工業氣體

工業氣體是為了在产业中使用而制造的氣態物質。常見的工業氣體有氮、氧、二氧化碳、氩、氢及乙炔，也有許多的其他氣體或是氣體混合物，以氣體鋼瓶的型式提供。工業氣體的產業包括有提供相關製造設備的產業、工業氣體供應商及使用廠商。工業氣體的製造也屬於廣義化学工业中的一部份（而工業氣體也常視為是）。

工業氣體應用在許多的產業中，例如石油產業、石油化工产品、、、采矿业、煉鋼、金属、环境保护、医学、藥品、生物技术、食品、水利、肥料、核動力、电子学及航空航天。工業氣體一般會賣給其他工業客戶，再將大量氣體分裝為鋼瓶，或是利用管線方式提供給客戶。

有些大規模的工業氣體訂單成交時，會伴隨著供應批發的代理商，業務中也包括或出租氣體鋼瓶，以及相關設備或技術人員。有些非工業場合也會有工業氣體需求，例如、針對啤酒桶的氣體、焊接氣體及焊接設備、LPG及氧療。

小規模的工業氣體零售就不只限於工業氣體公司或其客戶。可以利用許多小型手持的氣體容器（例如是鋼瓶、罐子、墨盒，膠囊），可以提供液化石油氣、丁烷、丙烷、二氧化碳或是一氧化二氮。例如、二氧化碳及都會用到。

早期氣體應用史
人類從自然環境中使用的第一種氣體應該就是空氣，遠古時期的人類發現在火旁邊吹氣或是扇風會使火更大。人類也用燒火時產生的煙來熏食物，並且用將水煮沸產生的水蒸汽來烹煮食物。

遠古時期的人類就知道二氧化碳，是的副產產品，其中也包括酒，在中国新石器時期的賈湖遺址中就有記錄，約在西元前7000至6600年之間。中國約在西元前500年就開始使用天然气，當時人們發現可以將地上滲出的氣體透過竹管運送，作為煮沸海水的原料。二氧化硫是羅馬人用在製酒上的，他們會燃燒由硫作的蜡烛，放在空的酒容器中，使其中氣味保持清新，不會有醋的味道。

早期對氣體的瞭解包括了經驗證據以及煉金術的，後來隨著科學方法以及化學科學的建立，科學家們開始積極地識別以及瞭解這些工業氣體。

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根據化学史得知，在18世紀及19世紀的第一次工业革命中，識別了許多的工業氣體，也有些是首次製備出較純的氣體。依照發現時間來排列，分別是二氧化碳（1754年）、氫氣（1766年）、氮氣（1772年）、氧氣（1773年）、氨（1774年）、氯氣（1774年）、硫化氫（1777年）、一氧化碳（1800年）、氯化氫（1810年）、乙炔（1836年）、氦氣（1868年）、氟氣（1886年）。像有加二氧化碳的碳酸水是在1772年製造，1783年商品化。1786年開始使用氯氣來漂白紡織品，1844年首次在牙醫麻醉時使用一氧化二氮。像氫氣、硫化氫、氯氣、乙炔及二氧化碳等氣體都是透過簡單的生成。乙炔在1893年開始商業化生產，1898年開始用乙炔產生器來產生氣爐及煤氣燈需要的燃料，不過後來電力取代了乙炔照明上的用途，液化石油氣在1912年開始商品化，因此烹調用乙炔的使用需求也開始下降。

冷凍空調的發展也開始了空氣調節及氣體液化上的進步。二氧化碳在1823年液化，是最早液化的氣體。第一個蒸氣壓縮制冷循環是由醚為工質，是由在1834年發展，1873年發明了使用氨的類似循環，另一個使用二氧化硫的類似循環是在1876年。

工業氣體產業沒有具體的開始時點，不過許多人會以1880年代建立第一個高壓氣瓶為準，例如卡尔·冯林德開始了大量的氧氣製備，另外在1896年發現了大量的乙炔可以儲存在丙酮中，而且不會爆炸，因此可以安全的將乙炔裝瓶運送。

另外一個工業氣體的應用是1900年代利用氧氣及乙炔進行的焊接及金屬切割。後來發展了越來越多的工業氣體生成方式，因此許多氣體就可以用氣瓶的型式販售，不需要配合。

氣體製備技術
空气分离設備（ASU）藉由分离过程精炼空氣，可以大量的製備氮氣、氩氣及氧氣，這三種氣體常常會製備成低温的液体。為了達到夠低的蒸馏溫度，空气分离装置會用熱泵及冷凍循環，透過焦耳-湯姆孫效應來達到冷凍的目的。
除了上述主要氣體外，空氣分離是唯一可以製備稀有气体氖、氪及氙的方式。

