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工业气体在化学工业中的应用

化学工业：按照原料来说有石油化工、煤化工；按照分子性质可分为有机化工，无机化工。包括基本化学工业和塑料、合成纤维、石油、橡胶、药剂、染料工业等。是利用化学反应改变物质结构、成分、形态等生产化学产品的部门。如：无机酸、碱、盐、稀有元素、合成纤维、塑料、合成橡胶、染料、油漆、化肥、农药等。

（一）氧气

1、化肥

在生产合成氨时，氧气主要用于原料气的氧化，以强化工艺过程，提高化肥产量。

2、煤的气化和液化

煤气化工业是氧气的大用户。氧气作粉煤的气化剂在煤的气化过程中，如以粉媒气化，每吨合成氨耗氧500~900m3；氧气用作将固体煤转化成可燃气体混合物的氧化剂；在煤的液化过程中，氧气用作使煤从贫氢固体烃转化成富氢液体烃的媒介物，且用氧量很大，生产1吨煤合成燃料所需氧气量，最少为0。3吨氧/1吨煤，也可能达到1吨氧/1吨煤。所以产量为10万桶/日的合成燃料装置，需要10~20套并联安装的58400~73000m3/h制氧机。

3、石油

氧气作粉煤或重油的气化剂，重油的高温裂化也离不开氧气。以重油为原料改用煤为原料的中型氨厂各种改造方案的消耗指标（折合氨产量约10t/h），其中氧气耗量为：水煤浆加压气化（常规型炉）为9264m3/h；水煤粉加压气化（两区双温炉型）为7333m3/h；干燥粉加压气化为7179m3/h；无烟块煤常压富氧连续气化，我国神华煤液化示范工程将是世界上第一个采用煤直接液化技术来实现大规模合成油；以重油气化，每吨合成氨耗250~700m3；以渣油气化，每吨合成氨耗850~940m3；

4、化工产品

用氧气制造医药、染料、炸药等化工产品，此外还用来强化生产，如用吹氧法生产黄磷、喷氧气化劣煤等。

（二）氮气

氮气在化工厂，主要用作保护气、置换气、洗涤气，以保障安全生产。如聚丙烯生产，要用纯氮（99.99%）作保护气、置换气。高纯氮气是化纤生产至关重要的气体，如辽阳石油化纤总厂有三套3000米3/时高纯氮装置。合成革厂也要用高纯氮气保护，如烟台合成革厂有一套1000米3/时高纯氮装置。林产化工厂也要用氮，作为敏胶涂料、松香、树脂等生产过程的工艺保护气。可以说化工厂是用氮大户，氮气是化工厂的"保安气"，开拓化工用氮是大有可为的，氮气还是合成纤维（腈纶、锦纶）、合成橡胶的重要原料。

1、化肥

氮气是氮肥工业的主要原料，如硝酸铵含氮36%、硫酸铵含氮21%、尿素含氮46。7%。氮气在氮肥厂开工生产前，或在系统大修后，还用来置换管道和容器内的空气或煤气，以确保安全操作。石灰氮是一种化学氮肥，1吨石灰氮要消耗氮气300~500m3；氮气主要用于合成氨，氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。

2、煤化工

在小型水煤气制合成氨的工厂中，加氮后氮、氢比例稳定，操作平稳，同时可降低合成氨的电耗；此外还用精氮(99。99%)保护触媒；用纯液氮洗涤精制的氢氮混合气，使得惰性气体（甲烷和氢）极微，一氧化碳和氧的含量不超过20PPm。这个氮洗，氮气的消耗量约为750米3/吨氨左右。氧气作粉煤或重油的气化剂，氮气参与合成作原料气，并作装置的安全保护气（触煤保护就要99。99%的纯氮气）。

3、石油

作为强化采油气体；氮气作为"驱油气体"，要求无油无水的干燥氮，纯度99。99%以上，注入压力20~60兆帕。

（三）二氧化碳

1、有机化工

二氧化碳应用于有机化学合成，可以制作多种常用化工产品，如尿素、水杨酸等；二氧化碳为单体原料在双金属配位PBM型催化剂作用下，被活化到较高的程度时，与环氧化物发生共聚反应，生成脂肪族聚碳酸酯（PPC），经过后处理，就得到二氧化碳树脂材料；二氧化碳可用于塑料行业的发泡剂。

2、石油

石油采矿业，向油井下注射一吨CO2液体，可增产原油3-5吨。

3、化肥

尿素肥料是CO2和氨气合成的；可以用作植物温室的气体肥料和水草缸水族箱的肥料，二氧化碳是最好的气肥，如果每周喷射两次二氧化碳气体，喷上4～5次后，蔬菜可增产90%，水稻增产70%，大豆增产60%，高粱甚至可以增产200%。

