工业气体2022

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工业气体是一种为工业用途而制造的气态材料。供应的主要气体是氮气氧气二氧化碳氩气氢气、氦气和乙炔,但许多其他气体和混合物也可以用气瓶装。
 
生产这些气体的行业,也被称为工业气体,被认为还包括为生产和使用气体提供设备和技术。它们的生产是更广泛的化学工业的一部分(其中工业气体通常被称为 “特殊化学品”)。
气体
气体
 
气体被用于许多行业,包括石油、石化、化工、电力、采矿、炼钢、冶金、环境保护、医药、制药、生物技术、食品、水、化肥、核电、电子和航空航天。
 
出售给其他工业企业的气体;通常涵盖企业工业客户的大宗订单,涵盖从建筑工艺设施或管道到气瓶的一系列规模。
 
开展一些商业规模的业务,通常是通过当地的经销商提供批发。这种业务包括向工人和有时向公众出售或出租气瓶和相关设备。这包括诸如氦气、啤酒桶的酿造气体、焊接气体和焊接设备、液化石油气和医用氧气等产品。
 
小规模的燃气供应零售并不限于燃气公司或其代理商。有许多类型的小型便携式气瓶,可称为气瓶、瓶子、筒子、胶囊或容器,用于输送液化石油气、丁烷、丙烷、二氧化碳或氧化亚氮。例如,鲜奶油充电器 ,电源插座,露营器和苏打水。
 

工业气体的早期历史

人类使用的第一种天然气几乎可以肯定是空气,当时人们发现吹动或扇动火焰会使其燃烧得更旺。人类还利用火产生的暖气来熏烤食物,利用沸水产生的蒸汽来烹饪食物。
 
二氧化碳作为发酵的副产品自古以来就为人所知,特别是用于饮料,最早的记录可以追溯到公元前7000-6600年的中国贾湖。中国人在公元前500年左右就开始使用天然气,当时他们发现能够通过简陋的竹管将可渗透的气体从地下输送到用于煮沸海水的地方。
 
二氧化硫被罗马人用于酿酒,因为人们发现,在空酒器内燃烧硫磺蜡烛可以保持酒器的新鲜,并防止酒器出现醋味。
 
当他们发现能够通过简陋的竹管将可渗透的气体从地下输送到它被用来煮沸海水的地方。二氧化硫被罗马人用于酿酒,因为他们发现,在空酒器内燃烧硫磺蜡烛可以保持酒的新鲜度,并防止酒的醋味。
 
最初的理解包括炼金术的实验和原生科学证据;然而,随着科学方法和化学科学的出现,这些气体已经被积极地识别和理解。
 
化学史告诉我们,在18和19世纪的工业革命期间,一些气体已经被识别和发现,或首次被化学家以相对纯净的形式制成。 在他们的实验室里进行了非凡的研究。归属于不同气体的检测时间是二氧化碳(1754年)、氢气(1766年)、氮气(1772年)、氧化亚氮(1772年)、氧气(1773年)、氨气(1774年)、氯气(1774年) 、甲烷(1776年)。硫化氢(1777),一氧化碳(1800),氯化氢(1810),乙炔(1836),氦(1868)氟(1886),氩(1894),氪,氖和氙(1898))和氡(1899)。
 
二氧化碳、氢气、一氧化二氮、氧气、氨气、氯气、二氧化硫和人造燃料气体在19世纪被使用,主要用于食品、制冷、医药,以及用于燃料和气体照明。例如,碳酸水从1772年开始生产,1783年开始商业化,1785年氯气首次用于漂白纺织品,一氧化二氮首次用于牙科麻醉。 科学在1844年。在这个时候,时间气体往往通过化学反应而被立即使用。
 
发电机的一个显著例子是1844年发明的Kipps装置,它可用于在简单的气态进化反应中产生氢气、硫化氢、氯气、乙炔和二氧化碳等气体。. 自1893年以来,乙炔已经被商业化生产,而且自1898年左右以来,乙炔发生器被用于生产燃气烹饪和燃气照明的气体,然而,电力在照明方面更为实用。 光,一旦液化石油气从1912年开始被商业化生产,乙炔在烹饪方面的使用就会下降。
 
一旦气体被发现并适量生产,工业化刺激了创新和技术发明,以生产更大量的这些气体。气体生产行业中值得注意的发展包括电解水生产氢气(1869年)和氧气(自1888年起),1884年发明的布林制氧工艺,以及1892年的氯碱法生产氯气和1908年的哈伯制氨工艺。
 
制冷方面的应用发展也导致了空调和气体液化方面的进步。二氧化碳在1823年首次被液化。第一个使用乙醚的蒸汽压缩制冷循环是由Jacob Perkins在1834年发明的,一个使用氨的类似循环是在1873年发明的,一个不同于二氧化硫的类型是在1876年。
 
