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1、工业气体应用领域（氧、氮）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，砖瓦窑等工业炉
2、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
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
4、需要。 - 钢铁工业中的应用 -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、
5、日、奥均为 0）。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
6、 11.414.2m3。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
7、，系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 CO
8、REX 熔融还原炉装置（C-2000 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%。在宁波也用熔融还原炼铁法，拟采用 2 套 C-2000 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
9、铁。高炉富氧炼铁用氧，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
10、、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。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.
11、2%,连铸切割用氧约占 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
12、炼钢中要完成的精炼任务，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 5
13、0%。美国 Wotrerine 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
14、7.1m3/s，压力 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
15、喷入。到 1984 年，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。- 在化肥工业中的应用 -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
16、 20PPm。这个氮洗，氮气的消耗量约为 750 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，如山东省华鲁恒升，年产 60 万吨合成氨，有一套开空 40000m3/h 空分设备，其鲁奇炉加压气化需要 19780m32/h、90%O2；液氮洗涤要29681m32/h、2ppmO2 的高纯氮，以及 750m32/h 的液氮。南京化学工业有
