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    氣體知識

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    工業(yè)氣體在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用

    2017-2-9 9:58:41

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    化學(xué)工業(yè)：按照原料來說有石油化工、煤化工；按照分子性質(zhì)可分為有機(jī)化工，無機(jī)化工。包括基本化學(xué)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(xué)反應(yīng)改變物質(zhì)結(jié)構(gòu)、成分、形態(tài)等生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品的部門。如：無機(jī)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(shí)，氧氣主要用于原料氣的氧化，以強(qiáng)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(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w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(zhuǎn)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(dá)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(jī)。

    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(biāo)（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(gè)采用煤直接液化技術(shù)來實(shí)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(qiáng)化生產(chǎn)，如用吹氧法生產(chǎn)黃磷、噴氧氣化劣煤等。
     
    （二）氮?dú)?/span>
     氮?dú)庠诨S，主要用作保護(hù)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(hù)氣、置換氣。高純氮?dú)馐腔w生產(chǎn)至關(guān)重要的氣體，如遼陽石油化纖總廠有三套3000米3/時(shí)高純氮裝置。合成革廠也要用高純氮?dú)獗Ｗo(hù)，如煙臺(tái)合成革廠有一套1000米3/時(shí)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(hù)氣?？梢哉f化工廠是用氮大戶，氮?dú)馐腔S的"保安氣"，開拓化工用氮是大有可為的，氮?dú)膺€是合成纖維（腈綸、錦綸）、合成橡膠的重要原料。

    1、化肥

    氮?dú)馐堑使I(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?dú)庠诘蕪S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(xué)氮肥，1噸石灰氮要消耗氮?dú)?00~500m3；氮?dú)庵饕糜诤铣砂?，氨是化肥工業(yè)和基本有機(jī)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(shí)可降低合成氨的電耗；此外還用精氮(99。99%)保護(hù)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(gè)氮洗，氮?dú)獾南牧考s為750米3/噸氨左右。氧氣作粉煤或重油的氣化劑，氮?dú)鈪⑴c合成作原料氣，并作裝置的安全保護(hù)氣（觸煤保護(hù)就要99。99%的純氮?dú)猓?/span>

    3、石油

    作為強(qiáng)化采油氣體；氮?dú)庾鳛?驅(qū)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(jī)化工

    二氧化碳應(yīng)用于有機(jī)化學(xué)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(shí)，與環(huán)氧化物發(fā)生共聚反應(yīng)，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?xì)怏w，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(gè)1000t/d規(guī)模的氨廠，每生產(chǎn)一噸氨需要?dú)錃?36立方米，大規(guī)模生產(chǎn)合成氨的主要成本取決于氫，一個(gè)2500t/d規(guī)模的甲醇廠，每生產(chǎn)1噸甲醇需要?dú)錃?60立方米；氫氣也是有機(jī)物氫化反應(yīng)原料氣。

    2）合成有機(jī)化合物

    氫和一氧化碳反應(yīng)合成多種有機(jī)化合物，如乙二醇的合成、合成聚甲烯，醇的同系化反應(yīng)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(jī)燃料的無火焰高度和加氫裂化等方面，在石油化工領(lǐng)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(zhì)。

    3、其他

     氫的另一個(gè)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(jī)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(yīng)和加成反應(yīng)，可生成有價(jià)值的產(chǎn)品。如乙炔直接水合制取乙醛；乙炔與氯化氫進(jìn)行加成反應(yīng)而制取氯乙烯；乙炔與乙酸反應(yīng)制得乙酸乙烯；乙炔與氰化氫反應(yīng)制取丙烯腈；乙炔與氨反應(yīng)生成甲基吡啶和2-甲基-5-乙基吡啶；乙炔與甲苯反應(yīng)生成二甲苯基乙烯，進(jìn)一步催化劑裂化生成三種甲基苯乙烯的異構(gòu)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(jìn)行加成反應(yīng)可制取甲基炔醇，進(jìn)而反應(yīng)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(yīng)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(yīng)，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(dǎo)體工業(yè)中除去硅表面的氧化物，多種含氟有機(jī)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(zhì)氟與幾乎所有單質(zhì)都可發(fā)生反應(yīng)的性質(zhì)，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(zhì)氟溫和，可用于許多需要控制氟化程度的有機(jī)和無機(jī)氟化物的制備。
     

    2、制造含氟塑膠

     利用氟氣和塑膠的反應(yīng)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(xué)藥品的特點(diǎn)，已應(yīng)用于現(xiàn)代航空、導(dǎo)彈、火箭、宇宙航行、艦艇、原子能等尖端技術(shù)及汽車、造船、化學(xué)、石油、電訊、儀器、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域。

    3、生產(chǎn)六氟化硫氣體

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

    4、制備有機(jī)氟化物

        用氟對烴類進(jìn)行徹底氟化制成的全氟油或全氟脂，是核燃料生產(chǎn)中關(guān)鍵的材料。使用氮?dú)庀♂尩姆鷼?，控制反?yīng)可制得許多含氟有機(jī)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(yīng)，可生成三氟化劑。三氟化氮所具有的特殊物理化學(xué)性質(zhì)，使得其可作為火箭推進(jìn)劑、半導(dǎo)體芯片制造過程刻蝕劑及清洗劑。
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