液氧和液氮都是在1883年首次生产的;液氢在1898年首次生产,氦在1908年首次生产。液化石油气是在1910年首次生产的。1914年申请了液化天然气的专利,1917年进行了首次商业生产。
 
虽然没有任何事件标志着工业气体行业的开始,但许多人认为它是在19世纪80年代建造的第一个高压压缩空气瓶。最初,气瓶主要用于碳酸盐工艺中的二氧化碳,或用于饮料的制备。
 
1895年,制冷压缩循环得到进一步发展,使空气液化,最引人注目的是卡尔-冯-林德允许生产更多数量的氧气,1896年,人们发现生产了更多的氧气。大量的乙炔可以溶解在丙酮中,并且不具爆炸性,允许安全地将乙炔装瓶。
 
自20世纪初以来,一个特别重要的应用是发展用氧气和乙炔进行的焊接和金属切割。随着其他气体生产过程的发展,许多其他气体也被出售。装在钢瓶里,不需要气体发生器。

工业气体生产技术

气体分离在分离过程中对空气进行精炼,因此可以与氧气一起大量生产氮气和氩气–这三种气体通常也是以低温液体的形式生产。为了达到所需的低蒸馏温度,空气分离器(ASU)使用了一个制冷循环,通过焦耳-汤姆森效应进行操作。除了空气中的主要气体外,气体分离也是生产稀有惰性气体氖、氪和氙的唯一实用来源。
 
低温治疗还可以使天然气、氢气和氦气液化。在天然气加工中,低温技术被用来在脱氮装置中去除天然气中的氮气;在天然气田含有足够的氦气来制造这种经济产品的情况下,也可以用这种工艺来从天然气中生产氦气。较大的天然气公司通常在其业务的各个领域投资大量的专利库,特别是在制冷领域。
 
该行业的另一个主要制造技术是改革。蒸汽重整是一个化学过程,用于将天然气和水蒸气转化为含有氢气和一氧化碳的合成气,副产品为二氧化碳。部分氧化和自动重整是类似的过程,但这些也需要来自ASU的氧气。合成气通常是化学合成氨或甲醇的前体。产生的二氧化碳是一种酸性气体,最常见的是通过胺处理去除。这种被封存的二氧化碳有可能被封存到捕获碳汇中,或用于高级石油回收。
 
气体分离和氢气转化是天然气工业的基石,也是许多气化燃料(包括IGCC)、热电联产和费托气体转化为液体计划所需技术的一部分。氢气有许多生产方法,是一种碳替代燃料,可替代奥克尼的碳氢化合物的使用;关于氢气使用的更多信息,请参见氢气经济。美国宇航局在航天飞机上使用液态氢作为火箭的燃料。
 
更简单的气体分离技术,如变压吸附或真空旋转吸附中使用的膜或分子筛,也被用于生产氮气发生器和氧气工厂中的纯空气气体。其他产生少量气体的例子是化学制氧机或氧气发生器。
 
除了空气分离和合成气改造产生的主要气体外,该行业还提供许多其他气体。一些气体只是其他行业的副产品,其他气体有时从其他大型化学品制造商那里购买,经过提炼和重新包装;尽管少数气体有自己的生产过程。例如,氯化氢是由氯气中的氢气燃烧产生的,氧化亚氮是由硝酸铵在温和的加热下热分解产生的,电解产生氟、氯和氢,以及电晕放电从空气或氧气中产生臭氧。
 
可以提供相关的服务和技术,如真空,通常在医院气体系统中提供;纯压缩空气;或制冷。另一个不寻常的系统是惰性气体发生器。一些2021年的工业气体公司也可能提供相关的化学品,特别是液体,如溴和环氧乙烷。
 

气体分配

气体供应方式

大多数在环境温度和压力下是气态的材料都是以压缩空气的形式供应。空气压缩机用于将空气通过管道系统压缩到压力容器储存(如煤气罐、空气罐或管道拖车)。到目前为止,气瓶是最常见的气体存储,大部分是在 “气瓶灌装 “设施中生产的。
 
然而,并非所有的气体都是以气相形式供应的。有些气体是蒸汽,可以在环境温度下加压液化,因此它们也可以在合适的容器中以液体形式供应。这种相变也使这些气体成为有用的环境制冷剂,具有这种特性的最重要的气体是氨(R717)、丙烷(R290)、丁烷(R600)和二氧化硫(R764)。氯气也有这种特性,但它的毒性、腐蚀性和化学反应性很强,所以它从未被用作制冷剂。
 
如果环境温度足够低,其他一些气体也会出现这种相变;这包括乙烯(R1150)、二氧化碳(R744)、乙烷(R170)、氧化亚氮(R744A)和六氟化硫;但是,它们只能在压力下液化,如果保持在临界温度以下,则C 2H4为9℃;CO 2为31℃;C 2H6为32℃;N 2 O为36℃;SF 6 为45℃。
 
