1、工业气体在国民经济中的应用知识序言工业气体是指氧、氮、氩、氖、氦、氪、氙、氢、二氧化碳、乙炔、天然气等。由于这些气体具有固有的物理和化学特性，因此在国民经济中占有举足轻重的地位，推广应用速度非常快，几乎渗透到各行各业。工业气体用量最多的传统产业有：炼钢、炼铁、有色金属冶炼、化肥生产、乙稀、丙稀、聚氯乙稀、人造纤维、合成纤维、硅胶橡制品、电缆和合成革等石油化学工业、机械工业中的焊接，金属热处理、氦扦漏等，浮法玻璃生产等。由于这些传统产业在近几年发展迅速，工业气体的用量也达到高峰。工业气体用量正在掘起的产业有：煤矿灭火、石油开采、煤气化和煤液化，玻璃熔化炉、水泥生产窑、耐火材料生产窑，砖瓦窑等工业
2、炉窑、食品速冻，食品气调包装、啤酒保鲜、光学、国防工业中的燃料、超导材料生产、电子、半导体、光纤生产、农业、畜牧业、鱼业、废水处理、漂白纸浆、垃圾焚烧、粉碎废旧轮胎等环保产业、建筑、气象、文化、文物保护、体育运动、公安破案、医疗保健产业中的冷刀、重危病人吸氧、高压氧冶疗、人体器管低温冷藏、麻醉技术及氧吧等。工业气体应用正在试验中的产业有：固体氮生产，燃料电池生产，磁性材料生产，超细加工，天然气发电，压缩天然气汽车，氢能汽车生产等。工业气体用量较多的产业，如钢铁、化肥、化工、玻璃及化纤行业均自建气体生产设备，实行自产自销的企业经营方针，一些工业气体用量较少的产业，主要依靠市场购买工业气体。因此工
3、业气体的液体市场正在掘起，应用领域也越来越广泛，如 1999 年美国液氧和液氮市场，按行业分，各行业的占有比例如下：液氧市场：机械 16%、金属 14%、保健 13%、电子 12%、焊接 10%、运输 10%、化工9%、玻璃 5%、运输服务 2%、造纸 1%、实验室 1%、其他 7%。液氮市场：化工 22%、食品 20%、电子 16%、机械 7%、金属 6%、油气 5%、石油 4%、运输 4%、橡胶 3%、实验室 3%、制造 2%、其他 8%。我国的江苏、上海和马鞍山有丰富的液态工业气体资源。每年可提供约 90 万吨的液体产品供市场需要。河北省每年也可提供 30 万吨的液体产品满足市场需要。钢
4、铁工业中的应用吹氧炼钢：吹氧炼钢，已为各国普遍采用，成为钢铁工业飞跃发展的一条重要途径。吹氧炼钢的主要方式有：转炉纯氧顶吹或底吹炼钢、电孤炉炼钢和平炉炼钢。转炉炼钢每吨钢耗氧 5060m3；电孤炉炼钢每吨钢耗氧 1025m3；平炉炼钢每吨钢耗耗氧2040m3。1993 年世界各国或地区各种炼钢法所占的比例（%） ，其中中国：转炉钢是63.8%（美国为 61.8%，日本为 68.8%，卢森堡为 100%，奥地利为 90.1%） 、电弧炉钢为21.8%（美国为 38.2%，日本为 31.2%，奥地利为 9.9%） 、平炉钢为 14.2%（美、日、奥均为0） 、其他钢为 0.2%（美、日、奥均为 0
5、） 。世界：转炉 59.4%，电弧炉 31.0%，平炉 9.6%，其他 0.1%。进入 90 年代，电炉短流程技术在世界蓬勃发展。现代化大型电炉采用了各种强化供氧技术，提高生产效率和降低电耗。和 30 年前相比，电炉的冶炼周期从 210min 降低到 55min，冶炼电耗从 650kWh/t 降低到 350kWh/t，而氧气的用量从 8m3/t 增加到3560m3/t。炼钢用氧要求氧气纯度达到 99.6%，避免钢水吸氧，一般要求总管压力大于2MPa，工作压力大于 1.2MPa，气体要求清洁，无水无油。此外，轧钢每吨钢耗氧 36m3、钢材加工、连铸坯火焰切割，火焰清除、炉衬火焰每吨钢耗氧 11.
