合成氨的节能与环保 小论文

第一篇：合成氨的节能与环保 小论文

合成氨的节能与环保

李永海

（安建工 材化学院 08应化① 08206030102）

摘要：进入21世纪，我们不能再一味地发展追求发展重工业，而要努力向“清”工业转型。氨是最为重要的基础化工产品之一，更应做好表率，带头实现节能减排。通过合成氨的工艺流程，尽量从各环节做到节能减排，把氨工业的发展与节能和环保相结合。

关键词：合成氨 节能 减排 环保

1、前言

饮鸩止渴，意思是喝毒酒解渴，比喻用错误的办法来解决眼前的困难而不顾严重后果。刚刚进入二十一世纪，人类就惊讶的发现，从第一次工业革命开始，人类为了追求利益与发展，工业飞速发展。但伴随新科技，新文明的到来，能源危机的红灯频频亮起，环境污染也日益严重，自然灾害频发。这无异于饮鸩止渴。如今，越来越多的人已经意识到了这个问题。党的“十七大”提出“抓好节能减排工作，着力推进资源节约型、环境友好型社会建设”。合成氨工业是化学工业的支柱产业之一，在国民经济中占有非常重要地位，氨是最为重要的基础化工产品之一,其产量居各种化工产品的首位;同时也是能源消耗的大户,世界上大约有10 %的能源用于生产合成氨。合成氨也造气是用水大户之一。以无烟煤或焦炭为原料生产合成氨时，每生产1 t 合成氨可排出造气废水50 ～ 80 t。正因它是一个大吨位、高能耗、低效益的产业，合成氨的节能与环保势在必行。

2、合成氨简介

2.1、合成氨的工艺流程

如图1，为合成氨的工艺流程。

在200MPa的高压和500℃的高温和催化剂作用下，N2+3H2====2NH3,经过压缩冷凝后，将余料在送回反应器进行反应，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。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0.1％～0.3％（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。

2.2合成氨的用途

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。

3、合成氨的节能

3.1、设备优化节能

合成氨操作的设备很多，包括流体输送设备，塔设备，换热设备等，每一类设备都有他独特的节能方式。

3.1.1塔设备的改造

采用塔前预热器的合成氨工艺，如图2。该流程特点：(1)大幅度降低冷却水的消耗。

(2)预热^塔气体，减少合成塔内换热器的负荷。当中锅蒸汽压力不变时，合成塔下段换热器负荷基本不变，实际上减少的是上段换热器负荷。

(3)减少合成塔内换热器负荷，从而提高合成塔的容积利用系数、催化剂装填量及合成塔的生产能力。

(4)提高中锅蒸汽产量。塔内换热器负荷的减少，相应增加了中锅负荷，从而可提高中锅蒸汽产量。

3.1.2、流体输送设备的改造

（1）应用变频器节电

变频调速是通过改变电机定子的供电频率来达到电机的调速, 它可以根据电机负载的变化实现自动平滑的增速或减速。调速特性基本保持了异步电动机固有的特性, 即转差率小的特点, 因而其效率高、调整范围宽、精度高, 且能实现无级调速, 节电效率在20% ~ 30%。

（2）内馈斩波调速

内馈斩波调速设备是由内馈调速电机和斩波控制装置组成。该技术是新型交流调速技术, 特别适用于需要高效节能的高压大、中容量交流电机的调速。

内馈斩波调速主要技术特点有: a、有源逆变器和内馈绕组只含有功率和电流, 最大容量由移相控制的100% 电机功率降低为14.8%, 使内馈调速电机工艺得到简化, 成本降低。

b、从根本上解决了移相触发控制人为地产生感性无功功率问题, 有源逆变器触发脉冲固定,相位锁定, 功率因数恒为0.9, 抗干扰性强, 可靠性高, 电流谐波减小。

c、效率高, 可达90%以上。

d、该技术比调速型液力偶合器的能效高。（3）无功功率补偿的节能 3.1.3换热设备的改造

通过改进换热器的种类和表面积，以及催化剂的装填方式，可提高换热效率。

3.2、工艺控制节能

工艺控制节能主要是余热的利用，工艺产生的余热分为六大类：高温烟气余热, 冷却介质的余热, 化学反应余热,废汽、废水的余热等。余热的直接利用最为简单, 通常用于以下几方面: 预热空气或软水, 它是利用高温烟道排气, 通过换热器来加热进入锅炉的空气或入炉软水。由于进入炉膛的空气温度提高, 使燃烧效率提高;生产热水和蒸汽;制冷, 它是利用低温余热通过吸收式制冷系统来达到制冷或空调的目的。

3.3、从原料方面节能

由于各资源储备量不一，在合成氨原料方面，可改用“油改气”(利用部分氧化工艺将原料改为天然气)和“油改煤”(利用煤气化工艺将原料改为煤或石油焦)。由于在海洋中，天然气资源十分丰富，面对国际原油价格日升的形势，更应当研发新技术来开采天然气。

4、合成氨的环保

4.1、合成氨的废水处理 如今，各国都出台了一些关于工业废水处理的标准及法律法规，我国也花了大力气。最近几年，南京就花了大力气治理秦淮河，并对周边工厂的污水排放大力调查，多家不合格工厂被查处。4.1.1、废水回收利用以减排

加大水综合利用，既节约了水资源，也减少了废水排放。在化肥厂用合成氨制尿素过程中，水的综合利用如图3，通过水的循环利用以减少废水排放。

4.1.2、废水直接处理

随着大家环保意识的提高，越来越多的人投身于废水处理技术中，如今已出现了不少较新的技术。（1）一体化净水器处理合成氨废水 a、YZJ 高浊度一体化净水器

YZJ 高浊度一体化净水器是将旋流反应室、澄清室、斜管沉淀室、滗渣装置、沉泥与排泥系统等6 项水处理单元竖向排列组合成的一体化除浊设备。根据不同水质，采用不同的设计参数，可将原水浊度的质量浓度从大于10 000 mg ／ L 一次降到小于20 mg ／ L。在处理冲灰冲渣水和黄河水中都获得成功运用。YZJ 高浊度一体化净水器结构见图4。

YZJ 高浊度一体化净水器，工艺流程合理，结构简单，占地面积小，设备容量大，二级沉淀，能适应高浊度和较恶劣的污水水质，出水水质好，排泥周期长。设备高，出水可以直接进入后续设备，省去了中间提升设备与调节构筑物。排泥阀用时间继电器来控制排泥周期与排泥历时，实现了简单的自动运行。

b、一体化净水器和双层曝气生物滤池联用 沉淀、冷却、生化闭路循环的造气废水处理工 艺主要处理单元流程如图5 所示。

该工艺的沉淀和生化单元分别采用一体化净水器和双层曝气生物滤池，其特点有： 1）与常规处理工艺相比，一体化净水器和管道混合器，替代了平流沉淀池和斜管沉淀池，提高了处理效率和水质，节省了占地面积。由于一体化净水器较高，出水可以直接流入后续处理单元，省去了二、三级泵，节省了运行能耗。

2）采用了两级叠加的旁流曝气生物滤池，可根据水质平衡决定处理水量，脱氮效果好，不用后续过滤或沉淀设备，管理方便。生物滤池反洗水与污泥干化排水都流回集水井，并参与再处理，基本实现了废水零排放。

（2）A/O-MBR 复合生物脱氮工艺

工程采用A/O+MBR 复合强化生物脱氮工艺，工艺流程如图6 所示。

工艺特点：

1）采用MBR 膜代替传统的二沉池进行泥水分离，系统出水中悬浮物和浊度很低。

2）MBR 膜几乎可以全部截留水体中的微生物，使MBR 池中微生物浓度大大提高，系统处于低 负荷状态下运行，有机物得到较彻底的降解，出水水质好。

3）生物处理系统氨氮负荷较低，硝化反应进行彻底，对氨氮的去除效率高。

4.2、合成氨的废气处理

4.2.1废气的再利用，减少排空量

造气炉的吹风气含有部分可燃气体, 加之自身温度很高, 送至三废混燃炉用来生产蒸汽, 既节约了能源, 又保护了环境。

合成氨生产中, 由于合成反应的累积, 甲烷气达到一定浓度后, 要有一定的气量排出系统, 采取膜分离的方法把氢气、甲烷及氢氮气分离出来, 在分离过程中会产生氨水、甲烷气、氢氮气等,其中氨水送至无动力氨回收用来生产碳铵, 也可以送尿素再利用, 甲烷气送三废混燃炉作为燃料,氢氮气返回系统作为合成氨的原料。变压吸附脱碳CO2 尾气排放空气中会产生温室效应, 通过回收CO2 气体, 变废为宝, 减排温室气体, 既避免了大气污染, 又适应节能减排环保发展的要求, 产生良好的经济效益和社会效益。如图7，4.2.2、脱碳变压吸附CO2 气体回收技术