所有这些也都是作为气体(而不是蒸汽)在气瓶中以200巴的压力供应,因为该压力高于其临界压力(临界温度低于环境的气体)。 周边)只有在它们也被冷却的情况下才能作为液体供应。所有的气体都可以在它们是液体的温度下作为制冷剂使用;例如,氮气(R728)和甲烷(R50)在低温下可以作为制冷剂使用。
 
特别是二氧化碳可以作为一种寒冷的固体被生产出来,称为干冰,在环境条件下加热后会升华,二氧化碳的特性是它在较低的压力下不能成为液体,其三点为5.1巴。
 
乙炔也是替代性供应。由于它非常不稳定且具有爆炸性,它是以溶解在丙酮中的气体形式供应的,其体积装在一个钢瓶中。乙炔也是唯一在大气压力下升华的常规气体。

气体分配

主要的工业气体可以散装生产,通过管道输送给客户,但也可以包装和运输。
 
大多数气体以气瓶形式出售,有些则以液体形式在合适的容器(如杜瓦罐)中出售,或以卡车运输的散装液体。最初,工业界以气瓶形式供应气体,以避免在当地生产气体的需要;但对于大型客户,如钢铁厂或炼油厂,可以在附近建立一个大型气体生产厂(通常称为 “现场”)设施,以避免批量使用歧管气瓶一起。
 
另外,工业气体公司可以提供生产气体的工厂和设备,而不是气体本身。工业气体公司也可以根据客户气体设施的运营和维护合同,提出担任工厂经营者,因为它通常有运营此类设施的经验,以生产或处理气体本身。
 
有些材料作为气体使用是危险的;例如,氟是高度反应性的,需要氟的工业化学通常使用氟化氢(或氢氟酸)代替。克服气体反应性的另一种方法是在需要的时候产生气体,例如用臭氧就可以做到。
 
因此,分配方案是本地气体生成、管道、散装运输(卡车、铁路、船舶),以及气瓶或其他容器中的包装气体。
 
气态散装液体通常被运送到终端用户的储罐。气瓶(和液化气瓶)通常被终端用户用于其小规模的分配系统。有毒或易燃的气瓶通常由终端用户储存在气柜中,以防止外部火灾或任何泄漏的发生。

工业气体定义

气体是一组专门为工业用途制造的材料,在环境温度和压力下也呈气态。它们是化学品,可以是元素气体或有机或无机化学化合物,而且往往是低分子量。它们也可以是单个气体的混合物。它们作为一种化学品是有价值的;无论是作为原料,在强化过程中,作为有用的最终产品,还是用于特定用途;而不是作为 “简单 “的燃料有价值。
 
术语 “工业气体 “有时被狭义地定义为只出售主要气体,即:氮气、氧气、二氧化碳、氩气、氢气、乙炔和氦气。不同的气体公司对这一主要清单以外的气体有许多名称,但通常这些气体属于 “特殊气体”、”医用气体”、”燃料气体 “或 “制冷剂气体 “等类别。
 
然而,气体也可以根据其用途或所服务的行业而被称为 “焊接气体 “或 “呼吸气体 “等;或根据其来源,如 “空气气体”;或根据其输送方式,如 “包装气体”。主要气体也可以被称为 “散装气体 “或 “吨位气体”。
 
原则上,任何由 “工业气体 “出售的气体或混合气体都可以有多种工业用途,并可被称为 “工业气体”。在实践中,”工业气体 “可以是一种纯化合物或精确化学成分的混合物,有包装或少量,但纯度很高,或为此目的而调整。 具体的最终用途(例如,氧乙炔)。下面的 “气体 “中列出了比较重要的气体清单。
 
有些情况下,气体通常不被称为 “工业气体”;主要是气体被加工后用于以后的能源,而不是被生产为化学品或制剂使用。
 
石油和天然气行业被认为是与众不同的。因此,虽然天然气严格来说是 “工业 “中使用的 “气体”–通常作为燃料,有时作为原料,在这种一般意义上是 “工业气体”;这个术语一般不被工业企业用于石油和天然气工业直接从自然资源或在炼油厂生产的碳氢化合物。液化石油气和液化天然气等材料是复杂的混合物,往往没有准确的化学成分,在储存过程中也经常发生变化。
 
