深冷空分制氮以空氣為原料，經過壓縮、凈化、用熱交換使空氣液化成為液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸點不同，通過精餾，使它們分離來獲得氮氣。
1.深冷制氮的典型工藝流程
整個流程由空氣壓縮及凈化、空氣分離、液氮汽化組成。
1.1空氣壓縮及凈化
空氣經空氣過濾器清除灰塵和機械雜質后進入空氣壓縮機，壓縮至所需壓力，然后送入空氣冷卻器，降低空氣溫度。再進入空氣干燥凈化器，除去空氣中的水份、二氧化碳、乙炔及其它碳氫化合物。
1.2空氣分離
凈化后的空氣進入空分塔中的主換熱器，被返流氣體（產品氮氣、廢氣）冷卻至飽和溫度，送入精餾塔底部，在塔頂部得到氮氣，液空經節流后送入冷凝蒸發器蒸發，同時冷凝由精餾塔送來的部分氮氣，冷凝后的液氮一部分作為精餾塔的回流液，另一部分作為液氮產品出空分塔。
由冷凝蒸發器出來的廢氣經主換熱器復熱到約130K進膨脹機膨脹制冷為空分塔提供冷量，膨脹后的氣體一部分作為分子篩的再生和吹冷用，然后經消音器排入大氣。
1.3液氮汽化
由空分塔出來的液氮進液氮貯槽貯存，當空分設備檢修時，貯槽內的液氮進入汽化器被加熱后，送入產品氮氣管道。
深冷制氮可制取純度≧99.999%的氮氣。
2.主要設備簡介
2.1空氣過濾器
為減少空氣壓縮機內部機械運動表面的磨損， 保證空氣質量， 空氣在進入空氣壓縮機之前，必須先經過空氣過濾器以清除其中所含的灰塵和其他雜質。目前空氣壓縮機進氣多采用粗效過濾器或中效過濾器。
2.2空氣壓縮機
按工作原理，空氣壓縮機可分為容積式和速度式兩大類。目前空氣壓縮機多采用往復活塞式空氣壓縮機、離心式空氣壓縮機和螺桿式空氣壓縮機。
2.3空氣冷卻器
是用來降低進入空氣干燥凈化器和空分塔前壓縮空氣的溫度，避免進塔溫度大幅度波動,并可析出壓縮空氣中的大部分水分。通常采用氮水冷卻器（由水冷卻塔和空氣冷卻塔組成：水冷塔是用空分塔內出來的廢氣冷卻循環水，空冷塔是用水冷塔出來的循環水冷卻空氣）、氟里昂空冷器。
2.4空氣干燥凈化器
壓縮空氣經空氣冷卻器后仍含有一定的水分、二氧化碳、乙炔和其他碳氫化合物。被冷凍的水分和二氧化碳沉積在空分塔內會堵塞通道、管道和閥門，乙炔積聚在液氧內有爆炸的危險，灰塵會磨損運轉機械。為了保證空分裝置的長期安全運行，必須設置專門的凈化設備，清除這些雜質。空氣凈化的最常用方法是吸附法和凍結法。目前國內在中小型制氮裝置中廣泛采用分子篩吸附法。
2.5空分塔
空分塔內主要包括有主換熱器、液化器、精餾塔、冷凝蒸發器等。主換熱器、冷凝蒸發器和液化器為板翹式換熱器是一種全鋁金屬結構新型組合式間壁式換熱器，平均溫差很小，換熱效率高達98-99%。精餾塔為空氣分離的設備，塔設備的類型按內件劃分，設置篩孔板的稱篩板塔，設置泡罩板的稱泡罩塔，堆放填料的稱填料塔。篩孔板結構簡單、便于制造、塔板效率高，因此在空分精餾塔中被廣泛使用。填料塔主要用于直徑小于0.8m，高度不大于7m的精餾塔。泡罩塔由于結構復雜、制造困難現已很少使用。
2.6透平膨脹機
是制氮裝置用來產生冷量的旋轉式葉片機械，是一種用于低溫條件下的氣體透平。透平膨脹機按氣體在葉輪中的流向分為軸流式、向心徑流式和向心徑軸流式；按氣體在葉輪中是否繼續膨脹又分為反擊式和沖擊式，繼續膨脹為反擊式，不繼續膨脹為沖擊式。空分設備中廣泛采用單級向心徑軸流反擊式透平膨脹機。
深冷空分制氮設備復雜、占地面積大，基建費用高，設備一次性投資多，運行成本高，產氣慢，安裝要求高周期長。深冷空分制氮裝置宜于大規模工業制氮，在中、小規模制氮就顯得不經濟。在3500Nm3/h以下的設備，相同規格的PSA裝置的投資規模要比深冷空分裝置低20％～50％。
