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    氣體知識

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    工業(yè)氣體在化學工業(yè)中的應用

    2017-2-9 9:58:41

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    化學工業(yè)：按照原料來說有石油化工、煤化工；按照分子性質可分為有機化工，無機化工。包括基本化學工業(yè)和塑料、合成纖維、石油、橡膠、藥劑、染料工業(yè)等。是利用化學反應改變物質結構、成分、形態(tài)等生產(chǎn)化學產(chǎn)品的部門。如：無機酸、堿、鹽、稀有元素、合成纖維、塑料、合成橡膠、染料、油漆、化肥、農(nóng)藥等。
    （一）氧氣

    1、化肥

    在生產(chǎn)合成氨時，氧氣主要用于原料氣的氧化，以強化工藝過程，提高化肥產(chǎn)量。

    2、煤的氣化和液化

    煤氣化工業(yè)是氧氣的大用戶。氧氣作粉煤的氣化劑在煤的氣化過程中，如以粉媒氣化，每噸合成氨耗氧500~900m3；氧氣用作將固體煤轉化成可燃氣體混合物的氧化劑；在煤的液化過程中，氧氣用作使煤從貧氫固體烴轉化成富氫液體烴的媒介物，且用氧量很大，生產(chǎn)1噸煤合成燃料所需氧氣量，最少為0。3噸氧/1噸煤，也可能達到1噸氧/1噸煤。所以產(chǎn)量為10萬桶/日的合成燃料裝置，需要10~20套并聯(lián)安裝的58400~73000m3/h制氧機。

    3、石油

    氧氣作粉煤或重油的氣化劑，重油的高溫裂化也離不開氧氣。以重油為原料改用煤為原料的中型氨廠各種改造方案的消耗指標（折合氨產(chǎn)量約10t/h），其中氧氣耗量為：水煤漿加壓氣化（常規(guī)型爐）為9264m3/h；水煤粉加壓氣化（兩區(qū)雙溫爐型）為7333m3/h；干燥粉加壓氣化為7179m3/h；無煙塊煤常壓富氧連續(xù)氣化，我國神華煤液化示范工程將是世界上第一個采用煤直接液化技術來實現(xiàn)大規(guī)模合成油；以重油氣化，每噸合成氨耗250~700m3；以渣油氣化，每噸合成氨耗850~940m3；

    4、化工產(chǎn)品

        用氧氣制造醫(yī)藥、染料、炸藥等化工產(chǎn)品，此外還用來強化生產(chǎn)，如用吹氧法生產(chǎn)黃磷、噴氧氣化劣煤等。
     
    （二）氮氣
     氮氣在化工廠，主要用作保護氣、置換氣、洗滌氣，以保障安全生產(chǎn)。如聚丙烯生產(chǎn)，要用純氮（99.99%）作保護氣、置換氣。高純氮氣是化纖生產(chǎn)至關重要的氣體，如遼陽石油化纖總廠有三套3000米3/時高純氮裝置。合成革廠也要用高純氮氣保護，如煙臺合成革廠有一套1000米3/時高純氮裝置。林產(chǎn)化工廠也要用氮，作為敏膠涂料、松香、樹脂等生產(chǎn)過程的工藝保護氣。可以說化工廠是用氮大戶，氮氣是化工廠的"保安氣"，開拓化工用氮是大有可為的，氮氣還是合成纖維（腈綸、錦綸）、合成橡膠的重要原料。

    1、化肥

    氮氣是氮肥工業(yè)的主要原料，如硝酸銨含氮36%、硫酸銨含氮21%、尿素含氮46。7%。氮氣在氮肥廠開工生產(chǎn)前，或在系統(tǒng)大修后，還用來置換管道和容器內(nèi)的空氣或煤氣，以確保安全操作。石灰氮是一種化學氮肥，1噸石灰氮要消耗氮氣300~500m3；氮氣主要用于合成氨，氨是化肥工業(yè)和基本有機化工的主要原料。

    2、煤化工

    在小型水煤氣制合成氨的工廠中，加氮后氮、氫比例穩(wěn)定，操作平穩(wěn)，同時可降低合成氨的電耗；此外還用精氮(99。99%)保護觸媒；用純液氮洗滌精制的氫氮混合氣，使得惰性氣體（甲烷和氫）極微，一氧化碳和氧的含量不超過20PPm。這個氮洗，氮氣的消耗量約為750米3/噸氨左右。氧氣作粉煤或重油的氣化劑，氮氣參與合成作原料氣，并作裝置的安全保護氣（觸煤保護就要99。99%的純氮氣）。

    3、石油

    作為強化采油氣體；氮氣作為"驅油氣體"，要求無油無水的干燥氮，純度99。99%以上，注入壓力20~60兆帕。
    （三）二氧化碳

    1、有機化工

    二氧化碳應用于有機化學合成，可以制作多種常用化工產(chǎn)品，如尿素、水楊酸等；二氧化碳為單體原料在雙金屬配位PBM型催化劑作用下，被活化到較高的程度時，與環(huán)氧化物發(fā)生共聚反應，生成脂肪族聚碳酸酯（PPC），經(jīng)過后處理，就得到二氧化碳樹脂材料；二氧化碳可用于塑料行業(yè)的發(fā)泡劑。

    2、石油

    石油采礦業(yè)，向油井下注射一噸CO2液體，可增產(chǎn)原油3-5噸。

    3、化肥

    尿素肥料是CO2和氨氣合成的；可以用作植物溫室的氣體肥料和水草缸水族箱的肥料，二氧化碳是最好的氣肥，如果每周噴射兩次二氧化碳氣體，噴上4～5次后，蔬菜可增產(chǎn)90%，水稻增產(chǎn)70%，大豆增產(chǎn)60%，高粱甚至可以增產(chǎn)200%。
    （四）氫氣

