工业气体基本知识

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1、工业气体的基本知识一、工业气体的化学性质1、氧气物理性质氧气是空气的组分之一，无色、无臭、无味。氧气比空 气重，在标准状况（0和大气压强101325帕）下密度为1.429 克/升，能溶于水，但溶解度很小。在压强为101kPa时，氧 气在约-180摄氏度时变为淡蓝色液体，在约-218摄氏度时 变成雪花状的淡蓝色固体。化学性质氧气的化学性质比较活泼。除了稀有气体、活性小的金 属元素如金、铂、银之外，大部分的元素都能与氧起反应， 这些反应称为氧化反应，而经过反应产生的化合物（有两种 元素构成，且一种元素为氧元素）称为氧化物。一般而言， 非金属氧化物的水溶液呈酸性，而碱金属或碱土金属氧化物 则为碱性。

2、此外，几乎所有的有机化合物，可在氧中剧烈燃 生成二氧化碳与水。化学上曾将物质与氧气发生的化学反应 定义为氧化反应（combination reaction）。2、乙炔物理性质纯乙炔为无色无味的易燃、有毒气体。而电石制的乙 炔因混有硫化氢H2S、磷化氢PH3、神化氢，而带有特殊 的臭味。熔点(118.656kPa)-84 C,沸点-80.8 C,相对 密度 0.6208 (-82/4 C)，折射率 1.00051 ,折光率 1.0005 (0C),闪点(开杯)-17.78 。，自燃点305 C。在空气 中爆炸极限2.3%-72.3% ( vol )。在液态和固态下或在气 态和一定压力下有猛烈爆炸

3、的危险，受热、震动、电火花 等因素都可以引发爆炸，因此不能在加压液化后贮存或运 输。微溶于水，易溶于乙醇、苯、丙酮等有机溶剂。在15C和1.5MPa时，乙炔在丙酮中的溶解度为 237g/L，溶 液是稳定的。因此，工业上是在装满石棉等多孔物质的钢 瓶中，使多孔物质吸收丙酮后将乙炔压入，以便贮存和运 输。为了与其它气体区别，乙炔钢瓶的颜色一般为白色， 橡胶气管一般为黑色，乙炔管 道的螺纹一般为左旋 螺纹 (螺母上有径向的间断沟)。化学性质乙炔(acetylene )最简单的炔烃，又称电石气。分 子式CH三CH，化学式C2H2。乙炔分子量26. 4，气体比 重0.91( Kg/m3 ),火焰温度31

4、50 C,热值12800 (千 卡/m3 )在氧气中燃烧速度7. 5，纯乙炔在空气中燃烧 2100度左右，在氧气中燃烧可达 3600度。化学性质很活 泼，能起加成、氧化、聚合及金属取代等反应3、氮气物理性质氮在常况下是一种无色无味无臭的气体，且通常无 毒。氮气占大气总量的78.12% (体积分数)，在标准情况 下的气体密度是125g/L，氮气在水中溶解度很小，在常 温常压下，1体积水中大约只溶解 0.02体积的氮气。氮 气是难液化的气体。氮气在极低温下会液化成无色液体， 进一步降低温度时，更会形成白色晶状固体。在生产中， 通常采用黑色钢瓶盛放氮气。化学性质对成键有贡献的是三对电子，即形成两个n

5、键和一个 。键。 对成键没有贡献，成键与反键能量近似抵消，它 们相当于孤电子对。由于N2分子中存在叁键N三N,所以 N2分子具有很大的稳定性，将它分解为原子需要吸收 941.69kJ/mol的能量。N2分子是已知的双原子分子中最 稳定的，氮气的相对分子质量是 28。而且氮气通常不易 燃烧且不支持燃烧。化学式为 N2。二、工业气体的制备方法1、氧气(1) 、空气冷冻分离法空气中的主要成分是氧气和氮气。利用氧气和氮气的沸 点不同，从空气中制备氧气称空气分离法。首先把空气预冷、 净化（去除空气中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳氢化合 物等气体和灰尘等杂质）、然后进行压缩、冷却，使之成为 液态空气。然后

6、，利用氧和氮的沸点的不同，在精馏塔中把 液态空气多次蒸发和冷凝，将氧气和氮气分离开来，得到纯 氧（可以达到99. 6%的纯度）和纯氮（可以达到99. 9%的纯 度）。如果增加一些附加装置，还可以提取出氩、氖、氦、 氪、氤等在空气中含量极少的稀有惰性气体。由空气分离装 置产出的氧气，经过压缩机的压缩，最后将压缩氧气装入高 压钢瓶贮存，或通过管道直接输送到工厂、车间使用。使用 这种方法生产氧气，虽然需要大型的成套设备和严格的安全 操作技术，但是产量高，每小时可以产出数干、万立方米的 氧气，而且所耗用的原料仅仅是不用买、不用运、不用仓库 储存的空气，所以从1903年研制出第一台深冷空分制氧机 以来，

7、这种制氧方法一直得到最广泛的应用。（2）、分子筛制氧法（吸附法）利用氮分子大于氧分子的特性，使用特制的分子筛把空 气中的氧离分出来。首先，用压缩机迫使干燥的空气通过分 子筛进入抽成真空的吸附器中，空气中的氮分子即被分子筛 所吸附，氧气进入吸附器内，当吸附器内氧气达到一定量（压 力达到一定程度）时，即可打开出氧阀门放出氧气。经过一 段时间，分子筛吸附的氮逐渐增多，吸附能力减弱，产出的 氧气纯度下降，需要用真空泵抽出吸附在分子筛上面的氮， 然后重复上述过程。这种制取氧的方法亦称吸附法。最近， 利用吸附法制氧的小型制氧机已经开发出来，便于家庭使 用。（3）、电解制氧法把水放入电解槽中，加入氢氧化钠或

8、氢氧化钾以提高水 的电解度，然后通入直流电，水就分解为氧气和氢气。每制 取一立方米氧，同时获得两立方米氢。用电解法制取一立方 米氧要耗电12 15千瓦小时，与上述两种方法的耗电量（0. 55 0. 60千瓦小时）相比，是很不经济的。所以，电 解法不适用于大量制氧。另外同时产生的氢气如果没有妥善 的方法收集，在空气中聚集起来，如与氧气混合，容易发生 极其剧烈的爆炸。所以，电解法也不适用家庭制氧的方法。2、乙炔乙炔的制取方法主要有电石水解法、甲烷或烃类的高温 燃烧裂解法和等离子体裂解法。电石水解法工艺流程短，产 品纯度高，但能耗较大。大多数溶解乙炔生产采用此法。根 据乙炔的溶解特性，将乙炔气压缩充入溶剂中，并被储存在 充满多孔填料的钢瓶内。丙酮作为一种极好的溶剂，在钢瓶 内被填料吸附用于溶解和释放乙炔，它的作用是增大钢瓶的 有效容积和降低乙炔气的爆炸性能。整体硅酸钙多孔填料的 作用是均匀地吸附丙酮和阻止乙炔分解爆炸的传播。推广使 用溶解乙炔气瓶，既方便使用和提高工效，又改善环境，节 约电石消耗，但应保证钢瓶内多孔填料不受损伤或污染，丙 酮溶剂的充装量应满足乙炔气充装所需要，这样才能保证安 全可靠。溶解乙炔生产充装工艺流程是：粗乙炔气发生后经 过化学净化，去除硫、磷等杂质，再经压缩和干燥，充装进 入溶解乙炔气瓶内。