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氩气的用途和液氩应用

发布时间:2021-06-10点击量:0

氩气 (Ar)是一种 单原子、无色、无味、无味且无毒的气体,以体积计略低于 1% (0.934%) 的浓度存在于大气中。 

氩气是被称为“稀有”、“稀有”或“惰性”气体的特殊气体组中的一员。该组中的其他气体是氦气、氖气、氪气、氙气和氡气。它们是单原子气体,最外层的电子完全充满。术语“高贵”和“惰性”用于表示它们 与其他材料发生化学相互作用的能力极弱。该组的所有成员在电激发时都会发光。氩气产生淡蓝紫色光。 

氩气的正常沸点是非常冷的 –302.6°F (–185.9°C),介于空气的两种主要成分氮气和氧气的沸点之间。该气体的重量约为空气的 1.4 倍,微溶于水。氩气的冰点仅比其正常沸点 –308.8°F (–199.3°C) 低几度。 

氩气 因其整体惰性而受到重视,尤其是在高温下。氩气用于关键的工业过程,例如制造高质量不锈钢和生产用于半导体制造的无杂质硅晶体。氩气还用作灯泡的惰性填充气体,以及在高效多窗格窗户的玻璃面板之间的空间中作为干燥、比空气或氮气重的填充物。

氩气是最丰富的真正惰性或“稀有”气体。 

它是作为商业产品生产的,最常见的是与使用 空气的低温蒸馏制造高纯度氧气相结合。 由于氩气的沸点与氧气的沸点非常接近(仅相差 5.3°F 或 2.9°C),因此将纯氩气与氧气分离(同时实现两种产品的高回收率)需要多个蒸馏阶段。 

几十年来,最常见的氩气回收和纯化过程使用了几个步骤:1) 在低压塔中氩气浓度最高的点从初级空气分离蒸馏系统中取出“侧取”物流, 2) 在粗氩塔中处理进料,将氮气返回低压塔并产生粗氩产品, 3) 加热粗氩并使流中的(通常约 2%)氧杂质与受控量反应氢气形成水,4)通过冷凝和吸附去除水蒸气,5)将气体重新冷却至低温,6)在纯氩蒸馏塔中通过进一步蒸馏除去剩余的非氩组分(少量的氮气和未消耗的氢气)。 

随着填充塔技术的发展,低温蒸馏可以在低压降下进行,许多工厂现在利用全低温蒸馏工艺回收和纯化氩气。

氩可被称为“PLAR”(纯液态氩)或“CLAR”(粗液态氩),或其化学名称“Ar”。粗氩通常被认为是制造纯氩的设施中的中间产品,但它可能是一些低容量空分设备的最终产品,这些设备将其运送到更大的设施进行最终纯化。一些粗氩也作为最终产品出售,用于不需要高纯度氩的用途(例如一些炼钢和焊接应用)。 

商业数量的氩也可以与氨的制造结合生产。  空气是氩气的最终来源,但在传统的“凯洛格”氨生产过程中,氩气回收的途径大不相同。 天然气用蒸汽“重整”产生含有氢气、一氧化碳和二氧化碳的“合成气”。使用空气和蒸汽的“二次重整”将 CO 转化为 CO 2和额外的氢气,并添加制造氨 (NH 3)。然后将氮气和氢气的混合物(以及少量氩气)压缩到高压并在催化剂的帮助下反应。氩气是非反应性的,会积聚在氨合成回路中,必须在吹扫流中将其除去以保持生产能力和工艺效率。 

可以使用 吹扫气流作为进料气来回收和纯化氩 气。需要几个步骤。首先,氨被去除和回收,然后氢气被去除并循环到氨工艺的合成气进料中以提高整体工艺效率。  在氨工艺中形成的甲烷被回收作为燃料,用于提供热量以驱动合成气生产过程的火焰加热器。氩被回收和纯化以作为商业产品销售。 

大多数较新的氨工厂不使用空气作为氨生产过程的直接进料。相反,他们首先通过空气分离装置对其进行处理 ,在氨合成回路的上游去除氩气。  由空气分离单元产生的高纯度氧气和氮气进料流分别供给到氨工厂的氢气生产和氨生产部分。这种较新的氨生产方法避免了氨合成回路中的氩气积聚,并允许直接回收作为有价值的副产品的氩气。


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