合成氨压缩机论文

在自然条件下将氮气转化为可用作化肥的氨一直是科学家的梦想。近日，美国俄勒冈大学的化学家宣布找到一种新方法，使常温常压下用氮气合成氨成为可能。相关论文将发表在7月27日的美国化学学会会刊上。 合成反应中使用氢气作为氨的还原剂，也就是电子供体。此外还使用了一种名为trans-Fe(DMeOPrPE)2Cl2的铁化合物。 这种化合物的制作并不困难。整个反应在醚溶液中完成，但是研究人员已经证明，除了其中一步之外都可以在水中进行。论文通讯作者、俄勒冈大学化学教授大卫·泰勒说：“在化学家眼中，常温常压下用氮气和氢气在水中合成氨是固氮领域的圣杯，我们的下一个挑战就是找出在水中完成整个反应的步骤。” 氮气在空气中表现出惰性，但当它被转换为氨后，就可以用作氮肥促进植物生长。目前工业合成氨普遍采用哈伯—博施法，它的原理是让氮气和氢气在高温高压下发生催化反应，这种已使用近一个世纪的方法目前仍是最经济的合成氨方法。俄勒冈大学的方法与哈伯—博施法非常类似，也使用氢分子的电子作为固氮反应的电子源。泰勒说：“这是最简单的反应方法，其他方法要么需要使用不稳定的电子供体，要么需要高温以完成化合反应。” 但泰勒同时也强调：“尽管新方法是一种非常吸引人的解决方案，但要投入经济可行的工业生产可能还会需要几十年。”

在自然条件下将氮气转化为可用作化肥的氨一直是科学家的梦想。近日，美国俄勒冈大学的化学家宣布找到一种新方法，使常温常压下用氮气合成氨成为可能。相关论文将发表在7月27日的美国化学学会会刊上。 合成反应中使用氢气作为氨的还原剂，也就是电子供体。此外还使用了一种名为trans-Fe(DMeOPrPE)2Cl2的铁化合物。 这种化合物的制作并不困难。整个反应在醚溶液中完成，但是研究人员已经证明，除了其中一步之外都可以在水中进行。论文通讯作者、俄勒冈大学化学教授大卫·泰勒说：“在化学家眼中，常温常压下用氮气和氢气在水中合成氨是固氮领域的圣杯，我们的下一个挑战就是找出在水中完成整个反应的步骤。” 氮气在空气中表现出惰性，但当它被转换为氨后，就可以用作氮肥促进植物生长。目前工业合成氨普遍采用哈伯—博施法，它的原理是让氮气和氢气在高温高压下发生催化反应，这种已使用近一个世纪的方法目前仍是最经济的合成氨方法。俄勒冈大学的方法与哈伯—博施法非常类似，也使用氢分子的电子作为固氮反应的电子源。泰勒说：“这是最简单的反应方法，其他方法要么需要使用不稳定的电子供体，要么需要高温以完成化合反应。” 但泰勒同时也强调：“尽管新方法是一种非常吸引人的解决方案，但要投入经济可行的工业生产可能还会需要几十年。”

电石炉气在循环经济的综合利用论文

[摘要] 本文简述了电石炉气的特性和利用价值，从电石炉气成分主要为CO和H2(约90%)可以看出，电石炉气可以作为燃料及化工原料来利用。然而简单地将电石炉气作为燃料使用并没有使其价值最大化，而以其为原料发展高附加值的化工产品则更有意义。因此，本文重点介绍了利用密闭电石炉尾气生产碳一化工产品的工艺，并与煤化工中煤造气工艺进行对比，发现以电石炉气为原料的工艺不仅可以全部利用电石炉气中的有效气体成分，还减少了碳的排放量，减轻了对环境的污染，同时可以有效降低碳一化工产品的生产成本和建设投资。

[关键词] 电石炉气；循环经济；碳一

电石是有机化工的基础原料，由它制得的乙炔可生产醋酸、醋酸乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、乙炔炭黑等一系列数千种有机产品。在国内电石行业，无论是全密闭式电石炉、内燃式半密闭电石炉还是开放式电石炉，其尾气一直以来没有得到很好的利用，有的甚至直接放空烧掉，造成了资源的极大浪费。

1电石炉气特性及利用价值

电石炉气特性

使用密闭炉生产电石，每吨电石副产炉气量约400Nm3[1-2]，其典型组成及物理性质如表1所示。从表1可以看出，炉气中含尘量大，具有黏、轻、细、不易捕集等特点；炉气内含微量焦油，它在温度大于225℃时呈气态，在温度小于225℃时容易析出，会使除尘布袋黏结堵塞；炉气本身温度很高，同时含有难以除净的大量粉尘，治理难度比较大，在利用前需要对炉气进行充分的净化处理。