石油化工行业也被认为是与众不同的。因此,石油化工产品(石油衍生的化学品),如乙烯,通常也不被描述为 “工业气体”。
 
化学工业有时被认为与工业气体不同;因此,氨和氯等材料可被视为 “化学品”(尤其是作为液体供应),而不是或有时被视为 “工业气体”。
 
对便携式容器的小规模气体供应有时不被视为工业气体,因为其用途被认为是个人而非工业;而且供应商不一定是气体专家。
 
这些划分是基于这些学科的认知界限(尽管实际上有一些重叠),而精确的科学定义是很难的。为了说明行业的 “重叠 “情况。
 
生产的气体(如城镇煤气)以前被认为是工业气体。合成气通常被称为石化公司;尽管其生产是核心的工业气体技术。同样,开发垃圾填埋场气体或沼气、废物变能源以及氢气生产的项目都有重叠的技术。
 
氦是一种工业气体,尽管它的来源是天然气加工。
 
任何气体如果被装入气瓶,都可能被认为是工业气体(也许作为燃料使用的除外)。
 
当使用丙烷将被视为工业气体作为制冷剂,但在液化天然气生产中不作为制冷剂使用,尽管这是一项重叠的技术。
 

燃气

气体的化学符号

已知的或可从自然资源中获得的、气态的化学元素有氢、氮、氧、氟、氯,再加上惰性气体;化学家统称为 “元素气体”。
 
所有这些元素都是原始的,只有惰性气体氡是自然发生的微量放射性同位素,因为所有同位素都是来自放射性衰变的放射性核素。(如果任何原子序数在108以上的复合元素是一种气体,它不会被科学证明,尽管112和114元素被认为是气体)。
 
在标准温度和压力(STP)下对原子核稳定的元素,是氢(H 2)、氮(N 2)和氧(O 2),加上卤素氟(F 2)。和氯(Cl 2)。所有惰性气体都是纯元素。
 
在工业气体中,”元素气体”(或有时不那么准确,”分子气体”)一词被用来区分这些气体和也是化学化合物的分子。所有这些元素都是非金属。
 
氡在化学上是稳定的,但它是放射性的,没有稳定的同位素。它最稳定的同位素Rn的半衰期为3.8天。它的使用是放射性的,而不是化学性的,它需要超出工业气体标准的专业处理。然而,它可以作为针叶矿石加工的副产品来生产。氡是在ASU处理的空气中遇到的自然发生的微量放射性物质(NORM)。
 
氯是唯一一种在技术上属于蒸汽的元素气体,因为STP低于临界温度;而溴和汞在STP是液体,因此它们的蒸汽在STP与它们的液体平衡存在。
 

空气中的气体

  • 氮气(N2)
  • 氧气(O2)
  • 氩气 (Ar)

惰性气体

  • 氦 (He)
  • 氖 (No)
  • 氩气(Ar)
  • 氪(Kr)
  • 氙气(Vehicle)
  • 氡 (Rn)

其他元素气体

  • 氢气(H2)
  • 氯(Cl 2)(蒸气)
  • 氟(F2)

其他常见的工业气体

该列表显示了工业气体公司销售的其他最常见的气体。
 
复合气体
  • 氨气(NH 3)
  • 二氧化碳(CO 2)
  • 一氧化碳(CO)
  • 氯化氢 (HCl)
  • 一氧化二氮 (N2O)
  • 三氟化氮(NF 3)
  • 二氧化硫 (SO 2)
  • 六氟化硫(SF 6)
  • 碳氢化合物气体
  • 甲烷 (CH 4)
  • 乙炔 (C2H2)
  • 乙烷 (C2H6)
  • 乙烯 (C2H4)
  • 丙烷 (C3H8)
  • 丙烯 (C3H6)
  • 丁烷 (C4H10)
  • 丁烯 (C4H8)
可以有许多气体混合物。

重要的液化石油气

这份清单显示了最重要的液化气体。

从空气中产生的

  • 液氮(LIN)
  • 液氧(LOX)
  • 液氩(LAR)

从各种来源产生的

  • 液态二氧化碳

由碳氢化合物原料生产

  • 液态氢
  • 液态氦

由碳氢化合物原料生产的混合气体

  • 液化天然气(LNG)
  • 液化石油气 (LPG)

工业气体应用

工业气体的用途是多种多样的。
 
以下是一小部分使用领域的清单。
  • 气雾剂发射器
  • 气枪
  • 啤酒备件
  • 校准气体
  • 冷却剂
  • 冷冻剂
  • 冷冻燃料
  • 切割和焊接
  • 电介质气体
  • 环境保护
  • 灭火/救火
  • 食品加工
  • 放电灯
  • 测量和计量
  • 实验室和仪器设备
  • 安全和惰性气体
  • 玻璃、陶瓷、其他矿物
  • 升降气体
  • 医疗气体治疗
  • 冶金业
  • 跳过医学
  • 冰箱
  • 火箭发射器
  • 橡胶、塑料、油漆
  • 半导体制造厂的半导体行业
  • 苏打水机
  • 水处理/工业水处理
  • 水下潜水
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