成世界上最大的PSA制 氧設備，其氧產量可達8650m3/h。我國的PSA制氧設備已初步系列化，其產氧量最高可達2600m3/h，氧純度≥90%。德國林德公司20世紀80年代以來的單位氧產品能耗最低可達0.042kw·h/ m3O2(氧出口壓力01MPa純度為93%)。
3 膜分離法
氣體膜分離技術是20世紀70年代開發成功的新一代氣體分離技術,其原理是在壓力驅動下，借助氣體中各組分在高分子膜表面上的吸附能力以及在膜內溶解-擴散上的差異，即滲透速率差來進行分離的。現已成為比較成熟的工藝技術，并廣泛用于許多氣體的分離、提濃工藝。膜法的主要特點是無相變，能耗低，裝置規模根據處理量的要求可大可小，而且設備簡單，操作方便，運行可靠性高。各種氣體分離方法的規模、經濟性、技術成熟程度、能耗和用途等的比較見表1。
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表1 各種氣體分離方法的比較
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4 集成膜過程的發展與展望
從上面的分析不難看出,各種分離方法都有其優點和使用范圍，也都有其生存和發展的空間。不過從長遠的觀點來看，膜分離法和變壓吸附法隨著技術的改進和應用范圍的拓寬，它們在氣體工業中所占比例將會越來越大（參見表1）。但是,面對生產中巧遇到的實際問題，只靠一種分離技術是很難有效解決的。因此,近年來把一些分離技術有效地整合起來的集成分離技術正在引起人們的普遍關注，并正在開發新的工藝流程。例如膜分離法與變壓吸附法整合，用于提高氫的回收率或氫的純度；或用于從天然氣中回收CO2，或回收氮；或用于從空氣中生產干燥的氮氣或同時從空氣中得到氮和氧兩種產品氣。又如,膜分離法與深冷分離法整合，也可用于從天然氣中回收氮,以及膜法與化學催化反應的整合,可提高反應速率等。最近戈爾推出的全規模集成過濾系統,將PTFE膜與靜電沉淀技術相結合，用于空氣污染的控制，可將燃煤電廠99.99%的細小灰塵除掉，而且運行費用低，元件用量少，且更加可靠。
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