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氮氣在大氣中雖多于氧氣,由于它的性質(zhì)不活潑,所以人們在認識氧氣之后才認識氮氣的。不過它的發(fā)現(xiàn)卻早于氧氣。1755年英國化學家布拉克(Black,氮氣,J.1728-1799)發(fā)現(xiàn)碳酸氣之后不久,發(fā)現(xiàn)木炭在玻璃罩內(nèi)燃燒后所生成的碳酸氣,即使用苛i性鉀溶液吸收后仍然有較大量的空氣剩下來。后來他的學生D·盧瑟福繼續(xù)用動物做實驗,把老鼠放進封閉的玻璃罩里直至其死后,發(fā)現(xiàn)玻璃罩中空氣體積減少1/10;若將剩余的氣體再用苛i性鉀溶液吸收,則會繼續(xù)減少1/11的體積。D·盧瑟福發(fā)現(xiàn)老鼠不能生存的空氣里燃燒蠟燭,仍然可以見到微弱的燭光;待蠟燭熄滅后,往其中放入少量的磷,磷仍能燃燒一會,氮氣供應商,對除掉空氣中的助燃氣來說,效果是好的。
把磷燃燒后剩余的氣體進行研究,D·盧瑟福發(fā)現(xiàn)這氣體不能維持生命,具有滅火性質(zhì),也不溶于苛i性鉀溶液,因此命名為"濁氣"或"毒氣"。在同一年,普利斯特里作類似的燃燒實驗,氮氣價格,發(fā)現(xiàn)使1/5的空氣變?yōu)樘妓釟?,用石灰水吸收后的氣體不助燃也不助呼吸。由于他同D·盧瑟福都是深信燃素學說的,因此他們把剩下來的氣體叫做"被燃素飽和了的空氣"。
氮氣純化方法
加氫除氧法
在催化劑作用下,普氮中殘余氧和加入的氫發(fā)生化學反應生成水,其反應式:2H2 O2=2H2O,再通過后級干燥除去水份,而獲得下列主要成份的高純氮:N2≥99.999 %,O2≤5×10-6,H2≤1500×10,H2O≤10.7×10。制氮成本在0.5元/m^3左右。
加氫除氧、除氫法
此法分三級,第i一級加氫除氧,第二級除氫,第三級除水,獲得下列組成的高純氮:N2≥99.999%,O2≤5×10,H2≤5×10,氮氣的性能,H2O≤10.7×10。制氮成本在0.6元/m3左右。
碳脫氧法
在碳載型催化劑作用下(在一定溫度下),普氮中之殘氧和催化劑本身提供的碳發(fā)生反應,生成CO2。反應式:C O2=CO2。再經(jīng)過后級除CO2和H2O獲得下列組成的高純氮氣:N2≥99.999%,O2≤5×10,CO2≤5×10,H2O≤10.7×10。制氮成本在0.6元/m左右。
優(yōu)劣評比
上述三種氮氣純化方法中,方法(1)因成品氮中H2量過高滿足不了磁性材料的要求,故不采用;方法(2)成品氮純度符合磁性材料用戶的要求,但需氫源,而且氫氣在運輸、貯存、使用中都存在不安全因素;方法(3)成品氮的質(zhì)量完全可滿足磁性材料的用氣要求,工藝中不使用H2,無加氫法帶來的問題,氮中無H2且成品氮的質(zhì)量不受普氮波動的影響,故和其他氮氣純法相比,氮氣質(zhì)量更加穩(wěn)定,是適合磁性材料行業(yè)中一種氮氣純化方法。
化工生產(chǎn)中的氮氣保護i法
石油化工和精細化生產(chǎn)中,有相當多的原料、半成品或成品具有易i燃易i爆性,因此在工程設計中必須采取有效的措施,防止火災和爆i炸。物質(zhì)燃燒需要三個條件:一是可燃物;而是氧化劑;三是火源。
氮氣保護i法的實質(zhì)是減少氧氣的濃度。在實際生產(chǎn)中,許多設備會產(chǎn)生火花,如果操作溫度高于閃點,容易發(fā)生事故。此時設備應有氮氣保護。
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