二氧化碳是一种宝贵的资源, 被广泛地应用于多种领域, 如: 化学合成工业、机械保护焊接、金属铸造加工、农业施肥、果品蔬菜保鲜、啤酒饮料灌装、石油开采、消防灭火、医药卫生等行业。二氧化碳回收和再利用为企业增加明显的经济效益, 又起到环境保护作用, 减少温室效应。该项目利用生产过程中变压吸附脱碳装置排放尾气中的二氧化碳为原料, 资源充足而稳定, 充分利用现有资源创造效益。

利用的吸附精馏法回收净化精制二氧化碳专利技术, 生产出符合国家标准的食品级和工业级二氧化碳产品。

生产尾气首先经过分水后, 进入压缩机增压到25MPa, 冷却分离水分后进入干燥器干燥, 干燥后的物料经吸附脱除杂质、预冷后液化、精馏, 进入食品级产品储罐, 作为食品级二氧化碳产品出售使用;生产工业级产品, 则在干燥后直接液化, 进入闪蒸罐闪蒸, 在闪蒸罐底得到工业级产品(液碳)。

5、合成氨节能减排现状与前景

在国外，日本丰田汽车公司和美国福特(Ford)汽车公司在NSR 催化技术领域的研究成果显著,前者占据了日本国内市场,正在开拓欧美市场;后者正向工业化迈进。瑞典、德国、意大利和英国的科研机构在催化剂性能、反应机理等方面做了许多卓有成效的工作。中国科技大学及中国科学院大连化学物理研究所等科研机构在催化剂性能和结构方面作了初步研究。可见，国外很重视合成氨的节能与减排并取得不少成果。

在国内，合成氨技术虽也有所提高，但由于成本原因，不少工厂还用着老式的设备和方法。原料也还以油、煤为主。好在目前，国家对工业生产中的节能减排已相当重视，正大力改善这一现象。

我国的氮肥工业自20 世纪50 年代以来,不断发展壮大,目前合成氨产量已跃居世界第一位,现已掌握了以焦炭、无烟煤、焦炉气、天然气及油田伴生气和液态烃多种原料生产合成氨、尿素的技术,形成了特有的煤、石油、天然气原料并存和大、中、小生产规模并存的生产格局。目前合成氨总生产能力为4 500 万t/ a 左右,氮肥工业已基本满足了国内需求,在与国际接轨后,具备与国际合成氨产品竞争的能力,今后发展重点是调整原料和产品结构,进一步改善经济性。

6、结束语

随着近年来国家对节能减排工作的重视, 国内大型氮肥企业开展新一轮节能技术改造将是未来发展趋势。在新时期政策和环境影响下，合成氨节能技术会向以下几方面发展。①采用先进的煤气化技术, 调整原料结构, 来实现节能降耗的目标。②适当加大装置生产规模，让企业的设备大型化，集成化，自动化并形成经济规模的生产中心。③加强对废水、废气、废渣和废热进行综合利用, 创造新的经济价值。

如果把合成氨工业（甚至所有工业）比作一辆自行车，那么节能和环保就是它的前后车刹。虽然车刹不能帮助车子前进的更快，甚至是用来减速的，但没有他们，行吗？适当的时候，必须得减速，这样才能更安全的行驶。以退为进，未必就不好，一味地追求前进，往往是一去不复还啊。

参考文献：

苟爱仙 王博棋，石化院新型合成氨催化剂研究获突破，中国化肥网，2010 颜鑫，合成氨节能降耗新思路，2001 靳灿 丁莉 赵文甲，我国合成氨企业节能现状和趋势，2009 罗建烘 杨明鸿，合成氨运转设备节能技术应用，2008-11 蒋德军，合成氨工艺技术的现状及其发展趋势，2005 赵昌富，以技术革新助力节能减排，2009年第2期

施俊鹏，一体化净水器在合成氨造气废水处理回用中的应用，2009 李士安 吕峰 王知强，A/O-MBR 复合生物脱氮工艺在合成氨废水处理中的应用，2009

第二篇：节能与环保论文

中国石油大学培训学院

“节能与环保”论文

题目：资源利用中的节能与环保

学生姓名：李小聪 学 号： 39 联系电话：*** 专业班级：油气储运一班 指导老师：杨俊玉 2013年12月15日

论文摘要：所谓的节能，就是尽可能地减少能源消耗量，生产出与原来同样数量、同样质量的产品；或者是以原来同样数量的能源消耗量，生产出比原来数量更多或数量相等质量更好的产品。也可以说，节能就是应用技术上现实可靠、经济上可行合理、环境和社会都可以接受的方法，有效地利用能源，提高用能设备或工艺的能量利用效率。所谓的环保就是人类为解决现实的或潜在的环境问题，维持自身存在和发展而进行的各种防止环境破坏的控制措施实践活动的总称。

一、节能

1.1能源现状

目前，石油、煤炭、天然气这三种传统能源占能源消费约90%以上，其中石油占一半以上。全世界最为依赖的能源——石油与天然气。我国能源总量丰富，但人均能源可采储量远低于世界平均水平。2004年，人均石油最终可采储量居世界第41位。因此，一旦平均到个人消费量，我国能源并非地大物博，实际上存在先天不足的弱势。

我国能源开发的特点:中国能源利用效率比发达国家低很多。能源综合利用效率为32%，能源系统总效率为9.3%，只有发达国家的50%左右。能源消费以国内供应为主，环境污染状况加剧，优质能源供应不足。中国经济发展主要建立在国产能源生产与供应基础之上，能源技术装备也主要依靠国内供应，过度消耗生物质能引起生态破坏，生态环境压力也越来越大。

1.2节能的原因

从国际上看，世界的环境面临着这些问题。酸雨蔓延、森林锐减、土地荒漠化、大气污染、水污染等等一系列环境问题都需要我们重视和改善。

从我国来看，总体来说我国的能源占有量是很大，但同样的我国人口数量庞大，这样人均占有量就少的可怜了，所以节能是我们大家的义务、是全社会的责任。

节能是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措，节能环保是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择，节能环保对于调整经济结构、转变增长方式、提高人民生活质量、维护中华民族长远利益，具有极其重要而深远的意义。节能环保也是我国对国际社会应该承担的责任。我们要充分认识节能环保工作的重要性和紧迫性。

1.3节能的措施

随着社会的不断进步与科学技术的不断发展，现在人们越来越关心我们赖以生存的地球，世界上大多数国家也充分认识到了环境对我们人类发展的重要性。各国都在采取积极有效的措施改善环境，减少污染。这其中最为重要也是最为紧迫的问题就是能源问题，要从根本上解决能源问题，除了寻找新的能源，节能是关键的也是目前最直接有效的重要措施，在最近几年,通过努力，人们在节能技术上不断努力。需要做好节能与能源的利用：

1）定制合理施工耗能指标，提高施工能源利用率。

2）优先使用国家、行业推荐的节能、高效、环保的施工设备和机具，如选用节能施工设备等。

3）施工现场分别设定生产、生活、办公和施工设备的用电控制指标，定期进行计量、核算、对比分析，并有预防与纠正措施。

4）在施工组织设计中，合理安排施工顺序，工作面，以减少作业区域的机具数量，相邻作业区充分利用共有的机具资源，安排施工工艺时，应优先考虑耗用电能的或其他能源较少的施工工艺，避免设备额定功率远大于使用功率或超负荷使用设备的现象。

5）根据当地气候和自然资源条件，充分利用太阳能，地热等可再生资源。

二、环保

2.1环境的现状

现在世界上许多地区的饮水、空气、土地，甚至是工作地点、住宅都受到了污染，严重危害着人们的身体健康。

空气是人类赖以生存的另一大因素，空气的污染也会对人的身体构成危害。空气中有许多对身体有益的元素，但现在许多地区的空气受到了严重污染，空气中含有有害物质。汽车排放的尾气、工业排放的废气都是空气污染的来源。虽然一些自然物质如尘埃等也会污染空气，但与工厂排放的废气相比微不足道。总之任何有毒气体和微小颗粒散发在空气中，都会对空气构成污染。现代交通和运输工具如汽车、飞机、船只排放的废气都是造成空气污染的重要因素，因为在这些废气中有大量二氧化碳等有害物质。冰箱、空调里用于制冷的氟里昂也是一大空气污染源，而且这种气体会严重破坏臭氧层，使地球的温室效应加剧。臭氧层是保护地球免遭紫外线伤害的天然屏障，一旦臭氧层遭到破坏，地球就会受到紫外线的侵害，各种疾病如皮肤病、癌症等就会在人们中间流行，对人类的生命构成严重危害。

