第一篇：合成氨工業現狀及節能技術(DOC)

化工工藝論文 合成氨工業現狀和節能技術

化工工藝論文

題 目 名 稱： 合成氨的工業現狀

和節能技術

系 別：

化學與化工學院 專 業： 應 用 化 學 班 級： 學 生：

學 號：

指 導 教 師：

化工工藝論文 合成氨工業現狀和節能技術

摘 要

本論文介紹了合成氨的一些生產方法,分別為煤制氣合成法、固定床氣化法、流化床氣化法、氣流床氣化法、溶浴床氣化法以及對現代典型合成氨工業生產流程詳細介紹；節能技術分別從工藝改造和護手各項余熱和余能進行研究。

關鍵字：合成氨，煤制氣，固定床，節能，回收

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abstract

This paper introduces some methods of production of synthetic ammonia,for coal gas synthesis method, fixed bed gasification, fluidized bed gasification, entrained flow gasification method, melting bath bed gasification method and typical of modern synthetic ammonia industry production process in detail.Energy-saving technology from process improvement and hand the residual heat and energy research.key words: synthetic ammonia coal gas energy conservation reclaim

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目錄

第一章 合成氨工藝現狀..............................................................1

1.1 國外傳統型蒸汽轉化制氨工藝階段..............................................1 1.2 我國目前合成氨技術的基本狀況................................................2 第二章 幾種典型的合成氨工藝介紹....................................................3

2.1 煤制氣合成氨工藝............................................................3 2.2 固定床氣化法................................................................3 2.3 流化床氣化..................................................................4 2.4 氣流床氣化..................................................................4 2.5 熔浴床氣化..................................................................5 第三章 合成氨典型工業生產工藝流程..................................................6

3.1 造氣工段....................................................................6 3.2 脫硫工段....................................................................6 3.3 變換工段....................................................................7 3.4 變換氣脫硫與脫碳............................................................8 3.5 碳化工段....................................................................8 3.5.1 氣體流程...........................................................................8 3.5.2 液體流程...........................................................................9

3.6 甲醇合成工段................................................................9 3.7 精煉工段...................................................................10 3.8 壓縮工段...................................................................10 3.9 氨合成工段.................................................................11 3.10 冷凍工段..................................................................12 第四章 合成氨的節能技術...........................................................13 4.1 選擇先進的節能工藝.........................................................13 4.2 回收各項余熱和余能進行熱能綜合利用.........................................14 參考文獻..........................................................................16

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第一章 合成氨工藝現狀

合成氨工業在整個國民經濟中占有重要的地位。它的發展速度、產品產量在一定程度上說明了一個國家工業的發展水平。這主要是因為俺的用途非常廣泛。氨是一種重要的化工原料和化工中間產品，其產量居各種化工產品的首位，世界上大約有10%的能源用于生產合成氨。它既可以用來制造尿素、碳銨、硝銨等氨類肥料，也可以用來做制藥、高分子化學、有機化學等工業中的氨基原料。此外，氨還應用于國防和尖端科學技術部門。如制造各種硝基炸藥、火藥與導彈的推進劑等。工業上合成氨的方法，根據原料的不同分為三大類：固體燃料氣化、重油分解及氣體烴裂解制取。一下分別介紹國內外合成氨工藝的情況。

1.1 國外傳統型蒸汽轉化制氨工藝階段

從20世紀20年代世界第一套合成氨裝臵投產,到20世紀60年代中期,合成氨工業在歐洲、美國、日本等國家和地區已發展到了相當高的水平。美國Kellogg公司首先開發出以天然氣為原料、日產1000t的大型合成氨技術,其裝臵在美國投產后每噸氨能耗達到了4210GJ的先進水平。Kellogg傳統合成氨工藝首次在合成氨裝臵中應用了離心式壓縮機,并將裝臵中工藝系統與動力系統有機結合起來,實現了裝臵的單系列大型化(無并行裝臵)和系統能量自我平衡(即無能量輸入),是傳統型制氨工藝的最顯著特征,成為合成氨工藝的/經典之作。之后英國ICI、德國Uhde、丹麥Topsoe、德國Braun公司等合成氨技術專利商也相繼開發出與Kellogg工藝水平相當、各具特色的工藝技術,其中Topsoe、ICI公司在以輕油為原料的制氨技術方面處于世界領先地位。這是合成氨工業歷史上第一次技術變革和飛躍。

傳統型合成氨工藝以Kellogg工藝為代表,其以兩段天然氣蒸汽轉化為基礎,包括如下工藝單元:合成氣制備(有機硫轉化和ZnO脫硫+兩段天然氣蒸汽轉化)、合成氣凈化(高溫變換和低溫變換+濕法脫碳+甲烷化)、氨合成(合成氣壓縮+氨合成+冷凍分離)。

傳統型兩段天然氣蒸汽轉化工藝的主要特點是:1)采用離心式壓機,用蒸汽輪機驅動,首次實現了工藝過程與動力系統的有機結合；2)副產高壓蒸汽,并將回收的氨合成反應熱預熱鍋爐給水；3)用一段轉化爐煙道氣預熱二段空氣,提高一段轉化壓力,將部分轉