6、414.2m3。高炉富氧喷煤炼铁：高炉富氧喷煤炼铁可提高利用系数和降低焦比。1991 年 3 月 12至 5 月 24 日，首钢公司在 1 号高炉进行了高富氧大喷煤试验，最高富氧率达 5.5%，鼓风中每富氧 1%，可增产 2.5%3.0%，试验期 55 天，共增产生铁 1.17 万吨；每富氧 1%，可提高煤气热值 1.28%2.00%，相当于使用风温升高 3279。鞍钢 2 号高炉富氧喷煤冶炼试验（1992 年 3 月1993 年 3 月） ，氧气由鞍钢氧气厂提供，气量 1000012000m3/h，纯度 99.5%，压力 1.21.6MPa（进入高炉冷风前减压至 0.6MPa） 。为安全，系
7、统安装了氮和均压设施，冶炼结果，富氧鼓风以后，平均每富氧 1%，可增产2.27%，温度升高 35，吨铁成本降低 6.91 元。1993 年 12 月 1415 日，冶金部科技司组织鉴定，当富氧到 24.71%时，喷煤量达到 161kg/t，入炉焦比降到 407kg/t，综合焦比降到 536kg/t。熔融还原炼铁：21 世纪，对钢铁工业发展的基本要求是消除环境污染。为根本改变钢铁工业的污染现状，许多发达国家纷纷投入巨资开发熔融还原炼铁技术。熔融还原采用纯氧燃烧煤，代替焦炭炼铁。同时，产生大量高热值洁净煤气，作为能源输出。韩国浦项钢铁公司已向奥钢联订购一套年产 6070 万吨铁水的 COREX 熔
8、融还原炉装置（C2000 型，日产 2000 吨铁） ，已于 1995 年 12 月投产。与传统的高炉工艺路线相比，COREX 设备铁水成本降低 30%，SO2 发散量减少 94%，NOx 减少 78%，灰尘减少 97%。宁波北仑钢厂，也用熔融还原炼铁法，拟采用 2 套 C2000 型 COREX 装置，炼铁复吹转炉薄板坯连铸轧冷连轧全部流程，总投资 126 亿元。年设计产钢 160 万吨。据概算，若采用球团矿方案，需配 62000m3/h 空分设备两套；如为块矿方案，需配 71000m3/h空分设备两套。技术指标：氧耗 580m3/t 铁，2600 型竖炉需氮气 700m3/t 铁。高炉富氧
9、炼铁用氧，对氧纯度要求可放低到 9295。全氧高炉炼铁：前苏联莫斯科钢铁研究总所，1033m3 高炉上进行 100%使用氧气试验，将煤气在热风炉蓄热室预热，然后代替通常的热风吹入高炉，接着在每个风口喷入氧气。这一工艺在 19851990 年间试验了 12 次，生产铁水25 万吨。在一次试验中，焦比达 3677kg/t 铁水，用氧 2517kg/t 铁水，日产含 2.2%Si 的铁水 1700 吨。氮气在钢铁厂的应用：主要是用作保护气，如轧钢、镀锌、镀铬、热处理（尤为薄钢片）连续铸造等都要用氮气作保护气，而且氮气纯度要求 99.99%以上。氩的化学情性被用于特种金属的冶炼：锂、铍、铀、钚、钍、钛
10、、锆、铪、铌、钽等原子核及空间工业方面所需的稀有金属进行还原反应时，要用氩气作环境气体。半导体材料硅、锗的精炼和单晶的制备过程中，也要用氩气作环境气体，以保护结晶成长。炼钢过程也要用氩：如向熔融的钢水中吹入氩气，使成份均匀，钢液净化，并可除掉溶解在钢水中的氢、氧、氮等杂质，提高钢坯质量。吹氩还可以取消还原期，缩短冶炼时间，提高产量，节约电能等。氩气吹炼和保护是提高钢材质量的重要途径，我国已有不少钢厂采用。据介绍，氩气耗量为 13m3 吨钢。氧、氮、氩是炼钢企业不可缺少的工业气体，据天津钢管公司介绍，公司自产二次能源消耗为：氧气年耗量 2046m3，其中电炉工艺用氧约占 79.2%,连铸切割用氧
11、约占 6.1%,废钢切割用氧约占 5.9%,其它用氧约占 8.8%；氮气年耗量 2141 万 m3，其中直接还原铁保护用氮约 80.2%,冶炼工艺用氮约 15.3%,石灰窑和动力用氮约 4.5%；氩气年耗量 29.4 万 m3,全部用于炼钢,其中冶炼用氩 61.8%,连铸用氩 38.2%。据报导，目前炼铁、炼钢、轧钢的综合氧耗已达 100140m3/t，氮耗 80120m3/t，氩耗 34m3/t。炉外精炼：炼钢、连铸生产企业面临的首要任务是提高钢的质量，扩大品种，而炉外精炼工艺则是关键，尤其是对生产高级别钢种和高附加值产品及提高其竞争力具有重要作用。钢液的炉外精炼是把一般炼钢中要完成的精炼任
