常用工業氣體的應用及分離方法、分離原理

　　工業氣體可以分為一般工業氣體和特種工業氣體。一般工業氣體對產品的純度要求不高，特種氣體產銷量很少，但根據不同的用途，對不同特種氣體的純度和組成、有害雜質允許的最高含量、產品的包裝貯運等都有極其嚴格的要求，屬于高技術、高附加值的產品。通常將特氣分為三類：高純或超純氣體、標準校正氣體和具有特定組成的混合氣體。

　　一、工業氣體

　　二、液態氣

　　工業氣體是指氧、氮、氬、氖、氦、氪、氙、氫、二氧化碳、乙炔、天然氣等。由于這些氣體具有固有的物理和化學特性，因此在國民經濟中占有舉足輕重的地位，推廣應用速度非?？?，幾乎滲透到各行各業。氣體產品作為現代工業重要的基礎材料，應用范圍很廣，在冶金、鋼鐵、石油、化工、機械、電子、玻璃、陶瓷、建材、建筑、食品加工、醫藥醫療等部門，均使用大量的常用氣體或特種氣體。

　　工業氣體用量最多的傳統產業有：煉鋼、煉鐵、有色金屬冶煉、化肥生產、乙稀、丙稀、聚氯乙稀、人造纖維、合成纖維、硅膠橡制品、電纜和合成革等石油化學工業、機械工業中的焊接，金屬熱處理、氦扦漏等，浮法玻璃生產等。由于這些傳統產業在近幾年發展迅速，工業氣體的用量也達到高峰。

　　工業氣體用量正在掘起的產業有：煤礦滅火、石油開采、煤氣化和煤液化，玻璃熔化爐、水泥生產窯、耐火材料生產窯，磚瓦窯等工業爐窯、食品速凍，食品氣調包裝、啤酒保鮮、光學、國防工業中的燃料、超導材料生產、電子、半導體、光纖生產、農業、畜牧業、魚業、廢水處理、漂白紙漿、垃圾焚燒、粉碎廢舊輪胎等環保產業、建筑、氣象、文化、文物保護、體育運動、公安破案、醫療保健產業中的冷刀、重危病人吸氧、高壓氧冶療、人體器管低溫冷藏、麻醉技術及氧吧等。

　　工業氣體應用正在試驗中的產業有：固體氮生產，燃料電池生產，磁性材料生產，超細加工，天然氣發電，壓縮天然氣汽車，氫能汽車生產等。

　　工業氣體用量較多的產業，如鋼鐵、化肥、化工、玻璃及化纖行業均自建氣體生產設備，實行自產自銷的企業經營方針，一些工業氣體用量較少的產業，主要依靠市場購買工業氣體。

　　常用工業氣體包括氧氣、氮氣、氬氣、二氧化碳、液氨、液氯、乙炔氣、氫氣等。工業氣體的生產方法較多，現擇要簡介一些常見的生產方法。

　　工業氧氣的生產方法主要有空氣液化分離精餾法( 簡稱空分法)、水電解法和變壓吸附法等。 空分法生產氧氣的工藝流程大體是：吸收空氣→二氧化碳吸收塔→壓縮機→冷卻器→干燥器→冷凍機→液化分離器→油分離器→氣體儲槽→氧氣壓縮機→氣體充裝。其基本原理是將空氣液化后，利用空氣中各組份沸點的不同在液化分離器進行分離精餾，制取氧氣。大型制氧機組的研究開發投用，使得制氧能耗不斷降低，并易于同時生產多種空分產品(如氮氣、 氬氣及其它惰性氣體等)。為了便于儲存和運輸， 經液化分離器分離后的液氧，用泵輸入低溫液體儲槽，再經槽車運至各深冷液化永久氣體充裝站。液氮、液氬也采用此法儲存、運輸。氧氣可以用山東新澤儀器有限公司的S1000型氧分析儀作為測量儀器進行全方位的測量其常量、微量、高純的濃度。