低溫技術也可以將氣體液化，製備液化天然气、液氢及液氦。在時，會將天然氣經過，透過低溫技術去除氮氧，若是中有足夠的氦，精炼符合成本的話，也可以用此程序也可以從天然氣中製備氦。較大的工業氣體公司都在其專業領域投資了許多的专利，特別是低溫技術。

其他工業界中製備氣體的主要技術是蒸汽重整。蒸汽重整是將天然氣及水蒸汽轉換為包括氢和一氧化碳的合成气，而其副產品為二氧化碳。及自熱重整（autothermal reforming）也是類似的製程，不過需要空气分离装置中所分離的氧氣。合成气是氨或甲醇化学合成的原料。產生的二氧化碳是酸性气体，多半會透過移除。分離的二氧化碳可以截存至碳捕集，或是用來提高原油采收率。

空氣分離和氫重整技術是工業氣體技術的基礎，也是許多燃料气化反应技術（例如整体煤气化联合循环）、热电联产、费托合成架構中所需的技術。有許多的方式，在英國的奧克尼島也用氫氣作為代替碳氫化合物的碳中和替代燃料（有關氫氣的使用可以參考氢经济）。NASA的航天飞机是使用液氢為火箭推进剂。

此外，也有一些較簡單的氣體分離技術，例如在或製程中，會用到的或分子筛，也會用在或中，用來產生較不要求純度的空氣氣體。其他製造少量氣體的例子有或氧氣濃縮器.

除了空氣分離以及合成氣重整產生的主要氣體外，工業界也可以生產許多其他的氣體。有些氣體單純就是其他產業的副產品，而有些可能需要從大型的氣體供應商來購買，並且精煉並且重新裝填。不過也有一些氣體有其生產的製程。例如氯化氫可以由在氯氣中燃燒氫氣來製備，硝酸铵略為加熱，熱分解後會產生一氧化二氮。氟的製備要透過电解，而在空氣或是氧氣中电晕放电可以生成臭氧。

有一些和氣體製備相關的服務及技術，例如真空（可能是醫療氣體系統需要的），净化的压缩空气，或是制冷。另一種特殊的系統是。有些工業氣體公司也會提供一些相關的化学物质，特別像是溴及环氧乙烷等液體。

配氣系統
氣體供應方式
長管拖車]]
若是室溫及一般壓力下是氣體的化學物質，多半壓縮氣體的方式供應。會使用压缩机壓縮氣體，再透過管路裝填到压力容器（例如、氣瓶或）內。氣瓶是最常用的氣體儲存來源

不過不是所有的工業氣體都會用氣態的方式運送。有些氣體在常溫下是可以加壓液化的蒸氣，因此可以加壓為液壓，配合適當的容器運送。工業氣體的相變也使其在室溫下是良好的制冷剂，最有這類效果的業氣體有氨（R717）、丙烷（R290）、丁烷（R600）及二氧化硫（R764）。氯氣也有類似特性，不過因為其毒性、腐蝕性，以及容易和其他物質反應，因此很少作為制冷剂使用。若些氣體在溫度夠低時也會有相變，例如乙烯（R1150）、二氧化碳（R744）、乙烷（R170）、一氧化二氮（R744A）及六氟化硫。不過只有在壓力小於臨界壓力下時才可以液化，對於C2H4是9 °C，CO2是31 °C 、C2H6是32 °C，N2O是36 °C，SF6是45 °C。

上述物質若在以200巴的壓力加壓，因為其壓力超過临界壓力，也可以以氣體（非蒸氣，無法冷卻液化）的方式儲存在氣瓶中供應有時會限縮成氣體公司販售的主要氣體，像是氮氣、氧氣、二氧化碳、氬氣、氫氧、乙炔及氦氣。對於其他的氣體，不同公司所給的分類不同，不過多半會分為：「特殊氣體」、「醫療氣體」、「燃氣」或「氣態製冷劑」，不過氣體也可能因為其用途或產業而命名”，例如「焊接氣體」或「」，也可能依其來源來名類，例如「大氣氣體」，或是以供應方式來分類，例如「包装气体」，主要的氣體也可能會稱為「大宗氣體」或「常用气体」。

