工业气体在下游产业的应用（国防航空业篇&其他篇）

氧气在国防上用途很广，用量最大的是火箭。液氧是现代火箭最好的助燃剂，在超音速飞机中也需要液氧作氧化剂，可燃物质浸渍液氧后具有强烈的爆炸性，可制作液氧炸药。

固态二氧化碳（干冰）：干冰用于导弹、飞机喷漆和总装的前置工序；复合模具、特殊飞行器的除漆；引擎积碳清洗；维修清洗（特别是起落架-轮仓区）；飞机外壳的除漆；喷气发动机转换系统。

可直接在机体工作，节省时间。

1、航空燃料

氢作为航空燃料的优点有很多，它不仅能满足未来航空燃料的许多要求，最重要的是，氢燃烧对环境基本不产生污染。按单位质量计，氢的燃烧热值(119900-141900kJ/kg)比烃类燃料的燃烧热值大1.8倍。由液氢和液氧组合成的推进剂具有很高的比推力。因此，在空间技术中大量使用液氢。

2、燃料电池的燃料

氢气还可以用作燃料电池的燃料。燃料电池是将燃料和氧化剂的化学能直接转化为直流电能的装置。

火箭推进剂的氧化剂：在火箭、宇宙飞船上用作输送液氢、液氧等液体推进剂的加压气体。

随着航天技术的飞速发展，人类探太空的活动日益频繁，火箭作为太空飞行器的运载工具起着不可或缺的重要作用。火箭升空需要动力，该动力来自推进剂的燃烧，单质氟作为最强的氧化剂在推进的燃烧过程中起助燃作用。

由于氟气氧化性很强，液化的氟气可作为火箭燃料中的氧化剂。

1、富氧在炉窑节能减少废气排放技术上的应用

富氧燃烧节能技术是一个节能很大的开发领域，是近代燃烧技术节能的热点之一，特别应用于炉窑烧成，其原理是加热助燃，每增加氧含量4~5%，火焰温度可升高200~300℃，使燃烧效率提高。如冲天炉熔化实行富氧送风，鼓风中富氧1%，铁水熔化速度可提高约8%；富氧2~4%，熔化速度可提高20%以上，吹氧以直接吹入效果较好。再如锻造加热炉采用23~25%的富氧空气助燃，可节省燃料25%。石灰需若采用23%的富氧空气鼓风，新能增中能力大约25%。

2、富氧助燃

可以用于富氧助燃，减少助燃空气中氮气的摄入量，减少氮气的带出的热量，从而达到节约燃料的目的。另外因为反应温度高，还可以提高生产负荷。

3、污染土壤的热处理

对污染土壤进行焚烧处理时，氧气已长期使用在转炉和二次燃烧以提高燃烧速度，许多这样工艺已使用在转炉，使燃烧气体与产品流反方向流动，氧枪使火焰稳定并使污染土壤处于氧气下。

4、纸浆漂白

可以用于制造臭氧用于污水处理或者用于纸浆漂白。

5、污水处理

氧气可以用于污水处理的曝气池，增加氧气溶于水的速度，提高单位水体的处理负荷。

6、利用氧作氧化剂进行磁流体发电

在能源工业中，应用氮气强化开采、煤矿灭火；氮还可用于火箭、空间模拟、原子反应堆、气体激光器等高科技领域；也可用于文物画卷的保存。激光技术广泛应用氦族气体，氖-氦连续激光器广泛应用于功率仅为零点几瓦的光学应用中。

氖-氧或氦-氧呼吸混合气因为有较低的密度和黏度，使压力易于开释，呼吸阻力减小，能有效地降低潜水员的体能消耗。 此外，在某些高压电子管转换开关和调整管中，也可以填充氖气。在这方面，氖-氧呼吸混合气比氦-氧呼吸气好，由于它具有声音畸变小和传热性差的长处。

1、气态二氧化碳

1) 灭火

二氧化碳的重量比空气重，不助燃，因此许多灭火器都通过产生二氧化碳，利用其特性灭火。而二氧化碳灭火器是直接用液化的二氧化碳灭火，除上述特性外，更有灭火后不会留下固体残留物的优点。

