《气体基础知识》PPT课件

气体知识培训,久策气体简晓玮2014.07,久策气体,1,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10366010m/h。国内也从1953年的30m/h到60000m/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,久策气体,概述,概述,什么是气体，空气由哪些气体组成？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？这些气体可以如何获得？这些气体如何包装储运和供给？,4,久策气体,目录,空气如何分离？,气体分类与空气的组成？,氧氮氩性质与应用？,深冷分离如何实现？,气体如何包装储运？,久策气体,一、气体分类方法,ISO/FDIS11622：2005对气体这样界定：在压力为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。,什么是气体？,气体如何分类？,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）医疗用气（4）标准气,按气体成分分类,按气体用途分类,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。,按临界温度分类,久策气体,一、空气的组成,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。,10,久策气体,空气如何分离？,气体分类与空气？,氧氮氩性质与应用？,深冷分离如何实现？,气体如何包装储运？,11,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/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。,12,久策气体,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,13,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。,14,久策气体,二、氧氮氩物化特性氧气的应用,氧气疗法(OxygenTherapy)供给呼吸高压氧舱便携式氧气瓶,氧的应用,医疗,15,久策气体,二、氧氮氩物化特性氧气的应用,16,久策气体,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等优点。,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,合成氨,玻璃制造,二、氧氮氩物化特性氧气的应用,久策气体,二、氧氮氩物化特性氧气的应用,18,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。,生化特性,基本性质,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,工业用氮纯氮高纯氮,二、氧氮氩物化特性氮气,19,久策气体,化工产品原料气,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。,惰性介质,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,20,久策气体,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。,采油工业计量低温冷源,二、氧氮氩物化特性氮气的应用,21,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。,特种金属冶炼中氩气作为环境气体，以保护结晶的成长。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。金属焊接与切割用氩作为保护气。灯泡中充氩气，有助于延长灯具使用寿命同时亮度增加。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,22,久策气体,空气如何分离？,气体分类与空气？,氧氮氩性质与应用？,深冷分离如何实现？,气体如何包装储运？,23,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%。,24,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。,三、空气分离方法变压吸附法,25,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）,三、空气分离方法膜分离法,26,空气如何分离？,气体与空气？,氧氮氩性质与应用？,深冷分离如何实现？,气体如何包装储运？,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，我们分别介绍各自的作用和使用中常见注意事项。,27,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,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，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,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,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,32,久策气体,空气如何分离？,气体与空气？,氧氮氩性质与应用？,深冷分离如何实现？,气体如何包装储运？,33,久策气体,五、气体包装、储运及供给,不同气体如何通过包装来区分？,液态、气态如何储存？,气体如何供给用户？,34,久策气体,五、气体包装、储运及供给气瓶,气瓶是在正常环境温度（-4060）下使用的、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,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。,35,久策气体,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、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,五、气体包装、储运及供给气瓶,36,久策气体,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,五、气体包装、储运及供给气瓶,37,久策气体,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,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。第二个是它提供了容易操作的低温液体源。,五、气体包装、储运及供给杜瓦罐,38,久策气体,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,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）/2.2MPa（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，单只杜瓦罐的最大输出流量可达30m3/h。,五、气体包装、储运及供给杜瓦罐,39,久策气体,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,特点,五、气体包装、储运及供给低温储罐,40,久策气体,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,五、气体包装、储运及供给槽车,41,久策气体,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,42,久策气体,用户储罐储存,液态基地储罐储存,槽车,气瓶,空分装置生产,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,43,久策气体,五、气体包装、储运及供给气瓶识别,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/T3181漆膜颜色标准,44,久策气体,五、气体包装、储运及供给气瓶识别,45,返回,46,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,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，21.2)：5.987m3/kg气液容积比(15，100kPa)：974L/L,久策气体,氢气,氢气分类标准一、工业氢GB/T3634-1995H299.90%（优等品）H299.50%（一等品）H299.00%（合格品）纯氢GB/T7445-1995H299.99%高纯氢GB/T7445-1995H299.999%超高纯氢GB/T7445-1995H299.9999%,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