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化負荷轉移至二段轉化；4)采用軸向冷激式氨合成塔和三級氨冷,逐級將氣體降溫至-23℃,冷凍系統的液氨亦分為三級閃蒸。在傳統型兩段蒸汽轉化制氨工藝中,Kellogg工藝技術應用最為廣泛,約有160套裝臵,其能耗為3717-41.8GJ/t。經過節能改造后平均能耗已經降至3517GJ/t左右。

1.2 我國目前合成氨技術的基本狀況

我國的氮肥工業自20世紀50年代以來,不斷發展壯大,目前合成氨產量已躍居世界第一位,現已掌握了以焦炭、無煙煤、焦爐氣、天然氣及油田伴生氣和液態烴多種原料生產合成氨、尿素的技術,形成了特有的煤、石油、天然氣原料并存和大、中、小生產規模并存的生產格局。目前合成氨總生產能力為4500萬t/a左右,氮肥工業已基本滿足了國內需求,在與國際接軌后,具備與國際合成氨產品競爭的能力,今后發展重點是調整原料和產品結構,進一步改善經濟性。

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第二章 幾種典型的合成氨工藝介紹

2.1 煤制氣合成氨工藝

煤制氣合成氨工藝中，以煤為原料的固定層煤氣發生爐制得的半水煤氣，經壓縮機三級壓縮后，被送去凈化工序進行脫硫；然后經變換爐將水蒸氣和一氧化碳進行變換，變換氣經過脫除二氧化碳后，重新回壓縮機四、五段提升壓力，然后經過甲醇合成塔進行合成甲醇的反應，以便脫除部分一氧化碳和少量二氧化碳；出甲醇塔的氣體經過冷卻分離甲醇后送入精煉工序，經過水洗、銅氨液、氨水洗滌塔后得到滿足合成氨需要的氫氣和氨氣；氣體再次進入壓縮機六段提升壓力，壓力達到20-30MPa，送去氨合成塔，借助合成觸媒作用進行氨氣的合成。生成的液氨經減壓后送往液氨庫存儲備用。

圖2-1 煤制氣合成氨工藝圖

2.2 固定床氣化法

煤的固定床氣化是以塊煤為原料。煤由氣化爐頂部間歇加入，氣化劑由爐底送入，氣化劑與煤

逆流接觸，氣化過程進行得很完全，灰渣中殘碳少，產物氣體的顯熱中的相當部分供給煤氣化前的干燥和干餾，煤氣出口溫度低，而且灰渣的顯熱又預熱了入爐的氣化劑，因此氣化劑效率高。這是一種理想的完全氣化方式。

（1）固定床常壓氣化

此方法比較簡單，但對煤的類型有一定要求，即要求用塊煤，低灰熔點的煤難以使用常壓方法用空氣或空氣-水蒸汽作為氣化劑，制得低熱值煤氣。

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（2）固定床加壓氣化

固定床加壓氣化最成熟的爐型是魯奇爐。它和常壓移動床一樣，也是自熱式逆流反應床。所不同的是采用氧氣-水蒸汽或空氣-水蒸汽為氣化劑，在2.0-3.0Mpa和900-1100℃的濕度條件下連續氣化方法。

2.3 流化床氣化

流化床氣化又稱沸騰床氣化，它是以小顆粒煤為原料，將氣化劑（蒸汽和富氧或氧氣）送入爐內，是煤顆粒的爐內呈沸騰狀態進行氣化反應。它是一種介于逆流操作和順流操作這兩種情況之間的操作。

（1）溫克勒法

溫克勒法是最早開發的流化方法，在常壓下，把煤粒度為0-8mm的褐煤、弱粘結性煙煤或焦碳經給煤機加入到氣化爐內。在爐底部通入空氣或氧氣作介質，沒與經過預熱的氣化劑發生反應。

（2）高溫溫克勒法

將含水分85-12%的褐煤輸入到充壓至0.98Mpa的密閉料鎖系統后，經給煤機加入氣化爐內。白云石、石灰石或石灰經給料機輸入爐內。沒與白云石類添加物在爐內與經過預熱的氣化劑（氧氣/蒸汽或空氣/蒸汽）發生氣化反應。粗煤氣由氣化爐上方逸出進入第一旋風分離器，在此分離出的較粗顆粒、灰粒循環返回氣化爐。粗煤氣再進入第二旋風分離器，在此分離出的細顆粒通過密閉的灰鎖系統將灰渣排出，除去煤塵。

（3）灰團聚氣化法

它是在流化床中導入氧化性高速氣流，使煤灰在軟化而未熔融的狀態下在錐形床層中相互熔聚而粘結成含碳量低的球狀灰渣，有選擇性地排出爐內。它與固態排渣相比，降低了灰渣的碳損失。

（4）加氫氣化法

所謂的流化床氣化就是煤氣化過程中汽化劑（蒸汽和氧）將煤或煤漿帶入氣化爐進行氣的方

2.4 氣流床氣化

所謂加氫氣化就是在煤氣化過程中直接用氫或富含H2的氣體作為氣化劑，生成富含CH4的煤氣化方法，其總反應方程式可表示為：煤＋H2→CH4＋焦

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（1）K—T法

此法是最早工業化的氣流床氣化方法，它采用干法進料技術，因在常壓下操作，存在問題較多。它是1948年德國海因里希-柯柏斯和托切克博士提出的一種氣流床氣化粉煤的方法。

