工业气体的基本知识
一、工业气体的化学性质
1、氧气
物理性质
氧气是空气的组分之一，无色、无臭、无味。

氧气比空气重，在标准状况（0℃和大气压强101325帕）下密度为1.429克/升，能溶于水，但溶解度很小。

在压强为101kPa时，氧气在约-180摄氏度时变为淡蓝色液体，在约-218摄氏度时变成雪花状的淡蓝色固体。

化学性质
氧气的化学性质比较活泼。

除了稀有气体、活性小的金属元素如金、铂、银之外，大部分的元素都能与氧起反应，这些反应称为氧化反应，而经过反应产生的化合物（有两种元素构成，且一种元素为氧元素）称为氧化物。

一般而言，非金属氧化物的水溶液呈酸性，而碱金属或碱土金属氧化物则为碱性。

此外，几乎所有的有机化合物，可在氧中剧烈燃生成二氧化碳与水。

化学上曾将物质与氧气发生的化学反应定义为氧化反应（combination reaction)。

2、乙炔
物理性质
纯乙炔为无色无味的易燃、有毒气体。

而电石制的乙炔因混有硫化氢H2S、磷化氢PH3、砷化氢，而带有特殊的臭味。

熔点（118.656kPa）-84℃，沸点-80.8℃，相对密度0.6208(-82/4℃)，折射率1.00051，折光率1.0005（0℃），闪点（开杯）-17.78℃，自燃点305℃。

在空气中爆炸极限 2.3%-72.3%（vol）。

在液态和固态下或在气态和一定压力下有猛烈爆炸的危险，受热、震动、电火花等因素都可以引发爆炸，因此不能在加压液化后贮存或运输。

微溶于水，易溶于乙醇、苯、丙酮等有机溶剂。

在15℃和1.5MPa时，乙炔在丙酮中的溶解度为237g/L，溶液是稳定的。

因此，工业上是在装满石棉等多孔物质的钢瓶中，使多孔物质吸收丙酮后将乙炔压入，以便贮存和运输。

为了与其它气体区别，乙炔钢瓶的颜色一般为白色，橡胶气管一般为黑色，乙炔管道的螺纹一般为左旋螺纹（螺母上有径向的间断沟）。

化学性质
乙炔（acetylene）最简单的炔烃，又称电石气。

分子式CH≡CH，化学式C2H2。

乙炔分子量 26．4 ，气体比重 0．91（ Kg/m3），火焰温度3150 ℃，热值12800 （千卡/m3）在氧气中燃烧速度 7．5 ，纯乙炔在空气中燃烧2100度左右，在氧气中燃烧可达3600度。

化学性质很活泼，能起加成、氧化、聚合及金属取代等反应。

3、氮气
物理性质
氮在常况下是一种无色无味无臭的气体，且通常无毒。

氮气占大气总量的78.12%（体积分数），在标准情况下的气体密度是1.25g/L，氮气在水中溶解度很小，在常温常压下，1体积水中大约只溶解0.02体积的氮气。

氮气是难液化的气体。

氮气在极低温下会液化成无色液体，进一步降低温度时，更会形成白色晶状固体。

在生产中，通常采用黑色钢瓶盛放氮气。

化学性质
对成键有贡献的是三对电子，即形成两个π键和一个σ键。

对成键没有贡献，成键与反键能量近似抵消，它们相当于孤电子对。

由于N2分子中存在叁键N≡N，所以N2分子具有很大的稳定性，将它分解为原子需要吸收941.69kJ/mol的能量。

N2分子是已知的双原子分子中最稳定的，氮气的相对分子质量是28。

而且氮气通常不易燃烧且不支持燃烧。

化学式为N2。

二、工业气体的制备方法
1、氧气
（1）、空气冷冻分离法
空气中的主要成分是氧气和氮气。

利用氧气和氮气的沸点不同，从空气中制备氧气称空气分离法。

首先把空气预冷、
净化(去除空气中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳氢化合物等气体和灰尘等杂质)、然后进行压缩、冷却，使之成为液态空气。

然后，利用氧和氮的沸点的不同，在精馏塔中把液态空气多次蒸发和冷凝，将氧气和氮气分离开来，得到纯氧(可以达到99．6％的纯度)和纯氮(可以达到99．9％的纯度)。

如果增加一些附加装置，还可以提取出氩、氖、氦、氪、氙等在空气中含量极少的稀有惰性气体。

由空气分离装置产出的氧气，经过压缩机的压缩，最后将压缩氧气装入高压钢瓶贮存，或通过管道直接输送到工厂、车间使用。

使用这种方法生产氧气，虽然需要大型的成套设备和严格的安全操作技术，但是产量高，每小时可以产出数干、万立方米的氧气，而且所耗用的原料仅仅是不用买、不用运、不用仓库储存的空气，所以从1903年研制出第一台深冷空分制氧机以来，这种制氧方法一直得到最广泛的应用。

（2）、分子筛制氧法（吸附法）
利用氮分子大于氧分子的特性，使用特制的分子筛把空气中的氧离分出来。

首先，用压缩机迫使干燥的空气通过分子筛进入抽成真空的吸附器中，空气中的氮分子即被分子筛所吸附，氧气进入吸附器内，当吸附器内氧气达到一定量（压力达到一定程度）时，即可打开出氧阀门放出氧气。

经过一段时间，分子筛吸附的氮逐渐增多，吸附能力减弱，产出的氧气纯度下降，需要用真空泵抽出吸附在分子筛上面的氮，
然后重复上述过程。

这种制取氧的方法亦称吸附法。

最近，利用吸附法制氧的小型制氧机已经开发出来，便于家庭使用。

（3）、电解制氧法
把水放入电解槽中，加入氢氧化钠或氢氧化钾以提高水的电解度，然后通入直流电，水就分解为氧气和氢气。

每制取一立方米氧，同时获得两立方米氢。

用电解法制取一立方米氧要耗电12—15千瓦小时，与上述两种方法的耗电量（0．55—0．60千瓦小时）相比，是很不经济的。

所以，电解法不适用于大量制氧。

另外同时产生的氢气如果没有妥善的方法收集，在空气中聚集起来，如与氧气混合，容易发生极其剧烈的爆炸。

所以，电解法也不适用家庭制氧的方法。

2、乙炔
乙炔的制取方法主要有电石水解法、甲烷或烃类的高温燃烧裂解法和等离子体裂解法。

电石水解法工艺流程短，产品纯度高，但能耗较大。

大多数溶解乙炔生产采用此法。

根据乙炔的溶解特性，将乙炔气压缩充入溶剂中，并被储存在充满多孔填料的钢瓶内。

丙酮作为一种极好的溶剂，在钢瓶内被填料吸附用于溶解和释放乙炔，它的作用是增大钢瓶的有效容积和降低乙炔气的爆炸性能。

整体硅酸钙多孔填料的作用是均匀地吸附丙酮和阻止乙炔分解爆炸的传播。

推广使用溶解乙炔气瓶，既方便使用和提高工效，又改善环境，节
约电石消耗，但应保证钢瓶内多孔填料不受损伤或污染，丙酮溶剂的充装量应满足乙炔气充装所需要，这样才能保证安全可靠。

溶解乙炔生产充装工艺流程是：粗乙炔气发生后经过化学净化，去除硫、磷等杂质，再经压缩和干燥，充装进入溶解乙炔气瓶内。