气体基础知识课件.ppt

1、气体知识培训久策气体久策气体简晓玮简晓玮2014.072014.07 久策气体11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10m/h，到现今的103660 10m/h。国内也从1953年的30m/h 到60000 m/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

2、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”。概述概述2久策气体概述概述概述l 什么是气体，空气由哪些气体组成？l 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？l 这些气体可以如何获得？l 这些气体如何包装储运和供给？34久策气体目录 空气气如何分离？气气体分类与类与空气气的组组成？氧氮氩氧氮氩性质与应质与应用？深冷分离如何实现实现？气气体如何包装储运储运？4久策气体一、气体分类方法ISO/FDIS 11622：2005对气体这样界定：在压力

3、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。什么么是气气体？气体如何分类？气体如何分类？5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

4、）医疗用气（4）标准气 按气气体成分分类类 按气气体用途分类类6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。按临临界温温度分类类7久策气体一、空气的组成年代年代大事记大事记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

5、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8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。910久策气体 空气气如何分离？气气体分类与类与空气气？氧氮氩氧氮氩性质与应质与应用？深冷分离如何实现实现？气气体如何包装储运储运？1011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/m液体密度：1140Kg/

6、m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/m液体密度：808.6Kg/m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/m液体密度：1393.9Kg/m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。1112久

7、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，1m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。氧气氧气1213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

8、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。分类分类爆炸性爆炸性毒性毒性1314久策气体二、氧氮氩物化特性氧气的应用氧气疗法氧气疗法(Oxygen Therapy)(Oxygen Therapy)供给呼吸供给呼吸高压氧舱高压氧舱便携式氧气瓶氧的应用氧的应用医医 疗疗1415久策气体冶冶 金金氧的应用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

9、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1516久策气体化化 工工氧的应用氧的应用 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

10、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。纸浆漂白纸浆漂白合合成成氨氨玻玻璃璃制制造造二、氧氮氩物化特性氧气的应用16其其 它它二、氧的应用二、氧的应用液氧炸药液氧炸药焊接焊接液氧和锯屑、煤粉的混合物叫液氧液氧炸药炸药，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1718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

11、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。生生 化化 特特 性性基基 本本 性性 质质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。分类分类工业用氮纯氮高纯氮二、氧氮氩物化特性氮气1819久策气体化工化工氮的应用氮的应用化化工工产产品品原原料料气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

12、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。惰惰性性介介质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1920久策气体电子工业电子工业氮的应用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。其它其它氮的应用氮的应用采油工业计量低温冷源二、氧氮

13、氩物化特性氮气的应用2021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。l 特种金属冶炼中氩气作为环境气体，以保护结晶的成长。l 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。l 金属焊接与切割用氩作为保护气。l 灯泡中充氩气，有助于延长灯具使用寿命同时亮度增加。l 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2122久策气体 空气气如何分离？气气体分类与类与空气气？氧氮氩氧氮氩性质与应质与应

14、用？深冷分离如何实现实现？气气体如何包装储运储运？2223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%。深冷分离法深冷分离法分离方法分离方法2324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

15、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9094%，用气量在2805600m/h，选用变压吸附较为理想。变压吸附法变压吸附法分离方法分离方法三、空气分离方法变压吸附法2425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（9599%），流量不太大的客户。（12600m/h）膜分离法膜分离法分离

16、方法分离方法三、空气分离方法膜分离法2526 空气气如何分离？气气体与与空气气？氧氮氩氧氮氩性质与应质与应用？深冷分离如何实现实现？气气体如何包装储运储运？26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

17、，我们分别介绍各自的作用和使用中常见注意事项。2727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28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，

18、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29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30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 分馏塔由上塔、下塔、粗氩塔、精氩塔组成，是冷箱中最高的设备，铝制。下塔 属一类压力容器。在精馏塔里，根据不同的情况需要设置一定的筛孔塔板或规整填料，空气的分

19、离就是在精馏塔里实现的。精馏塔通过塔体上的各种进出口接管与过冷器、冷凝蒸发器等各部机有机地衔接起来，实现空气的液化、分离与气体的冷却与复热这一目的，并通过管道上的控制阀门来调节和控制气体与液体的流向和分配，使之最有效的工作。阀门、管道有机连接各部件、控制流向与分配31四、低温精馏空分流程简介精馏系统3132久策气体 空气气如何分离？气气体与与空气气？氧氮氩氧氮氩性质与应质与应用？深冷分离如何实现实现？气气体如何包装储运储运？3233久策气体五、气体包装、储运及供给3334久策气体五、气体包装、储运及供给气瓶气瓶气瓶气 体 包 装 物气 体 包 装 物气瓶是在正常环境温度（-4060）下使用的、