（2）德士平古法

它是一種濕法（水煤漿）進料的加壓氣化工藝。氣化爐是由美國德平古石油公司所屬德平古開發公司開發的氣流床氣化爐。

2.5 熔浴床氣化

50年代熔浴床煤氣氣化方法開始得到開發。熔浴床有熔渣床、熔鹽床和熔鐵床3類。下面分別介紹這3類床的某些制氣方法。

（1）羅米方法

此法為常壓粉煤熔渣浴氣法，此法有單簡式和雙簡式兩種爐型。此方法的特點是：（1）適用于各種固體或液體燃料；（2）氣體溫度高；（3）氣體強度高。

（2）覬洛格法

此法為—加壓熔浴氣化法。它是在熔融的Na2CO2鹽浴內進行，熔融的Na2CO2對煤與蒸汽的反應具有強烈的催化作用，在較低溫度下就可獲得很快的反應速度。此法目前尚處于開發研究階段，實驗能否成功，關鍵在于氣化爐。

（3）ATGAS熔鐵床氣化法

ATGAS法的實質是把煤粉與石灰石、蒸汽氧（或空氣）一起吹到熔鐵內，使煤的揮發份逸出，殘留的碳溶解在熔鐵中被氣化。此法效率高，有害物質少，氣化反應在常壓下進行。煤種適用范圍廣，且氣化爐結構簡單。因此，此工藝被認為有可能放大到工業化生產。

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第三章 合成氨典型工業生產工藝流程

合成氨的生產過程包括三個主要步驟：原料氣的制備、凈化和壓縮、合成。整個生產流程總共分為十個工段：1）造氣工段；2）脫硫工段；3）變換工段；4）變換氣脫硫與脫碳；5)碳化工段；6）甲醇合成工段；7）精煉工段；8)壓縮工段；9）氨合成工段；10）冷凍工段。以下就詳細的介紹整個生產流程。

3.1 造氣工段

造氣實質上是碳與氧氣和蒸汽的反應，主要過程為吹風和制氣。具體分為吹風、上吹、下吹、二次上吹和空氣吹凈五個階段。原料煤間歇送入固定層煤氣發生爐內，先鼓入空氣，提高爐溫，然后加入水蒸氣與加氮空氣進行制氣。所制的半水煤氣進入洗滌塔進行除塵降溫，最后送入半水煤氣氣柜。

圖3-1造氣工藝流程示意圖

3.2 脫硫工段

煤中的硫在造氣過程中大多以H2S的形式進入氣相，它不僅會腐蝕工藝管道和設備，而且會使變換催化劑和合成催化劑中毒，因此脫硫工段的主要目的就是利用DDS脫硫劑脫出氣體中的硫。氣柜中的半水煤氣經過靜電除焦、羅茨風機增壓冷卻降溫后進入半水煤氣脫硫塔，脫除硫化氫后經過二次除焦、清洗降溫送往壓縮機一段入口。脫硫液再生后循環使用。

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圖3-2脫硫工藝流程圖

3.3 變換工段

變換工段的主要任務是將半水煤氣中的CO在催化劑的作用下與水蒸氣發生放熱反應，生成CO2和H2。河南中科化工有限責任公司采用的是中變串低變工藝流程。經過兩段壓縮后的半水煤氣進入飽和塔升溫增濕，并補充蒸汽后，經水分離器、預腐蝕器、熱交換器升溫后進入中變爐回收熱量并降溫后，進入低變爐，反應后的工藝氣體經回收熱量和冷卻降溫后作為變換氣送往壓縮機三段入口。

圖3-3變換工藝流程圖

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3.4 變換氣脫硫與脫碳

經變換后，氣體中的有機硫轉化為H2S，需要進行二次脫硫，使氣體中的硫含量在25mg/m3。脫碳的主要任務是將變換氣中的CO2脫除，對氣體進行凈化，河南中科化工有限責任公司采用變壓吸附脫碳工藝。來自變換工段壓力約為1.3MPa左右的變換氣，進入水分離器，分離出來的水排到地溝。變換氣進入吸附塔進行吸附，吸附后送往精脫硫工段。

被吸附劑吸附的雜質和少量氫氮氣在減壓和抽真空的狀態下，將從吸附塔下端釋放出來，這部分氣體稱為解析氣，解析氣分兩步減壓脫附，其中壓力較高的部分在順放階段經管道進入氣柜回收，低于常壓的解吸氣經阻火器排入大氣。

圖3-4變換與脫硫工藝流程圖

3.5 碳化工段

3.5.1 氣體流程

來自變換工段的變換氣，依次由塔底進入碳化主塔、碳化付塔，變換氣中的二氧化碳分別在主塔和付塔內與碳化液和濃氨水進行反應而被吸收。反應熱由冷卻水箱內的冷卻水移走。氣體從付塔頂出來，進入尾氣洗滌塔下部回收段，氣體中的少量二氧化碳和微量的硫化氫被無硫氨水繼續吸收，再進入上部清洗段。氣體中微量二氧化碳被軟水進一步吸收，最后達到工藝指標經水分離后，送往精脫硫塔進一步脫硫后，送往壓縮機三段進口。