2) 激光

二氧化碳激光是一种重要的工业激光来源。

3) 酿酒

二氧化碳可用来酿酒，二氧化碳气体创造一个缺氧的环境，有助于防止细菌在葡萄生长。

4) 控制pH值

二氧化碳可控制pH值，游泳池加入二氧化碳以控制pH值，加入二氧化碳从而保持pH值不上升。

5) CO₂超临界萃取技术；

二氧化碳在温度高于临界温度（Tc）31℃、压力高于临界压力（Pc）3MPa的状态下，性质会发生变化，其密度近于液体，粘度近于气体，扩散系数为液体的100倍，因而具有很强的溶解能力，用它可溶解多种物质，然后提取其中的有效成分，运用该技术可生产高附加值的产品，可提取过去用化学方法无法提取的物质，且廉价、无毒、安全、高效。它适用于化工、医药、食品等工业。

6) 制冷

一方面是汽车空调领域，由于制冷剂排放量大，对环境的危害也大，必须尽早采用对环境无危害的制冷剂；第二方面是热泵热水器，二氧化碳在超临界条件下放热存在一个相当大的温度滑移，有利于将热水加热到一个更高的温度；第三方面是考虑到二氧化碳良好的低温流动性能和换热特性，采用它作为复叠制冷循环低温级制冷剂。

2、固态二氧化碳（干冰）

1) 食品制药

可以成功去除烤箱中烘烤的残渣、胶状物质和油污以及未烘烤前的生鲜制品混合物。有效清洁烤箱、混合搅拌设备、输送带、模制品、包装设备、炉架、炉盘、容器、辊轴、冷冻机内壁、饼干炉条等。

2) 印刷工业

清除油墨很困难，齿轮和导轨上的积墨会导致低劣的印刷质量。干冰清洗可去除各种油基、水基墨水和清漆，清理齿轮、导轨及喷嘴上的油污、积墨和染料，避免危险废物和溶液的排放，以及危险溶剂造成的人员伤害。

3) 电力行业

可对电力锅炉、凝汽器、各类换热器进行清洗；可直接对室内外变压器、绝缘器、配电柜及电线、电缆进行带电载负荷（37kV以下）清洗；发电机、电动机、转子、定子等部件无破损清洗；汽轮机、透平上叶轮、叶片等部件锈垢、烃类和粘着粉末清洗，不需拆下桨叶，省去重新调校桨叶的动平衡。

4) 核工业

核工业设备的清洗若采用水、喷砂或化学净化剂等传统清洗方法，水、喷砂或化学净化剂等介质同时也被放射性元素污染，处理被二次污染的这些介质需要时间和资金。而使用干冰清洗工艺，干冰颗粒直接喷射到被清洗物体，瞬间升华，不存在二次污染的问题，需要处理的仅仅是被清洗掉的有核污染的积垢等废料；干冰可以用于清理核工业设备及印刷工业的版辊等。

5) 冷藏运输

低温冷冻医疗用途以及血浆、疫苗等特殊药品的低温运输；电子低温材料，精密元器件的长短途运输；高档食品的保鲜运输如高档牛羊肉等。

6) 消防

干冰用来作消防灭火，如部分低温灭火器，但干冰在这一块的应用较少，也即市场程度较低。

7) 其他

干冰可以用于人造雨、舞台的烟雾效果、食品行业、美食的特殊效果等。

1、特种气体

稀有气体可与多种气体混配，制成用途更广泛的特种气体。

2、测量和通讯

氖激光器是利用氦、氖混合气体，密封在一个特制的石英管中，在外界高频振荡器的激励下，混合气体的原子间发生非弹性碰撞，被激发的原子之间发生能量传递，进而产生电子跃迁，并发出与跃迁相对应的受激辐射波，近红外光。氦-氖激光器可应用于测量和通讯。

3、氖和氩制作霓虹灯

4、氦气

1) 气球充气

由于氦气密度远小于空气（空气的密度为1.29kg/m3，氦气的密度为0.1786kg/m3），而且化学性质极不活泼，较氢气安全（氢气可以在空气中燃烧，可能会引起爆炸），氦气常用于飞船或广告气球中的充入气体。