12、务，如脱硫、脱氧、除气、去除非金属夹杂物、调整钢的万分和钢液温度等，移到炉外的“钢包”或者专用的容器中进行。炉外精炼工艺与工业气体的使用密切相关，一般可分为真空精炼法和非真空精炼法。真空精炼法包括：（1）真空吹氩法（2）真空吹氧脱碳精炼法（3）强搅拌真空吹氧脱碳精炼法（4）转炉真空吹氧脱碳法非真空精炼法包括：（1）氩氧炉脱碳精炼法（2）气氧炉脱碳精炼法（3）钢包吹氩法（4）密封吹氩法（5）带盖钢包吹氩法富氧在有色全属熔炼工业上的应用富氧炼铜:日本玉野冶炼厂,从 1981 年开始吹氧炼铜,使生产力提高 30%以上,美国英伦西冶炼厂,1982 年开始进行吹氧炼铜,使燃料节省 50%。美国 Wotr
13、erine 铜冶炼厂，采用 29%富氧，节约燃料 30%。我国安徽铜陵第二冶炼厂在 10.5m3 密闭鼓风炉上改用 28%的富氧空气。床能率提高 45%。日本点岛冶炼厂，1991 年投运 23 万 t/d 阳极铜炉，建有 8650m3/h 空分设备，国内最大的炼铜基地江西贵溪冶炼厂，为将日本往友的闪速炉改为富氧熔炼。内蒙包关铜厂，使氧含量提高量 28%，没有排放，二氧化碳浓度增高，每天提高铜产量1130 吨，硫酸成本降低 30%。富氧炼铅：澳大利亚 MTM 公司建一座 ISA 法炼铅厂，1991 年 12 月投产，规模为年产铅 6 万吨，采用富氧空气熔炼，27%O2，流量 7.1m3/s，压力
14、 135kPa。再 ISA 法炼铜厂，1992 年投产一座 18 万 t/a 铜炉，配一套 525t/d（约 15400m3/h）制氧机。我国甘肃白银西北铅锌冶炼厂，将在铅锌冶炼中应用氧气。富氧炼白银：甘肃白银有色金属公司冶炼厂，在白银炉上采用富氧熔炼，使日处理炉科量增加了 56%。富氧炼铝：日本三井氧化铝制造公司试验高炉炼铝技术，始于 1975 年，到 1980 年已在实验室制得纯度 99.9%的高纯铝，1981 年 11 月 20 日获准日本专利。高炉炼铝所用的热风，最好用纯氧，也可使用富氧空气，即在空气中加入 4%以上的氧。富氧空气经热风炉预热，从高炉下部第一风口喷入。到 1984 年，
15、已完成 1m3 实验炉和喷吹能力为每小时喷吹240 公斤粉煤以及每小时可将 100m3 氧气预热到 500的预热设备。计划 1987 年达到半工业性设备的生产。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。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
16、米 3/吨氨左右。有了合成氨这个原料气，就可以制造各种肥料，1 吨合成氨可生产硝铵 22.2 吨，硫铵 3.84 吨，尿素 1.51.7 吨。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） 。如以粉媒气化，每吨合成氨耗氧500900m3；如以重油气化，每吨合成氨耗氧 250700m3；以渣油气化，每吨合成氨耗氧850940m3；石灰氮是一种化学氮肥，1 吨石灰氮要消耗氮气 300500m3，现石灰搂主要制双氰胺，硫脲和氰熔体等化工产品。大化肥装置一定要配置大型空分设备，如山西省化肥厂，年产 30 万吨合成氨，有一套法国 20000m3
17、/h 空分设备，其鲁奇炉加压气化需要 19780m3/h、90%O2；液氮洗涤要29681m3/h、2ppmO2 的高纯氮，以及 750m3/h 的液氮。南京化学工业有限公司每年生产 30万吨合成氨装置和 52 万吨尿素装置，配置能力为 4 万立方米/时的空分设备。在化学工业中的应用化学工业与化肥工业及石油化工、石油化纤工业，对氮的需求量都大。苏联 63.7%的氮气用于化学与化肥工业上，在氮、尿素、已内酰胺、乙烯、丙烯、聚氯乙烯、人造纤维、合成纤维、硅橡胶制品、电缆合成革等生产中，氮作为工艺气体已广泛应用与研究开拓。特别是乙烯装置在石油化工中具有特殊重要的地位。我国乙烯工业经近 30 年的发展
18、，已初具规模。1993 年全国乙烯产量 203 万吨，预计 2000 年我国乙烯的需要量将超过 500 万吨，2010 年将达到 8001000 万吨。现国外乙烯装置是向大型化发展，新建装置规模多数在3070 万吨/年。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。天津石油化工公司化工厂，1985 年 9 月投产一套3000 米 3/时高纯氮装置。林产
