常用工業(yè)氣體的應(yīng)用及分離方法、分離原理，很全面的總結(jié)

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

　　一、工業(yè)氣體

　　二、液態(tài)氣

　　工業(yè)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(xué)特性，因此在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位，推廣應(yīng)用速度非?？?，幾乎滲透到各行各業(yè)。氣體產(chǎn)品作為現(xiàn)代工業(yè)重要的基礎(chǔ)材料，應(yīng)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(yī)藥醫(yī)療等部門，均使用大量的常用氣體或特種氣體。

　　工業(yè)氣體用量最多的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)有：煉鋼、煉鐵、有色金屬冶煉、化肥生產(chǎn)、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(xué)工業(yè)、機械工業(yè)中的焊接，金屬熱處理、氦扦漏等，浮法玻璃生產(chǎn)等。由于這些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)在近幾年發(fā)展迅速，工業(yè)氣體的用量也達到高峰。

　　工業(yè)氣體用量正在掘起的產(chǎn)業(yè)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(chǎn)窯、耐火材料生產(chǎn)窯，磚瓦窯等工業(yè)爐窯、食品速凍，食品氣調(diào)包裝、啤酒保鮮、光學(xué)、國防工業(yè)中的燃料、超導(dǎo)材料生產(chǎn)、電子、半導(dǎo)體、光纖生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、魚業(yè)、廢水處理、漂白紙漿、垃圾焚燒、粉碎廢舊輪胎等環(huán)保產(chǎn)業(yè)、建筑、氣象、文化、文物保護、體育運動、公安破案、醫(yī)療保健產(chǎn)業(yè)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(shù)及氧吧等。

　　工業(yè)氣體應(yīng)用正在試驗中的產(chǎn)業(yè)有：固體氮生產(chǎn)，燃料電池生產(chǎn)，磁性材料生產(chǎn)，超細(xì)加工，天然氣發(fā)電，壓縮天然氣汽車，氫能汽車生產(chǎn)等。

　　工業(yè)氣體用量較多的產(chǎn)業(yè)，如鋼鐵、化肥、化工、玻璃及化纖行業(yè)均自建氣體生產(chǎn)設(shè)備，實行自產(chǎn)自銷的企業(yè)經(jīng)營方針，一些工業(yè)氣體用量較少的產(chǎn)業(yè)，主要依靠市場購買工業(yè)氣體。

　　常用工業(yè)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(yè)氣體的生產(chǎn)方法較多，現(xiàn)擇要簡介一些常見的生產(chǎn)方法。

　　工業(yè)氧氣的生產(chǎn)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(chǎn)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(fā)投用，使得制氧能耗不斷降低，并易于同時生產(chǎn)多種空分產(chǎn)品(如氮氣、 氬氣及其它惰性氣體等)。為了便于儲存和運輸， 經(jīng)液化分離器分離后的液氧，用泵輸入低溫液體儲槽，再經(jīng)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。

　　工業(yè)氮氣的主要生產(chǎn)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(shù)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(chǎn)品壓力高、能耗低，產(chǎn)品純度能達到國家標(biāo)準(zhǔn)要求：工業(yè)氮≥98.5%，純氮≥99.95%。

　　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。

　　二氧化碳的制取方法主要有：生產(chǎn)石灰副產(chǎn)二氧化碳，釀酒發(fā)酵過程副產(chǎn)二氧化碳，重油、焦炭等燃燒產(chǎn)生二氧化碳，合成氨工業(yè)副產(chǎn)品二氧化碳等。目前，合成氨工業(yè)的原料大都為燃?xì)?、煉廠氣、焦?fàn)t氣和煤，其主要成份都是由不同氫碳比的烴類和元素碳構(gòu)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(jīng)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。

　　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(fā)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(chǎn)工序制備原料氣體。精制的混合氣體經(jīng)過過濾器、冷卻器、氨分離器以及加熱器送至合成反應(yīng)器經(jīng)分離器分離出液氨。

　　工業(yè)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(yè)的副產(chǎn)品氯化氫，使之氧化而轉(zhuǎn)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(chǎn)品純度高，但能耗較大。大多數(shù)溶解乙炔生產(chǎn)采用此法。根據(jù)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(nèi)。丙酮作為一種極好的溶劑，在鋼瓶內(nèi)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(huán)境，節(jié)約電石消耗，但應(yīng)保證鋼瓶內(nèi)多孔填料不受損傷或污染，丙酮溶劑的充裝量應(yīng)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(chǎn)充裝工藝流程是：粗乙炔氣發(fā)生后經(jīng)過化學(xué)凈化，去除硫、磷等雜質(zhì)，再經(jīng)壓縮和干燥，充裝進入溶解乙炔氣瓶內(nèi)。

　　八、氫氣

　　工業(yè)氫氣的生產(chǎn)方法主要有：礦物燃燒轉(zhuǎn)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(shù)可靠、操作簡單、維護方便、不產(chǎn)生污染、制氫純度高，唯其電能消耗大，成本較高，生產(chǎn)發(fā)展受一定制約，主要供應(yīng)氫氣純度要求高且用量不太大的用戶使用。但隨著新技術(shù)的應(yīng)用，促進了水電解技術(shù)的改進，使水電解制氫技術(shù)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(chǎn)方法。目前，正在研究開發(fā)的制氫方法有：電化學(xué)分解水制取氫氣，光催化作用制取氫氣等。