1895年，德國人C.林德研究成功了一次節(jié)流循環(huán)液化空氣的方法，這是最簡單的深度冷凍循環(huán)。它采用節(jié)流膨脹和逆流換熱，稱為林德循環(huán)。1902年，德國林德公司制成了第一套林德循環(huán)單級精餾工業(yè)裝置。同年，法國人G.克勞德研究成功了帶往復(fù)式膨脹機的中壓冷凍循環(huán)液化空氣的方法，可減少冷凍消耗，稱為克勞德循環(huán)。1939年，蘇聯(lián)人∏.Л.卡皮查將離心式膨脹機用于低壓空分裝置,稱為卡皮查循環(huán),使能耗進一步下降。目前，各國都趨向發(fā)展大型化板翅式換熱器的全低壓空分裝置，使單機制氧能力不斷提高，能耗不斷降低。中國于1953年開始制造每小時生產(chǎn)30m3的制氧裝置，1958年制造了每小時生產(chǎn)3350m3的制氧成套設(shè)備，1970年設(shè)計了板翅式換熱器的大型全低壓空分裝置，每小時制氧能力為10000m3。深度冷凍法 　分為兩步，先行制冷，再加之精餾即可得到不同的氣體產(chǎn)品。

為了使空氣液化，可采用不同的深度冷凍循環(huán)裝置，主要以林德循環(huán)和克勞德循環(huán)為基礎(chǔ)。前者是通過節(jié)流膨脹制冷;后者除仍有節(jié)流膨脹外,還有一部分氣體在膨脹機中作等熵膨脹。氣體進行等熵膨脹時，溫度的降低要比節(jié)流膨脹大,而且能回收一部分壓縮功,所以比節(jié)流膨脹經(jīng)濟。其他各種改進的深度冷凍循環(huán)，有雙壓節(jié)流循環(huán)、帶氨預(yù)冷節(jié)流循環(huán)、逐級重疊循環(huán)等。

在深度冷凍法的各種循環(huán)中，典型的流程（見圖）是先使空氣在過濾器中濾去塵埃等雜質(zhì)進入壓縮機，再經(jīng)分子篩凈化器除去空氣中在低溫下易凝固氣體，如水蒸氣和二氧化碳等，已凈化的空氣在第一換熱器中由產(chǎn)品氮氣和氧氣降溫。出第一換熱器后，空氣分成兩路：一路經(jīng)第二換熱器繼續(xù)冷卻后，再經(jīng)節(jié)流閥降壓；另一路經(jīng)膨脹機降壓。兩路膨脹后的空氣溫度均降至103K左右，進入雙級精餾塔的下塔底部。

在深度冷凍法中，主要的分離過程是在雙級精餾塔中進行的。該塔由上、下兩塔和塔間的冷凝蒸發(fā)器組成。進入下塔底部的空氣在該處的溫度和壓力條件下,已部分液化。由于液氮沸點比液氧沸點低,因而下塔底部的液化氣體是富氧液態(tài)空氣，含氧量一般為30%～40%。下塔操作壓力應(yīng)高于上塔才能使下塔頂部氮的冷凝溫度高于上塔底部液態(tài)氧的沸騰溫度(見p－V－T關(guān)系)。從而使冷凝蒸發(fā)器內(nèi)熱量由管內(nèi)傳向管間，并具有一定的傳熱溫差。冷凝蒸發(fā)器同時起到了下塔塔頂冷凝和上塔塔底加熱的作用。空氣在下塔由下而上經(jīng)過多層塔板精餾，使易揮發(fā)組分氮的濃度逐漸提高，并在冷凝蒸發(fā)器管內(nèi)冷凝成液氮。一部分液氮在下塔作回流液；一部分收集于液氮槽，經(jīng)減壓后作為上塔塔頂回流液。下塔底部的富氧液態(tài)空氣,經(jīng)節(jié)流閥進入上塔中部,與冷凝蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的氣體逆流接觸。由此使下流液體中的含氧量由上至下不斷增加,最后積聚在冷凝蒸發(fā)器管間,含氧量可達99%以上，并不斷在此蒸發(fā)出產(chǎn)品氧而引出塔外。上塔塔頂引出的則是產(chǎn)品氮，濃度亦可達98%以上。出精餾塔的產(chǎn)品氧和產(chǎn)品氮的溫度都很低，可通過換熱器使輸入空氣降溫。

由于氬的沸點介于氮、氧沸點之間，利用雙級精餾塔還不能同時得到純氮和純氧。若在上塔中部適當(dāng)部位抽出富氬氣體作為提氬原料，則產(chǎn)品氮、氧的濃度可提高。沸點較低的氖和氦氣積聚在液氮上面，可抽出作為提氖、氦的原料。沸點比較高的氪、氙則積累在上塔底部液態(tài)氧和氣體氧中，可抽出作為提氪、氙的原料。

分子篩吸附法 　基于分子篩對氮和氧的不同吸附力，空氣通過分子篩床層后，吸附相和氣相中的組成將發(fā)生變化從而達到分離的目的，由于吸附相含氮量較高，故流出氣體中含氧量較高。吸附柱足夠長時，可制得一定純度的氧氣，分子篩可采用減壓脫附的方法再生。