1、技术讲座特种气体贮运、应用、安全与特性氩、氧、氦梁国仑(化工部光明化工研究设计院 大连 116031)氩英文名称 A rgon分子式 A r1 物化性质无色、无味、无毒气体。化学性质极不活泼 , 不能形成任何化合物。氩微溶于水。分子量 39195。在 2111和 101133kPa 下气体比重 1138。沸点 - 18519 , 熔点 - 18912。气体密度 11650kg m 3 (2111 , 101133kPa)。临界 温 度 - 12213 , 临 界 压 力 4905kPa,临 界 密 度 53516kg m 3。三相点 - 19913(6819kPa)。蒸 发 潜 热 16213
2、kJ kg( - 18519 , 101133kPa )。 熔 化 潜 热2916kJ kg。 2111、 101133kPa 下 气 体 比热 C P 01532kJ ( kg ) ; CV 01314kJ (kg )。 C P CV 1167。 0时在水中的溶解度为 01056 (体积比 )。沸点下液体密度139410kg m 3。氩是一种简单的窒息剂。2 产品质量标准国家标准和企业标准指 标 名 称指 标北 京氧气厂天津华北氧气厂上 海比欧西抚 顺氧气厂四川化工总厂武 钢氧气厂国标 GB10624- 89优级品 一级品 合格品氩 (A r) % 991999 99199(液态 ) 991
3、9996 9919993 9919993 9919993 9919996 9919993 9919993 9919996 9919993 991999氮 (N 2) 10- 6 4 100 2 4 40 4 2 4 4 2 4 5氧 (O 2) 10- 6 1 15 110 1 110 1 1 2 1 1 1 2氢 (H 2) 10- 6 1 5 015 1 110 1 015 1 1 015 1 1二氧化碳 (CO 2) 10- 6 1甲烷 (CH 4) 10- 6 1水 (H 2O ) 10- 6 216 1 216 216 216 1 216 1 1 216 4总烃 (THC) 10-
4、6 (以 CH 4 计 ) 10- 6 015 1 015 1总碳 (以 CH 4 计 ) 1 1 1 015 1 2注 含量为体积比。 3 优级品、一级品、合格品与国标基本一致。首钢氧气厂高纯氩标准与国标相同。山东龙口侨丰化工厂高纯氩标准与抚顺氧气厂相同。3 用 途高纯氩在半导体工业中用作生产高纯硅和锗晶体的保护气体 ; 可用作系统清洗、屏蔽和加压用的惰性气体 ; 也可用于化学汽相淀积、溅射和退火等工艺中 ; 氩用作分析和过程色谱载气。氩被广泛用来充填弧光灯、荧光灯及电子管 ; 氩可作为焊接和切割时的惰性保护气 ;36低温与特气 1998 1氩气与二氧化碳的混合气用作焊接保护气 ,可以提高焊
5、接质量 , 需求量增长很快。在钛、钴和其它活性金属的生产中用作屏蔽气 ; 还可用于搅动熔融金属 , 以消除铸造时的气孔 ;在黑色冶金中 , 氩气用于吹炼特种钢 , 以提高钢的质量 , 特别是不锈钢制造中需消耗大量氩气。4 制 法空分提氩 , 即将液化的空气进行精馏 , 得到粗氩。粗氩被抽出后经进一步加工可得到高纯氩。5 包装及贮运包装标志不燃气体。气态氩无腐蚀性 ,呈化学惰性 , 可以贮存在按贮存压力设计的任何普通金属结构装置内。适用于液氩的金属包括 18- 8 不锈钢和其它奥氏体镍铬合金、铜、蒙乃尔、黄铜和铝。气态氩通常贮存在高压气瓶、管束和管束拖车中 ; 液氩通常贮存在设在用户现场的真空绝