电石炉气利用价值

从电石炉气成分可以看出，炉气中含有大量的CO和H2，是很好的燃料和化工原料，利用好这部分气体可以产生巨大的经济效益和社会效益。以我国2017年电石产量2500万吨计算，副产的电石炉气总量达到100亿Nm3左右，如能全部回收，可得到约75亿Nm3CO和亿Nm3H2。因此，炉气净化利用对实现能源回收利用、降低生产成本、提高经济效益，都具有重要的意义。

2电石炉气在化工中的利用及经济性分析

目前，部分企业的电石炉气只是经过简单处理后，作为燃料烧石灰、烧锅炉等使用，并没有将炉气价值最大化利用。电石炉气的主要成分是CO和H2，在经过深度净化处理后，可利用CO和H2发展后续高附加值化工产品，可用于生产合成氨、甲醇、乙二醇、二甲醚、甲酸钠等较高附加值的化工产品[4]，目前国内已成功建成生产甲酸钠、合成氨、乙二醇的装置，详见表2。

合成氨和甲醇

[3]根据原料气分析以及物料平衡计算，电石尾气中氮气的体积分数约为5%，如单产甲醇，5%的氮气将作为无效气被放空，增加了压缩机的无效功；如单产合成氨，需要向系统中补充氮气，新增制氮装置，增加投资。综合考虑，如果采用以醇-氨联产工艺，即甲醇生产中串入合成氨生产，将炉气中的N2与H2合成氨，避免了合成甲醇过程中排放惰性气体而造成大量有效气体损失。醇-氨联产工艺不仅最大限度地利用了电石炉气，减少了排放量，又创造了经济效益。醇-氨联产工艺的流程示意图1所示。以电石炉气为原料，醇-氨联产工艺有以下几个优点：(1)充分利用了电石炉气中的气体成分，炉气的利用率更高；(2)利用甲醇合成后的尾气副产液氨，既最大限度利用了电石炉气，又创造了经济效益；(3)能耗低，与国内煤头制甲醇工艺相比能耗明显降低；(4)成本低，与国内煤头制甲醇工艺相比成本明显降低。

乙二醇

乙二醇合成气为高纯度的H2(，vol)和CO(99%，vol)，且H2和CO的体积比约为。若以电石炉气作为乙二醇合成气，与以煤为原料相比，省去了煤制气的过程，消耗低，原料成本大幅下降，无疑是一种优于单纯以煤为原料的生产乙二醇的原料路线。以电石炉气为原料合成乙二醇的工艺流程见图2。2中可以看出，电石炉气只需要经过适当的变换及分离制氢后即可作为乙二醇的原料，不需要煤造气过程，可以节省大量的投资，具有良好的经济效益和社会效益。从国内电石炉气的在化工产品上的利用情况来看，新疆天业集团已经取得了成功。新疆天业以电石炉气为原料，采用煤制乙二醇技术，于2011年7月在新疆石河子开工建设了25万吨/年煤制乙二醇项目一期工程，规模为年产5万吨乙二醇。一期工程在2013年1月份建成并成功产出优等品乙二醇，产品纯度均超过国标优等品标准。在一期获得成功的基础上，二期工程20万吨/年乙二醇于2013年5月开工建设，并于2015年9月建成投产。

聚氯乙烯

[4]除了在碳一化工中利用外，在烧碱-PVC生产路线中，电石法PVC有两个重要的化学反应过程：(1)氢气和氯气反应合成氯化氢；(2)氯化氢和乙炔反应合成氯乙烯。在合成氯化氢过程中，为了避免氯化氢中的游离氯含量过高遇乙炔发生爆炸，参加反应的氢气一般过量10%左右。但电解氯化钠时，产生的氯气和氢气量是相同的，这样就需要过量的氢资源。而氯碱企业一般靠生产液氯来平衡氢气的不足，或者采用如水电解制氢或天然气制氢来补充氢气，这样都会带来投资增加和生产成本上升的问题。而从电石炉气成分可知，炉气中除含有体积分数80%左右的CO外，还有体积分数5%~10%的H2，这样可将炉气回收后经过等温变换、变压吸附等工艺分离出H2，用于合成氯化氢，剩余的CO可以继续作为碳一化工的原料来利用。炉气回收利用工艺流程如图3所示。在氯碱行业利润普遍不高的情况下，炉气回收利用不仅降低了电石生产成本，而且为PVC生产提供了氢气，具有显著的经济效益。