过去20年间，中国因环境污染和生态退化造成的损失占GDP的7~20%。2005年，因环境污染引发的冲突达5.1万起；2007年，40%的城市生活污水直接排放；60%的大型湖泊因矿物质和有机物污染而出现富营养化；在监测的197条河流中，半数受到硝酸氨、过锰酸盐和石油的严重污染；在监测的287个大中城市中，只有的空气质量达到环境保护部的标准（另一种说法是，全国只有的城市空气质量达到国家二级标准）。上述环境污染是表面上的，是以城市或工业地区密集人群为中心生态危机的。实际上，那些“远在深山”的生态退化更加危险。环境污染了，国土还在，还有修复的可能。但一些致命的生态破坏则很难修复，如消失的物种不能“死而复生”，损失的土壤不能回到原位，干涸的湿地难以再现生机等等。2.2环境破坏的根源

a、法律不健全

目前我国已经出台的有关能源、环境的各项法规制度名目繁多，研究结果政策建议更是林林总总，但是仍然不能扭转我国目前环境恶化、能源使用效率低下的现状，主要问题是法律法规不健全。

首先表现在法律不够与时俱进。《环境法》自颁布以来至今已18年多了。这么多年来我国社会经济发生了巨大的变化，不适应新的形势发展的要求，这也给一些污染户们钻了空子却无法予以惩治。

同时法律中一些条款只是制定了基本原则，却不具备实施条件。一些主要的环境法律尚有空白，立法的缺失，使人身健康以及所涉及的环境保护问题缺乏必要的法律依据。

b、监管制度不完善

在许多地方，往往因地方经济保护的干扰，一些排污大户同时是利税大户，轻易便能轻易避开法律追究。比起加速实现工业化，我国政府对环境保护显得不够重视，因此环境保护的法制、体制、机制都存在一定的滞后，环保投入明显不足，特别是当经济发展和环保发生冲突，往往是后者服从前者。或是由于一些政府官员的地方保护主义和个人利益，使得国家环境政策难于得到有效地执行。许多地方官员为了提高当地GDP而对其污染企业实行地方保护主义。

c、缺乏技术支撑

开发大幅度提高资源利用率的共性和关键技术的能力不强，生产工艺技术和装备水平还不能适应大幅度提高资源利用率的需要。而资源开发和环境保护部门是专业性要求很强的部门。可是我国地方环保部门特别是基层环保部门的人员结构却不能适应这种要求，所以，即使有了法律作为武器，环境问题依然频频发生，基层环保部门素质不高是一个重要的原因。

2.3环境保护的对策

面对这样的环境问题，我们必须采取行动，保护我们的环境。所谓的环境保护就是运用现代环境科学理论和方法、技术，采取行政的、法律的、经济的、科学技术的等多方面措施，合理开发利用自然资源，防止和治理环境污染和破坏，综合整治环境，保护人体健康，促进社会经济与环境协调持续发展。这一概念明确了环境保护的指导理论、目的、内容和应采取的措施，尤其是将合理开发利用自然资源纳入环境保护。这就要求人们在合理利用自然资源的同时，深入认识并掌握环境污染和生态破坏的根源与危害，有计划地保护环境，防止环境质量恶化，控制环境污染和生态破坏，保护人体健康，保持生态平衡，保障人类社会的持续发展。我们需要优化能源结构，以提高能效提高能效和开发利用清洁、可持续能源的根本在于科技进步，既要继续扩大技术引进的力度，又要提高我国的技术创新水平。在环保事业蓬勃发展的今天，我国环保科技的发展与发达国家有较大差距。发达国家的经验证明,对循环经济关键技术的投入，提高了资源的有效利用率。因此政府可以鼓励开发和应用有普遍推广意义的资源节约和替代技术，如洁净煤、煤层气利用，绿色照明、再制造等

同时我们需要完善立法,健全法律法规体系。随着可持续发展战略的实施，必然引起传统的环境保护观念的转变。必须树立可持续发展的价值理念，在污染治理方面应当反对先污染后治理的思想，法律的制定要确立预防为主的理念，在环境资源法律保护方面，应树立整体环境资源观,用整体观点去看待自然资源各个要素之间的关系。在加强环境保护执法和司法的力度方面，要健全环境执法责任制，理顺各个执法部门之间的关系，明确各部门的执法责任和权限。对于法律有明确规定而执法不力的，应该由有关机关予以监督。尽可能地防止行政权力缺位、越位现象的发生。做到执法必严，违法必究。

三、写在最后

经过了一个学期的培训，在杨俊玉教授的指导教学下，使我对本门课程节能与环保有此深刻的总结和体会。感谢杨俊玉老师的详细讲说和课堂上给我们带来的实时案例，让我们了解到石油化工作业生产中对环境的污染造成的严重后果及不可再生资源，石油天然气等的节约利用的必要性。感谢中国石油大学培训学院及图书馆提供的节能环保参考资料，为本论文提供可靠数据。

最后感谢老师的审阅。这个学期您辛苦了！谢谢！

第三篇：装修的节能与环保论文

标题：我所知的一些装修节能环保材料

作者信息：姓名：徐锐

院系：信息科学与技术学院 电子信息大类

学号：22920142203740

摘要：新时期，随着人们生活水平的不断提高，越来越多的家庭开始关注和讲究装修装潢的美观性和舒适性。环保节能问题被提到了一个新的高度，节能环保材料的选择和运用就显得尤为重要。本文就校选课中尚未探讨的几种节能环保材料做出分析汇总。

正文：节能环保材料是指资源能、源消耗少，有利于人类的健康，可提高人的生活质量、卫生质量，易与环境相协调的建筑装饰材料。这种材料可重复使用、可循环使用、可再生使用，并且无污染、无放射性、无挥发性、无毒、无害。我想介绍的环保节能装饰材料主要有以下几种：

1、新型陶瓷材料

绿色环保是人们关注的主题，在陶瓷方面要注意的是陶瓷的放射性是否达标；从天然的瓷砂、瓷器泥和一些化工原料混合方面控制放射源；从原材料采购到筛选、加工，可以调整配方，使放射性达到标准。

新型陶瓷材料在性能上有其独特的优越性。在热和机械性能方面，有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等；在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等；在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能；在生物方面，具有一定生物相容性能，可作为生物结构材料等。但也有它的缺点，如脆性。

新型陶瓷种类繁多，用途各异。根据陶瓷电学性质的差异可制成导电陶瓷、半导体陶瓷、介电陶瓷、绝缘陶瓷等电子材料，用于制作电容器、电阻器、电子工业中的高温高频器件，变压器等形形色色的电子零件。利用陶瓷的光学性能可制造固体激光材料、光导纤维、光储存材料及各种陶瓷传感器。此外，陶瓷还用作压电材料、磁性材料、基底材料等。这些用途可以用于家庭装修的电力器件和隔温隔热墙体中。

2、环保金属材料

金属材料品种繁多，尤其是钢、铁、铝、铜及其合金材料，它们耐久、轻盈，易加工、表现力强，这些特质是其它材料所无法比拟的。金属材料还具有精美、高雅、高科技并成为一种新型的所谓“机器美学”的象征。

在现代建筑装饰中被广泛地采用，如柱子外包不锈钢板或铜板，墙面和顶棚镶贴铝合金板，楼梯扶手采用不锈钢管或铜管，隔墙、幕墙用不锈钢板等。金属材料中，作为装饰应用最多的是铝材，不锈钢的应用大大增加，同时，随着防蚀技术的发展，各种普通钢材的应用也逐渐增加。

环保金属材料在生产过程中，用无害元素取代有毒元素或生产过程中产生有害物质，充分利用物理、化学手段，免除对自然环境的污染。没有放射性物质，对人体无害，运用在家庭装饰装修中，色泽光鲜，华丽大方。

3、生态塑料

塑料用于室内装饰装修工程的各个方位。之所以在装饰装修中得到广泛的应用，是因为它具有如下特点：质轻，强度大，导热系数小，化学稳定性好，电绝缘性好，性能设计性好，富有装饰性。

生态塑料是以可再生资源如淀粉和植物油等为原料，通过生物和/或化学方法转化为具有可热加工的生态材料。同时，这种材料可以被微生物降解为二氧化碳和水，纳入自然界的循环。由于这种材料不依赖于石油而且对自然无害，所以称为生态塑料。