原則上，工業氣體公司所販售的氣體或是混合物應該都有某種的工業價值，因此應該都算是「工業氣體」。不過實務上，會列為工業氣體的多半是化合物，或是有準確比例及化學成份的混合物，以小容量販售，或是為了特殊應用，有高的需求（例如气焊和气割）。

一般而言，若氣體的主要用途是作為燃料，在一些定義下不會算是工業氣體。例如天然氣是工業上使用的氣體，主要用作燃料，偶爾才作為製造原料，以狹義的定義來看，不算是工業氣體。在石油產業中較少用到「工業氣體」的詞語，因為石油產業製造的烃是來自自然资源或是來自煉油廠。而像液化石油氣或液化天然氣是複雜的混合物，其中成份的比例也常有變化。石油化工业也是比較特別的，像石油提煉中的石化產品（例如乙烯）一般也不會稱為「工業氣體」。

化學產業有時對「工業氣體」的定義也有不同，像氨及氯氣有時會視為化學品（尤其是以液態方式供應時），而不視為是工業氣體

手持容器的少量氣體供應有時也不視為是工業氣體，因為其用途算是個人使用而不是工業用，供應者也不一定是化學藥品商。

這些區分是基於這些產業的感知邊界（雖然在實務上其實有些重疊），很難有科學化的精確定義。以下也是一些產業中的重疊之處：

燃氣（像是）以往會視為是工業氣體，而合成气常視為是石化產品，雖然其生產技術是工業氣體核心製造技術。另外，、生物氣體或以及氫製造技術也都有技術重疊的情形。

氦氣是工業氣體，不過其製備來源是來自天然氣的生產。

若氣體存放在氣瓶中，比較容易視為是工業氣體（用作燃料的例外）。
丙烷在用作冷媒時視為是工業氣體，不過若在液化天然氣製造時用來當冷媒，雖然兩者的技術是重疊的，但後者就不算是工業氣體。

氣體
元素氣體
已知可從自然资源取得的氣態化學元素有氫、氮、氧、氟、氯以及稀有气体，這些都稱為元素氣體。這些元素大部份都是，只有氡是自然界的痕量同位素，因為其所有同位素都是放射性衰變後產生的（目前還不確定原子序数超過108以上的人工合成元素中，是否存在氣體元素，目前有學者推測112號及114號元素是氣體）

元素氣體中，在标准状况（STP）下是穩定双原子单质分子的有氫氣（H2）、氮氣（N2）、氧氣（O2）以及卤素中的氟氣（F2）及氯氣（Cl2）。稀有气体都是單原子氣體。

在工業氣體中會用元素氣體來區分這些氣體以及其他化學成份為化合物的氣體。元素氣體中都是非金属元素。

氡的化學性質穩定，但具有放射性，沒有穩定同位素。其中最穩定的同位素，其半衰期3.8天。其用途主要因為其放射性而不是其化學特性，因此在工業氣體中需要特殊的處理。氡氣可能是處理竹的副產物。

在這些氣體元素中，只有氯氣的臨界溫度高於标准状况的溫度，因此常溫下氯氣可以加壓變成液體。而溴和汞在标准状况下為液體，标准状况下會是液態元素和其元素蒸氣共存。

• 空氣中的氣態元素

** 氮（N2）
** 氧（O2）
** 氩（Ar）

• 惰性氣體元素

** 氦（He）
** 氖（Ne）
** 氩（Ar）
** 氪（Kr）
** 氙（Xe）
** 氡（Rn）
*其他的元素氣體
** 氢（H2）
** 氯（Cl2）：其實屬於蒸氣
** 氟（F2）

其他常見的工業氣體
以下列出氣體公司會販售的常見氣體
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• 氣體放電燈
• 计量学及量測
• 实验室及儀表
• 及
• 玻璃、陶瓷器等

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• 冶金学
• 裝藥
• 冰箱
• 火箭推进剂
• 橡胶、塑料、涂料
• 半導體產業

*

• 水处理/
• 潜水

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公司
*（已併入林德集团）
*（已併入液化空气集团）

• 液化空气集团

*

• 巴斯夫
• （已併入林德集团）

*

• 林德集团（以前的Linde AG）
• 日本气体（的一部份）

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• 普莱克斯
• （的一部份）

相關條目

• 空气分离装置
• 化學工程師
• 低温物理学

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• 氣瓶
• 氣體分離

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• 氢经济

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• 氣體液化

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• 气体列表

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• 化學元素發現年表

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• 氣爆

参考资料
外部連結
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