炉气回收利用的`经济性分析

采用煤与电石炉气为原料生产乙二醇合成气，主要的成本差异体现在合成气的原料气制备上，因此主要比较煤制合成气成本与电石炉气做为合成气处理成本。比较前提(1)生产相同规格和相同量的合成气(H2+CO)；(2)煤制气按水煤浆气化工艺考虑；(3)电石炉气按项目外供给，按元/Nm3计价；(4)比较范围截至合成气的原料气，即不考虑后续变换、分离等。消耗比较基于的比较前提，对煤制气和电石炉气生产合成气的过程进行计算和分析，得到两种工艺过程原材料消耗和公用工程消耗情况，如表3所示。从表3中明显可以看出，采用电石炉气为原料，原料气直接由电石厂供应，消耗已计入电石生产中，因此对于化工装置来说原料气是已经制备好的；而采用煤气化，在造气环节要增加公用工程消耗和原料煤消耗，对项目所在地的煤资源保证有要求，同时还需要为煤气化配套建设公用工程。成本比较根据表3的消耗情况可知，电石炉气为原料气只需要计算原料电石炉气的成本，实际上电石炉气是电石生产副产品，因而其成本可认为是0。本比较考虑电石炉气从项目外电石厂外购，需按购买价计入原料气成本。成本比较结果见表4。从表4的比较结果来看，采用电石炉气为原料，每1000Nm3合成气成本可降低200元以上，折每吨乙二醇成本下降500元左右，成本降低非常显著。如果电石炉气能够实现内部供给的话，则电石炉气成本可以忽略，合成气成本下降更为可观。投资比较因合成气来源不同，投资差异会比较大。对煤制气与电石炉气两种原料过程进行了投资差异上的比较估算，其比较结果见表5。从表5可以看出，若煤制气投资基准值为0，以93750Nm3/h(可满足30万吨/年乙二醇生产)合成气规模计算，则采用电石炉气为原料一次性投资可减少约亿。

电石规模的影响

虽然电石炉气作为合成气原料，无论从投资上还是运行成本都较煤制气路线要低很多，但要利用好电石炉气还要看电石装置规模的大小。例如，利用电石炉气生产甲酸钠，10万吨/年电石可配套7万吨/年甲酸钠装置；而利用电石炉气生产合成氨、甲醇、乙二醇等高附加值的化工产品，10万吨/年电石仅能配套万吨/年甲醇或合成氨装置。如此小的化工装置很难产生经济效益，相当于利用了电石炉气的资源，但在配套建设的化工装置上多消耗了能源，使电石炉气回收利用的社会、经济、环保、节能效益大打折扣。因此，利用电石炉气必须要考虑电石装置规模。目前从新疆、内蒙等地电石企业来看，规模一般都在60万吨/年以上，如新疆天业电石产能已达到200万吨/年以上，这样的规模可以为化工生产提供足够的原料气。所以，若新建碳一化工项目无充足的电石炉气，可考虑与周边大型电石企业合作，由电石企业向化工企业提供电石炉气，从而实现资源互补，循环利用。

3结论

综合以上分析，利用电石炉气来生产化工产品，无论从一次性投资还是产品成本上都优势明显。电石炉气的开发利用已经引起了越来越多的关注，尤其是在化工领域已经取得了重大突破。电石炉气在碳一化工产品中的应用，目前行业内已经获得了成功，如果逐步推广到更多的化工产品中将会大大降低相关产品成本和投资，节能减排，提高经济效益，是循环经济发展的一大亮点。此外，除了生产电石外，冶金行业中生产铁合金、工业硅、黄磷、刚玉等过程都会产生一氧化碳为主的炉气，且其炉气排放量大约是电石炉气的两倍。如果将电石炉气在化工产品上应用成功的范例，推广到整个冶金行业，将对整个国民经济能源节约、资源利用、环境保护有着重大贡献。

合成氨,指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。别名：氨气。分子式NH3英文名：synthetic ammonia。世界上的氨除少量从焦炉气中回收副产外，绝大部分是合成的氨。 合成氨主要用作化肥、冷冻剂和化工原料 生产方法 生产合成氨的主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）等。 ①天然气制氨。天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约％～％（体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。 ②重质油制氨。重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。 ③煤（焦炭）制氨。随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。 用途 氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12％。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。液氨常用作制冷剂。 贮运 商品氨中有一部分是以液态由制造厂运往外地。此外，为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡，防止因短期事故而停产，需设置液氨库。液氨库根据容量大小不同，有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类型。液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运。