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3.5.2 液體流程

濃氨水由濃氨水泵從吸氨崗位濃氨水槽打入付塔，一方面溶解塔內的結疤，另一方面吸收主塔尾氣中的剩余二氧化碳，逐步提高濃氨水的碳化度。然后，付塔的溶液由碳化泵從底部抽出，打入主塔，在主塔內進一步吸收變換氣中的二氧化碳，生成含碳酸氫銨結晶的懸浮液，再由底部取出管壓入分離崗位進行分離。

回收塔回收段中的無硫氨水來自合成或銅洗工段使用過的無硫氨水和回收段的稀氨水壓入稀氨水壓入吸氨崗位母液槽和稀氨水槽或送脫硫崗位使用，從回收段出來的水直接排污水溝。

圖3-5碳化工藝流程圖

3.6 甲醇合成工段

聯醇是將經變換、脫碳后的凈化氣中的CO：1-5%、CO2＜0.5%（其含量可根據生產所要求的醇氨比調節）與氣體中的H2經壓縮機加壓到15MP后，依次經過洗氨塔、油分、預熱器、廢熱鍋爐進入合成塔，在催化劑的作用下合成為甲醇，同時起到氣體凈化的作用。醇后氣中CO＜0.5%、CO2＜0.2%。出塔氣體經水冷卻到40℃左右，將氣體中的甲醇冷凝，使氣體中的甲醇含量小于0.5%，經醇分離器分離出甲醇后，一部分氣體經甲醇循環機返回甲醇合成塔，大部分氣體進入精煉工段。

圖3-6粗醇生產工藝流程示意圖

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3.7 精煉工段

醇后工藝氣中還含有少量的CO和CO2。但即使微量的CO和CO2也能使氨催化劑中毒，因此在去氨合成工序前，必須進一步將CO和CO2脫除。我們公司是采用醋酸銅氨液洗滌法，銅洗后的工藝氣體中的含量將至25ppm以下。醇后氣體由銅洗塔底部進入，與塔頂噴淋的醋酸銅氨液逆流接觸，將工藝氣中的CO和CO2脫除到25ppm以下，經分離器將吸收液分離后送往壓縮機六段進口。銅氨液從銅洗塔經減壓還原、加熱、再生后，補充總銅、水冷卻、過濾、氨冷后經銅氨液循環泵加壓循環使用。

圖3-7精煉工段流程圖

3.8 壓縮工段

壓縮工段的壓縮機為六段壓縮。由于合成氨生產過程中，變換、脫碳、粗醇與氨合成分別在0.87MPa、3.7MPa、15MPa、27MPa條件下進行，壓縮工段的任務就是提高工藝氣體壓力，為各個生產工段提供其所需的壓力條件。

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圖3-8壓縮工段示意圖

3.9 氨合成工段

氨合成工段的主要任務是將銅洗后制得的合格N2、H2、混合氣，在催化劑的存在下合成為氨。壓縮機六段來的壓力為27MPa的新鮮補充氣，與循環氣混合后進入氨冷器、氨分離器、冷交換器，經循環機升壓并經過油分離器除油后進入氨合成塔的內件與外筒的環隙，冷卻塔壁，出來后經預熱器升溫后進入氨合成塔內件，完成反應后離開反應器，分別進入廢熱鍋爐、預熱器、軟水加熱器回收熱量，最后經水冷器、冷交換器、氨冷器降溫冷卻，將合成的氨液化分離出系統，未反應的氮氫氣循環使用。

圖3-9氨合成工段示意圖

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3.10 冷凍工段

由于氨合成工段需要通過液氨氣化來產生低溫生產條件，因此冷凍工段的任務就是把氣態的氨重新液化。由氨蒸發器蒸發的氣氨經氣氨總管進入冰機前分離器，分離出液氨后進入氨壓縮機加壓，加壓后的氣氨經油分離器后進入水冷器，在此氣氨冷凝為液氨并回到冰機液氨貯槽，由支出閥送給氨蒸發器循環使用或氨庫。

圖3-10冷凍工段示意圖

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第四章 合成氨的節能技術

從合成氨行業發展歷史來看,技術創新與進步是發展的主要推動力。多年來經合成氨企業與設計、科研、高等院校及設備制造單位共同努力,研究開發出很多的新工藝、新設備、新催化劑等節能先進技術和產品,以及行之有效的小改小革節能技術措施,在合成氨行業節能降耗中發揮了很大作用。下面就以無煙煤為原料生產合成氨的主要節能途徑作歸納簡述。

4.1 選擇先進的節能工藝

根據合成氨生產的不同產品方案(尿素、碳酸氫銨、聯醇等)選擇不同工藝路線及組合是否合理,是最終能耗的關鍵。目前主要采用與推廣的有如下幾項。

(1)提升型固定床氣化工藝。在傳統固定床氣化工藝基礎進行了多項系統改造與創新,主要內容有造氣爐改造、不停爐加煤與下灰、DCS系統優化控制、集中式余熱回收與洗氣塔、吹風氣與爐渣回收利用等。其主要效果有:①氣化強度可達1200-1300m3/(m2.h)。②蒸汽分解率達55%-60%。③爐渣殘碳達15%以下(質量分數)。④1000m(標態)CO+H2原料