19、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。BOC 公司的 Afrox 公司与固特异轮胎公司签订了十年的供氮合同，其价值超过 500 万美元。Afrox 公司将提供三台 Cryostar 低温泵，三只 35000 升贮槽以及相关控制板和氮，它们将用于橡胶成型和硫化作业上。这次用改进的新型低温泵和相关设备取代现有的系统，从而使固特异公司生产的产品质量和产量登上新的台价。在机械工业中的应用金属的切割和焊接:氢一氧焰、氧一乙炔焰在机械工厂中对板材、容器的切割、焊接。氧一丙烷焰切割可提高切割面的光洁度。代
20、替了部分零件的铸、锻、铣、创。利用氩的惰性，在电孤焊时用氩作保护气体，可防止被空气氧化、氮化、钛、钼及合金和不锈钢等。金属热处理：氮是一种中性气体。在非活化状态下，氮可用作保护加热，防止钢铁的氧化、脱碳，因而广泛地用于光亮淬火、光亮退火、光亮回火等热处理工艺中。在真空热处理时，氮气常作为冷却介质使用；充氮加压油淬时，氮气既可保护真空炉的电热元件，又可通过调节氮气压力，提高钢件的淬硬性。在一定电压和低真空状态下，氮会电离，可进行离子渗氮和离子氮碳共渗。在渗碳、渗氮时，常用氮气进行炉内吹洗、排气，炉门的气帘密封，渗碳后的防氧化冷却；在停气断电时，将氮气送入炉内，可防止炉气爆炸，保证安全操作。氮基气
21、氛处理具有节省能源、气源丰富、安全经济、适应性广等优点。业已表明，它已能稳定地用于退火、淬火、渗碳、渗氮等多种热处理工序。为制造出高质量的欧元硬币，制造工艺中所用的钢合金硬币冲模必须经过特别的热处理。欧元硬币凸冲模在纯氮气氛下退火的制造工艺：首先需将冲模放在一个真空炉中进行退火，退火过程中就使用到了奥地利梅塞尔提供的纯氮气作为保护气体，然后再将冲模放在一个淬火槽中冷却。为使冲模具有特别高的搞磨损性并确保其尺寸的稳定性，接下来的一道工序就是将冲模放入一个冷却室中进行附加低温处理。在冷却室，有控制地喷射液氮，冲模的温度可降至-80。此时，模由奥氏体组织转变成稳定的马氏体组织。浙江万向钱潮股份公司是
22、一家生产汽车配件万向节的企业，热处理生产过程中需用大量的氮气，为此，宁波梅塞尔阳光气体公司向万向钱潮供气液氮。容器内有害气体的置换：对容器进行置换是将容器内的有害气体或蒸汽去除掉，主要方法是导入惰性气体，去置换容器内的有害气体，如：氧、水分、氢、苯、一氧化碳、丙烯、丙酮、液化天然气等易燃、易爆气体，以降低容器内的有害介质浓度，将其控制在安全的范围内。通过对容器的置换，达到防火、防爆、防腐的目的及使容器内的氧含量或水分降低到安全水平。机械另件之间的固定：机械零件装配常采用过盈配合，这种过盈配合采用打入、压力、红套等方法去完成，这些方法对某些零碎来说受到一定限制。实践证明，利用低温冷缩方法进行过盈
23、配合容易获得成功。钴炉化学清洗：钴炉在采用氢氟酸清洗和氨洗结果排除废液时，用充入氮气式顶排可以得到较好漂洗耳恭听效果，为防止钴炉内腔产生二次锈蚀。金属、工具低温处理：金属的低温处理，液氮又是一个极妙的应用，它能使残余的奥氏体组织，迅速转变为坚硬、致密而稳定的马氏体组织，能提高金属零件与刀具耐用度0.51.5 度。七十年代初期，美国材料改进公司就成功地采用低温处理技术，使工具钢冲模的使用寿命从 4 万次提高到 25 万次。处理刀具，将工件在 6060300 厘米的冷箱内冷却（温度为-320F，即-196） ，并在此温度下保持 30 小时，再用 24 小时左右的时间升至室温，然后用 20 分钟时间
24、加热到回火温度 300F（149） 。经低温处理的钢钻头，寿命可从钻 350 个孔提高到 9001200 个孔。低温处理，国外已广泛应用于轧辊、火车车轮、切削刀具等方面。并具有很大的经济意义。在浮法玻璃生产中的应用我们知道,锡槽在浮法玻璃生产中是玻璃成型的关键热工设备,因为玻璃液是在熔融的锡液表面摊薄或堆厚成各种厚度的产品的。所以，锡槽工况的好坏对玻璃的质量、产量都起到至关重要的作用。而氮基气氛既是锡槽的惰性保护气，又是还原气，它对锡槽的正常运行工况起着决定性的作用。对锡槽内输送氮气时，必须要求连续、稳定，尽量少含氧含量。一旦供气产生波动（或供气中断）都将使得外界的氧分大量渗入锡槽内部，引起锡
