爱华网液态空气
水和空气，是自然界最丰富、和人类最亲密的两种介质，某种意义上说，使用水和空气作为工作介质，且没有改变它们属性的工作模式，就是最绿色环保的。水人们比较熟悉，但绝大多数人都没有接触过液态空气，有神秘感；对超低温世界也有神秘感、恐惧感。因此我们把液态空气有关的一些资料，收集、整理，实验的情况提供给大家，共同来认识、了解液态空气，为液态空气的推广应用做准备。
第一节性质
空气是由78.01%的氮、20.9%的氧以及氩、氖、氙、氪等稀有气体组成的混合物。液态空气就是将空气经过液化而成的。液态空气为淡青色液体。密度约0.9。沸点－192℃（101.3千帕，760毫米汞柱）。
目前，市面上由于液态空气用户较少，所以很少有人销售，能容易买到的常常是从液态空气提纯后的液氮。液态氮是惰性的，无色，无嗅，无腐蚀性，不可燃，温度极低。氮构成了大气的大部分（体积比78.03%，重量比75.5%）。氮是不活泼的，不支持燃烧；但是它不是维持生命的必要元素。液态氮为无色、无味，不易燃烧，不会爆炸，沸点是—196摄氏度，临界温度-147℃；临界压力3.39Mpa。
第二节制作
有多种方法可以生产液态空气，例如将空气适度压缩，同时制冷冷却至低温，再使之膨胀就能迅速进一步降温，马上会有部分空气液化，没有液化的气体再进入压缩发热，散热后进入膨胀过程，不断循环。主要的原理就是设法将空气的热量“抽走”、“散掉”，不论哪种方式，都必须有“冷却”环节。在约-142℃以上，即超过氮、氧的临界温度以上，单纯压缩，即便1万个大气压，也不可能将空气液化！
第三节成分
液态空气在液化过程中，二氧化碳、水蒸气早已变为固体被清除，微量稀有气体正常沸点低的亦一样变成固体，不能存在其中，所以液态空气是由氮78%，氧21%，氩1%等沸点相差不大的几种液态气体混合组成。
由于液态空气中约含有1/5液氧（-183℃），沸点的不同，于是蒸发出的比例不同，所以液态空气组份比例经常变，沸点也就在变，不固定。
第四节用途
目前，人们液化空气的主要目的在于制取液氮、液氧及提取稀有气体。制取的基本原理是利用液态空气组份沸点的不同（氮：77K氧90．2K）而在分镏塔中进行分离而得到。
1、可当冷剂产生制冷效果；
2、工业上主要可分馏出氮气、氧气、惰性气体；
3、人工降雨；
4、医学冷冻制冷、标本保存、冷冻胚胎等；
氮可以用来制氨，氨是重要的化学原料。氮化学性质不活泼，液氮可作低温源，尤其高温超导体发现以后的今天，显得更为重要。除此之外，液氮在医学上也有很重要的应用。
氧可以广泛地应用在高温冶炼、高温焊接、高温切割及医疗方面。氩是惰性气体，可以充入白炽灯泡和其他电光源。
第五节安全
液态空气从上世纪60年代以后就已经实现工业化应用，产业成熟。类似的物质液氮应用极为普遍，从工厂、医院到乡村养殖场、配种站，几乎没有听到有什么安全事故的报道。对于没有存放在密封空间的“蓝色液体”，没有大量的热量瞬间供应，绝对不会发生“爆炸”。
第六节储存
可用保温容器、保温钢筒贮存和运输。目前，LNG车已成功大量使用超低温保温液态气体储藏罐，成熟、稳定、安全。
对于超低温的液态空气，只要不要让它得到热量，它就是稳定的蓝色液体。需要的储存环境就是保温、绝热。通常的保温暖瓶、保温杯都是很好的保温储存装置。储存液态空气不需要压力，因为压力再大，也只能维持最高约-142℃的温度，远不如随时将汽化的空气排放，带走热量，自然维持沸点以下-192℃的液态状态。
几乎所有的储存液态空气的装置都采用排气方法维持温度，而不用其它消耗能源制冷的模式。
理论上如果把液态空气存放在密封空间，即便是保温设备，也要注意排气，因为总是有少量热量传入，不断有液体汽化，密封会导致压力不断升高！但是实际使用过程中，笔者的液氮罐，蒸发率远远低于0.4%。也就是说，自增压储罐压力表几乎看不到变化，根本听不到安全阀的排气声，不采用增压手段，压力几乎维持不变。
第七节成本
生产液态空气，目前非常成熟，大约每公斤液态空气消耗0.28度电，约合1角钱，英国有报道大约是6便士。天然气液化的成本大约3~4角钱每公斤，液氮的生产成本大约是0.68度电每公斤。
