气体基础知识

气体知识培训久策气体简晓玮2014.07久策气体1久策气体概述工业气体的工业历史，国外有100多年，国内有50多年。工业气体工业从无到有，从小到大，由弱变强，经历了一代又一代的发展。从当前所投运的空分设备容量来说，国外已从1903年的10m³/h，到现今的10366010m³/h。国内也从1953年的30m³/h到60000m³/h以上。（2008年统计数据）从技术层面来看，已由单一的深冷分离发展成为既有深冷分离，又有变压吸附分离和膜分离以及他们的组合；从品种来看，已有几种大宗气体变为几百种；从产品质量来看，已有单纯的工业气体发展成为高纯气体、电子级气体和特种气体；从供气方式上看，已有气瓶发展为液态、管道和现场供气。工业气体已渗透到国民经济的各个部门，工业气体设备已是国民经济的装备产业，氧、氮、氩等工业气体已成为国民经济中不可或缺的“动力”。概述久策气体概述概述什么是气体，空气由哪些气体组成？这些气体有什么性质又有什么作用，使得气体行业发展如此迅猛？这些气体可以如何获得？这些气体如何包装储运和供给？4久策气体目录空气如何分离？气体分类与空气的组成？氧氮氩性质与应用？深冷分离如何实现？气体如何包装储运？久策气体一、气体分类方法ISO/FDIS11622：2005对气体这样界定：在压力为1.013bar，温度为20℃时完全是气态，或者在50℃时蒸汽压超过3bar的任何物质。数百种气体及其不同规格的产品，如何将其分类是从事气体科研、开发、生产、使用者所关注的课题。显然，出于不同目的，从不同角度，对气体分类方法不同。这里介绍几种我们常用的分了方法。什么是气体？气体如何分类？久策气体一、气体分类方法1、纯气：它包含不同纯度等级的纯气。2、混合气：它包括仪器用混合气、焊接用混合气、保鲜混合气、电子工业混合气等。空气、煤气、液化石油气、天然气。1、工业气体应用于工业生产的所有气态产品统称为工业气体。2、特气：特殊领域或有特殊要求的气体。（1）电子气（2）是由化工气（3）医疗用气（4）标准气按气体成分分类按气体用途分类久策气体一、气体分类方法1、永久气体：临界温度小于-10℃。（氧、氮、氢、一氧化碳、氩、氦等）2、液化气体：临界温度≥-10℃，且≤70℃的气体称为高压液化气体。（典型的二氧化碳）临界温度＞70℃的气体称为低压液化气体。（如丙烯、丙烷等）3、溶解气体：在压力下溶解在溶剂中的气体。只有一种：乙炔（丙酮），也可归类为高压液化气体，临界温度35.2℃。按临界温度分类久策气体一、空气的组成年代大事记1756年我国唐朝炼丹家马和提出，空气主要由“阳气”（氧气）组成。1769年年瑞士科学家舍勒称其为“火空气”。1779年法国化学家拉瓦锡建议命名为“氧”1772年英国科学家拉瑟福发现氮1894年英国物理学家莱列和英国化学家拉姆塞发现氩1898年英国化学家拉姆塞发现氖、氪、氙久策气体一、空气的组成地球的大气，主要由78%的氮气、21%的氧气、0.94%的稀有气体（这里主要指氩气），0.03%的二氧化碳，0.03%的其它气体和水蒸气、杂质、杂质气体共同组成。10久策气体空气如何分离？气体分类与空气？氧氮氩性质与应用？深冷分离如何实现？气体如何包装储运？11久策气体二、氧氮氩物化特性氧气Oxygen化学式：O2相对分子质量：32沸点：—183℃气体密度：1.429Kg/m³液体密度：1140Kg/m³气液比：798:1氧气是无毒无色无味的永久气体，他本身不能燃烧，但能助燃，同时供给人们呼吸。氮气Nitrogen化学式：N2相对分子质量：28沸点：—195.6℃气体密度：1.25Kg/m³液体密度：808.6Kg/m³气液比：646:1氮气在常温常压下是无色、无嗅、无味的气体。难溶于水，不燃烧，不助燃，对人体无害。化学性质十分稳定，作多种化学工艺的保护气体。氩气Argon化学式：Ar相对分子质量：40沸点：—185.7℃气体密度：1.78Kg/m³液体密度：1393.9Kg/m³气液比：783:1氩气是无色无味的稀有气体，化学性质很稳定，几乎不与其他元素起化学反应，因此，也称惰性气体。