25、氧化，生成的氧化锡和氧化亚锡大量挥发，造成锡槽内一片混浊，生产无法进行。我国现有浮法玻璃生产线约 70 条，每条生产线的氮气需求量约为 1500m3/h。所配置的空分设备大部分为低压返流膨胀的单塔流程，每套设备正常运行时的供气量为8001600m3/h N2。利用浮法生产线上的过剩氧气或富氧空气，在玻璃熔窑内推广富氧燃烧新工艺，是一种节能降耗、减少环境污染的有效途径。迄今，国内已有 40 余条浮法玻璃生产线在运行（尚有一部分浮法生产线正在建设之中）。倘若将已投运的浮法生产线中的氧气或富氧空气加以回收，每年至少可回收纯氧 11563万立方米。若将这部分氧全部添加到窑炉内助燃的话，仅从节能这一项讲
26、就可节省燃料17103.2 吨/年（折合标煤） ，这里还没包括减少排烟量所节省的能耗。另外，采用富氧燃烧可提高火焰温度，改善燃烧状况，减少烟道污染，所以说它具有良好的企业效益和社会效益。由此可见，富氧燃烧工艺具有投资少、效益高，安全可靠，性能稳定等特点，值得在浮法玻璃生产线上推广应用。在石油开采领域中的应用氮气，国外已作为强化采油气体。美国太阳石油公司原注天然气，如停注最多只能再生产一年；后采用注氮，可再持续生产 20 年。美国七十年代开始用含氮气 85%以上和含二氧化碳 15%以下的烟道气进行提高油田采收率研究和工业试验。至八十年代中期，日注氮气量总计达到 1500 万米 3（每年 50 亿
27、米 3 以上） 。1986 年，美国用氮气驱油的油田增加28.6%。1987 年 5 月，美国德士古公司获准在埋藏 41 砂层的区块上进行注氮作业，在进行的三个注氮周期中，在每一个周期内，15 天注氮 110 万米 3。由于注氮成功，该区块获增产原油约 0.88 万吨。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 2060兆帕。1985 年 5 月 4 日，我国首次氮气泡沫压裂在辽河油田施工成功，标志着我国氮气泡沫压裂工艺技术已向国际先进水平起步。施工中，氮气排量每分钟为 540 米 3，累计用氮气量 19879 米 3，液氮量 28.56 米 3。施工新用设
28、备中，有液氮泵车 4 台、45 米 3 贮液罐 2个、液氮罐车 1 台。施工结束后反排顺利，日产油从压前 4 吨增加到压后的 13 吨。中原油田、大庆油田在压裂增产中，也应用了挤入液氮助排的方法。从 1997 年起，天津梅塞尔分别向辽河、江汉、胜利三大油田提供了六套油田现场制氮注氮装置，用于三次采油来提前采收率，经几年运行均取得可喜成果。2000 年，天津梅塞尔生产的车载式制氮注氮装置 NPU-600/25EF-L 成功地应用于滇黔贵油田云南云参 1 号欠平衡钻井，这是中国首次在油田欠平衡钻井中使用现场制氮注氮装置。这个具有 90 年代国际先进水平的欠平衡氮气泡沫钻井技术，是天津梅塞尔与胜利油
29、田钻井工艺研究所共同开发的。2000 年底，天津梅塞尔与中国石油天然气总公司四川石油管理局签订合同，为其承包伊朗石油钻井提供一套“欠平衡空气泡钻井系统装置” ，制气能力 7200m3/h（标态） ，注气压力 150MPa、柴油机驱动、车载撬装式、合同金额达 180 万美元，使天津梅塞尔的这一技术第一次走出国门。2000 年期，天津梅塞尔与江汉油田签约，提供两套油田现场制氮装置，型号为NPU600/25EF-L，600m3/h N2、25MPa 带泡沫剂注入系统，电驱动，车载撬装式，总合同金额达 100 美元。是年，天津梅塞尔又与辽河、胜利油田分别签约，提供三套“油田现场制氮装置” ，制氮能力
30、800m3/h 、25MPa 带泡沫注入系统、柴油机驱动、车载撬装式。2001 年 12 月 21 日，四川梅塞尔与新疆阜康市淮东尤龙公司签订了氮气供应协议既油田氮项目合作意向书。根据协议，自 200 年 4 月 1 日起，四川梅塞尔将为新疆大油田提供流量为 600m3/h、纯度为 95% N2 的移动式制氮设备及专业技术服务，以辅助大油田的开采。在煤气化和煤液化工业上的应用煤气化工业:煤气化工业的发展,对我国化肥、煤化工、冶金、城市煤气、建材等产业的技术升级，节能降耗和污染冶炼具有十分重要意思。符合国家产为政策和可持续发展战略要求，市场前景极为广阔。地上式地下的煤气化工业将成为氧气的大用户。
31、利用德士古合成煤气制造甲醇，已成为当前煤化工的重点，这是因为它以煤为原料比用石油作原料成本低，并且甲醇用途越来越广。估计德士古煤气化化工工业在我国将会大量发展。而制造 1m3 德士古合成煤气需耗氧大约在 0.370.43m3，一台 27906989mm 德士古煤气化炉，每天可气化 500t 煤，生产 90 万 m3 合成煤气，每小时大约需耗氧15000m310%左右，抚顺恩德机械有限公司 40000m3/h 恩德粉煤气化装置正式在我国氮肥行业合成气生产中得到推广应用，与黑化集团签约。40000m3/h 恩德粉煤气化装置的使用，将为黑化集团利用附近粉煤资源，降低合成氨成本和改善环境带来很好的经济