6、热贮槽内。必须遵守处理非可燃气体和低温液体的安全规程。CGA 规定 , 准许用下列方法运输氩铁路气氩以气瓶或管束车装运 , 液氩以真空绝热容器或贮槽装运。公路将气氩充入气瓶 , 装在卡车里运输 , 液氩装在真空绝热容器中运输。水路气瓶装氩气可用货船、客船、载人渡船及铁路车辆渡船运输 ; 液氩也一样。空运客机上气瓶最大净重量为70kg, 在货机上可达 140kg。液氩仅允许用货机运输。气体与液体充填限应遵照有关规定执行。6 毒性和防护氩气无毒 , 是一种窒息性气体。窒息时 ,应立即将受害者移到正常大气中 , 如果已停止呼吸 , 应进行人工呼吸 (嘴对嘴 ) 并同时输氧 , 确保空气畅通无阻 ,
7、保持受害者温暖与安静 , 请医生医治。氧英文名称 O xygen分子式 O 21 物化性质氧是一种无色、无嗅、无味气体。氧能维持生命和助燃。分子量 3119988。在 2111和 101133kPa 下气体比重 (空气 = 1) 11105。沸点 - 182196 , 凝固点 - 218178。沸 点下 液 体 密度 1141kg m 3。气 体 密 度11326kg m 3 (2111 , 101133kPa)。临 界 温度 为 - 118157 , 临界压力 5043kPa, 临界密 度 43611kg m 3。 三 相 点 - 218179(011480kPa)。蒸发潜热 213kJ k
8、g; 熔化潜热13186kJ kg。在 2111 , 101133kPa 下 气体 比 热 C P 019191kJ ( kg ) ,CV 016578kJ (kg )。 C P CV 1140。在水中溶解度 010491 (体积比 ) ( 0 )。气 液比(2111和 101133kPa 下气体 , 沸点下液体 )86015 (体积比 )。液氧呈透明淡兰色。除了惰性气体外 , 其它所有元素都能与氧直接化合 , 但是不同元素发生氧化的温度不同。磷在空气中于环境温度下即能自燃 , 而贵金属在很高温度下才能氧化。氧不可燃 , 但可助燃。所有在空气中可燃的物质在氧中的燃烧会更强烈。油和油脂46 低温
9、与特气 1998 1在氧中点燃时 , 其燃烧近似于猛烈的爆炸。氧虽无毒 , 但如果人处于氧浓度高的环境中 , 会对肺和中枢神经有不良影响。氧可作为非液化气体在 13790kPa 压力下装运 , 也可作为低温液体装运。2 产品质量标准企 业 标 准指 标 名 称指 标北 京氧 气 厂天津华北氧气厂上 海比 欧 西抚 顺氧 气 厂化工部光明化工研究设计院武 钢氧 气 厂氧 (O 2) % 991995 991995(液态 ) 991995 991993 991995 991995 99199 991999 991995氩 (A r) 10- 6 5 5 5 20 5 5 2 10氮 (N 2) 1
10、0- 6 10 10 10 30 10 10 60 5 20甲烷 (CH 4) 10- 6 2 2 2 5 1 015 015二氧化碳 (CO 2) 10- 6 1 1 015 10 012 015水 (H 2O ) 10- 6 3 3 10 1 2 15 2 5一氧化碳 (CO ) 10- 6 1氢 (H 2) 10- 6 5尘埃 ( 015Lm 颗粒 L ) , 315总碳 10- 6 012 0153 用 途高纯氧用于二氧化硅的化学汽相淀积 ;作为氧化源以及产生高纯水的反应剂 ; 采用高纯氧气进行干法氧化 , 其氧化层结构致密 ,正电荷少 , 耐压程度高。对于 M O S 场效应器件 ,
11、 氧化层必须相当致密。与四氟化碳混合 ,用于等离子刻蚀。氧的主要用途源于它能维持生命和助燃性质。在医疗卫生方面应用广泛 , 可用于窒息病人的复苏、高压氧舱 , 高空和空间飞行及潜水呼吸 ; 氧与乙炔、氢和其它燃料一起用于金属切割、焊接。氧广泛用于冶金工业中 , 在高炉炼铁 , 转炉和电炉炼钢 , 连续铸钢等方面需用大量氧气。氧可用于净化和处理工业和生活污水 ; 在造纸工业中 , 以氧气取代氯用于漂白和去木质作用 ; 在有色金属加工工业中 , 氧用于炼制铅、锌、铜和镍。除上述部门外 , 氧有效地用于石油化工、机器制造、动力技术、核物理及实验技术等。4 制 法大部分商品氧都是由空分装置制造的 ,方
