本发明涉及氧与粗氮的制取方法与装置，特别是在常温条件下，以物理方法将空气直接分离成氧与粗氮产品的方法与装置。 空气作为制取氧与氮的原料，随处皆有，但是大多数用户不能在需用氧、氮之处，就地分离空气制取氧、氮产品。原因是目前广泛使用的深冷空分装置价格昂贵，运行工艺复杂，操作难度大。除了较大的企业自建深冷空分装置外，小企业与零星用户便只好使用高压钢瓶运输，储存氧与氮气。不但成本高，而且极不方便。
深冷空分技术，是先将空气深冷液化，再利用其组分的沸点差别，经精馏而分离为氧、氮的。此方法与装置能够分离出高纯度的氧、氮产品，但因需要将空气深冷至77K低温，所以整个工艺流程使用设备多，吨位大，以致基建投资很高。
因为深冷空分成套装置须固定安装而后运行。所产氧、氮气除近距离以管道输送外，远处用户需充装于高压钢瓶中运输与储存，以致运输效率低、费用高，且有爆炸危险。偏远地区尤为不便。
深冷空分工艺中有大量的冷量损失，能耗大，增加了产品成本。
深冷空分工艺中存在液氧与乙炔发生爆炸的危险。生产工艺精细复杂、运行操作难度大，需专业人员操作管理。由于上述原因，在人类的生活与生产领域中，绝大多数宜用纯氧助燃的过程，是用空气助燃的。这一状况，使得所获热效率很低，能源遭到了极大的浪费。在医疗保健事业中，尤其是边远地区，氧的来源也是困难的。农产品的除虫、保鲜储存，也因广大农业地区缺少氮源而难以施行。
本发明地目的是：
提供一种氧与粗氮（除氧之外的空气组分。以下同此）的制取方法，一种可以在常温条件下，直接将空气分离为氧与粗氮产品的方法。
提供一种氧与粗氮的制取装置，一种可以在常温条件下、直接将空气分离为氧与粗氮产品的装置。
本发明所提供的制取氧与粗氮产品的方法与装置还有如下目的：
作业过程耗能少，产品成本低;
工艺流程中没有氧与乙炔发生爆炸的危险;
工艺流程简单，装置容易操作管理;
所提供的装置是微型的至工业规模产量的;
装置是可移动的，以至是可携带的;
所提供的方法与装置，随着氧温度的降低，而分离效率提高。
所提供的方法与装置可以在需用氧或/和粗氮之处，随时随地直接将空气分离为氧与粗氮产品，即制即用、停机即无，无需高压钢瓶运输与储存，安全无险。
按照本发明的目的，提供了一种制取氧与粗氮产品的方法，其特征是：
使空气进入非均匀或梯度空间磁场，空气中的氧便受到梯度磁场一个指向磁场强度增大方向的作用力，被吸引到梯度磁场中磁场强度最高的区域，使用温度差或/和压力差的方法，将氧从磁场中经一通道输出，加以收集，得氧产品;空气中的粗氮受到梯度磁场指向磁场强度减小方向的作用力，被排斥向磁场之外，从而与氧分离，加以收集，得粗氮产品。
按照本发明的目的，提供了一种制取氧与粗氮产品的装置，其特征是，装置具有：
一个或一个以上与空气源连通的非均匀或梯度空间磁场，该磁场由一个或一个以上的永磁体，或常规电磁体，或者是超导电磁全所产生。
装置还有：引导空气进入梯度磁场的装置，使空气在梯度磁场内按照确定的轨迹流动的装置，用于从梯度磁场中输出氧产品的装置以及用于输出被梯度磁场所排斥的粗氮的装置。
在空气各组分中，氧是顺磁性物质，而粗氮（氮、二氧化碳、氩、氖、乙炔等）则属于反磁性或抗磁性物质。这两类物质的磁化率不但具有相反的符号，而且有极大的数值差。因此，将空气驱入非均匀或梯度磁场，氧与粗氮将受到梯度磁场方向相反的作用力，获得方向相反的加速度而进行分层，且可加以分流，从而直接将空气分离为氧与粗氮产品。
氧的顺磁化率与其温度成反比，因而，以磁场力分离空气的方法与装置，随介质温度的降低而增大分离效率。由于氧在常温中即具有很高的顺磁化率（顺磁化率反比于介质温度），而氮与其他空气组分则具有反磁化率（与温度无关），所以本发明所提供的制取氧与粗氮产品的磁力空分方法与装置，可以在常温条件下将空气按顺磁质与反磁质直接分离为氧与粗氮产品。随着空气温度的降低而分离效率增大。