　　工業氮氣的主要生產方法有空分法、變壓吸附法、膜分離法和燃燒法等。

　　空分法制取的氮氣純度高，能耗低。變壓吸附法制氮技術是采用5A碳分子篩對空氣中的組份進行選擇性吸附，將氧、氮分離制取氮氣，氮氣產品壓力高、能耗低，產品純度能達到國家標準要求：工業氮≥98.5%，純氮≥99.95%。可以用山東新澤儀器有限公司的S1000型氧分析儀作為測量儀器進行全方位的測量其常量、微量、高純的濃度，用反測氧的方法來測量。

　　氬氣是大氣中含量最多的惰性氣體，其制取方法主要有空分法。在制氧工藝中，將沸點為-185.9℃左右的餾分從液化分離器中分出即得液氬。可以用山東新澤儀器有限公司的S3000型熱導分析儀作為測量儀器進行全方位的測量其常量、微量、高純的濃度。

　　二氧化碳的制取方法主要有：生產石灰副產二氧化碳，釀酒發酵過程副產二氧化碳，重油、焦炭等燃燒產生二氧化碳，合成氨工業副產品二氧化碳等。目前，合成氨工業的原料大都為燃氣、煉廠氣、焦爐氣和煤，其主要成份都是由不同氫碳比的烴類和元素碳構成，在高溫下與水蒸汽作用生成以氫氣和一氧化碳為主體的合成氣，一氧化碳經變換成為二氧化碳。二氧化碳的提純方法有：吸收法、變壓吸附法、吸附精餾法和膜分離法。可以用山東新澤儀器有限公司的S2000型紅外線分析儀作為測量儀器進行全方位的測量其常量、微量、高純的濃度。

　　氨的制取方法主要采用直接合成法。合成氨工藝流程是：在水煤氣發生爐中往紅熱的焦炭上吹入空氣和水蒸氣，先得到氮氣、氫氣混合氣體，然后用洗滌熱交換、凝縮二氧化碳和吸收二氧化碳等生產工序制備原料氣體。精制的混合氣體經過過濾器、冷卻器、氨分離器以及加熱器送至合成反應器經分離器分離出液氨。可以用山東新澤儀器有限公司的S2000型紅外線分析儀作為測量儀器進行全方位的測量其常量、微量、高純的濃度。

　　工業上用的氯氣主要制取方法是電解飽和食鹽水。純度較高的氯氣由電解熔融氯化物制備活潑金屬時取得。利用空氣或氧氣可催化有機合成工業的副產品氯化氫，使之氧化而轉化為氯氣。

　　乙炔的制取方法主要有電石水解法、甲烷或烴類的高溫燃燒裂解法和等離子體裂解法。電石水解法工藝流程短，產品純度高，但能耗較大。大多數溶解乙炔生產采用此法。根據乙炔的溶解特性，將乙炔氣壓縮充入溶劑中，并被儲存在充滿多孔填料的鋼瓶內。丙酮作為一種極好的溶劑，在鋼瓶內被填料吸附用于溶解和釋放乙炔，它的作用是增大鋼瓶的有效容積和降低乙炔氣的爆炸性能。整體硅酸鈣多孔填料的作用是均勻地吸附丙酮和阻止乙炔分解爆炸的傳播。推廣使用溶解乙炔氣瓶，既方便使用和提高工效，又改善環境，節約電石消耗，但應保證鋼瓶內多孔填料不受損傷或污染，丙酮溶劑的充裝量應滿足乙炔氣充裝所需要，這樣才能保證安全可靠。溶解乙炔生產充裝工藝流程是：粗乙炔氣發生后經過化學凈化，去除硫、磷等雜質，再經壓縮和干燥，充裝進入溶解乙炔氣瓶內。

　　八、氫氣

　　工業氫氣的生產方法主要有：礦物燃燒轉化制氫、水電解制氫、通過半水煤氣法制得氫。水電解制氫方法技術可靠、操作簡單、維護方便、不產生污染、制氫純度高，唯其電能消耗大，成本較高，生產發展受一定制約，主要供應氫氣純度要求高且用量不太大的用戶使用。但隨著新技術的應用，促進了水電解技術的改進，使水電解制氫技術的成本不斷降低，電耗不斷下降，有望成為“清潔能源”的最主要生產方法。目前，正在研究開發的制氫方法有：電化學分解水制取氫氣，光催化作用制取氫氣等。可以用山東新澤儀器有限公司的S3000型熱導分析儀作為測量儀器進行全方位的測量其常量、微量、高純的濃度。