生态塑料具有与同类普通塑料相当或相近的应用性能和卫生性能，在装潢中使用生态塑料，可以减少用于生产塑料的石油消耗。在完成使用功能后，能在自然环境条件下较快降解，在降解过程中产生和降解后残留的物质对环境无害或无潜在危害，最终成为易被环境利用的碎片或碎末，回归自然。它能够有效防止装修垃圾泛滥，造成环境污染。

4、环保涂料

主要类别有乳胶漆、水溶性涂料、溶剂型涂料等，乳胶漆、水溶性涂料等产品，由于无毒和低毒，对人体和环境污染友好，应用最广泛。

乳胶漆是乳胶涂料的俗称，诞生于二十世纪七十年代中下期，是以丙烯酸酯共聚乳液为代表的一大类合成树脂乳液涂料。乳胶漆是水分散性涂料，它 是以合成树脂乳液为基料，填料经过研磨分散后加入各种助剂精制而成的涂料。乳胶漆具备了与传统墙面涂料不同的众多优点，如易于涂刷、干燥迅速、漆膜耐水、耐擦洗性好等。

水溶性涂料是以水溶性合成树脂为主要成膜物质，水为稀释剂，加入适量的颜料、填料及辅助材料等，经研磨而成的一种涂料。水性涂料以水作溶剂，节省大量资源；水性涂料消除了施工时火灾危险性；降低了对大气污染；水性涂料仅采用少量低毒性醇醚类有机溶剂，改善了作业环境条件。一般的水性涂料有机溶剂（占涂料）在10%～15%之间，而阴极电泳涂料已降至1.2%以下，对降低污染节省资源效果显著。

5、环保胶黏剂

长期以来被广泛使用的溶剂型胶粘剂大多以苯、甲苯或二甲苯为主要溶剂。在使用过程中，大量的苯系物质挥发在空气中，污染了空气，给人体造成危害。无溶剂型的环境友好的水基胶粘剂和热熔胶黏剂正逐渐取代溶剂型胶粘剂。

水基胶粘剂分子量高、固含量高的粘合剂同时粘度较低等。高分子量乳液聚合物的强度、韧性、耐溶剂性等性能比溶剂型或水溶液型的好。它还具有很好的耐候性和良好的耐水性与耐碱性，对木材、纸、织物、合金、水泥、陶瓷、塑料等各种材料显示有很好的粘接性，适于户外装潢装饰。不使用有机溶剂，无毒害或易燃危险，在卫生保健上是安全的;不必回收溶剂，成本较低，节能环保。

热熔胶黏剂简称为热熔胶，通常是指在室温下呈现固态，加热熔融成液态，涂布、润湿被粘物后，经过压合、冷却，在几秒钟内完成粘接的胶黏剂，属于一种无熔剂的热塑性胶黏剂。一般是由热塑性聚合物、增黏剂、增塑剂、黏度调节剂、抗氧剂、填料等组成。热熔胶粘合迅速，可在数秒内固化，适于连续化、自动化高速作业，且成本低。可制成块状、薄膜状、条状或颗粒状，是包装、贮运及使用均极为方便。它可以粘接多种材料，除能粘接木材、纸类的多孔性材料外，对一些非多孔性材料以及其他胶黏剂所不易年结的蜡纸、复写纸等材料，也可以进行粘接，表面处理也不严格，运用在家庭装修中，经济效益好。最重要的是它不含溶液，没有中毒和发生火灾的危险，对人体无害，对环境无污染。

6、节能玻璃

节能玻璃的传热系数K、遮阳系数Sc和抗结露系数等性能指标较好。这些玻璃有利于冬天保暖，又能排斥太阳热量，可减少夏天的空调负担。它是智能调光玻璃是电子技术和玻璃技术深入发展的必然产物。

节能玻璃通常会保温和隔热，种类有吸热玻璃、热发射玻璃、低辐射玻璃、中空玻璃、真空玻璃和普通玻璃等。我国正处于建设的鼎盛时期，每年建成房屋近20亿平方米，而能达到国家规定节能标准的建筑只占10%左右；且在即有的约400亿平方米建筑中，95%以上是高耗能建筑可见，在我国推行节能建筑已刻不容缓。影响建筑能耗最直接的因素是建筑维护结构的保温与隔热性能，门窗又是其中最薄弱的环节。据统计，在建筑中门窗玻璃的能耗约占建筑总能耗的35%左右，因此节能玻璃的应用在建筑节能中具有重要意义。

7、超性能材料

超材料是具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。迄今发展出的“超材料”包括：“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”等。“左手材料”是一类在一定的频段下同时具有负的磁导率和负的介电常数的材料系统(对电磁波的传播形成负的折射率)。近一两年来“左手材料”引起了学术界的广泛关注。

纵观人类历史，材料的创新由于持续不断地对于极限进行测试而有了新的定义。超性能材料与传统类似材料相比，具有强度大、质轻、经久耐用、富有弹性等特点。目前，基于这些实验成果展开的产品转化步伐也在加快。像超材料智能蒙皮、超材料雷达天线、吸波材料、电子对抗雷达、超材料通信天线、无人机雷达、声学隐身技术等产品研发和利用，已经成为各国竞争的焦点。运用在装修装潢中无疑也将是一场革命。

总结：室内装饰应用节能环保材料的意义，有利于建立资源节约型环境友好型社会，人类对资源的需求与日俱增，对以原油、天然气、煤、钢铁等为首的资源消耗达到了空前的水平，资源面临枯竭境地，同时对环境的污染和破坏也达到了前所未有的地步。建筑装饰材料应具备多方面的功能，如抗菌、灭菌、防霉、防火、阻燃、除臭、消声、防射线、消磁。环保节能建材应以改善生活环境，提高生活质量为宗旨，使大自然可持续发展，并且有利于人类自身健康。

参考文献：

［１］张长江，陈晓蔓编著．材料与构造［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００６（１２）． ［２］中国建筑材料科学研究院编［Ｍ］．绿色建材与建材绿色化．北京：化学工业出版社，２００３（９）．

第四篇：冲天炉的节能与环保（精选）

冲天炉的节能与环保

1、冲天炉节能与环保的现状

冲天炉是铸铁车间首要的熔炼设备，无论在过去，现在，还是可以预期的将来，它的地位都是无可取代的。因为在铸铁熔炼中，冲天炉具有比电炉更优越的综合性能和技术经济指标。但是，在生产实践中，我国大多数冲天炉并没有充分发挥出它的优越性能，因而达不到其应有的技术经济指标。出现铁水温度偏低，铁水成分不稳，元素烧损较大，熔炼工艺成本过高，铸件质量差，废品率高，环境污染严重等一系列问题，这些问题在我国绝大多数的铸铁车间中已是司空见惯了。我国是铸造大国，铸铁件年产量几年来均居世界各国之首位，而其能耗在成本中所占比例却比工业发达国家高出2倍—3倍，冲天炉的能耗占了其中的大部分。主要原因是小容量冲天炉所占比例太大，而其中采用烟尘净化和余热回收装置的微乎其微，实现高水平熔炼和计算机控制的更少了。我国铸铁生产车间一万多个，每个车间年平均产量不足1000t，冲天炉开炉时间短。在冲天炉结构方面，由于我国铸造厂点过多，限制了大容量冲天炉的使用;由于产量低，效益差，限制了性能优越的现代化冲天炉及其配套设备的采用。很多对提高冲天炉性能卓有成效的结构，如龙卷风风口、双层自热供风、蜗螺式风箱、曲线炉膛、附加煤粉装置、高效旋流除尘器、熔炼过程微机控制系统等等„„，没有得到推广应用;更有一些结构比较先进的冲天炉，在使用过程中主要参数得不到保持，尤其风口参数常被做出不良改变;许多冲天炉不设自动配加料装置。操作不当不但对冲天炉性能造成不良影响，也是增加冲天炉能耗和环境污染的重要原因，在我国为数众多的小容量冲天炉上，更是普遍存在的现象。冲天炉操作是一项复杂而琐碎的工作，从炉料制备到修炉、烘干、加底焦、点火暖炉、上料、开风熔炼、出铁、放渣、炉况观测、故障判断及处理等，每一步都要求认真做好。而每个环节都可能出现不当操作;比如炉料中混有泥沙、杂质而未被清除，块度过大;砌炉时泥口宽而不实，搪衬料稀软而比例不当;开炉前炉衬不预热烘干;底焦不捣实，焦块不均匀;暖炉时间不够或过长;上料前不测量底焦高度是否合适：不及时按比例加料而不能保持满料熔炼;不按工艺要求出铁放渣;焦炭块度不分级混杂使用;不注意观察风眼内底焦燃烧状况和渣、铁流动情况及出炉铁水、炉渣的量和状态，不分析出现反常现象的原因及可能存在的故障，不能及时采取有效措施排除故障等„„。

