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工業氣體的基本知識一、 工業氣體的化學性質 1、氧氣 物理性質 氧氣是空氣的組分之一，無色、無臭、無味。氧氣比空 氣重， 在標準狀況 （0℃和大氣壓強 101325 帕） 下密度為 1.429 克/升，能溶于水，但溶解度很小。在壓強為 101kPa 時，氧 氣在約-180 攝氏度時變為淡藍色液體，在約-218 攝氏度時 變成雪花狀的淡藍色固體。 化學性質 氧氣的化學性質比較活潑。除了稀有氣體、活性小的金 屬元素如金、鉑、銀之外二氧化硫報警器，大部分的元素都能與氧起反應， 這些反應稱為氧化反應，而經過反應產生的化合物（有兩種 元素構成，且一種元素為氧元素）稱為氧化物。一般而言， 非金屬氧化物的水溶液呈酸性，而堿金屬或堿土金屬氧化物 則為堿性。此外，幾乎所有的有機化合物，可在氧中劇烈燃 生成二氧化碳與水。化學上曾將物質與氧氣發生的化學反應 定義為氧化反應（combination reaction)。2、乙炔 物理性質純乙炔為無色無味的易燃、有毒氣體。而電石制的乙 炔因混有硫化氫 H2S、磷化氫 PH3、砷化氫，而帶有特殊 的臭味。熔點（118.656kPa）-84℃，沸點-80.8℃，相對 密度 0.6208(-82/4℃)，折射率 1.00051，折光率 1.0005 （0℃） ，閃點（開杯）-17.78℃，自燃點 305℃。

在空氣 中爆炸極限 2.3%-72.3%（vol） 。在液態和固態下或在氣 態和一定壓力下有猛烈爆炸的危險，受熱、震動、電火花 等因素都可以引發爆炸， 因此不能在加壓液化后貯存或運 輸。微溶于水，易溶于乙醇、苯、丙酮等有機溶劑。在 15℃和 1.5MPa 時，乙炔在丙酮中的溶解度為 237g/L，溶 液是穩定的。因此，工業上是在裝滿石棉等多孔物質的鋼 瓶中，使多孔物質吸收丙酮后將乙炔壓入，以便貯存和運 輸。為了與其它氣體區別，乙炔鋼瓶的顏色一般為白色柴油檢測儀， 橡膠氣管一般為黑色，乙炔管道的螺紋一般為左旋螺紋 （螺母上有徑向的間斷溝） 。 化學性質 乙炔（acetylene）最簡單的炔烴，又稱電石氣。分 子式 CH≡CH，化學式 C2H2。乙炔分子量 26．4 ，氣體比 重 0． （ Kg/m3） 火焰溫度 3150 ℃，熱值 12800 （千 91工業氣體， 卡/m3） 在氧氣中燃燒速度 7．5 ，純乙炔在空氣中燃燒 2100 度左右，在氧氣中燃燒可達 3600 度。化學性質很活 潑，能起加成、氧化、聚合及金屬取代等反應 。3、氮氣 物理性質 氮在常況下是一種無色無味無臭的氣體，且通常無 毒。

氮氣占大氣總量的 78.12%（體積分數） ，在標準情況 下的氣體密度是 1.25g/L，氮氣在水中溶解度很小，在常 溫常壓下，1 體積水中大約只溶解 0.02 體積的氮氣。氮 氣是難液化的氣體。氮氣在極低溫下會液化成無色液體， 進一步降低溫度時，更會形成白色晶狀固體。在生產中， 通常采用黑色鋼瓶盛放氮氣。 化學性質 對成鍵有貢獻的是三對電子， 即形成兩個π鍵和一個 σ鍵。 對成鍵沒有貢獻，成鍵與反鍵能量近似抵消，它 們相當于孤電子對。由于 N2 分子中存在叁鍵 N≡N，所以 N2 分子具有很大的穩定性，將它分解為原子需要吸收 941.69kJ/mol 的能量。N2 分子是已知的雙原子分子中最 穩定的，氮氣的相對分子質量是 28。而且氮氣通常不易 燃燒且不支持燃燒。化學式為 N2。 二、 工業氣體的制備方法 1、氧氣 （1）、空氣冷凍分離法 空氣中的主要成分是氧氣和氮氣。利用氧氣和氮氣的沸 點不同， 從空氣中制備氧氣稱空氣分離法。 首先把空氣預冷、凈化(去除空氣中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳氫化合 物等氣體和灰塵等雜質)、然后進行壓縮、冷卻，使之成為 液態空氣。然后，利用氧和氮的沸點的不同，在精餾塔中把 液態空氣多次蒸發和冷凝，將氧氣和氮氣分離開來，得到純 氧(可以達到 99．6％的純度)和純氮(可以達到 99．9％的純 度)。