3煤消耗達550-590kg。⑤余熱回收率可實現蒸汽自給。

(2)節能型的全低變與中低低變換工藝。在采用寬溫鈷鉬低變催化劑的前提下,根據企業生產條件的不同情況,可選擇節能型全低變或中低低變換工藝。這兩種工藝變換率高、流程簡單、系統阻力低、蒸汽消耗少,在0.8MPa壓力與出系統氣體中CO體積分數1.5%左右時,噸氨蒸汽消耗分別為250kg和350kg。同時結合企業產品結構調整與改造,可將變換壓力從0.8MPa提升到1.5-2.1MPa(視整個生產工藝不同而確定),從而減少每噸氨870-940m3(標態)原料氣體壓力從0.8MPa壓縮到1.5-2.1MPa的壓縮功,噸氨節電約30-40kW/h。

(3)節能環保型的醇烷化(稱雙甲)或醇烴化氣體精制工藝:該項技術是屬清潔生產工藝,主要取代傳統的銅洗工藝,銅洗工藝既消耗多種化學品,又耗電,操作不易穩定,易帶液,是合成氨生產不穩定的環節,泄漏銅氨液及回收下來的稀氨水,影響到環境保護。醇烷化或醇烴化的工藝具有流程短、凈化度高、操作安全穩定等優點,它既可節能節約原材料(噸氨節約蒸汽、電力等折標準煤40kg左右),又有很好的環保效果,而且有很好的經濟效益。

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(4)經運行的節能合成工藝:在采用低溫活性好、寬溫高強度氨合成催化劑與相匹配的高效節能合成塔基礎上,結合塔外提溫與二級余熱回收工藝,實行低空速、低阻力、低壓力的經濟運行,使操作壓力降至22-24MPa(低時還可降2MPa左右),噸氨節電50-60kW/h,并減少放空量,節約原料煤耗30-40kg(折標煤)。

（5）使用高效節能單元設備、催化劑及新材料在工藝流程確定后,如何使用高效節能的催化劑和單元操作設備對節能也起到重要作用。①新型催化劑:如寬溫鈷鉬低變催化劑、低溫高活性氨合成催化劑、高效的888脫硫劑、常溫精脫硫劑等。②各種高效塔器:如規整填料塔、格柵填料塔、垂直篩板塔等多種塔器在合成氨各生產工序都有應用,并都取得一定的效果。以變脫塔為例,采用QYD型氣液傳質組合塔板內件取代傳統填料塔,經實際使用證明,使傳質效率大大提高、塔高可降低1/

3、溶液循環量減少30%-50%,噸氨節電5-6kW/h,并解決了填料堵塞問題。③各種高效換熱器:如折流桿異形管換熱器、波紋管熱交換器(冷凝器)、板式換熱器、熱管式換熱器、蒸發式冷凝器等多種換熱器在合成氨工序都有應用,并都取得一定的效果。以冷凍系統使用蒸發式冷凝器為例,該設備應用熱力學、傳熱學等工程學的先進技術,使用了高效傳熱元件加以優化組合,大大提高了換熱效果和冷卻冷凝效果,達到節電與節約冷卻水用量的節能效果,是取代傳統立式水冷冷凝器的有效節能設備。④各種分離過濾設備:如高效雙級旋風除塵器、靜電除焦油器、組合式高效氨分離器、高效油分離器、LH系列高效溶液過濾器,新型硫泡沫過濾器等。在合成氨生產過程中,這些設備對確保氣體與溶液的凈化度、提高運行的穩定性及節能降耗都起到相當有效作用。

4.2 回收各項余熱和余能進行熱能綜合利用

(1)充分回收合成氨各工藝過程中的余熱和余能:如造氣系統的造氣爐夾套、爐渣、飛屑的余熱,上、下行煤氣的顯熱,吹風氣的顯熱與潛熱,脫碳系統脫碳富液和銅洗系統銅液的能量,變換系統的變換氣和合成系統合成塔出口合成氣的余熱等。

(2)回收合成兩氣中氨和氫,提高有效資源利用率:在合成氨生產過程中,由于生產負荷的變化,為保持氨合成系統的適宜操作壓力,造成合成系統中的放空氣和氨槽弛放氣量增加,而這部分氣體中均含有大量氫與氨隨之放空,導致合成氨各項消耗增多,成本升高。根據這兩種氣源的不同組分和彈性,可分別采用膜分離技術回收放空氣中氫氣和采用無動力氨回收技術回收氨槽弛放氣中的氨。

(3)實施系統熱能綜合利用、提高能量回收利用率:從化工過程系統工程與熱力學相

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結合的角度出發,把節能推上一個新的高度,將合成氨生產過程所有的余熱、余能按能位的高低加以優化組合與合理利用,使能量獲得多級利用,提高能量回收利用率。根據企業不同生產規模與不同氨加工產品等不同情況進行不同的熱能綜合利用的設計方案。如采取熱電聯產(余熱發電)或熱功聯產(汽輪機驅動),還可利用低位能余熱,通過溴化鋰吸收制取低溫冷水,用于冷卻氮氫壓縮機一級、三級、六級、七級入口煤氣、脫碳吸收液和合成循環氣等,提高壓縮機打氣量,減少脫碳液循環量,降低氨冷和冰機負荷,達到增產節電的明顯效果,尤其是夏季高溫時,其效果更為突出。對于熱電聯產或熱功聯產,可根據各企業條件加以分別選擇,此部分節能效果十分明顯,以100kt/a合成氨規模為例,利用吹風氣、合成放空氣、弛放氣、造氣爐渣、飛屑等余熱資源可副產3.82MPa,450℃過熱蒸汽約25t/h,入背壓發電機組可每小時發電約2250kW/h,折噸氨副產發電180kW/h左右。全年節約外供電達1800萬kW/h。

