论工业气体在国民经济中推广应用

摘要：工业气体的需求量反映了一个国家经济发展的实力，由于工业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。

关键词：工业气体国民经济推广应用

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：炼钢铁与有色金属冶炼、化肥生产、乙稀、丙稀、聚氯乙稀、人造与合成纤维、硅胶橡制品、电缆和合成革等。以及石油化学工业、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，主要依市场购买工业气体。因此工业气体的液体市场正在掘起，应用领域也越来越广泛。如我国的江苏、上海和马鞍山有丰富的液态工业气体资源。每年可提供近百万吨的液体产品供市场需要。

工业气体在钢铁工业中的应用。如吹氧炼钢，已为世界各国普遍采用，成为钢铁工业飞跃发展的一条重要途径。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，如锂、铍、铀、钚、钍、钛、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；氧、氮、氩是炼钢企业不可缺少的工业气体。

工业气体在化学与化肥工业中的应用。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。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。我国乙烯的需要量2010年达到近千万吨。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。高纯氮气是化纤生产至关重要的气体，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。

工业气体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。在金属热处理时，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。氮基气氛处理具有节省能源、气源丰富、安全经济、适应性广等优点。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。

工业气体在石油开采领域中也有着广泛的应用。80年代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。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。90年代辽河、江汉、胜利三大油田上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。

工业气体在煤气化和煤液化工业上的应用。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。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，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。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。我国已启动"煤变油"项目，这就将给相关空分设备行业带来一个新的大市场，也应引起相关行业的关注。

工业气体在环保产业的应用，如纯氧曝气处理污水与充氧废水处理。对污水进行有益于环境保护的净化。环注氧使死湖再生、环超导磁分离消除污染，采用超导磁分离对含铁河水，对化工、炼钢和造纸等工业废水和五活废水进行净化处理。由于它可以脱除炎电厂燃煤中大部分无机硫和灰粉，还是减少酸雨和粉尘的有力手段。环液氮冷凝处理废气，工厂排出的废气采用液氮冷凝处理来减少污染、清洁大气。我国在火箭推进剂燃放的有害气体偏二甲肼及NO2的处理方面采用液氮也获得成功。氧气漂白纸浆，氧气漂白法可以防止环境污染，是迄今能显著减轻漂白排水污染负荷的唯一工业技术；再是采用氧气漂白，药品的成本比较低。所以，在造纸工业上应用氧气是有发展前途的。

城市垃圾焚烧。这些年来，我国城市生活垃圾增长速度很快，随着人民生活水平的提高，我国生活垃圾的构成也发生了很大的变化，可燃的有机物不断增加，垃圾的热值越来越高。尽管目前我国城市生活垃圾无害化处理的主要方法还是卫生填理，其次是高温堆肥，焚烧占了不到1%，但是承着近些年来生活垃圾热值的提高以及一些大城市地皮日趋紧张，没有地方兴建垃圾填理厂，因此，垃圾焚烧在我国将会成为垃圾无害化处理的一个重要措施。尤其是南方一些城市，地下水位很高，用填埋的方法处理垃圾容易造成地下水污染，所以，现在不少南方大中城市都正在准备兴建垃圾焚烧厂。高温1000℃以上，焚烧热分解产生的可燃气体，通过废热锅炉回收热解发电。

工业气体在建筑、气象部门的应用。隧道冷冻施工，在开挖山洞、隧道和修建地铁的过程中，为避免流沙、地下水和塌方事故，采用液氮土壤冷冻的施工方法已取得成功，也包括在铁路干线铺设管路。混凝土冷却，如水坝、桥梁、码头等大型建筑物在施工中，在混凝土固化时会使温度升高至93℃，在大量浇注时，内、外部温差会导致混凝土裂开，使用寿命缩短。采用液氮冷冻混凝土技术，使混凝土冷却，温度不超过24℃，可获得高强度的凝土，从而提高了建筑物的安全可靠性和使用寿命。 液氮清理污物，在清理地下设施、隧道中的污物时，在难于工作的地方采用液氮冷冻施工法快速可靠。高原隧道施工；由于缺氧，高源施工可能引发高原性肺水肿、脑水肿等各种高原病，危及建设者的生命健康。因此青藏铁路的建设必须源源不断地提供氧气。一般采用洞内弥漫式供氧方式。 工业气体在人工降雨、人工增雨、人工消雾中都有广泛的应用。

其它如氢气、氦气在军事上的用途。氢气比同体积空气轻,是相同条件下最轻的气体。利用氢气的这个性质,可以制造升空飘浮的气球和飞船运用于军事。现代飞艇是依靠内装氦气来升空的,艇上装的发动机只提供飞艇向前飞行的动力,所以飞艇在与飞机具有相同载重的情况下,它所使用的动力仅为飞机的二分之一。因而飞艇在腾空飞行中消耗的燃料很少,而且可以连续飞行数天甚至数十天。如果在飞艇很长的两侧舷上安装大型相控阵雷达,并配上装在艇内的红外探测器和电子计算机,就能用来发现10000 公里以内的目标,同时还可跟踪几百个活动目标。比机身上背着大圆盘子的预警飞机在续航时间和综合防卫能力方面更优越。

总上所述，工业气体的需求量反映了一个国家经济发展的实力，同时空分设备的发展和需求也是这个国家经济发展的方向标。作为专业技术人员要用科学的态度与专业的技术，进一步研究工业气体在国民经济中的推广应用，为各行各业服务。

作者简介：

邢小赞（1979-），男，籍贯：浙江金华人，学历：本科，职称：工程师，从事燃气及工业气体工程系统工艺的研究设计。现供职单位：盈德投资（上海）有限公司杭州技术中心规划设计部设计工程师研究方向：燃气或工业气体（氧气，氮气，也就是空分）