因为磁力空分方法的作用原理和作业过程简单，磁力空分装置的结构也很简单，可以制成体积小、重量轻的携带式的，也可以制成较大的多个装置组合而具有工业规模产量的磁力空分装置。使用高场强高梯度的超导电磁体的磁力空分装置，其体积与重量则远较相同产量的现有空分装置为轻小。
因此，使用本发明所提供的磁力空分方法与装置，可随需用氧/和粗氮之处，就地直接分离空气而获得氧与粗氮产品，即制即用，停机即无，不需高压钢瓶运输与储存，节省费用，安全无险。
由于磁力空分装置可以制成微型的到大型的装置，且结构简单，造价低廉，不唯企业易于购置，即使用家庭也可拥有。
因为磁力空分方法与装置可以在常温下分离空气，不需将空气深冷液化，所以作业耗能少，产品成本低。
乙炔与烃类化合物是反磁性物质，在磁力空分装置中与顺磁性的氧分离，随氮而去，因而不存在氧与乙炔等烃类化合物发生爆炸的危险。
使用本发明所提供的制取氧与粗氮的磁力空分方法与装置，可以使从生活炉灶直到工业窑炉的气、液、固体燃料的燃烧过程，普遍得以纯氧或富氧助燃，从而提高热效率，节约大量的能源。可以使医疗保健事业获得方便而价廉的氧源。广大、边远的农业地区，可以得到方便价廉的粗氮，以用于农产品、中药等灭虫与储存保鲜。
以下参考附图，说明本发明的一部分实施例。
图1是用梯度磁场分离空气，用温度差方法从磁场中输出氧产品的装置的原理示意图;
图2是应用梯度磁场分离空气，用压力差或/和温度差方法输出氧与粗氮产品装置的原理示意图;
图3是图2所示装置的磁体支持构架;
图4是单路环流通道磁力空分装置的原理示意图;
图5是图4所示装置的结构图;
图6是具有两路分流通道的磁力空分装置的原理示意图;
图7是图6所示装置的结构图;
图8是使用超导磁体的磁力空分装置的原理示意图;
图9是磁力空分装置的调节装置示意图;
图10是磁力空分装置的并联组合装置示意图;
图11是磁力空分装置的串联组合装置示意图;
图12是磁力空分装置的具有磁轭的永磁体;
图13是磁力空分装置的常规电磁体。
图1中两个圆椎形永磁体（1）与（2）同轴异极相对，中有间距。所产生的圆形非均匀或梯度磁场，圆心处磁场强度最高，由圆心至圆周，场强随半径增大而减小，呈负梯度分布。氧输出管（4）的进气端设置在磁场中心，其输出端在磁场之外。电加热元件（11）设置在氧输出管（4）内、靠磁场中心的一端。
使空气（K）在限定的速度以内进入图1所示的梯度磁场，则空气中的氧（O2）受到梯度磁场指向磁场强度增大方向的，即指向磁场中心的作用力，获得加速度，而被吸引到磁场强度最高的圆心处。处于磁场中心的氧（O2）所受的磁场力，是圆形梯度磁场由圆周指向圆心的合力。被梯度磁场吸引的氧（O2）充满于两磁极（1）与（2）之间及氧输出管（4）中，用电加热元件（11）将氧输出管（4）内的氧（O2）加热，则氧输出管（4）中的氧（O2）温度升高，磁化率降低，所受梯度磁场指向磁场中心的，场强增大方向的作用力减少，结果被氧输出管（4）的进气端外温度较低，磁化率较高的氧（O2）所排挤，而从氧输出管（4）的输出端输出磁场。进入管（4）的低温氧（O2）又被加热，及排挤出磁场。过程连续进行，加以收集，得氧（O2）产品。进入梯度磁场的粗氮（N2，c）受到指向磁场强度减少方向的作用力，即由磁场中心指向圆周的作用力，而与氧（O2）分离，向磁场外流去。图1中被磁场力分离的粗氮（N2，c）未予回收。
使用温度差方法，从梯度磁场中输出氧（O2）时，氧输出管（4）中的氧（O2）所受指向磁场强度减少方向的作用力，即指向输出端的力，随氧输出管（4）内外的氧（O2）因温度差而致的磁化率的差值增大而增大，随装置的梯度磁场的强度与梯度增大而增大。
用于加热（O2）的热源及相应的装置，没有限制。
图2中两个圆椎形永磁体（1）与（2）同轴异极相对，中有间距，所产生的圆形梯度磁场，特性为图1之说明。梯度磁场处于一个椭球形容器（6）中。圆椎形永磁体（1）与（2）的底面上各装置一个导流球面（7）和（8）。它们与容器（6）的壳壁之间构成气体通道。壳壁上还装置有空气输入管（3）与空气源（图中未画出）连通，装有粗氮输出管（5）。氧输出管（4）的进气端设置在梯度磁场中心，场强最高处，其输出端则置于容器（6）之外。