(4)其它有關節能技術措施:如DCS系統控制調優技術、機泵電機采用變額調速技術、企業電網系統節電技術、蒸汽管道系統節能、冷凝水回收利用等,以及各項行之有效的改革措施。

(5)充分利用資源、提升產品價值,降低萬元產值能耗水平,提高企業經濟效益。合成氨生產過程排放的各種廢氣如何加以充分利用是值得研究并加以發展。以回收合成放空氣中的氫氣和回收脫碳放空氣中的CO2為例,按生產80kt/a合成氨規模計算,回收放空氣中氫氣可生產40kt/a雙氧水,并用其回收的脫碳放空氣中的CO2生產液體CO2(工業級)30kt/a,則其年銷售產值可從2.00億元提高至2.69億元,而年消耗標準煤從128.00kt增至130.85kt,萬元產值能耗(折標煤)從6.400t降低到4.864t,下降了24%,年增加經濟效益(利稅)約2500萬元,其節能與經濟效果十分明顯。

化工工藝論文 合成氨工業現狀和節能技術

參考文獻

[1] 蔣德軍.合成氨工藝技術的現狀及其發展趨勢.現代化工，2005,年8月.[2] 韓明山.合成氨生產技術探討.化學工程設備，2011年5月.[3] 於子方.合成氨行業能耗現狀與主要節能途徑.上海達門化工工程技術，2009年2月.[4] 張輝，趙紅柳，馮樹波.合成氨生產中含尾氣回收工藝進展.河北階級大學化學與制藥工程學院，2009年8月.[5] 曹侖，張衛峰，高力.中國合成氨生產能源消耗狀況及其節能潛力.華中農業大學資源與環境學院，2008年4月.[6] 韓鐵飛.大型合成氨生產節能分析.中國神華煤制油化工，2010年2月.[7] 陳實，袁令，高林.合成氨工藝系統的分析及節能研究.北京理工大學化工與環境學院，2009年11月.[8] 王士榮.合成氨節能降耗改造.武漢大學，2012年5月.

第二篇：合成氨工業技術現狀及節能技術研究論文

隨著國家工信部頒布出臺《合成氨行業準入條件(征求意見稿)》，在合成氨生產上提高了能耗的準入條件，因此加快實施合成氨生產的節能改造已經成為企業適應新形勢發展的基本要求。本文首先在合成氨生產原料以及主要生產工藝指標等方面介紹了合成氨工業技術現狀，并提出了實現合成氨生產節能改造的主要技術措施，可以為相關人員熟悉了解合成氨生產以及合成氨節能改造提供合理的參考。工業技術

隨著科學技術的不斷進步以及市場對于化工產品需求量的不斷增加，化工行業正處于迅猛發展階段。氨合成產品作為重要的化工產品，可以用于氮肥、硝酸以及銨態化肥的生產加工制造。隨著市場對于合成氨產品要求的不斷提高以及國家對于化工行業節能減排的要求，改善合成氨生產技術，加大節能技術開發，應經成為合成氨等相關化工行業迫切需要解決的主要問題。

一、現階段合成氨工業主要生產原料

合成氨的反應公式為3H2+N2=2NH3+Q，合成氨的反應特點主要為：可逆反應，氫氣與氮氣反應生成氨，同時氨在一定條件下也可以分解成氫氣和氮氣;此外，合成氨的反應為放熱過程，反應過程中反應熱與溫度以及壓力有關;而且需要催化劑的催化方能迅速進行合成氨反應。現階段用硬合成氨生產的原料主要有天然氣、重質油以及煤或焦炭，具體生產工藝如下所示：

1.天然氣

采用天然氣生產合成氨主要工序為脫硫、二次轉換、一氧化碳轉換以及去除二氧化碳等工序，在上述工序完成后即可得到氮氫混合氣，再利用甲烷化技術去除少量殘余的一氧化碳以及二氧化碳，并經壓縮機進行壓縮處理，即可得到合成氨產品。

2.重質油

重質油主要是指常壓或者減壓蒸餾后的渣油以及利用原油深度加工后的燃料油。利用重質油生產合成氨的工藝為首先重油與水蒸氣反應值得含氫氣體。通過將部分重油燃燒以為反應轉化吸熱提供足夠的熱量以及足夠的反應溫度，進而通過重油制氫為合成氨的生產提供基礎原料。

3.煤

以煤作為原料制取氫氣的工藝流程主要包括煤的高溫干餾焦化以及煤的氣化兩種，煤的焦化主要是將煤處于空氣隔絕的高溫條件下制取焦爐煤氣，通常情況下焦爐煤氣中含有60%左右的氫氣，作為合成氨生產的原料。而煤的氣化，將煤在高溫條件下，通過常壓或者加壓的方式與水蒸氣或者氧氣反應，得到含氫的氣體產物，以此為制作合成氨的原料。