2) 检验分析

仪器分析中常用的核磁共振分析仪的超导磁体需要利用液氦降温，气相色谱分析中氦气常作为载气，利用氦气渗透性好、不可燃的特点，氦气还应用于真空检漏，如氦质谱检漏仪等。

3) 其他方面

氦气可用作高真空装置、原子核反应堆，氦气还用作原子反应堆的清洗剂，在海洋开发领域的呼吸用混合气体中，气体温度计的填充气等。

5、氟气

1) 原子能工业

通过氟从铀矿中提取铀235，因为铀和氟的化合物很易挥发，用分馏法可以把它和其它杂质分开，得到十分纯净的铀235。铀235是制造原子弹的原料。在铀的所有化合物中，只有氟化物具有很好的挥发性能。

2) 同位素分离

单质氟的大规模工业应用最有力的推动因素当属铀同位素分离，这是氟的最主要用途。从天然铀分离出铀235同位素是原子能工业的基础，六氟化铀是铀235同位素分离的关键材料，而六氟铀的生产技术至今还只能使用单质氟作为氟化剂。第二次世界大战后，各国对核燃料的需求迅速增加，使氟的生产得到快速增长。

3) 清洗

用做半导体制造工艺中CVD腔室的清洗，因为氟气不会造成温室效应，以用现场生产氟气的方法替代氟化物或瓶装氟气来清洗CVD反应腔室，在半导体领域极具市场潜力。以氟气为主的清除方式，不会造成在清除化学沉积器腔体时排放出的氟化合物，同时产生氟气也很方便，这就使得氟气在新一代清除物质的选用上，引起广泛注意。以前氟气经由高压钢瓶运送到使用现场，由于成本、处理和安全的问题而未能得到推广。现场氟气发生器以低压方式产生氟气，可以解决安全和稳定供应问题，为半导体业界提供了一种可行的替代方案。

6、氖气

1) 深水作业用的呼吸混合气

除氦气外，氖也可以用于配制深水作业用的呼吸混合气。通常，在潜水员处于深水高压环境作业时，若采用普通压缩空气供氧，不但呼吸阻力高，而且压缩空气中的氮会部分溶解在血液中，当水深在40m以下时，会产生显著的麻醉作用，在80m左右，生理机能基本丧失，人体衰竭。

由于轻氦族气体（如氦、氖）对人体的麻醉能力很小或完全没有麻醉能力，可以用它们来代替氮配制潜水员深海作业用呼吸混合气。氖-氧或氦-氧呼吸混合气由于有较低的密度和黏度，使压力易于释放，呼吸阻力减小，能有效地降低潜水员的体能消耗。对于氦-氧呼吸混合气，由于声速较高，声音频率改变大，存在深水通讯问题。再者，氦的执导率高，增加了人仃热损失率，以至于常常必须使用有效的潜水衣和呼吸气预热器。在这方面，氖-氧呼吸混合气比氦-氧呼吸气好，因为它具有声音畸变小和传热性差的优点。氖-氧呼吸混合气适用于100-300m深水作业，超过300m，氖的密度增大，必须使用氦-氧呼吸混合气。氦-氧呼吸气已成功地在深海潜水作业，无论水深水浅，普遍采用氦-氧呼吸混合气。为了克服各自的缺陷和不足，正在研究采用氖、氦、氧按不同比例配制深海潜水呼吸气的可能。

2) 放射性离子化检测器

放射性离子化检测器要用到氖，在Geiger-Muller计数器中要利用含氖、氩和氦的混合气。氖气低压放电管广泛用做指示灯。

3) 激光技术

激光技术广泛应用氦族气体，氖-氦连续激光器广泛应用于功率仅为零点几瓦的光学应用中。氖-氧或氦-氧呼吸混合气因为有较低的密度和黏度，使压力易于开释，呼吸阻力减小，能有效地降低潜水员的体能消耗。 此外，在某些高压电子管转换开关和调整管中，也可以填充氖气。在这方面，氖-氧呼吸混合气比氦-氧呼吸气好，由于它具有声音畸变小和传热性差的长处。