    1、石化工業(yè)

    1）合成氨、甲醇等

    用不同組份的含氫氣體作為合成氨、甲醇、石油煉制生產(chǎn)的原料氣、加氫氣體等，一個1000t/d規(guī)模的氨廠，每生產(chǎn)一噸氨需要氫氣336立方米，大規(guī)模生產(chǎn)合成氨的主要成本取決于氫，一個2500t/d規(guī)模的甲醇廠，每生產(chǎn)1噸甲醇需要氫氣560立方米；氫氣也是有機物氫化反應原料氣。

    2）合成有機化合物

    氫和一氧化碳反應合成多種有機化合物，如乙二醇的合成、合成聚甲烯，醇的同系化反應等。

    2、石油

    1）提煉原油

    需加氫通過去硫和氫化裂解來提煉原油，石油煉制中加氫脫硫劑。石油工業(yè)用氫量僅次于合成氨，氫氣主要用于石腦油加氫脫硫、粗柴油加氫脫硫、燃料油加氫脫硫、改善飛機燃料的無火焰高度和加氫裂化等方面，在石油化工領域，氫氣主要用于C3餾分加氫、汽油加氫C6-C8餾分加氫脫烷基以及生產(chǎn)環(huán)己烷等方面。

    2）除雜

     催化重整原料的加氫是除去石腦油中的硫化物、氮化物、鉛和砷等雜質。

    3、其他

     氫的另一個重要的用途是對人造黃油、食用油、洗發(fā)精、潤滑劑、家庭清潔劑及其它產(chǎn)品中的脂肪氫化。
    （五）乙炔
    乙炔氣是有機合成的重要原料之一，如與氯化氫、氫氰酸、乙酸加成，均可生成生產(chǎn)高聚物的原料；用于制造乙醛、醋酸、苯、合成橡膠、合成纖維等，也是三大合成材料(橡膠、塑料、纖維)的單體之一；乙炔在高溫下分解為碳和氫，由此可制備乙炔炭黑。一定條件下乙炔聚合生成苯，甲苯，二甲苯，，萘，蒽，苯乙烯，茚等芳烴。
    注：通過取代反應和加成反應，可生成有價值的產(chǎn)品。如乙炔直接水合制取乙醛；乙炔與氯化氫進行加成反應而制取氯乙烯；乙炔與乙酸反應制得乙酸乙烯；乙炔與氰化氫反應制取丙烯腈；乙炔與氨反應生成甲基吡啶和2-甲基-5-乙基吡啶；乙炔與甲苯反應生成二甲苯基乙烯，進一步催化劑裂化生成三種甲基苯乙烯的異構體：乙炔與一分子甲醛縮合為丙炔醇，與二分子甲醛縮合為丁炔二醇；乙炔與丙酮進行加成反應可制取甲基炔醇，進而反應生成異戊二烯；乙炔和一氧化碳及其他化合物(如水，醇，硫醇)等反應制取丙烯酸及其衍生物。
    （六）氟氣

    1、制造氟化物

    1）制備氫氟酸、氟化鈉

    利用氟氣和水的反應，氟氣可以用于制備氫氟酸（HF：2H2O+2F2==4HF+O2），氫氟酸在鋁和鈾的提純、蝕刻玻璃、半導體工業(yè)中除去硅表面的氧化物，多種含氟有機物的合成等方面都起著重要作用，氟氣還可用于制備氟化鈉，氟化鈉可作為木材防腐劑、農(nóng)業(yè)殺蟲劑、釀造業(yè)殺菌劑、醫(yī)藥防腐劑、焊接助焊劑、堿性鋅酸鹽鍍鋅添加劑等。

    2）制成不同用途的氟化劑

    利用單質氟與幾乎所有單質都可發(fā)生反應的性質，可制成多種具有不同用途的氟化劑。如三氟化氯、五氟化氯、三氟化溴、五氟化碘、三氟化鈷、五氟化銻、二氟化銀、三氟化硼、三氟化砷、大氟化砷等，這些氟化劑比單質氟溫和，可用于許多需要控制氟化程度的有機和無機氟化物的制備。
     

    2、制造含氟塑膠

     利用氟氣和塑膠的反應可以制備含氟塑膠，含氟塑膠具有耐高溫、耐油、耐高真空及耐酸堿、耐多種化學藥品的特點，已應用于現(xiàn)代航空、導彈、火箭、宇宙航行、艦艇、原子能等尖端技術及汽車、造船、化學、石油、電訊、儀器、機械等工業(yè)領域。

    3、生產(chǎn)六氟化硫氣體

     單質氟與單質硫反應得到六氟化硫，六氟化硫具有良好的耐熱和化學穩(wěn)定性，非常高的電絕緣性，廣泛用做高壓電器和電子設備上的滅弧介質。

    4、制備有機氟化物

        用氟對烴類進行徹底氟化制成的全氟油或全氟脂，是核燃料生產(chǎn)中關鍵的材料。使用氮氣稀釋的氟氣，控制反應可制得許多含氟有機物，如六氟乙烷、八氟丙烷及其他醫(yī)藥和農(nóng)藥是間體、制冷劑、氟塑料、等離子蝕劑等。

    5、生產(chǎn)三氟化氮

        氟氣與含氮化合物如NH3、NH4F、xHF、(NH4)3AIF6等在一定條件下反應，可生成三氟化劑。三氟化氮所具有的特殊物理化學性質，使得其可作為火箭推進劑、半導體芯片制造過程刻蝕劑及清洗劑。
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