深冷空分制氮是一種傳統的制氮方法，已有近幾十年的歷史。它以空氣為原料，將其壓縮凈化，然后利用熱交換將空氣液化成液態空氣。液態空氣主要是液氧和液氮的混合物，根據液氧和液氮的沸點不同(前者的沸點為-183℃，后者的沸點為-196℃)，將液態空氣蒸餾分離得到氮氣。

深冷空分制氮裝置復雜，占地面積大，基建費用高，一次性投資高，運行費用高，產氣慢(12~24h)，安裝要求高，周期長。考慮設備、安裝、基礎設施等因素，3500Nm3/h以下設備同規格PSA設備投資規模比深冷空分設備低20%~50%。低溫氮氣分離裝置適用于大規模工業氮氣生產，但中小型氮氣生產不經濟。