中国制造业未来发展趋势 今年是中国加入WTO第十一年，这期间，中国经济从全盘接纳“全球秩序”到与美国和欧盟比肩跻身世界三大巨头之列，制造业的迅猛发展是最好的佐证。然而，面对全球制造业的产能不断扩大、劳动力成本上升、产品同质化竞争激烈、利润率下降、消费者需求更加苛刻等难题，我国制造业未来的发展趋势如何呢？ 一、走向智能化 装备制造业为国民经济和国防建设提供技术保障，是制造业的核心组成部分，是国民经济发展特别是工业发展的基础。建立起强大的装备制造业，是提高中国综合国力，实现工业化的根本保证。经过多年发展，我国装备制造业已经形成门类齐全、规模较大、具有一定技术水平的产业体系，成为国民经济的重要支柱产业。 我国已经成为装备制造业大国，但产业大而不强、自主创新能力薄弱、基础制造水平落后、重复建设和产能过剩等问题依然突出。智能制造系统最终要从以人为主要决策核心的人机和谐系统向以机器为主体的自主运行转变。例如发展智能化产品（聪明机床）；生产过程的自动化、智能化；发展工业自动控制技术和产品（传感元件、自动化仪表、PLC、DCS、FCS、现场总线、数控系统）、远程监控、检测、诊断等。 中国也是农业大国，农用机械的智能化对中国制造业影响很大，关注“三农”，扶持发展先进适用农用装备，按照先进、适用、经济、安全等原则，鼓励100马力以上大马力拖拉机及关键零部件、配套农机具，农作物移栽机械，农业收获机械，牧草收获机械，节水灌概设备，以及沼气设备等的发展。 智能制造装备是高端装备制造业的重点方向之一。随着产业结构不断调整升级，近年来我国智能制造装备市场规模不断扩大。考虑到智能装备的战略地位，以及在推动制造业产业结构调整和升级中的重要作用，“十二五”期间国家将持续加大对智能装备研发的财政支持力度，并且将建立首台(套)装备示范项目保险机制。智能化非常重要：产品装备实现数字化，向国民经济各部门提供智能化工具，从而提高我国社会生产力水平、提高我国装备制造业国际竞争力。 二、打造自主品牌 长期以来，数控机床是我国装备制造业的短板，高档数控系统与重型、精密机床，一直被国外厂家垄断。经过“十一五”期间的系统攻关，以华中数控()“华中8型”高档数控系统为代表的国内高档数控机床取得了可喜的突破，为数控机床配套的数控系统和功能部件自给率达到了60%，自主研发的数控系统可靠性平均无故障时间达到2万小时。此外，大型飞机科技重大专项进展良好，具有自主知识产权的新支线ARJ—21飞机正在进行试飞，预计今年将开始批量交付。“嫦娥工程”及“载人航天”取得阶段性重大成果。“十一五”期间，机械产品国内市场占有率由2005年的80%进一步提高到2010年的85%以上，对国民经济各行业的保障能力明显增强。近年来钢铁、采矿、水泥、石化等行业的高速发展，也推动了相关装备制造业自主创新能力的提升。目前，1000万吨级钢铁企业常规流程成套设备、2000万吨级露天矿成套设备、日产4000—10000吨级熟料干法工艺水泥成套设备已能自主提供。30万吨/年合成氨设备实现自主化，百万吨乙烯装置裂解气压缩机、丙烯压缩机和乙烯压缩机等关键“三机”也已研制成功。企业自主创新动力不足，为电力、石化、冶金、铁路等行业提供的主要装备，关键技术依赖引进。用于新产品、新工艺和新技术研发的投入不足，原创性技术成果少，具有自主知识产权产品少。产、学、研、用结合不紧密，产业共性应用技术研发缺位，公共试验检测平台缺乏，社会科技成果转化率低。基础制造水平滞后，长期以来，为整机和成套设备配套的轴承、液气密元件、模具、齿轮、弹簧、粉末冶金制品、紧固件等基础件，泵、阀、风机等通用件，工业自动化控制系统、仪器仪表等测控部件，质量和可靠性不高，品种规格不全；特种原材料长期依赖进口；铸造、锻造、焊接、热处理、表面处理等基础工艺落后，专业化程度低。部分行业产能过剩矛盾突出。除中小型普通机床制造、交联电缆行业等传统行业产能过剩矛盾依然突出外，近几年来，一些地方片面追求发展速度，热衷于仍然热衷于新上项目、铺摊子，在国家严格调控“两高一资”等行业固定资产投资的形势下，纷纷将投资重点转向装备制造业，导致一些新兴行业投资过热，出现产能过剩隐优，过度竞争风险加剧，如风力发电设备、大型盾构机、大型压力机等。如不及时加以调控，不仅将使企业陷入生产经营困难，还将影响产业自主创新和结构调整的步伐。