32、效益和社会效益。据了解，恩德粉煤流化气化技术生产氨和甲醇的合成气在朝鲜已有 30 多年的经验。我国的吉林和兰州也有 10 余年生产经验，该技术的成熟、可靠已被行业内认可。根据合同约定，该炉正常产量为 40000m3/h，CO+H268%,炭的利用率为 92%，每千立方米煤气消耗实物煤 570590 千克，消耗氧气 190210 立方米。每年连续运转 8000 小时，吨合成氨气化置投资为 330 元左右。灰熔聚流化床粉煤气化技术在陕西秦晋煤气化工程已获得成功。灰熔聚流化床粉煤气化技术是我国自主开发的洁净煤气化技术，它借助气剂空气（氧气或富氧）和蒸气的吹入，使床层中的煤粒沸腾起来，在燃烧产生的高温
33、条件下使两相充分混合接触，发生煤的热解和碳还原反应，最终达到煤的安全气化。煤液化工业：我国是以煤为主要能源的国家，能源结构中煤炭约占 70%，按目前储量和开采量推算，至少还可开采 100 年。而我国石油和天然气资源相对不足，而我国探明储量，2000 年为3.3 亿 t，天然气 1.37104 亿 m3。2000 年我国石油消费量已达到 2.6 亿 t。据专家提出，21 世纪煤液化技术是我国能源发展方向。目前，用煤合成油有间接（热裂解或催化加氢）和直接（煤气化）液化两种方法。现在世界上煤液化生产合成石油的路线主要是通过煤气化生产合成气，然后再合成油。美国联炭公司也研究指出，从煤生产合成燃料的转化
34、过程中使用 95%98%的中纯氧，可节能 3%8.5%。在煤的气化过程中，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 1020 套并联安装的 5840073000m3/h 制氧机。当今世界上只有南非一家公司拥有煤转化实际生产技术，就是南非煤油气公司SASDC，因为大量用氧，建有号称世界第一的特大制氧站，有 66900m3/h 制氧机 12 套，74000m3/h 制氧
35、机 1 套，总产氧量 87.7 万 m3/h。全为法国液化空气公司提供：第一期工程，1977 年供“66900”六套；第二期工程，1979 年供“66900”五套；1981 年又供“66900”一套，其氧、氮产量和纯度均为：氧 66900m3/h、98.5%O2；氮 21600m3/h、10010-6O2。后又上 74000m3/h 制氧机一套。2002 年 3 月，法液空又与南非 SASDC 签约，提供一套 3550 吨/天的制氧机（103660m3/h） ，那则是法液空将要制造的最大的制氧机了，也是世界上最大的制氧机了。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
36、10t/h） ，其中氧气耗量为：水煤浆加压气化（常规型炉）为 9264m3/h（标志下同） ；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。第一期投资 162.98 亿元，2004 年建成。我国已启动“煤变油”项目，这就将给我们空分设备行业带来一个新的大市场，应引起我们行业的关注。富氧在炉窑节能减少废气排放技术上的应用富氧燃烧节能技术：富氧燃烧，是一个节能很大的开发领域，是近代燃烧技术节能的热点之一，特别应用于炉窑烧成，其原理是加热助燃，每增加氧含量
37、45%，火焰温度可升高 200300，使燃烧效率提高。如冲天炉熔化实行富氧送风，鼓风中富氧 1%，铁水熔化速度可提高约 8%；富氧 24%，熔化速度可提高 20%以上，吹氧以直接吹入效果较好。1983年美国有 200 家以上的铸造厂，采用富氧送风。再如锻造加热炉采用 2325%的富氧空气助燃，可节省燃料 25%。石灰需若采用 23%的富氧空气鼓风，新能增中能力大约 25%。美国的宾夕半尼亚珍珠岩厂和美国 Airco 气体工业公司开发的富氧系统，使珍珠岩的产量提高 18%，并节省天然气用量 12%。在电力工业中，一个日发电量为 720 万千瓦小时的热电厂，如果采用富氧助燃，则每天可以节约标准煤约