12、法是将空气液化并经过精馏可制取纯氧。也有采用低温全精镏法的。少量氧采用以电解氧为原料 , 经催化脱氢可制取纯度99199% 的纯氧。变压吸附和膜分离法制氧的发展速度很快。5 包装及贮运包装标志不燃气体和氧化剂。气体氧无腐蚀性 , 可以贮存在按贮存压力设计的任何普通金属结构装置内。适用于液氧的金属包括 18- 8 不锈钢和其它奥氏体铬镍合金、铜、蒙乃尔合金、黄铜和铝。管道系统和容器在通入氧气之前 , 必须小心地除去所有的油、油脂和其它可燃物。所有可燃物质 , 特别是油和油脂 , 不许与高浓度氧接触。对所有可能的着火源 , 都必须加以封闭或撤离。56低温与特气 1998 1对气氧的管理应遵守压缩气
13、体安全管理的有关条例。对液氧还必须遵守有关低温液体的安全管理条例。CGA 规定 , 氧允许按下列方式进行运输(除指明为液体外 , 其余均指氧气而言 ) 铁路运输以载重车上的气瓶和管式拖车装运。液氧装在杜瓦瓶和槽中以载重车运输。水运以客船和货船以及轮渡和铁路车辆渡船 (客运和货运 ) 上的气瓶装运。仅允许在货船中用槽车装运。空运客机上气瓶最大净重量为70kg, 在货机上可达 140kg。液氧不能采用空运。所有允许用于气氧的气瓶必须按现行法规每 5 年或 10 年重做一次水压试验以验证其合格性。6 毒性和防护氧无毒 , 但如果暴露在高浓氧中 , 对肺和中枢神经有不良影响 , 工作中应注意 , 有症
14、状时应尽早请医用药。氦英文名称 H elium分子式 H e1 物化性质无色、无臭、无味的惰性气体。分子量4100。在 2111和 101133kPa 下气体比重01138。 沸 点 - 26819。 气 体 密 度01165kg m 3 (2111 , 101133kPa)。临 界 温度 为 - 26719 , 临界压力 227kPa, 临界密度 69164kg m 3。三相点无。蒸发潜热20128kJ kg ( - 26819 , 101133kPa )。2111、 101133kPa 下 气 体 比 热 :C P 5119kJ ( kg ) ; CV 31121kJ ( kg )。 C
15、P CV 1166。 0时在水中溶解度010094 (体积比 )。在沸点和 101133kPa 下液体密度 124198kg m 3。氦不可燃 , 无毒 , 微溶于水 , 是一种简单的窒息剂。可以气态或液态形式装运。2 产品质量标准国家标准和企业标准指 标 名 称指 标威远天然气化工厂北 京氧 气 厂上 海比欧西西南化工研究院大连光明化工研究设计院武 钢氧 气 厂国标 GB4844- 84高纯氦 一级品 二级品氦 (H e) % 991995 991999 9919995 991999 99199 991999 991999 991999 9919996 9919992 991999 9919
16、95 99199氖 (N e) 10- 6 1510 410 2 4 100 4 1 3 410 15 25氢 (H 2) 10- 6 310 110 012 1 2 110 1 1 015 015 110 310 510氧 (O 2) 10- 6 310 110 015 13 13 1103 13 1 0153 13 1103 3103 5103氮 (N 2) 10- 6 1010 210 110 2 10 210 2 2 1 2 210 10 20一氧化碳 (CO ) 10- 6 110 015 011 015 1 015 015 015 110 110 1二氧化碳 (CO 2) 10-