产生不当操作的原因除责任心外主要就是技术水平不高。近十几年来，我国高水平技术工人的匮乏已是各行业普遍存在的事实，而在冲天炉的操作上，问题更加突出，由此造成的我国冲天炉粗放操作的现象十分普遍。直至日前，我国绝大多数的冲天炉仍没有自控设备，其熔炼性能对操作人员的依赖性很大，由操作不当引起的各种问题长期得不到比较彻底的解决。

冲天炉耗能过高主要体现在焦铁比过高，也体现在耗焦量过大。很多人以为，多加焦炭是改善炉况的万能法。一旦炉子状态不佳，就增加层焦量，而不是从炉子结构、鼓风量、炉料状况、操作情况等方面分析产生问题的原因，从而有针对性的采取有效措施解决问题。相当多的冲天炉长期在1：5—1：6的焦铁比下工作，而稳定在1：7-1：10的炉子很少。其实，在我国目前条件下，完全有可能在1：10-12的状态下稳定地保持铁水的出炉温度在1420℃以上。

小容量冲天炉是低产量造成的，而低产量是厂点过多的结果。依平均数看，我国每个厂的年产量约1000t，一台3t/h的冲天炉每天熔炼时间仅需1h。我国3t/h以下的冲天炉数量上占80%以上，而其中大部分是1t/h-2t/h者。小炉子熔炼时间短，热量损失大是焦耗高的重要原因，结构不合理，操作不适当则更增大了焦炭的浪费。

冲天炉是铸铁车间主要的耗能设备，也是污染环境的主要设备，二者之间存在着一定的因果关系。冲天炉熔炼过程中，对环境产生的污染包括炉气排入大气中的粉尘、CO、C02和少量的硫、氮的氧化物等;也包括向周围环境辐射的热量和鼓风噪音。这些污染的危害是显而易见的，因此冲天炉被城市所拒绝，只能在人烟少的偏远区域立足。其实，这并不能从根本上解决问题，也许还会带来新问题。从根本上解决污染问题，应从防”、“治”两方面人手。防是从源头上减少污染物的排放，治则是对排放出的污染物实行封闭、转化、清除。人们常常重视治而忽视防。长期以来，对冲天炉烟尘排放的要求一直很严，但指标并不高，要求每立方米烟气中粉尘不超过200rug，是欧洲现行标准的十倍，比印度还高50rug，即使这样，能达标的冲天炉的数量也不多。我国配备较完善的余热回收和烟气净化设备的冲天炉在数量上不足5%，多限于10t/h以上的大型冲天炉。在数量众多的小冲天炉上，配备烟气净化设备的极少见，但其中多数装有火花熄灭器，近来也有一些厂在火花熄灭器的基础上做了一些改进，使其除尘能力得到了不同程度的提高。其实冲天炉烟尘污染最有害的部分是有害气体和小于1μ的微细粉尘，这些物质长期浮在空气中不易沉降，并且随风向各处飘散。不用性能良好的净化装置是不易排除的。无论何种类型的净化装置，建造费用都是不菲的，还有维护费用。而且一般认为，环保投资并不能直接带来经济效益，所以一些业主们不肯在环保上花钱。

但是，冲天炉的污染与其能耗有直接的关系，过高的能耗不仅仅是焦炭的浪费，也会造成有害气体、粉尘和熔渣等污染物的增加。从这方面来看，污染是能量不合理转化的结果。从防止或减少污染产生的角度，就是要合理地利用能量。减少能量的浪费，从而减少污染物的排放。防之严、治之省，减轻了净化装置的负荷，就减少了它的建造运行费用。显然，从防上实现冲天炉环保，在提高冲天炉经济效益的同时也获得了社会效益，实在是一举两得的好事。

目前，我国在冲天炉节能上的认识还有一些分歧，存在着认识上的片面性。有些人认为，强调节能就会降低铁水温度，影响铸件质量。这是片面的。节能是减少能量浪费，而绝不是减少有用的能耗，也就是达到铁水质量要求所必须的能耗。

2、影响冲天炉节能及环保的因素

对于冲天炉熔炼的现状而言，能量的浪费主要体现在焦铁比过高和焦耗量过大。底焦耗量过大是小容量冲天炉的缺陷，也是我国不能很快改变的国情。但对于大多数中小型冲天炉却存在着很大的节能空间和很重的环保任务。

众所周知，风量是影响冲天炉熔炼最活跃的因素。一定的焦铁比在最惠送风强度下对应着最高铁水温度，这时改变焦铁比而不相应改变风量将使铁水温度下降，无论是增焦还是减焦都是一样的。同样，改变风量而不相应改变焦量也会使铁水温度下降。

炉料的质量对焦铁比有很大影。向，如果焦炭固定碳低、灰份高，或者块度不均匀，过于细碎，或者砂土等杂质过多，或者石灰石过量，都要求提高焦铁比。

焦铁比是我们制定的熔炼工艺参数，对生产条件有很强的针对性。确定焦铁比时，应在生产实践中反复摸索，根据炉子结构、炉料情况，对铁水和熔化率的要求等，寻求最惠送风强度下的最低的焦铁比，也就是寻求一定要求下的最佳风炭比例。这个比例并不是一成不变的，它将随炉况的改变而改变，根据炉况调整，才能保持其处于最佳状态。炉子结构对焦铁比的影响主要是风口、有效高度和炉膛形状。

一般来说，风口比及风口数量和风口布置(排数、排距、倾角)应保证风口区炉膛内送风均匀并有足够的动力清除焦炭表面灰垢及熔渣;形成热量集中的高温区;取得较高的燃烧比;降低炉气附壁效应。风口结构应牢固且耐高温，不至因熔渣冲蚀或工艺操作而改变风口直径及倾角。风口的布置影响着炉内热量的分布，合理的布置应为铁料的熔化和铁水的过热提供充分而合理的热量。有效高度决定了最大料柱高度。足够的有效高度能保证炉气的热量被炉料充分吸收，使烟气带走尽可能少的热量。

炉膛形状影响炉气流速和炉内热量分布，也影响炉料的运动。各种形状曲线炉膛的共同特点是缩小氧化带炉径，在减少底焦量的同时又可获得热量更集中的高温区，有利于铁水的过热;扩大熔化带炉径使炉气流速降低，有更充分的时间加热熔化中的料块。

操作影响冲天炉的焦炭消耗，满料操作与否是一个重要因素。如果冲天炉料柱降低，则炉气热量不能被炉料充分吸收，烟气带走的热量增多。在使用定压式风机的情况下，还将增大入炉风量，使炉况波动，炉气流速增大会带出更多的粉尘。发生棚料而不能及时排除也会产生类似的后果。炉料不称量也可能造成焦碳浪费、炉况波动。金属料的质量对焦铁比也有影响，锈蚀和杂质需要热量来熔化和还原;过大的料块不但易造成棚料，也因为其比表面积小而使吸热速度下降，不能充分利用炉气热量，甚至造成落生。

焦炭的质量是影响其耗量的主要因素之一。固定碳含量低的焦炭，发热值也低，只有增加消耗量才可能满足熔炼对热量的要求;灰份高的焦炭燃烧过程中，表面形成了更厚的惰性膜，对氧气与碳的接触造成更大的障碍;反映能力强的焦炭，更易使CO2还原，使烟气中的CO量增高，不但浪费了热量，而且增加了对环境的污染;块度过小和块度混杂不等的焦炭，对鼓风产生更大的阻力，常常造成底焦燃烧不均匀和炉壁效应加重，使氧化区缩小而还原区加大，也会增加烟气中的CO含量。

冲天炉污染环境最严重的是烟尘对大气的污染，它不仅涉及厂区，也会影响到周围乃至更广阔区域的大气质量。

烟尘的成分及其比例和排放量取决于炉内焦炭的质量和燃烧反应的情况。也受炉料状况、有效高度、送风强度、操作情况、烟气净化装置的性能等因素的影响。反应性强、强度不高的焦炭还原能力强，烟气中CO含量高;风口布置不合理、鼓风动力不足，也会使CO增加;灰份高的焦炭、锈蚀严重和杂质多的炉料，大送风强度，低的有效高度以及料柱的大幅度波动等都会增加烟气中粉尘的含量。焦炭中挥发份、炉料中夹杂的有机物，如有机粘结剂残砂等是烟气中有机化合物的主要来源。