20、公称工作压力0.2MPa（表压，下同）、公称容积3000L且压力与容积乘积1.0MPaL的盛装永久气体、液化气体、溶解气体等，和沸点等于或低于60的液体的移动式压力容器。定义定义主要特点主要特点气瓶是移动式压力容器，流动性强，多数时间放在地面上，数量多、流动性大、使用和充装频繁而且条件差异大、具有爆炸危险等特点。3435久策气体气瓶气瓶气 体 包 装 物气 体 包 装 物气瓶的使用可以说无处不在，无省界、市界、县界，在全国流通使用。对于某些稀有气体、贵重气体、特种气体甚至是无国界的，在全球流通使用。在天空、海洋、陆地都可以见到气瓶，而且是必备的设备；各行各业：企业、事业、机关、工业、农业、科技

21、、国防、服务行业都离不开气瓶。在我国，目前使用最多的是液化石油气瓶，超过其他各类气瓶数量的总和，达到9000万只以上，进入千家万户。应用应用五、气体包装、储运及供给气瓶3536久策气体气瓶气瓶气 体 包 装 物气 体 包 装 物气瓶在频繁使用过程中，不断充气放气，瓶内压力时而达到最高使用压力，时而又降到较低的使用余压，周而复始，多的每年充放超过千次，造成气瓶的疲劳；同时使用温度也在变化，也是气瓶疲劳的主要因素之一。气瓶在各种场合使用，常受到脏、污、尘、烟、盖的侵害，更有使用者，因缺乏气瓶基本知识或职业道德低下，是气瓶蒙受抛、摔、滚、砸、堆、弃的伤害。凡此种种，使我国气瓶意外事故发生率仍然居高不

22、下，给人民的生命财产安全带来不必要的损失。气瓶是移动式压力容器。它也具有一般压力容器的共性，即充有介质，这些介质不但聚集了巨大的能量，而且多数具有易燃、易爆、有毒、有害或腐蚀的性质，故它存在着高压、爆炸的危险。其它特点其它特点五、气体包装、储运及供给气瓶3637久策气体杜瓦罐杜瓦罐气 体 包 装 物气 体 包 装 物采用超级真空绝热的不锈钢压力容器，这些容器DOT4L标准制造，用于可靠而经济的运输和储存低温液态气体，以及在广阔的应用范围内就地储存和供应低温液态气体。定义定义主要特点主要特点杜瓦罐有两个主要的优点：第一个是，同压缩气体钢瓶相比它能够 在相对低的压力下容纳大量的气体。第二个是它提供

23、了容易操作的低温液体源。五、气体包装、储运及供给杜瓦罐3738久策气体杜瓦罐杜瓦罐气 体 包 装 物气 体 包 装 物杜瓦罐可提供多样化的用途：工作现场直接气体供应，其使用形式同压缩气体钢瓶相似；小型简易的管道集中供气；低温液体使用等。定义定义特点特点由于杜瓦罐坚固可靠，保持时间长，以及自身含有气体供应系统，利用其内置汽化器即可连续输出流量高达9.2m3/h的常温气体（氧、氮、氩），气体最高恒定输出压力达1.2MPa（中压型）/2.2 MPa（高压型），完全满足通常情况下的用气要求。如用户用气流量较大，则可采用多只杜瓦罐并联或加装外置汽化器的方法满足供气要求。通过加装外置汽化器，单只杜瓦罐的最

24、大输出流量可达30m3/h。五、气体包装、储运及供给杜瓦罐3839久策气体低温储罐低温储罐气 体 包 装 物气 体 包 装 物固定式液氧储罐（贮槽）的容积从1m到数千立方米，一般安置在空分装置附近或氧氮氩供给中心，用来储存或对外供应液氧、液氮、液氩等。通常，大型储罐做成平底圆柱形，中小型储罐做成圆柱形或球形。储罐通常采用真空粉末绝热。描述描述特点特点五、气体包装、储运及供给低温储罐3940久策气体低温槽车低温槽车气 体 包 装 物气 体 包 装 物液氧、液氮、液氩运输式贮槽一般做成圆筒形。槽车贮槽的容积通常为430m，少数可到50m。目前由于受公路运输最大运载量限制，槽车一般在25m以下。槽车

25、采用真空粉末绝热、真空玻璃纤维包扎绝热和高真空多层绝热形式。描述描述五、气体包装、储运及供给槽车4041久策气体供给方式供给方式气 体 包 装 物气 体 包 装 物现场管道供气现场管道供气气瓶供气气瓶供气储罐类现场供气储罐类现场供气供气三种方式供气三种方式现场管道供气是指用气量大的项目，通过配置一套空分系统，空分产生的气体直接供给用户使用。气瓶供气指用气量较少，直接使用气瓶供气。储罐类现场供气，在用户现场配储罐，由储罐内液体直接供应或汽化之后供给用户。五、气体包装、储运及供给供给方式4142久策气体供给方式供给方式气 体 包 装 物气 体 包 装 物用户储罐储存液态基地储罐储存槽车气瓶空分装置