这些问题已经成为制约制造业打造自主品牌的瓶颈。 三、转向服务型制造 过去十年，中国装备制造业已经局部达到了世界先进水平，然而在未来十年，如何能从大而不强跻身真正的世界制造业强国，面临系列挑战。正如中国经济学家樊钢所指出的，中国制造的转型升级并非单纯的放弃原有产业，转而去做高科技，在企业转型升级背后，必须要与其关联的要素市场相配合。 中国机械科学研究总院原副院长屈贤明向《中国联合商报》表示，未来十年，中国装备制造业需要由生产型制造向服务型制造转变。大力发展包括系统设计、系统成套、工程承包、设备租赁、远程诊断服务、回收再制造等现代的制造服务业。制造服务业的发展滞后，也令企业在价值链高端缺席。他说：“为用户提供系统设计、系统成套、工程承包、远程诊断维护、回收再制造、租赁等服务业未能得到培育，绝大多数企业的服务收入所占比重低于10%，国外已经超过50%，我们主要业务是属于价值链低端的加工装配环节。” 事实上也证明，中国制造企业重构商业模式、向服务业务转型有两条路可走，一是提供基于产品的增值服务，从总体上提升客户的产品拥有体验;二是提供脱离产品的专业服务，利用企业在研发、供应链、销售等运营能力上的优势，为其他企业提供专业服务。湖北富邦科技和其他一些中国制造企业已经开始重构商业模式的有益探索，主要是为客户提供基于产品的增值服务，以保留自身原有的产品制造优势，减少变革风险。 服务制造是制造业产业发展的重要桥梁，中国当前的制造业虽然有“世界工厂”“制造大国”等美誉加身，实际上更多的企业是在给西方发达国家“打工”。有关专家给出的解释是，中国制造企业集中在中、低端市场竞争，纷纷搞价格战，无力争夺高端市场，这使得企业的利润率极其低下。而现代制造业作为一个整体产业链，早就脱离了单纯的产品、生产线和流水线的局限，它包含了研发、品牌、行销、物流、金融、谘询、文化、客户管理、会展、培训、设备改造、设备租赁、供应链管理、产品回收、商标专利等诸多方面。服务制造是在服务业和制造业不断融合的背景下应运而生的，是为了实现制造价值链中各自利益相关者的价值增值，进而达到一种高效创新的制造模式，也是世界先进制造业发展的新方向。它包括基于制造的服务和面向服务的制造两个方面。尤其值得一提的是，制造与服务的深度结合，一大关键因素是企业本身要具有核心产品或者说核心能力，围绕核心产品或者核心能力进行创新，与服务业相结合，才能取得更好的发展。只有围绕着它的核心产品，客户才认可它的整体解决方案。因此，“服务制造”对于中国制造业由大到强、实现产业结构的转型具有积极的意义。 四、制造业的信息化 信息技术与中国制造业的融合朝着深度、广度大力推进。信息化与工业化融合推进的重点包括发展智能工具、构建数字企业、实现节能减排、促进转型升级、做强信息产业、催生新兴产业等六个方面。 随着电子信息技术的发展，世界机床业进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，而数控机床就是代表产品之一。行业规模不断壮大，中国国产高档数控机床明显进步，国产中高档数控系统取得重大突破，这些都充分说明，中国数控机床整体水平全面提升。在数量持续增长的同时，数控机床的质量也在追赶世界的进程中不断加速。同时，作为数控机床核心技术的国产数控系统同样取得重大突破。制造业与信息技术、高新技术融合，能够促进传统制造业向现代制造业转型升级。 中国的制造业信息化已经发展到了共性和个性全面共同促进的时候。面向诸多的企业，系统集成商、社会中介机构、服务实施单位把共性的平台去和每一个企业的个性结合起来来组织实施，这样才能够良性互动地推动我国信息化的发展。未来，集成与协同将是制造业信息化技术发展的主旋律。如何来实现？在空间跨度上，从企业的集成到企业间的集成，走向企业间产业链、企业集团甚至跨国集团这种基于企业业务系统的集成；在时间跨度上，从侧重于产品的设计和制造过程，走到了产品全生命周期的集成过程；在集成和协同的重点上，从多年来以信息共享为集成的重点，走到了过程集成的阶段，正在向知识与智能发展的集成阶段迈进。在集成和协同的关键技术方面，现阶段的企业很多都集中在单元技术的应用，从发展的角度，会由这些单元技术产品通过集成平台，形成企业的信息集成平台系统，并朝着企业综合能力平台发展。