如果增加一些附加裝置，還可以提取出氬、氖、氦、 氪、氙等在空氣中含量極少的稀有惰性氣體。由空氣分離裝 置產出的氧氣，經過壓縮機的壓縮，最后將壓縮氧氣裝入高 壓鋼瓶貯存，或通過管道直接輸送到工廠、車間使用。使用 這種方法生產氧氣，雖然需要大型的成套設備和嚴格的安全 操作技術，但是產量高，每小時可以產出數干、萬立方米的 氧氣，而且所耗用的原料僅僅是不用買、不用運、不用倉庫 儲存的空氣，所以從 1903 年研制出第一臺深冷空分制氧機 以來工業氣體，這種制氧方法一直得到最廣泛的應用。 （2）、分子篩制氧法（吸附法） 利用氮分子大于氧分子的特性，使用特制的分子篩把空 氣中的氧離分出來。首先，用壓縮機迫使干燥的空氣通過分 子篩進入抽成真空的吸附器中，空氣中的氮分子即被分子篩 所吸附， 氧氣進入吸附器內， 當吸附器內氧氣達到一定量 （壓 力達到一定程度）時，即可打開出氧閥門放出氧氣。經過一 段時間，分子篩吸附的氮逐漸增多，吸附能力減弱，產出的 氧氣純度下降，需要用真空泵抽出吸附在分子篩上面的氮，然后重復上述過程。這種制取氧的方法亦稱吸附法。最近， 利用吸附法制氧的小型制氧機已經開發出來，便于家庭使 用。 （3）、電解制氧法 把水放入電解槽中，加入氫氧化鈉或氫氧化鉀以提高水 的電解度，然后通入直流電，水就分解為氧氣和氫氣。

每制 取一立方米氧，同時獲得兩立方米氫。用電解法制取一立方 米氧要耗電 12—15 千瓦小時，與上述兩種方法的耗電量 （0．55—0．60 千瓦小時）相比，是很不經濟的。所以，電 解法不適用于大量制氧。另外同時產生的氫氣如果沒有妥善 的方法收集，在空氣中聚集起來，如與氧氣混合，容易發生 極其劇烈的爆炸。所以，電解法也不適用家庭制氧的方法。 2、乙炔 乙炔的制取方法主要有電石水解法、甲烷或烴類的高溫 燃燒裂解法和等離子體裂解法。電石水解法工藝流程短，產 品純度高，但能耗較大。大多數溶解乙炔生產采用此法。根 據乙炔的溶解特性，將乙炔氣壓縮充入溶劑中，并被儲存在 充滿多孔填料的鋼瓶內。丙酮作為一種極好的溶劑工業氣體，在鋼瓶 內被填料吸附用于溶解和釋放乙炔，它的作用是增大鋼瓶的 有效容積和降低乙炔氣的爆炸性能。整體硅酸鈣多孔填料的 作用是均勻地吸附丙酮和阻止乙炔分解爆炸的傳播。推廣使 用溶解乙炔氣瓶，既方便使用和提高工效，又改善環境，節約電石消耗，但應保證鋼瓶內多孔填料不受損傷或污染，丙 酮溶劑的充裝量應滿足乙炔氣充裝所需要，這樣才能保證安 全可靠。溶解乙炔生產充裝工藝流程是：粗乙炔氣發生后經 過化學凈化，去除硫、磷等雜質，再經壓縮和干燥，充裝進 入溶解乙炔氣瓶內。

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