（四）氢气

1、石化工业

1）合成氨、甲醇等

用不同组份的含氢气体作为合成氨、甲醇、石油炼制生产的原料气、加氢气体等，一个1000t/d规模的氨厂，每生产一吨氨需要氢气336立方米，大规模生产合成氨的主要成本取决于氢，一个2500t/d规模的甲醇厂，每生产1吨甲醇需要氢气560立方米；氢气也是有机物氢化反应原料气。

2）合成有机化合物

氢和一氧化碳反应合成多种有机化合物，如乙二醇的合成、合成聚甲烯，醇的同系化反应等。

2、石油

1）提炼原油

需加氢通过去硫和氢化裂解来提炼原油，石油炼制中加氢脱硫剂。石油工业用氢量仅次于合成氨，氢气主要用于石脑油加氢脱硫、粗柴油加氢脱硫、燃料油加氢脱硫、改善飞机燃料的无火焰高度和加氢裂化等方面，在石油化工领域，氢气主要用于C3馏分加氢、汽油加氢C6-C8馏分加氢脱烷基以及生产环己烷等方面。

2）除杂

催化重整原料的加氢是除去石脑油中的硫化物、氮化物、铅和砷等杂质。

3、其他

氢的另一个重要的用途是对人造黄油、食用油、洗发精、润滑剂、家庭清洁剂及其它产品中的脂肪氢化。

（五）乙炔

乙炔气是有机合成的重要原料之一，如与氯化氢、氢氰酸、乙酸加成，均可生成生产高聚物的原料；用于制造乙醛、醋酸、苯、合成橡胶、合成纤维等，也是三大合成材料(橡胶、塑料、纤维)的单体之一；乙炔在高温下分解为碳和氢，由此可制备乙炔炭黑。一定条件下乙炔聚合生成苯，甲苯，二甲苯，，萘，蒽，苯乙烯，茚等芳烃。

注：通过取代反应和加成反应，可生成有价值的产品。如乙炔直接水合制取乙醛；乙炔与氯化氢进行加成反应而制取氯乙烯；乙炔与乙酸反应制得乙酸乙烯；乙炔与氰化氢反应制取丙烯腈；乙炔与氨反应生成甲基吡啶和2-甲基-5-乙基吡啶；乙炔与甲苯反应生成二甲苯基乙烯，进一步催化剂裂化生成三种甲基苯乙烯的异构体：乙炔与一分子甲醛缩合为丙炔醇，与二分子甲醛缩合为丁炔二醇；乙炔与丙酮进行加成反应可制取甲基炔醇，进而反应生成异戊二烯；乙炔和一氧化碳及其他化合物(如水，醇，硫醇)等反应制取丙烯酸及其衍生物。

（六）氟气

1、制造氟化物

1）制备氢氟酸、氟化钠

利用氟气和水的反应，氟气可以用于制备氢氟酸（HF：2H2O+2F2==4HF+O2），氢氟酸在铝和铀的提纯、蚀刻玻璃、半导体工业中除去硅表面的氧化物，多种含氟有机物的合成等方面都起着重要作用，氟气还可用于制备氟化钠，氟化钠可作为木材防腐剂、农业杀虫剂、酿造业杀菌剂、医药防腐剂、焊接助焊剂、碱性锌酸盐镀锌添加剂等。

2）制成不同用途的氟化剂

利用单质氟与几乎所有单质都可发生反应的性质，可制成多种具有不同用途的氟化剂。如三氟化氯、五氟化氯、三氟化溴、五氟化碘、三氟化钴、五氟化锑、二氟化银、三氟化硼、三氟化砷、大氟化砷等，这些氟化剂比单质氟温和，可用于许多需要控制氟化程度的有机和无机氟化物的制备。

2、制造含氟塑胶

利用氟气和塑胶的反应可以制备含氟塑胶，含氟塑胶具有耐高温、耐油、耐高真空及耐酸碱、耐多种化学药品的特点，已应用于现代航空、导弹、火箭、宇宙航行、舰艇、原子能等尖端技术及汽车、造船、化学、石油、电讯、仪器、机械等工业领域。

3、生产六氟化硫气体

单质氟与单质硫反应得到六氟化硫，六氟化硫具有良好的耐热和化学稳定性，非常高的电绝缘性，广泛用做高压电器和电子设备上的灭弧介质。

4、制备有机氟化物

用氟对烃类进行彻底氟化制成的全氟油或全氟脂，是核燃料生产中关键的材料。使用氮气稀释的氟气，控制反应可制得许多含氟有机物，如六氟乙烷、八氟丙烷及其他医药和农药是间体、制冷剂、氟塑料、等离子蚀剂等。

5、生产三氟化氮

氟气与含氮化合物如NH3、NH4F、xHF、(NH4)3AIF6等在一定条件下反应，可生成三氟化剂。三氟化氮所具有的特殊物理化学性质，使得其可作为火箭推进剂、半导体芯片制造过程刻蚀剂及清洗剂。

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