38、为 558 吨。其它如玻璃熔化炉、水泥生产窑、耐火材料生产窑、砖瓦窑以及其它各种工业炉窑，都能应用富氧助燃而获得明显的节能效果。据报道，以富氧空气取代传统的空气鼓风，如将进锅炉内气体含氧量提高 4%5%，一台 10t/h 以上锅炉，一年可节煤约 1000t。减少铜平炉排放物：仍含铜的渣滓与铜碎片在焦炭平炉中，通常会减少黑铜熔化。当加碳块，可使热顶气体来点燃已冷却的部分燃烧的 CO。由于可能超出德国空气质量限制，而且二氧（杂）芑（二恶英，Dioxin）和呋喃（Furan）水平及 CO 浓度将提高，而且在下一加料前的新加入材料仅能加温，从而使二次燃烧不想出现情况将常发生。因此，必须使用氧气燃烧。污
39、染土壤的热处理：对污染土壤进行焚烧处理时，氧气已长期使用在转炉和二次燃烧以提高燃烧速度，许多这样工艺已使用在转炉，使燃烧气体与产品流反方向流动，氧枪使火焰稳定并使污染土壤处于氧气下。炭黑生产节能降耗：四川开江县化工厂 1500 吨/年天然气半补强炭黑生产装置生产炭黑，用富氧空气（正常为 33.5%O2） ，需消耗氧气 897m3/h，1988 年建一套 300m3/h 制氧机，1990 年又建一套“300”。用富氧工艺传统工艺相比，年节约天然气 245.4m3,且炭黑尾气可副产合成氨 3357吨/年。硫磺装置富氧工艺：沧州煤油厂 5000t/a 硫磺回收装置富氧工艺已正式投运成功。以往硫磺尾气
40、被迫送入火炬白白烧掉，现不烧，且处理酸性气的能力可提高 20%左右，每年可多产硫磺 1500t，仅此一项可增效 80 多万元。这次改造投资 180 万元。采用低浓度富氧工艺，主要通过在空分装置上增设一台氧压机，在硫磺装置上增设富氧缓冲罐及富氧空气压力控制、流量控制两个仪表回路来实现。控制方案采用上游空分装置放空的氧含量不 33.5%的富氧空气与氧含量为 21%的压强空气混合成 28%的富氧空气，引入硫磺装置作氧化剂，以减少惰性气体氮气的引入，提高酸性气体的处理能力。投运后，设备运行一切正常。不仅把剩余的酸性气体全部“消化”掉，而且为彻底消灭火炬提供了有力的保证。在食品贮存中的应用液氮超速冻食品
41、:用液氮深冷急冻技术冻结贮存,水产品,可达到国家一级鲜度标准,急冻后在-32下储运。可保持 6 个月以上干耗小于 1%，品质仍如如新鲜。如速冻治对虾，液氮消耗量，约为 2.0kg 液氮/1kg 对虾。日本液氮年产量达 45 万吨，大部分用于速冻食品，西欧国家液氮量的 1/3 用于食品速冻。干食品的气调包装：对于自然干燥或经人工干燥的花生、茶叶、奶粉、土豆片、紫菜等食品，通过真空充氮99.9%99.99%（V/V）将氧气含量控制在 50010-6（V/V）以下，防止食品氧化而变色、变质、变味。熟食制品的气调包装：这类包装主要抑制氧化作用和阻止细菌、微生物、霉菌的生长繁殖，防止食品的霉变。在气调包
42、装中充注食品级二氧化碳，通常配气比为 40%60%。鱼肉类及果蔬的气调包装：这类食品不但要防止腐烂变质，同时还要保持新鲜感。微生物、细菌在这类食品中极易生长毓，厌氧和喜氧微生物同时存在，因此需要配比一定比例组分的混合气，如鲜肉气调包装，用二氧化碳抑制微生物细菌的生长和繁衍，用氧来保持鲜肉色泽并抑制厌氧微生物的生长，配制的混合气二氧化碳占 20%35（V/V） ，氧占 40%70%（V/V） 。海鲜水产品含有大量厌氧微生物，因此在气调包装中气体混合比为氧占 60%80%（V/V） ，二氧化碳占20%（V/V） 。果蔬的气调保鲜最为复杂，因为新鲜收获的水果、蔬菜仍保持内部的生命机制，还处在呼吸阶段
43、，因此呼吸作用越强，保存时间越短，也最容易腐烂变质，为此必须控制配制一定比例的混合气和适当的贮藏温度来控制果蔬的呼吸强度，如柑橘气调包装控制混俣气比例为氧占 12.5%17.5%(V/V)，二氧化碳占 1.35%3.65%(V/V)，就能抑制其呼吸强度。实践证明，腐果率可由 7.63%下降到 2.32%。蛋类气调包装：二氧化碳对禽蛋类的保鲜十分有效，其因是久放的禽蛋，在其内部二氧化碳通过蛋壳上的微孔逐渐释放，造成蛋中 pH 值增大，使蛋白缩合成水样蛋白。将 30%70%（V/V）二氧化碳气调包装禽蛋 610h，二氧化碳通过蛋壳上的微孔渗入蛋内，能够延缓形成水样蛋白的速度，可达到保鲜目的。氮气灌