热辐射和鼓风噪声污染常常不引起关注。虽然这些污染不象烟气污染的影响面大，但在工部及车间的范围内，它们的危害也是不容忽视的。它们不但恶化工作环境，影响劳动者的工作效率和身心健康，而且也反映了能量的浪费。不设置隔热层的炉体、不做隔热包敷的热风管都使热辐射增加;过大的渣量既浪费热量也增大热辐射。噪声污染主要来自鼓风机，结构不合理的送风系统也会产生噪声。

综上所述可见，冲天炉的熔炼质量、经济效益和对环境的污染都与它的能量消耗密切相关。充分合理的利用能量，是提高熔炼质量和经济效益、减少对环境污染的关键。

3、冲天炉节能及环保的途径

（1）提高冲天炉熔炼性能是节能和环保的基础

a、合理的炉型结构

冲天炉最佳熔炼性能应有最合理的炉型结构与之相适应。炉型结构是由铸件技术要求和炉料、燃料等情况决定的。一般熔化型冲天炉不依其冶金过程获得铸件要求的成分，主要是C、Si含量。炉料按铸件成分要求配置，多采用两排大间距或多排风口，造成氧化性的炉内气氛，以提高燃烧比，充分利用燃料热量。为使炉料充分预热，炉子应有足够的有效高度，一般为平均炉径的5倍-10倍(小炉取大值)。为防止铁水降温和过量增碳，炉缸深度一般不宜过大。而冶金型冲天炉是以低C、低Si炉料为主，铁水的碳、硅含量大部分依赖熔炼中增加。因此炉型必须保证炉内的还原性气氛。采用单排或两排大间距风口形成较大还原带;4叩cC以上的预热送风补充炉内热量并加速焦炭燃烧，使氧化带更短，温度更高。

风口比及风口倾角取决于焦炭块度与强度，强度低、块度小的焦炭送风阻力大，采用小的风口比如1%-3%可增大送风动力以吹透底焦。向下倾角可减轻炉壁效应。曲线炉膛除节省底焦、过热带热量集中外，炉径更大的熔化带减缓了炉气上升速度。使烟尘有利于向渣中转移，减少有害物质的排放量。

炉衬应选择高耐火度、高强度材料，尤其搪衬材料，应采用合理的成分配比，使其只有高耐火度和抗侵蚀性。越抗侵蚀的炉衬，炉膛尺寸、形状改变得越慢，产生的渣量越少，污染少，热量损火也少。减少炉壁散热既减少能量浪费也减少热污染。为此，在炉壳炉衬之间应认真设置隔热层，并不要吝惜选用导热率更低而可能价格较高的绝热材料。如果是预热送风，则应该用绝热材料严密包敷热风管道及换热器外壳。水冷炉壁对于长时间连续熔炼的冲天炉尤其是无炉衬冲天炉是必要的，可以减缓炉衬侵蚀，保护炉壳，但同时损失了大量热量。在冷却水的循环中设置热能利用环节可回收一部分热量。

噪声是动力的浪费。选择高效低噪音风机、采用稍大些的送风管径并在其布置上减少转弯、缩短距离，都可收到节能和降低噪声的效果。

b、改善送风制度

风炭配合是冲天炉熔炼的第一要素。而送风制度必须符合焦炭的燃烧条件和铁料熔化、铁水过热及冶金要求所需要的炉内热量分布和炉内气氛。因此，鼓风机的输出压力必须稍大于送风管路和熔炼时炉内总阻力之和，以保证进入炉内的风量满足送风强度的要求，送风强度取决于焦铁比，过大的送风强度能形成更大的氧化带和更高的炉气流速，也增强了炉内的氧化气氛，增加了元素的烧损。过去曾大力推荐“满风足压”，送风强度甚至超过最惠送风强度30%-50%是与当时使用低强度、高灰份、高反应性的土焦及多排小风口炉型相适应的，也是过分强调节焦使然。在节焦的同时，也常带来铁水氧化的不良后果。目前，我国冲天炉炉料中，废钢、尤其是轻薄废钢的比例很大。要求冲天炉有一定的还原性气氛，以更有利于铁水增C和增Si，所以，用较低的送风强度及采用预热送风、脱湿、富氧送风等方法缩短氧化带，增大还原带。在这种情况下，焦铁比一般较高，常在1：7左右;专用于熔炼钢屑的小容量炉子，焦铁比高至1：2。

在熔炼过程中，送风强度不是恒定的，它随炉衬的侵蚀而减小;使用定压式风机时，也会随炉内阻力的变化而增减;使用定容式风机则会因为送风系统的泄漏(如打开风眼窗、开渣口等)而变化。在小批量、多品种车间，对铁水的流量要求往往是变化的，有时也会通过改变风量及调整焦铁比而调整熔化率和出铁温度。

铸件的产量和质量要求、结构特点是决定焦铁比和送风强度的主要因素。根据熔化率、铁水温度、铁水和熔渣状态及时调整风量和层焦量，可以取得好的经济与环保效果。

风量的分配是影响炉内热量分布和气氛的重要因素。多排小风口冲天炉的主风口设置在底焦柱稍偏下部位;各排风口间距离保证它们的氧化区相接，从而形成连续的氧化带;上排风口进风量更关注炉气中的CO的燃烧，以控制较高的燃烧比。过高的氧化气氛恶化了冶金环境，但提高焦炭热量的利用率;较小的风口形成较高的进风速度，更适合使用灰份较高、块度小、反应性高的焦炭。两排大间距风口冲天炉的主风口设置在上排，形成两个氧化高温区，热量比较集中，可将铁水过热至更高温度;两排风口之间有较大的还原区，形成良好的冶金环境;上排风口的进风比例大，除焦炭燃烧外，也使还原区上来的CO充分燃烧，保证提供铁水过热和熔化带炉料熔化所需要的热量。两排大间距冲天炉烟气中CO含量较高，焦炭热量的利用率不及多排小风口;但是它出铁温度高，元素烧损少;更适于反应性差，块度较大且均匀，强度较高的焦炭。由于其较好的冶金性能，当采用高温预热鼓风时，可全部使用废钢及大量钢屑熔制铸铁。

单排风口冲天炉热量集中，还原带很大，是冶金型冲天炉，用钢铁切屑和轻薄料熔炼灰铸铁。为了增强还原气氛，尽量提高风口区温度，风温多在600℃以上，并仅设置1个—2个水冷、内突式风口。这种炉子熔化强度较低。

c、提高操作技术

操作对冲天炉性能的影响很大，规范合理的操作在保障冲天炉优越熔炼性能的同时能获得节能、环保的良好效果。不同的炉子对操作的要求也不尽相同，针对炉子的特点和相关条件，如炉料情况、产品要求等，制定详细的、切实可行的操作规程，做到有章可循，对保证规范、合理的操作是十分必要的。操作规程中，应对从修炉、备料到熔炼、停炉全过程每个对熔炼有影响步骤提出明确的技术要求和指标。这些要求和指标至少应包括：

1).各种材料选择的标准，预处理工艺内容及达到的指标：主要包括耐火材料的种类、配比;焦炭、石灰石和金属炉料的成分、块度及其均匀度，杂质、锈蚀的清除程度等;

2).对砌炉、搪衬的工艺要求和质量要求;如炉膛尺寸误差、砌块泥口最大宽度及充实度，风口直径及倾角，过桥前后端口径及底面倾角，铁、渣出口的 结构尺寸，前、后炉衬烘干要求等。

3).送风前的熔炼准备要求。如底焦的填加次数，总重量及高度，底焦的点火，批料量、层焦量、石灰石量及加料顺序;满料后暖炉要求;铁水包、工具、辅助材料的准备工作要求等。

4).熔炼中，对炉况观测、控制的要求。如对观察风口内燃烧情况、铁水及熔渣状态、加料口炉气状态、铁水熔化量及其状态、炉渣量及其状态、熔化速度等提出的要求;测试风量、风压、风温、铁水温度等参数的要求;对控制底焦高度、风量、层焦量改变、补焦应用、开渣口操作、以及炉前铁水检验的要求。

5).对故障处理的要求。如排除常见故障的方法;不可排除故障的确定及处理;产生故障的责任认定等。

6).停炉操作要求。如放净前炉内铁水和熔渣;满料压炉;停风打炉;开放风口窗;残料分拣处理等。

同时，应该建立并责成专人填写《冲天炉记录》，记载每次开炉的详细情况，如炉料、铁水牌号、修炉情况、焦铁比、批料量及上料批次、接力焦使用数量及批次、点火时间、上料时间、暖炉时间、送风时间、出铁时间及出铁量、放渣时间、渣量及性状、风量风压及其变化、铁水温度、风温、炉气成份、停炉打炉时间、出现故障的情况及时间、排除故障的方法及时间、环境温度湿度等气象参数等。记录必须真实。