17、6 110 015 011 015 1 015 015 015 110 110 1甲烷 (CH4) 10- 6 110 015 012 015 1 015 015 015 014 1 015 110 110 1水 (H 2O ) 10- 6 - 60 - 69 - 76 216 216 310 3 3 1 2 310 10 153 包括氩含量。首钢氧气厂高纯氦、纯氦标准与国标相同 ; 1 : 总量以甲烷计。3 用 途在半导体工业中 , 用于生成锗和硅晶体的保护气 ; 某些混合气的底气 ; 清洗、屏蔽和加压系统的惰性气体 ; 气相色谱载气 ; 在生产像钛和锆那样的活性金属时作为保护气氛 ; 电弧
18、焊接的保护气 ; 充氦飞船 ; 在原子反应堆中作为气体冷却介质 ; 充填于在寒冷66 低温与特气 1998 1气候中使用的荧光灯管 ; 充填中子和气体温度计 ; 氦质谱检漏仪 ; 与氧气混合用于医疗 ;核磁共振扫描仪单机液氦用量为 400L a; 在航天技术上 , 液氢加注系统的真空管路、贮罐、槽车以及火箭贮箱中的空气必须首先用高纯氮气置换 , 合格后用高纯氦气置换 , 分析合格后用高纯氦密封 ; 用作卫星和火箭的挤压气源及姿控发动机用气源 ; 氦制冷机。将来 , 氦主要用于低温技术 , 在同步加速器和回转加速器的研究与开发中 , 氦用量将增加。4 制 法从天然气中提氦四川威远天然气化工厂采用
19、将天然气先经催化加氧脱氢 , 采用带膨胀机的制冷循环 , 变压冷凝吸附制取高纯氦。空分装置提氦将空分厂浓度为 90%的氖氦混合气 , 在常压液氮温度下经活性炭吸附除氮 , 可得到浓度大于 9919% 的纯氖氦混合气 , 经氖氦分离器分离 , 得到 9919% 的粗氦产品及大于 98% 的粗氖产品。粗氦经氧化铜炉除氢 , 再经低温高压吸附 (椰壳活性炭 ) 除氖 , 即可获得纯度为 991999% 的高纯氦。也可从合成氨尾气中提氦。5 包装及贮运包装标志不燃气体。氦气无腐蚀性 , 呈化学惰性 , 因此可以充装在按工作压力设计的任何普通金属制的容器中。适用于液氦的材质有 18- 8 不锈钢 , 其
20、它奥氏体镍铬合金、铜、蒙乃尔、黄铜和铝。氦气可贮存在高压气瓶或管束拖车中 ;液氦可用液氦杜瓦容器或液氦贮槽装运。液氦用户必须采用专门的防护措施。由于它极冷 , 氧气会冷凝在液氦所通过的绝热不良的管道上 , 因此 , 不允许液氦接触空气 , 必须装备安全装置以防空气倒流入液氦设备中。空气的倒流和由凝固造成的堵塞 , 会导致严重的危害。同样 , 如果有空气进入并阻塞了氦容器出口 , 则会造成危险 , 所以应定期检查以确保出口清洁。CGA 规定 , 气氦和液氦可采用铁路、公路和水路运输。对于空运 , 规定客机可以装运的每个气瓶的净重量 70kg, 货机可达140kg; 液氦可用货机运输。在气瓶和管束
21、拖车中 , 其最大充填极限为标记在气瓶或管束上的在 2111时的使用压力。被批准用于装运氦气的气瓶 , 每 5 年或 10 年必须重作水压试验以验证其是否合格。6 毒性和防护氦是无毒的 , 但它可以通过置换空气中的氧而构成窒息的危险 , 较长时间吸入含氧小于 10% 的空气可导致脑组织损伤或死亡 ,最初的症状包括恶心、呕吐和哮喘 , 暴露在这样的大气中的人不能自救或呼救 ; 吸入纯氦气会立即失去知觉并且几乎立即死亡。在大量使用气态氦或液氦时 , 应在通风良好的地方进行 , 以避免形成缺氧空气。发生窒息时 , 应将受害者转移到通风良好的地方 , 如果失去知觉或停止呼吸 , 应进行人工呼吸并同时供氧 , 保持受害者温暖和安静 , 请医用药。进行营救工作的人员必须注意尽量减少自身的危险 , 救护者应戴上合适的呼吸器再进入缺氧区 , 否则 , 其自身也会受到伤害。发生冷烧伤和冻伤时 , 应立即请医用药 ,用大量温水冲洗患处 , 解开可限制血液循环的所有衣服 , 将受害者移到暖和处。解冻时需要吗啡或其它烈性镇痛药以抑制解冻时的疼痛并需在职业药剂师监督下进行 , 治疗后应使用强直性痉挛助力器。76低温与特气 1998 1