二、合成氨生產工藝指標

1.合成氨生產壓力

通常情況下將壓力控制在3～4MPa左右，這主要是由于采取加壓的條件可以降低能耗，保證能量的合理利用，而且采取加壓的方式還可以提高反應余熱的利用。

2.生產溫度

對于一段爐的溫度，一般控制在760～800℃左右，這主要是由于一段爐設備價值高，而且主要為合金鋼管，合金鋼管的特點在于溫度過高容易造成使用壽命大幅度降低。對于二段爐溫度，主要根據甲烷控制指標來確定。在合成氨的生產壓力以及水碳比得出后，應該根據平衡甲烷的濃度來確定合成氨的生產溫度。通常情況下要求yCH4<0.005，出口溫度應為1000°C左右。實際生產中，轉化爐出口溫度比達到出口氣體濃度指標對應的平衡溫度高

3.水碳比

由于水碳比高的條件下，殘余甲烷含量降低，且可防止析碳。因此一般采用較高的水碳比，約3.5～4.0。

三、合成氨生產節能措施研究

合成氨的生產作為需要大量能好的工業，對于合成氨生產工藝進行節能技術改造已經成為合成氨工業提高經濟效益，實現健康可持續發展的關鍵。降低合成氨生產過程中的能耗，可以采取以下措施：

1.實現合成氨生產規模的大型化

生產規模的大型化在于可以綜合利用能量，并且可以采用離心壓縮機，在降低成本投入的同時，實現生產過程的節能。大型化的合成氨生產可以建立完善的熱回收系統，進而降低能量的消耗，提高技術經濟指標。此外，大型化的合成氨生產工藝由于采用了高速離心壓縮機，減少了合成氨的設備，并實現了合成氨生產工藝的優化。

2.實現制氣系統的節能優化

合成氨的生產主要集中在制氣環節，制氣環節的能耗達到成產工藝的70%以上，因此實現合成氨的節能，必須提高轉化率降低燃料消耗。

對于利用天然氣生產合成氨的工藝，可以采取以下幾種措施：結合用于生產合成氨的天然氣的密度以及其他信息，判斷天然氣碳含量，并及時調整蒸汽，并通過適當降低水碳比來實現生產工藝的節能;嚴格控制合成氨過程中的煙氣氧含量，并盡可能的減少其波動，將其控制在較低的數值;在生產過程中除滿足氫氣與氮氣比、二段爐出口的甲烷含量以及溫度的條件外，應盡可能降低一段爐負荷;對于類似于Kelogg型的合成氨生產轉化爐，應該盡可能地均衡控制各個支路間溫度，并減少各爐管間溫度偏差，進而大幅提高加熱效率，這樣不僅延長設備使用壽命，同時實現能耗的降低。

對于采用重油以及煤粉氣化爐的合成氨生產工藝，實現節能技術改造可以采取以下措施：根據原料的基本屬性如密度、熱值等探尋反應的最佳配比，及時調整氧氣量、蒸汽量，減少能耗;根據爐型及工藝設計不同控制方案，通過平穩操作和優化參數，提高轉化率，降低能耗;由于這類氣化控制的特殊性，如原料性質難以定性、監測點少、自動化程度低等，尚無開發出理想的優化控制系統。

3.從馳放氣中回收氫

從馳放氣體中回收含氫氣體。從馳放氣體中回收有氫氣體主要有以下幾種方式：第一，將馳放氣體低溫液化，進而通過蒸餾進行進一步的分離，通過這種方式不僅可以回收有氫氣體，同時可以回收部分稀有氣體。第二，采取分子篩在高壓條件下吸附的方式，進而在減壓下進行解吸的方法分離得到有氫氣體。第三，采用多極膜分離方法，由于氫氣透過膜的速率相比其他氣體較高，并通過多極膜進行分離而獲得純度較高的氫氣。

四、結語

隨著資源的不斷匱乏以及能源危機的制約，在合成氨生產工藝中采取各種節能措施，并進行技術改造以便于降低能源消耗，提高合成氨的生產效益已經成為合成氨生產技術改造的重點，這對于提高合成氨裝置的設備可靠性，改善合成氨的技術經濟指標也具有重要的意義。

第三篇：我國合成氨工業的現狀及發展趨勢

合成氨工業的現狀及發展趨勢

一、我國合成氨工業已走過了五十多年的路程，從小到大從弱到強，從3000噸/年——5000噸/年到45萬噸/年，從碳銨到尿素。根據中國氮肥協會統計2011年合成氨產量5864.1萬噸/年，位居世界第一，其中88%用來生產化肥；30萬噸/年工廠有74家約占49.4%，8萬噸/年上以工廠有223家占82.4%，合成氨工業由3000噸/年發展到今天40萬噸/年（單系列），全國從1000個廠到今只有300個廠，然而總產量不但沒有下降，反而有所增加，尿素2011年出口355.95萬噸，從而保證了糧食生產連年豐收。（據農業部門反映一噸尿素可增產糧食幾噸），我國糧食為什么連年豐收增產，一是靠國家支農、惠農、護農政策，二是靠優良品種，三是靠化肥支撐。因此對于我們這樣一個有13.4億人的大國，如果糧食生產不能穩定，那是不堪設想的。因此合成氨工業是國家發展的需要，也是人民生活的需要。