冲天炉记录能客观反映冲天炉的工作情况，是分析冲天炉性能和操作水平的依据，对提高冲天炉性能和操作水平，对提高产品质量、降低铁水成本、取得更好的节能环保效果，都能发挥积极的促进作用。

d、应用先进技术，巩固节能环保基础，提高节能环保效果

目前，能有效提高冲天炉性能的先进技术很多，但推广应用的很少。分析其原因，小型炉子综合效益较差是一个因素，但处于低水平运行或缺乏技术力量则是更主要的原因。技术进步必然带来综合效益的增长，努力采用先进技术才能在市场竞争中立于不败之地。深入的了解冲天炉的运行规律，完善炉子结构，是应用先进技术的前提;提高冲天炉自动化水平是应用先进技术的主要内容;提高铁水质量、降低熔炼成本、减轻污染环境、减轻劳动强度是目的。

冲天炉自动化运行包括两个方面：一是配加料自动化，二是风量自动控制。在这两方面已有较多成果可资利用，其它方面的自动操作尚无成熟技术。目前的计算机智控系统，通过采集分析料位信号、炉气成份信号以及温度风压甚至铁水成份等信号，计算并判断炉况，发出加料、调整焦铁比和风量、甚至调整金属炉料比例的指令，控制配加料系统和送风系统工作，实现冲天炉自动在最佳状态工作，这样的炉子现在仅限于少数大容量者，对大多数中小企业尚不具备使用的技术力量。不是说中小企业的冲天炉不能应用先进技术，针对炉子小，产量低的生产特点，可以采用配、加料机械化。也可以实现炉内料位、风量风压、风温、铁水温度等重要参数的显示和报警提示，帮助操作人员及时掌握炉况，做出正确的判断和操作决策。

4、热量和污染物的回收利用

（1）热量的回收利用

冲天炉节能的重要措施之一是热量的回收利用。常用方法是： a、用炉胆换热器回收预热带炉气的一部分物理热，用来加热鼓风。可将风温加热至200℃左右。换热器减少了炉壁散失的热量;降低了预热带的炉温，阻碍了CO2的还原，减少了焦炭化学热损失和烟气中CO的排放量。炉胆的内壁光滑，可有效防止棚料。使用炉胆应在结构和安装上尽力避免热应力和外加负荷，并不宜离熔化带过近;工作中注意防止和及时排除使其热负荷过大的因素，以保持其适当的使用寿命。

b、用管式换热器回收烟气的物理热和化学热。用来加热鼓风，可将风温预热至400℃-900℃。内热式管式换热器安装在冲天炉加料口以上，可单独使用于还原型冲天炉，与预热带炉胆串联使用，可用于两排风口冲天炉，效果更好。外热式管式换热器单独设置换热室，炉气与空气一起引入室内，使炉气中的CO燃烧，加热蛇型管或其它型式的换热管，使其中的鼓风预热。管式换热器主要回收烟气的化学热，所以必须保证烟气中的CO充分燃烧，当进入换热室的烟气浓度不够或达不到着火温度时，应补充气体燃料并安装引燃喷咀。

装备外热式换热器的炉子目前主要是大容量冲天炉，与热风系统配套有完善的除尘系统，炉子只有良好的综合性能，通常用于大批大量生产中，实行连续作业。简易的换热器用于专门熔炼钢铁切屑和轻薄料的小容量还原型化铁炉。

近年来，有在换热室内采用瓷珠做为换热介质的案例，可以获得高达1000℃的风温，瓷珠的寿命也比换热管长。

c、用余热锅炉回收烟气的物理热和化学热，加热生活用水。

（2）烟气净化

提高冲天炉的综合性能，是冲天炉节能、环保的治本之策，而净化烟气则是治标之法。治本不治标，至少在现阶段还不能全部解决环保问题，但是治标治本，不仅加大治理费用，还将造成能量的浪费。在治本的基础上治标，才会收到事半功倍的效果。

a、干法除尘：采用旋流加过滤的方法，除尘效率取决于滤料的性能，采用敷聚四氟乙烯增透膜的布袋除尘，除尘率可达99%以上。受滤料耐热性的限制，烟气需做冷却处理，设备较大。移动床颗粒层除尘器，采用石英砂、卵石做滤料，烟尘排放浓度可降至65mS/Nm3。且具有工作温度较高，结构简单：维护方便的特点。安装在火花熄灭器中的旋流净化器近年来受到中小厂的广泛关注，虽然除尘效率仅为93%左右，但是由于结构简单，不用维护，寿命长，造价低，被许多小型冲天炉成功采用。如果增加喷雾，可使除尘效率达到95%。只要解决钢板腐蚀和废水处理问题，将是小型冲天炉一种很好的除尘方法。

b、湿法除尘：冲天炉采用湿法除尘的在我国还不够多，与干法除尘相比，它的除尘效率更高，结构更简单，并可除去烟尘中部份有害气体。但它带来的污水处理和可能造成二次污染问题限制了它的广泛应用。为了增强除尘器对烟气净化效果和生产能力，要充分增大水与烟气的接触面积并加速尘粒的沉降。

c、静电除尘：冲天炉烟气净化的静电除尘国外有少量应用的报导。静电除尘器对烟气温度和CO含量有一定的要求，需进行燃烧和降温的前期处理，目前国内未见成功应用的范例。d、混合除尘：不同的除尘方法组合应用，可发挥各自的优点，对不同粒度的烟尘分别排除，减轻了每个组元的负荷，提高整体的除尘效果和工作能力。常用的组合如：旋风除尘器加布袋除尘器：旋风除尘器加湿法除尘器：旋流净化器加喷雾等„„。

（3）其它污染物的回收利用

目前，冲天炉炉渣的回收利用很少，主要原因是量少。但其造成的污染也是不可忽视的。炉渣的利用研究方向颇多，如建材、化工、保温等。

烟气中C02的回收利用国外有报导。由于烟气中CO2的比例远高于空气中CO，含量，回收成本会更低。但对于容量小、开炉时间短的炉子，可行性尚待研究。

第五篇：合成氨论文

论文写作与指导

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合成氨合成工艺的现状

The present status of synthetic ammonia process

Wang

西北民族大学化工学院，甘肃兰州 730124 Northwest university for nationalities institute of chemical, lanzhou, gansu，730124 摘要：合成氨是重要的化工原料, 在国民经济中占有重要地位，本文在文献调研的基础上综述了合成氨设备、催化剂、合成氨工艺三方面的现状和未来发展趋势。在设备方面，通过对冷管型合成塔和绝热型合成塔新技术的综述和两种设备的对比，阐述了国内外合成氨设备的不同之处，及国内外合成氨设备的优劣，提出了国内合成氨设备的发展建议。合成氨工艺方面，通过转化、变换、脱碳、合成四方面综合阐述了目前合成氨工艺技术的现状和发展趋势，介绍了近年来国内外合成氨工艺的新技术和工艺流程方面的新进展。

关键词：合成氨；新工艺；合成塔

Abstract：Ammonia is one of the most important chemical production，It has an important station in national economy.This article has summarized the ammonia synthesis by ammonia equipment, catalyze, and technology to describe the actuality and the future which based the literature disquisition.For the equipment through the difference of the cold tube compose tower and insulate compose tower, we can know which is better and it can also give some advice of the development for our country equipment.For the technology, through the transform, commutation, decarburization and compose which tell the technology at present and development in future.introduce the new technology and the new development in technology flow.Key words: ammonia synthesis;new technology;catalyst;reactor 1、合成氨的历史

过去制氢是在水煤气发生炉中加水蒸汽使其焦炭气化，氮则以空气形式通入，使氢氮维持正确比例。在本法中吹入蒸汽通过灼热焦炭层生成氢。当焦炭因吸热反应被充分冷却时，即停止通蒸汽而改通空气。通空气燃烧将焦炭层温度升高到下一次水煤气循环所需要的温度。水煤气的净化过程是采用变换，水洗和铜洗微量。直到二次大战末,在欧洲和美国均采用此种造气和净化法。