现在热泵技术的水平已经很高，只是普遍将冷却热直接排放到环境中，没有再利用。如果将来空气液化产能非常大，完全有必要把空气液化过程释放的热量和过程中新消耗的机械能一起，通过冷却水的热回收实现再利用，生产热水、蒸汽，完全有希望让液态空气生产成本进一步大幅度下降，从目前每吨100～200元，下降到数十元，成本将主要来源于人工、储运环节。
中国目前工业领域里液氮批发价格约500元/吨，零售价格一般因为储运、加注环节预冷损失很大，折算下来较高约1000~3000元/吨。笔者购买的用于实验的液氮3元/公斤。每次加注前，管路的预冷消耗很大，加注越多，成本越低。对于频繁使用的加注系统，消耗量将大大减少。
第八节能量
每公斤空气从20℃变成-192℃，包括凝结热在内总共需要释放约0.23度电等值的能量。它不像汽油、液化天然气一样具有容易释放的所谓燃烧热。不应算作能源物质，没有常规意义上的能量。只能属于一个工作介质。其比热容约为1.4。
能量和动力是两个概念，一定能量的释放时间决定功率。液态空气吸收热量变成自己的势能，如果在高压状态下释放，就能产生巨大的动力。就像水做介质，家里烧开水不会爆炸，高压锅就会有爆炸的危险，火电厂的高压蒸汽就更加危险一样。
第九节压力
液态空气膨胀过程中吸收环境热汽化、膨胀技术非常成熟，各种空温气化器、水浴气化器、电热气化器等各式各样的产品很常见，输出压力从低压到30MPa以上规格齐全，技术成熟，使用安全、可靠。
第十节输送
超低温状态下，部分塑料制品、金属制品会变脆，多数物质会明显收缩。不锈钢等金属材料、四氟乙烯、硅胶等材料性能良好。输送过程的管路、接口、超低温泵、传感、计量均很成熟。品种、规格齐全。
第十一节环保
整个生产液态空气的过程都是物理过程，没有化学反应，几乎没有环境污染风险。即便在制冷环境，冷媒也是封闭使用，泄漏的风险很小，还有采用液氮做冷媒的生产工艺可供选用。
生产、储存、运输、使用全过程几乎不会造成上下游污染，如果考虑放出的热量回收再利用，则连“热污染”都没有。
空气液化的过程中，连水、二氧化碳都变成固体，各种物质几乎都以固体形式存在，不是飘在表面，就是沉在底部，很容易过滤。这是对空气的“绝对”净化！大量使用液态空气，将对环境、雾霾是一种彻底的净化和过滤。
第十二节伤害
冷的物质不会“辐射冷”，只有直接、大量、长时间接触才会受伤害，最重要的是保护好眼睛等非常脆弱的器官不要直接接触液态空气。实际上，微小的“液态空气”液滴，很难飞到人的皮肤上，在飞行过程中，和常温空气接触，早都变成气体了。
如果大量接触超低温的液态空气，造成的冻伤，类似于“烫伤”。但由于不像热量除了接触之外还会辐射、红外传导，冷冻的伤害只有传导、接触，没有辐射模式，哪怕离开1毫米，都不会伤害你，风险、危害要小很多。
第十三节对 比
一提液态空气，大家马上说压缩空气，好像液态空气是压缩得到的。其实不是每种物质都是简单压缩可以液化的。常温下，二氧化碳确实可以压缩为液体。但是空气的临界温度是-147℃左右，临界温度以上，单纯靠压力不能液化。
液态空气吸热汽化、气化得到的高压空气和压缩空气有本质的区别。主要有：
1、能耗不同。生产液态空气是消耗能量并获取热量的过程，液态空气可以是某种意义“副产品”；压缩空气则是消耗动力，低效率方式增加空气的势能，约80%能量浪费；
2、储存密度不同，液态方式只要保温，常压存储，液体密度大；压缩空气根据存储压力不同，同等重量下体积是液态气体的几倍到几十倍，体积庞大；
3、能量来源不同。液态空气使用时，临时吸收热量沸腾膨胀升压后立即使用，撬动环境热能、第三方热能参与；压缩空气则是依靠自身携带的势能转化为动力；
4、安全性不同。液态空气的超低温表示是几乎没有热量的物质了，即便泄漏，如果没有瞬间大量能量供应，它不可能“爆炸”，相对各种能源物质、载体（如电池）都要安全；压缩空气存储在高压气瓶，一旦有机会集中释放，就是“爆炸”，相对非常危险。
第十四节 未 来
液态空气作为一个类似于水的液体，吸收环境热能就能实现膨胀、做功，有可能成为一种使用量比汽油、煤油、柴油还要量大的一种最环保的工作介质，需要少量的能量帮助，就能撬动环境中热量“循环”、“流动”起来，在循环过程中人们得到动力，有可能让人类摆脱能源危机、环境污染，实现真正的绿色生活！