26、生产客户使用充装站储罐槽车五、气体包装、储运及供给工业流程4243久策气体五、气体包装、储运及供给气瓶识别气瓶识别气瓶识别气 体 包 装 物气 体 包 装 物气瓶的颜色标志：气瓶外表面涂敷的字样颜色、色环数目和涂膜颜色按充装气体的特性所做的规定组合，是识别充装气体的标志。色环：表示公称工作压力不同的气瓶，充装同一种介质而且具有不同充装压力或充装系数的识别标志。色卡：表示一定颜色的标准样品卡。参阅GB/T 3181漆膜颜色标准4344久策气体五、气体包装、储运及供给气瓶识别4445返回4546所谓“充装系数”是指气瓶每升容许充装液化气的质量（kg）。单位：kg/L这是液化气体在充装过程中应了解的

27、很重要的数据。因为每个气瓶都有一定的承受压力。液化气体在常温下充装一般以液态进入瓶中，当环境温度升高时部分液体转化为气体使瓶内的压力增大。所以为确保安全，充装时不能装得过多，一定要参照充装系数进行充装。返回46久策气体氢气 分子式H2 相对分子质量2.016 沸点：252.77(20.38K)熔点259.2 爆炸极限（20，%体积）空气中：4-74.5%氧气中：4-94%临界温度：-234.8 临界压力：1664.8kPa 临界密度：66.8kg/m3 液体密度(平衡状态，-252.8)：169kg/m3 气体密度(101.325kPa，0)：0.0899kg/m3 比容(101.325kPa

28、，21.2)：5.987m3/kg 气液容积比(15，100kPa)：974L/L47久策气体氢气氢气分类标准一、工业氢GB/T3634-1995 H299.90%（优等品）H299.50%（一等品）H299.00%（合格品）纯氢GB/T7445-1995 H299.99%高纯氢GB/T7445-1995 H299.999%超高纯氢GB/T7445-1995 H299.9999%48久策气体氢气氢气是一种无色、无嗅、无毒、易燃易爆的气体，和氟、氯、氧、一氧化碳以及空气混合均有爆炸的危险，其中，氢与氟的混合物在低温和黑暗环境就能发生自发性爆炸，与氯的混合比为1：1时，在光照下也可爆炸。氢由于无色

29、无味，燃烧时火焰是透明的，因此其存在不易被感官发现，在许多情况下向氢气中加入乙硫醇，以便感官察觉，并可同时付予火焰以颜色。氢虽无毒，在生理上对人体是惰性的，但若空气中氢含量增高，将引起缺氧性窒息。与所有低温液体一样，直接接触液氢将引起冻伤。液氢外溢并突然大面积蒸发还会造成环境缺氧，并有可能和空气一起形成爆炸混合物，引发燃烧爆炸事故。49久策气体氢气氢气的危害 氢气的垂直漂浮性：氢气的密度小，当室内的氢气设备发生泄漏溢出的氢气，会升至屋顶死角处聚集不散，下面的门窗通风不宜将它驱散。氢气的积聚增加燃烧和爆炸的危险性，氢气可使人肺部缺氧，当空气中氢气浓度达到50%时，就会有明显的症状，使人昏睡。浓度

30、达75%即可使人致死。氢气的爆炸极限宽：爆炸极限为4.174.2v%,氢气在很稀薄的情况下，也能发生爆炸。氢气的点火能力低：点火能力为0.02mJ,为汽油点火能力的十分之一。氢气的爆炸威力大：具有易燃易爆，燃烧温度高，爆炸威力大等特点。50久策气体氢气氢气的泄漏处理及防护泄漏处理：当遇到吸入氢气的受害者时，应将其移至新鲜空气处。如果呼吸停止，应进行人工呼吸。液体氢接触皮肤会使其麻木且冻白，此时应用凉水解冻，不要摩患处，立即请医生医治。迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限制出入。切断气源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿防静电服。尽可能切断泄漏源。合理通风，加速扩散。如有可能，将漏出气体用排风机送至空旷地方或装设适当喷头烧掉。漏气容器要妥善处理，修复、检验后使用。灭火方法：切断气源。若不能切断气源，则不允许熄灭泄漏处的火焰。冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。灭火剂：雾状水、泡沫、二氧化碳、干粉。防护措施：一般不许要特殊防护，高浓度接触时可佩戴空气呼吸器。工作现场严禁吸烟。进入罐、限制性空间或其它高浓度作业场所，必须有人监护。51