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工业上常见的气体分离方法和原理是什么?

2024-02-23 10:15:31

一、氧气


  包头工业气体的生产方式主要包括气体液化分离和蒸馏(简称空分法)、水电解法和变压吸附法。空分法生产氧气的工艺流程大致如下:吸收气体→二氧化碳吸收塔→压缩机→冷却器→干燥器→冷冻机→液化分离器→油分离器→气体储槽→氧气压缩机→气体充装。其基本原理是液化空气后,利用空气中各组分沸点的差异在液化分离器中进行分离和蒸馏,产生氧气。大型制氧机组的研究、开发和应用促进了制氧能耗的持续降低,并且容易同时生产各种空气产品(如N2)、氩气等稀有气体等。).为方便储存和运输,液化分离器分离的液氧用泵输入低温液体储罐,然后通过罐车运至深冷液化气体充装站。液氮和液氩也用这种方法储存和运输。


  二、N2


  工业氮气的主要生产方法有空分法、变压吸附法、膜分离法、燃烧法等。


  空气分离法产生的氮气纯度高,能耗低。变压吸附法氮技术是选择5A碳分子筛选择性吸附空气中的成分,分离氧氮产生N2,N2商品压力高,能耗低,商品纯度能满足国家标准要求:工业氮≥98.5%,纯氮≥99.95%。


包头工业气体


  三、氩气


  氩是空气中稀有的气体,其制备方法主要是空分法。在制氧过程中,液氩是从液化分离器中分离出沸点在-185.9℃左右的馏分。


  四、二氧化碳


  二氧化碳的制备方法主要包括:石灰副产二氧化碳、酿造发酵过程副产二氧化碳、重油、焦炭等燃烧产生二氧化碳、合成氨工业副产物二氧化碳等。目前,合成氨工业的原料大多是气体、炼油气、焦炉气和煤,其主要成分由不同氢碳比的碳氢化合物和元素碳组成,在高温下与水蒸气产生以氢和一氧化碳为主体的合成气体,一氧化碳转化为二氧化碳。二氧化碳净化方法包括:吸收法、变压吸附法、吸附蒸馏法和膜分离法。


  五、氨气


  氨的制备方法主要采用直接合成法。合成氨的工艺流程是:将空气和水蒸气吹入水煤气发生炉中的红热焦炭中,首先获得N2、氢气混合物,然后通过清洗热交换、凝结二氧化碳和吸收二氧化碳等生产过程制备原料气体。精制混合物通过过滤器、冷却器、氨分离器和加热器送至生成反应器,通过分离器分离液氨。


  六、氢气


  工业氢气的主要制备方法是电解饱和盐水。当电解熔化氟化物制备活性金属时,获得高纯度氢气。空气或氧气可以催化有机合成工业的副产物氯化氢,使其氧化并转化为氢气。


  七、乙炔气


  乙炔的制备方法主要包括电石水解法、甲烷或碳氢化合物高温燃烧裂化法和等离子体裂化法。电石水解工艺流程短,商品纯度高,但能耗高。这种方法用于大多数溶解乙炔的生产。根据乙炔的溶解特性,将乙炔气压缩成溶剂,并保存在充满多孔填料的气瓶中。甲苯作为一种优良的溶剂,被填料吸附在气瓶中溶解和释放乙炔。其作用是增加气瓶的有效体积,降低乙炔气的爆炸性能。硅酸钙多孔填料的整体作用是均匀吸附甲苯,防止乙炔分解爆炸的传播。推广溶解乙炔气瓶,不仅方便使用,提高工作效率,而且改善环境,节约电石消耗,而且应保证气瓶内多孔填料不受损坏或污染,甲苯溶剂的灌溉量应满足乙炔气灌溉的要求,确保安全可靠。溶解乙炔生产灌溉工艺是:粗乙炔气经化学净化后,去除硫、磷等杂质,然后压缩干燥,灌溉进入溶解乙炔气瓶。


  八、氢气


  工业氢气的生产方式主要包括:矿物燃烧转换制氢、水电解制氢和半水煤气制氢。水电解制氢方法技术可靠,操作简单,维护方便,没污染,制氢纯度高,但功耗大,成本高,生产发展受到一定限制,主要供应氢纯度要求高,用户用量不大。然而,随着新技术的应用,水电解技术的改进,水电解制氢技术的成本不断降低,功耗不断下降,有望成为“绿色能源”的主要生产方式。目前正在研究开发的制氢方法有:电化学分解水制氢、光催化制氢等。


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