12久策气体二、氧氮氩物化特性——氧氧在0℃、0.101325MPa标准状况下，呈气体状态，1m³氧气的质量为1.43kg。在90.188K时呈天蓝色液体。在54.75k时呈淡蓝色晶体。氧气微溶于水。氧在放电条件下可以变成臭氧。氧气的化学性质很活泼。除少量贵金属（金、铂等）以及氦、氖、氩等稀有气体不能发生化学反应外，氧能与所有金属和非金属元素发生化学反应，生成氧化物。氧与其它物质化合时，通常异常容易且反应急剧，其反应都为放热反应。氧气13久策气体一、氧氮氩物化特性——氧当空气中的氧浓度增加时火焰的温度与火焰长度增加，可燃物的着火温度下降。氧与氢的混合气具有爆炸性。液氧与有机物及其它易燃物共存时，特别是在高压下，也具有爆炸的危险性。氧参与有机体内的各种代谢过程，是生命活动不可或缺的元素之一。但是，正常人体只需要一定浓度的氧，氧的浓度过高或过低都对人体有伤害。氧的分压过低会导致缺氧症（如高原反应），氧的分压过高会引起“氧中毒”。按氧用途主要分为：工业用氧、医用氧、高纯氧、电子工业用氧。•分类•爆炸性•毒性14久策气体二、氧氮氩物化特性——氧气的应用•氧气疗法(OxygenTherapy)•供给呼吸•高压氧舱•便携式氧气瓶氧的应用医疗15久策气体冶金氧的应用在炼钢过程，除了需要鼓风外，还需要吹以高纯度氧气，氧和碳、磷、硫、硅等起氧化反应，这不但降低了钢的含碳量，还有利于清除磷、硫、硅等杂质。另外，氧化过程中产生的热量足以维持炼钢过程所需的温度。二、氧氮氩物化特性——氧气的应用16久策气体化工氧的应用玻璃熔窑一直都是以空气作为助燃介质。富氧空气参与燃烧将具有明显的节能和环保效应。富氧空气浓度越高，燃烧越完全，排烟黑度越低，节能和环保效果越好。富氧助燃技术具有节能效果显著、有效延长炉龄、有利于提高产品产量及质量、提高燃料替代性以及环保效果突出等优点。在生产合成氨时，氧气主要用于原料气的氧化，例如，重油的高温裂化以及煤粉的气化等，以强化工艺过程，提高化肥产量。氧脱木素制浆技术，是70年代世界上发展起来的制浆技术，已成为成熟的工艺，得到很好应用。纸浆漂白合成氨玻璃制造二、氧氮氩物化特性——氧气的应用其它二、氧的应用•液氧炸药•焊接液氧和锯屑、煤粉的混合物叫液氧炸药，是一种爆炸材料。在露天爆破中可以采用，但这种做法正逐渐被淘汰，因为液氧炸药存在相当的危险性，容易引发事故。久策气体二、氧氮氩物化特性——氧气的应用18久策气体氮为惰性气体，对人体无害。但若氮在空气中含量增高，则空气中氧的含量降低，将对人体产生窒息影响。在密闭强制供氧系统中，随着氮分压的增高，氮在血液中的溶解度增大，而血液对氧的溶解能力下降，故人将感到缺氧。因此，深水作业中用氦与氧混合制成的呼吸气（潜水气），而不能用氮。氮气在常温常压下为无色无味无嗅的气体。液体为无色液体。氮无腐蚀性。对人体有窒息作用。分类工业用氮纯氮高纯氮二、氧氮氩物化特性——氮气19久策气体化工氮的应用化工产品原料气合成氨是重要的基本化工产品，是氮肥的源头产品。氮是主要原料之一。合成金属氮化物的原料，氮气在一定压力和温度下能和大多数元素化合形成相应的氮化物。Li3N最受工业界注目，它是当前所能提供最好成绩的固体锂电解质之一。合成氮化硅原料。氮化硅是一种重要的类金刚石型氮化物。高强度、高硬度、耐氧化、耐腐蚀和抗冲击。惰性介质由于氮有很好的化学稳定性，价格便宜，作为无氧、干燥的惰性介质，广泛用做保护、吹除、充填等气体，以使化学性质活泼的物质不受氧化，减少设备的腐蚀。二、氧氮氩物化特性——氮气的应用20久策气体电子工业氮的应用在电子工业，特别是在4M级以上的大规模集成电路的生产过程中，作为保护、吹除、运载化学反应气用途的氮，不但要求大于99.999%的高纯度，而且要求一定等级、限定一定数量灰尘颗粒及金属杂质的超净条件，即使用所谓零污染纯度的氮。