上个世纪三十年代中期，已发展了用烃的催化剂和非催化转化法制氢。而催化转化法完全以法本公司的镍催化剂为基础。是将蒸汽和烃的混合物在730-1000℃下，在一段转化炉中进行转化，催化剂装在外部加热的管内。在二段转化炉中，氮是以空气形式或富氧空气形式一起导入，这时，烃的残余组份同时转化。经还原的一种镍催化剂可在第一段及第二段车钊七炉中使用。蒸汽转化工艺过程适于转化从天然气到轻油范围内的烃类。烃的非催化裂解是在有外壳的反应器内进行，这时烃与氧在不同压力下气化。以后是净化氢和混合物的工艺过程，脱硫只能在裂解后进行。净化了的气体与氮一起混合而导入合成系统[1-5]。

2、合成氨的现状

德国化学家哈伯1909年提出了工业氨合成方法，即“循环法”，这是目前工业普遍采用的，也被称作直接合成法。反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。合成氨反应式如下：

N2+3H2≈2NH3

目前中国主要是以煤为主，油气并存的局面。

3、合成氨发展前景

原料路线的变化方向。从世界燃料储量来看，煤的储量约为石油、天然气总和的10倍，自从70年代中东石油涨价后，从煤制氨路线重新受到重视，但是因为以天然气为原料的合成氨装置投资低、能耗低、成本低的缘故，到20世纪末，世界大多数合成氨厂仍以气体燃料为主要原料。

节能和降耗。合成氨成本中能源费用占较大比重，合成氨生产的技术改进重点放在采用低能耗工艺、充分回收及合理利用能量上，主要方向是研制性能更好的催化剂、降低氨合成压力、开发新的原料气净化方法、降低燃料消耗、回收和合理利用低位热能等。现在已提出以天然气为原料的节能型合成氨新流程多种，每吨液氨的设计能耗可降低到约29.3GJ。

与其他产品联合生产。合成氨生产中副产大量的二氧化碳，不仅可用于冷冻、饮料、灭火，也是生产尿素、纯碱、碳酸氢铵的原料。如果在合成氨原料气脱除二氧化碳过程中能联合生产这些产品，则可以简化流程、减少能耗、降低成本。中国开发的用氨水脱除二氧化碳直接制碳酸氢铵新工艺，以及中国、意大利等国开发的变换气气提法联合生产尿素工艺，都有明显的优点[6]。

4、氨的性质 4.1氨的物理性质

氨气的主要物理性质见下表

表3-1 氨气的主要物理性质

中文名 分子式 沸点（℃）熔点（℃）燃烧性 溶解性 爆炸极限 外观及性状 主要用途

4.2氨的化学性质

NH3遇HCl气体或浓盐酸有白烟产生，可与氯气反应。

(1)氨水（混称氢氧化铵，NH4OH）可腐蚀许多金属，一般若用铁桶装氨水，铁桶应内涂沥青。

(2)氨的催化氧化是放热反应，产物是NO，是工业制硝酸的重要反应，NH3也可以被氧化成N2[7-8]。氨气 NH3 330.0 10.5 助燃 极易溶于水 15.8%-28%

英文名 相对分子量 饱和蒸气压（kPa）

相对密度 溶解度 危险特性 偶极距

ammonia 17.03 0.13（145.8℃）（水=1）0.82 89.9 g/100 mL

腐蚀性 1.42D

通常情况下是有刺激性气味的无色气体

做制冷剂及制作化肥

5、合成氨的生产工艺及主要方法 5.1原料气的制备

将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。

5.2 净化

对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。

5.2.1一氧化碳变换过程

在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%～40%。合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。变换反应如下：

CO+H2O→H2+CO2

由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。因此，CO变换反应既是制造原料气的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。

5.2.2脱硫脱碳过程

各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的氧化物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。工业脱硫方法种类很多，通常是采用物理或化学吸收的方法，常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。

粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。

一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。一类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA法，MEA法等。

5.2.3 气体精制过程

目前在工业生产中，净化方法主要分为深冷分离法和甲烷化法[9]。深冷分离法主要是液氮洗法，是在深度冷冻(-100℃)条件下用液氮吸收分离少量CO，而且也能脱除甲烷和大部分氩，这样可以获得只含有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮混合气，深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合[10]。甲烷化法是在催化剂存在下使少量CO、CO2与H2反应生成CH4和H2O的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量(体积分数)一般应小于0.7%。甲烷化法可以将气体中碳的氧化物(CO+CO2)含量脱除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性气体CH4的含量。甲烷化反应如下：

CO+3H2→CH4+H2O ΔH=-206.2kJ/mol CO2+4H2→CH4+2H2O ΔH=-165.1kJ/mol 5.3氨的合成

将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂的作用下合成氨[10]。氨的合成是提供液氨产品的工序，是整个合成氨生产过程的核心部分。氨合成反应在较高压力和催化剂存在的条件下进行，由于反应后气体中氨含量不高，一般只有10%~20%，故采用未反应氢氮气循环的流程。氨合成反应式如下[11]：

N2+3H2→2NH3(g)=-92.4kJ/mol

6、原料气精制的主要方法

原料气经一氧化碳变换和二氧化碳脱除后，尚含有少量一氧化碳和二氧化碳，在送往氨合成系统前，为使它们总的含量少于10ppm，必须进一步加以脱除。脱除少量一氧化碳和二氧化碳有三种方法；

6.1 铜氨液吸收法

铜氨液吸收法是最早采用的方法，在高压、低温下用铜盐的氨溶液吸收一氧化碳并生成络合物，然后将溶液在减压和加热条件下再生，由于吸收溶液中有游离氨，故可同时将气体中的二氧化碳脱除：

6.2 液氮洗涤法 液氮洗涤法是利用液态氮能溶解一氧化碳、甲烷等的物理性质，在深度冷冻的温度条件下把原料气中残留的少量一氧化碳和甲烷等彻底除去，该法适用于设有空气分离装置的重质油、煤加压部分氧分法制原料气的净化流程，也可用于焦炉气分离制氢的流程。

6.3 甲烷化法

甲烷化法是60年代开发的方法，在镍催化剂存在下使一氧化碳和二氧化碳加氢生成甲烷：

由于甲烷化反应为强放热反应，而镍催化剂不能承受很大的温升，因此，对气体中一氧化碳和二氧化碳含量有限制。该法流程简单，可将原料气中碳的氧化物脱除到10ppm以下，以天然气为原料的新建氨厂，大多采用此法。但甲烷化反应中需消耗氢气，且生成对合成氨无用的惰性组分──甲烷。

7、Topsoe氨合成塔

为提高合成塔的生产能力，降低造价，设计出一种称为“ 热壁” 型式的合成塔，已投入工业应用。该合成塔耐压壳体较薄，重量较轻，制造费用较少，顶盖直径也较小。

(1)投资费用较少

耐压壳体较薄顶盖较小底部结构简单内件设计也很简单。(2)容易运输和安装

内件重量小，可以用标准集装箱船运。(3)流体分布均匀，床层压降小

催化剂的装填对合成塔能否发挥正常性能很重要。传统的径向流合成塔装填催化剂时都需要振打，以确保催化剂均匀填满整个床层。这种装填方式较耗时，且不容易装填好，易产生很多空穴，使气体出现偏流，催化剂利用率低。Topsoe研究出了一种称为“ 毛毛雨式装填法”该法装填迅速，所需时间为振打法的一半，而装填密度为振打法的102%-104%，且催化剂密度均匀。该法已在工业生产中取得了良好的效果。致谢：感受颇深，受益匪浅。在论文的写作过程中，有很多困难，在理论学习阶段，得到孙初锋老师的悉心指导和帮助。借此机会我向孙初锋老师表示衷心的感谢!同时，我也要感谢我的同学给予我的帮助，他们为我撰写论文提供了不少建议和帮助。在此要特别感谢孙老师，他为人随和热情，治学严谨细心。在学习生活中他能像知心朋友一样鼓励你，在论文的写作和措辞等方面他也总会以“专业标准”严格要求你，再次谢谢孙初锋老师!

参考文献

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[4 ] 梅安华.小合成氨厂工艺技术与设计手册:下册.化学工业出版社，1995 [5 ] 陈运根.[J].氨合成工艺技术新进展.化肥工业，2002 [6 ] Smil V [J].Nature，1999，400 ~416.[7 ] 何林.[J ].工业催化，2000，8(1): 3～11.[8 ] 黄传荣，等.[J ].化肥工业，1998 ,，25(2): 30～32.[9 ] 朱继承，等.[J ].高等化学工程学报, 2000，14(3): 270～275.[10] Rod T H , Logadottir A，Norskov J K.[J ].J.Chem.Phy,2000 , 112(12): 5343～5347.[11] 黄传荣，等.一种新型稀土氨合成催化剂制备工艺，[ P].CN 86107630 , 1990