空氣分離簡稱空分，利用空氣中各組分物理性質(zhì)不同，采用深度冷凍、吸附、膜分離等方法從空氣中分離出氧氣、氮氣，或同時提取氦氣、氬氣等稀有氣體的過程。

空氣中的主要成分是氧和氮，它們分別以分子狀態(tài)存在。分子是保持它原有性質(zhì)的最小顆粒，直徑的數(shù)量級在0.3-0.4nm，而分子的數(shù)目非常多，并且不停地在作無規(guī)則運動，因此，空氣中的氧、氮等分子是均勻地相互攙混在一起的，要將它們分離開是較困難的。

目前市場上主要有3種分離方法。

先將空氣通過壓縮、膨脹降溫，直至空氣液化，再利用氧、氮的氣化溫度(沸點)不同(在大氣壓力下，氧的沸點為90K，氮的沸點為77K)，沸點低的氮相對于氧要容易氣化這個特性，在精餾塔內(nèi)讓溫度較高的蒸氣與溫度較低的液體不斷相互接觸，液體中的氮較多地蒸發(fā)，氣體中的氧較多地冷凝，使上升蒸氣中的含氮量不斷提高，下流液體中的含氧量不斷增大，以此實現(xiàn)將空氣分離。要將空氣液化，需將空氣冷卻到100K以下的溫度，這種制冷叫深度冷凍；而利用沸點差將液空分離的過程叫精餾過程。低溫法實現(xiàn)空氣分離是深冷與精餾的組合，是目前應(yīng)用最為廣泛的空氣分離方法。

它是讓空氣通過充填有某種多孔性物質(zhì)--分子篩的吸附塔，利用分子篩對不同的分子具有選擇性吸附的特點，采用這樣的PSA空分制氮，從而制取高純度氮氣。有的分子篩(如5A，13X等)對氮具有較強的吸附性能，讓氧分子通過，因而可得到純度較高的氧氣；有的分子篩(碳分子篩等)對氧具有較強的吸附性能，讓氮分子通過，因而可得到純度較高的氮氣。由于吸附劑的吸附容量有限，當(dāng)吸附某種分子達到飽和時，就沒有繼續(xù)吸附的能力，需要將被吸附的物質(zhì)驅(qū)趕掉，才能恢復(fù)吸附的能力。這一過程叫“再生”。因此，為了保證連續(xù)供氣，需要有兩個以上的吸附塔交替使用。再生的方法可采用加熱提高溫度的方法(TSA)，或降壓的方法(PSA)。 

    這種方法流程簡單，操作方便，運行成本較低，但要獲得高純度的產(chǎn)品較為困難，產(chǎn)品氧純度在93%左右。并且，它只適宜于容量不太大(小于4000m3/h)的分離裝置，市場上大多用這種方法。

它是利用一些有機聚合膜的滲透選擇性，當(dāng)空氣通過薄膜(0.1μm)或中空纖維膜時，氧氣的穿透過薄膜的速度約為氮的4～5倍，從而實現(xiàn)氧、氮的分離。這種方法裝置簡單，操作方便，啟動快，投資少，但富氧濃度一般適宜在28%～35%，規(guī)模也只宜中、小型，所以只適用于富氧燃燒和醫(yī)療保健等方面。目前在玻璃窯爐中已得到實際應(yīng)用。