其它氮的应用采油工业计量低温冷源二、氧氮氩物化特性——氮气的应用21久策气体氩氩在常温常压下是无色无嗅的气体，封入放电管内放电时光线颜色为红色或蓝色，既不燃烧也不助燃，不与任何元素化合。应用其它性质氩本身无毒，但在高浓度时有窒息作用。无腐蚀性，常温下可以使用大多通用金属及一般塑料盛装。特种金属冶炼中氩气作为环境气体，以保护结晶的成长。钢铁冶炼中氩作为脱气剂，向钢水中充氩，可以起到对钢水的搅拌作用。金属焊接与切割用氩作为保护气。灯泡中充氩气，有助于延长灯具使用寿命同时亮度增加。电子工业，氩用于半导体元件的生产。二、氧氮氩物化特性——氩气22久策气体空气如何分离？气体分类与空气？氧氮氩性质与应用？深冷分离如何实现？气体如何包装储运？23久策气体三、空气分离方法——深冷分离法深冷分离法是林德1902年发明的，其实质就是气体液化。通常采用机械方法，如节流膨胀或绝热膨胀等方法，把气体压缩、冷却后，利用不同气体沸点上的差异进行蒸馏，使不同气体得到分离，而得到纯度较高的氧、氮、氩等气体/液体产品。该法适用于大规模气体分离过程。这种生产方法生产的氧气纯度可达到99.9%，氮气纯度可达到99.999%。深冷分离法分离方法24久策气体变压吸附法是Skarstrome等人1960年发明的。是在常温下进行的，变压吸附装置是利用分子筛选择吸附的特性，来吸附空气中氮分子，从而实现氮与氧的分离。变压吸附法得到的产品纯度比之低温精馏法较差，若客户要求其氧气纯度大约在90~94%，用气量在280~5600m³/h，选用变压吸附较为理想。变压吸附法分离方法三、空气分离方法——变压吸附法25久策气体气体膜分离技术是20世纪70年代开发出来的新一代气体分离技术，其原理是在压力驱动下，借助各气体各组分在高分子膜上的吸附能力以及膜内溶解-扩散上的差异，来进行分离。膜分离法主要特点是无相变，能耗低，装置规模根据处理量要求可大可小，而且设备简单，操作简单，运行可靠。这种方法适用于对气体纯度要求不高（95~99%），流量不太大的客户。（1~2600m³/h）膜分离法分离方法三、空气分离方法——膜分离法26空气如何分离？气体与空气？氧氮氩性质与应用？深冷分离如何实现？气体如何包装储运？久策气体四、低温精馏空分流程简介——基本系统净化系统压缩系统纯化系统冷却系统膨胀系统分馏系统储存、汽化系统压送、用气系统气态产品液态产品空气分离基本系统其它系统安全防爆系统加温解冻系统仪表自控系统电控系统空分装置不仅要产量和纯度达标，还要关注很多指标如：单位能耗、提取率、启动时间、运转周期、加温解冻时间、安全、稳定等。综合评定=性能+寿命+可靠性+安全性+经济性+成套性+人机关系+服务性。因此，以上每个系统都起着不可替代不可或缺的作用。以下，我们分别介绍各自的作用和使用中常见注意事项。27久策气体固体杂质水蒸气及二氧化碳乙炔及碳氢化合物空气过滤器分子筛纯化器分子筛纯化器磨损空压机，堵塞冷却器堵塞低温设备及气体管道聚集导致爆炸空气中的杂质危害净化由于空分设备是在低温下工作的，被冻结下来的水份和二氧化碳沉积在低温换热器、膨胀机或精馏塔内，就会阻塞通道、管路、阀门和踏板筛孔。乙炔聚集在液氧中有爆炸的危险。灰尘会磨损机械。因此，为保证空分安全可靠运行，必须设置专门的净化设备。28四、低温精馏空分流程简介——净化系统久策气体29压缩系统将空气压缩到一定压力，为节流或膨胀产生冷量，为气体液化做准备。压缩系统耗电是空分系统耗能主要来源，无论从安全还是能耗角度来看，压缩系统地位都尤为突出突出，是制冷液化系统的心脏！压缩机常用的有活塞式压缩机、离心式压缩机、螺杆压缩机。空气分离压缩系统四、低温精馏空分流程简介——压缩系统久策气体凉水塔润滑油油冷却器空、水冷塔压缩机中、后冷器回热器实现空气的等温压缩降低空气温度使纯化器工作在最佳状态30降低油温，保证润滑油正常降低水温四、低温精馏空分流程简介——冷却系统久策气体分离气体分馏塔换热系统膨胀系统能量传递维持冷量平衡、液化气体作用分