44、装啤酒：在啤酒的贮存过程中，中性的氮气可以比酸性的二氧化碳更好地保持啤酒的理化指标；使用液氮比使用二氧化碳可降低生产成本 30%。2002 年，昆明华狮啤酒厂已全面试用昆明梅塞尔的液氮。华狮厂工作人员反映，液氮供气系统安全稳定，且操作方便，使用氮气灌装的啤酒泡沫更加丰富、洁白，且细腻，挂杯率增加，泡沫消失的速度减缓，增加了华狮啤酒厂产品的市场竞争力。得益于普莱克斯的一项新技术，全世界的啤酒酿造商在不久的将来有望生产出一种口感更佳的啤酒。该项称为氮蒸馏的技术可使啤酒味道更加爽口，颜色更清晰，贮藏时间更长。普莱克斯在美国波尔瓦酿酒公司安装了一台采用该项技术的设备，该酿酒公司年产啤酒 50000 桶
45、。啤酒酿制过程中采用的水含有氧，由于氧的存在往往会使啤酒的口味、颜色和稳定度受到不利的影响。该技术将氮气泡注入水中，从而减少水中的含氧量。气泡会产生浓度梯度，迫使溶解氧扩散。目前大多数啤酒酿造商采用真空流程来去除氧。普莱克斯的氮蒸馏设备安装简便，监控相当容易；这是一种连续在线系统，毋需停机。液氮灌充水果饮料罐头：充液氮的原因：原先的水果饮料罐头，在封罐时要加热，因此当罐冷却时，就会因罐内物质体积收缩而造成负压，从而出现罐体凹瘪，为此减少罐壁厚度，节约用料。此外，在水果饮料罐头中充入液氮，可排除部分空气，有利于饮料的贮存。据试验，每罐饮料大约只需 0.7 克液氮。其中，实际封入罐内的液氮只有 0
46、.1 克，其余的均在充填过程中汽化了。据估算，由于空罐壁厚减薄，价格可减得较多，即使增加了充灌液氮的成本，包装费用仍只有以前的 90%左右，而且保质期可延长。乙机餐保鲜：干冰，固态的二氧化碳，形状似冰雪，受热不经熔化而直接气化，故名干冰。在常压下蒸发时可得-80左右的低温，减压下蒸发时则温度更低。干冰主要用于食品工业保藏食物。因可获得-80的低温，也可作一般致冷剂用。干冰（二氧化碳）溶于水时，部分生成碳酸，所以亦称“碳酸酐”或“碳酸气” 。香港氧气公司可谓综合开发，多种经营，建立干冰厂，服务航空饮（膳）食公司，快捷地运送干冰，用于“飞机餐”保鲜。氮气在煤矿防灭火中的应用注氮防灭火的实质是向采空
47、区氧化带内或火区内注入一定流量的氮气,使其氧含量降到10%或 3%以下,达到防火、灭火和抑制瓦斯爆炸的目的，其作用有：1.消除瓦斯爆炸的危险在煤矿当采空区一旦出现火灾，危害最大的导致其内混合气体的爆炸。由混合气体爆炸三角形知，混合气体中氧含量低于 12%就有减小爆炸的可能性。但是，混合气体爆炸的界限不仅取决于这种气体在空气中所占的百分比，这部分地决定于混合气体的温度和气压。温度和气压的增高使这个界限扩大，反之缩小。如果混合气体被加热到 300，氧含量为 9%就能发生爆炸。如：1989 年 2 月 20 日，某矿 3402 工作面的掘进巷内发生瓦斯连续爆炸，次日派人前去处理和排放瓦斯，在恢复通风
48、时又发生了爆炸，当场死亡 2 人伤 9 人，另 3 名救护队员在灾区内遇难。因火灾高温、烟雾和还有继续爆炸的危险，未能及时将遇难者抢救出来。救灾会议拟定了 11 个方案，试行了 6 个均未获成功，已时隔 8 天遇难者还是无法撤出来。于是决定采用液氮灭火技术处理，6 小时共注氮 2900m3，约为火区体积的 3 倍，火势被迅速扑灭，同时又消除了瓦斯爆炸危险，于是救护队员进入灾区抬出了遇难者。然后清理巷道，仅有几天时间就恢复了生产，更重要的是撤出了遇难者。2.降温作用对于有内因火灾的采空区来说，其温度大于外界温度。当采用氮气灭火时，无论是采用液氮还是氮气，其氮气的温度均低于火区的气体温度，加之氮气
49、在注入火区后的流动范围大，对采空区来说都有明显的降温作用。3.防止煤的自然发热和自燃煤炭自燃的三要素是：煤有自燃倾向性；有连续的供氧条件；热量易于积聚。煤矿生产工作面采空区氧化带内的漏入风量不足以带走煤氧化产生的热量，则煤温就逐渐升高，这时煤处于自然发热。当温度达到煤的临界温度以上，氧化急聚加快，大量产生热量，又使煤温迅速升高，达到煤的着火温度时便着火燃烧起来，即进入自燃状态。采取向工作面采空区氧化带内注入一定流量的氮气，降低该带内的氧气含量，达到破坏煤炭自燃的一个要素，使其氧含量降到煤自燃临界值以下，就达到了防止煤自燃的目的。1991 年 10 月，某矿放煤工作面采空区发生自燃发火。封闭工作面后采用黄泥灌浆灭火 1 个月无明显效果，采有氮气灭火后，使火区 CO 含量降为 0，O2 含量降为 1.5%，气体温度降到 18，当即打开密闭恢复生产。氮气灭火的效果可以通过两面次灭火对比得出：第一次采用掘消火道打钻灌黄泥浆灭火 1 个月，火区打开后又复燃，第二次氮气灭火 11 天，火区打开后再也没有复燃。“八五”以来，综采放顶煤开采技术在我国条件适宜的矿井得到广泛应用，因此，氮气防灭火技术成为该采煤方法的主