使空气（K）在限定的速度以下，由空气输入管（3）进入容器（6），遇导流球面（7）而形成球面流，循着导流球面（7）与容器（6）之间的离心通道流动。当空气（K）进入磁极（1）与（2）之间的梯度磁场时，其中的氧（O2）因是顺磁质而受到梯度磁场指向磁场强度增大方向的作用力，被吸引到磁场中心，场强最高处，并充满于磁场及氧输出管（4）中。使容器（6）内，氧输出管（4）的进气端的气体压力大于其输出端的压力，或者以气体压力抵消氧输出管（4）内的氧（O2）所受到的梯度磁场的吸引力，则氧输出管（4）中的氧（O2），即被管（4）以外的磁场中的氧（O2）排挤，而由输出端流出。过程连续进行，加以收集，得氧（O2）产品。
或者同时并用压力差与温度差两种方法，经氧输出管（4）输出氧（O2）产品，图2中加热元件（11）未画出。温度差方法的原理，已如前述。
进入梯度磁场的粗氮（N2，c）因是反磁质，而受到指向磁场强度减小方向的作用力。被斥向容器（6）的壳壁，贴壁流动，后经容器（6）的壳壁与导流球面（8）之间的通道，从粗氮输出管（5）流出容器（6）之外。加以收集，得粗氮（N2，c）产品。
在原理图2所示装置的结构与磁参数及介质温度取值之后，容器（6）中流过梯度磁场的氧（O2）的速度，便有一个临界值，超临界速度（Vc）的氧（O2）将飞越两磁极（1）与（2）之间的梯度磁场，随粗氮（N2，c）而输出。如图2中氧（O2）的轨迹所示。V1＜V2＜Vc。
图3中两个凹圆椎形支承座（9）同轴相对，以装置永磁体（1）与（2）。两支承座（9）与3个以上径向布置的支承壁（10）固定连结，以保持支承座（9）之间的距离，并与容器（6）构成气体通道。
图4所示梯度磁场（Bg）由两个圆椎形永磁体（1）与（2）所产生，其特性如图1、2之说明。图4中梯度磁场（Bg）的磁力线方向是垂直进入纸面的，但是相反的磁力线方向也是等效的。
使空气（K）在临界速度（Vc）以下，经空气输入管（3）进入装置，循着梯度磁场内的离心通道（23）流动，空气（K）中的氧（O2）在梯度磁场中受到指向磁场强度增大方向的作用力，即向心力，粗氮（N2，c）则受到指向磁场强度减小方向的作用力，即离心力。氧（O2）与粗氮（N2，c）在通道（23）中逐渐分层，氧（O2）贴近导流壁（12）流动，而粗氮（N2，c）贴装置的壳壁（14）流动。导流壁（12）的外导流面是按抛物线的轨迹趋向磁场中心的。氧（O2）在通道（23）中流动到导流壁（12）的末端，便被磁场力吸入导流壁（12）末端与分流劈（13）之间的磁陷井而至磁场中心，使用压力差或/和温度差的方法，使氧（O2）经氧输出管（4）输出，加以收集，得氧（O2）产品。压力差和温度差方法输出氧（O2）的原理，已见图1及图2之说明。图4中未画出氧输出管（4）中的加热元件（11）。粗氮（N2，c）沿通道（23）外周流动至分流劈（13）处，便与氧（O2）分流，经由粗氮输出管（5）输出，加以收集，得粗氮（N2，c）产品。
图5中的两永磁体（1）与（2）同轴异极相对，置于两个支承座（9）中，两支承座（9）之间，由导流壁（12）支撑，以保持距离。装置的壳壁（14）与导流壁（12）之间是离心通道（23）。空气输入管（3）与粗氮输出管（5）均穿过壳壁（14）与通道（23）连通。氧输出管（4）则经一个或两个永磁体之中心开孔引出于装置之外。或者氧输出管（4）从空气输入管（3）与粗氮输出管（5）之间，依径向引出，与之并列。
图6中圆形梯度磁场（Bg）的特性如图1图2及图4之说明。
空气（K）在临界速度（Vc）以下，由空气输入管（3）进入装置后，分两路在离心通道（24）中流动。氧（O2）与粗氮（N2，c）因磁性质不同而受到梯度磁场方向相反的作用力，在通道（24）中渐次分层。受到梯度磁场向心作用力的氧（O2）贴双路导流壁（15）流动，在双路分流劈（16）之前被梯度磁场分两路吸入磁场中心。使用前述压力差或/和温度差的方法，经氧输出管（4）将氧（O2）输出，收集得氧（O2）产品。本图中加热元件（11）未画出。受到梯度磁场离心方向作用力的粗氮（N2，c），贴着壳壁（14）流动至双路分流劈（16）处与氧（O2）分流，两路汇合后，从粗氮输出管（5）流出，加以收集，得粗氮（N2，c）产品。
图7中两永磁体（1）与（2）同轴异极相对，产生所述的梯度磁场（Bg）。两永磁体（1）与（2）置于两个凹圆椎形磁体座（9）中。双路导流壁（15）与双路分流劈（16）支撑两磁体座（9）以保持间距。装置的壳壁（14）与双路导流壁（15）及双路分流劈（16）与磁体座（9）之间为气体通道（24）。空气输入管（3）和粗氮输出管（5）穿过壳壁（14）与通道（24）连通。氧输出管（4）的进气端设置在双路导流壁（15）的内侧，其输出端则穿过双路导流壁（15）与空气输入管（3）的内腔至装置之外。在使用温度差方法时。氧输出管（4）的输入端则延长至磁场中心。
图8中磁力空分装置的中间通道（18）的壁上装置着双端刺叭形超导电磁体（19），它包括超导线圈与恒温装置。超导线圈馈电后，超导磁体（19）在中间通道（18）内产生高强高梯度的非均匀或梯度磁场，超导线圈中心处，即中间通道（18）的中心处磁场强度最高，由中心至两端磁场强度逐渐减小，呈负梯度分布。
使空气（K）在临界速度（Vc）以下经空气输入管（3）进入环形通道（17），分两路循离心轨道流动，到中间通道（18）两端，空气（K）中的氧（O2）受到超导磁体（19）的梯度磁场的指向磁场强度增大方向的作用力，即指向磁场中心的作用力，而被吸引到中间通道（18）的中心，场强最高处。使用压力差或/和温度差的方法，使氧（O2）经氧输出管（4）输出。加以收集，得氧（O2）产品。图8中氧输出管（4）的加热元件（11）未画出。粗氮（N2，c）在通道（17）中被超导梯度磁场的指向磁场强度减小方向的作用力所排斥，贴通道（17）的外圆周流动，而后经由粗氮输出管（5）输出于装置之外，加以收集，得粗氮（N2，c）产品。
磁力空分装置的磁场强度与梯度愈高，则空分效率愈高，有利于获得高纯度与大产量的氧（O2）与粗氮（N2，c）产品。在常温条件下，0.3T以上的平均磁场强度与其尽可能高的梯度，可有效地分离空气。过小的磁场强度梯度不能克服空气的热运动，而使氧（O2）与粗氮（N2，c）获得有序的、方向相反的运动，而被有效地分离。
图9中（CKF）是图2、图4、图6及图8所示磁力空分装置的框图（CKF）。装置（CKF）的空气输入管（3）上所装调节阀（20）用以调节稳定进入装置的空气压力、流量。氧输出管（4）上的调节阀（21）用以调节氧（O2）产品的流量，以控制其纯度。氧（O2）产量小于进入装置的氧（O2）量时，产品趋向于高纯度。反之产品为低纯氧或富氧空气。粗氮输出管（5）上的调节阀（22）用来调节粗氮（N2，c）产出量。粗氮（N2，c）产量低于进入装置的粗氮（N2，c）量时，获得微氧或无氧粗氮（N2，c）产品。
图10是制取氧与粗氮的磁力空分装置（CKF）的并联组合装置。它由两个以上的磁力空分装置（CKF）并联连通，组合而成。它们的空气输入管（3）、氧（O2）输出管（4）及粗氮输出管（5）分别自相连通。并联组合的磁力空分装置用于获得相应大产量的氧（O2）或/和粗氮（N2，c）产品。
图11是磁力空分装置（CKF）的串联组合装置。经装置（CKF-1）分离出的（O2），输入装置（CKF-2）进行再次分离，以提高氧（O2）产品的纯度。多次重复分离。可获得高纯度的氧（O2）产品。同样的重复分离粗氮（N2，c），可获得微氧（O2）以至无氧（O2）粗氮（N2，c）。
多个装置（CKF）的并联-串联，或串联-并联装置，可以获得高纯度产品与大的产量。
图12是磁力空分装置（CKF）的具有磁轭（25）的永磁体（1）与（2）。
图13是磁力空分装置的常规电磁体，它具有铁芯（26），磁线圈（27）及磁极（28）与（29）。
以上已提供的磁力空气分离装置的部分实施例。并不限制装置中用于产生梯度磁场的磁体的磁极形状。