二、我國合成氨工業發展趨勢

由于我國人多地少，糧食需求量大，因此合成氨工業必須由小變大，向大型化、現代化發展，過去小規模用塊煤的技術已遠遠不能滿足國民經濟發展需要，發展趨勢主要是： 1.由小變大，扶大壓??； 2.由塊煤變粉煤；

3.由低壓向中壓、高壓氣化發展； 具體有以下幾點： 1.中壓、高壓造氣

不管用水煤漿氣化爐、干粉煤氣化爐，還是塊煤爐，流化床氣化爐都要向中壓、高壓發展，現在有的氣化爐已做到8.7Map，一般都在4.0Map左右。透平壓縮這樣可以省電3%左右。2.低壓合成氨。

過去為了追求產量合成氨壓力由低壓向高壓發展，現在從降低能耗的角度又能向低壓，目前已成功運用15Map，10Map即正在試驗中，這樣可以做到電耗最低。

3.高度凈化，為了保證催化劑長周期運行氣體凈化已達到PPM級，甚至PPb級。4.消滅三廢，最少做到達標排放，最終做到零排放。

三、合成氨工業發展對空分的要求，由于合成氨工業向大型化發展，因此對空分也提出了由小向大型發展的要求，從幾千米3/時到幾萬米3/時，同時O2純度N2純度也提出了更高的要求。

第四篇：關于合成氨工業技術現狀及節能技術研究論文

隨著科學技術的不斷進步以及市場對于化工產品需求量的不斷增加，化工行業正處于迅猛發展階段。氨合成產品作為重要的化工產品，可以用于氮肥、硝酸以及銨態化肥的生產加工制造。隨著市場對于合成氨產品要求的不斷提高以及國家對于化工行業節能減排的要求，改善合成氨生產技術，加大節能技術開發，應經成為合成氨等相關化工行業迫切需要解決的主要問題。

一、現階段合成氨工業主要生產原料

合成氨的反應公式為3H2+N2=2NH3+Q，合成氨的反應特點主要為：可逆反應，氫氣與氮氣反應生成氨，同時氨在一定條件下也可以分解成氫氣和氮氣；此外，合成氨的反應為放熱過程，反應過程中反應熱與溫度以及壓力有關；而且需要催化劑的催化方能迅速進行合成氨反應?，F階段用硬合成氨生產的原料主要有天然氣、重質油以及煤或焦炭，具體生產工藝如下所示：

1.天然氣

采用天然氣生產合成氨主要工序為脫硫、二次轉換、一氧化碳轉換以及去除二氧化碳等工序，在上述工序完成后即可得到氮氫混合氣，再利用甲烷化技術去除少量殘余的一氧化碳以及二氧化碳，并經壓縮機進行壓縮處理，即可得到合成氨產品。

2.重質油

重質油主要是指常壓或者減壓蒸餾后的渣油以及利用原油深度加工后的燃料油。利用重質油生產合成氨的工藝為首先重油與水蒸氣反應值得含氫氣體。通過將部分重油燃燒以為反應轉化吸熱提供足夠的熱量以及足夠的反應溫度，進而通過重油制氫為合成氨的生產提供基礎原料。

3.煤

以煤作為原料制取氫氣的工藝流程主要包括煤的高溫干餾焦化以及煤的氣化兩種，煤的焦化主要是將煤處于空氣隔絕的高溫條件下制取焦爐煤氣，通常情況下焦爐煤氣中含有60%左右的氫氣，作為合成氨生產的原料。而煤的氣化，將煤在高溫條件下，通過常壓或者加壓的方式與水蒸氣或者氧氣反應，得到含氫的氣體產物，以此為制作合成氨的原料。

二、合成氨生產工藝指標

1.合成氨生產壓力

通常情況下將壓力控制在3～4MPa左右，這主要是由于采取加壓的條件可以降低能耗，保證能量的合理利用，而且采取加壓的方式還可以提高反應余熱的利用。

2.生產溫度

對于一段爐的溫度，一般控制在760～800℃左右，這主要是由于一段爐設備價值高，而且主要為合金鋼管，合金鋼管的特點在于溫度過高容易造成使用壽命大幅度降低。對于二段爐溫度，主要根據甲烷控制指標來確定。在合成氨的生產壓力以及水碳比得出后，應該根據平衡甲烷的濃度來確定合成氨的生產溫度。通常情況下要求yCH4<0.005，出口溫度應為1000°C左右。實際生產中，轉化爐出口溫度比達到出口氣體濃度指標對應的平衡溫度高

3.水碳比

由于水碳比高的條件下，殘余甲烷含量降低，且可防止析碳。因此一般采用較高的水碳比，約3.5～4.0。

三、合成氨生產節能措施研究

合成氨的生產作為需要大量能好的工業，對于合成氨生產工藝進行節能技術改造已經成為合成氨工業提高經濟效益，實現健康可持續發展的關鍵。降低合成氨生產過程中的能耗，可以采取以下措施：

1.實現合成氨生產規模的大型化

生產規模的大型化在于可以綜合利用能量，并且可以采用離心壓縮機，在降低成本投入的同時，實現生產過程的節能。大型化的合成氨生產可以建立完善的熱回收系統，進而降低能量的消耗，提高技術經濟指標。此外，大型化的合成氨生產工藝由于采用了高速離心壓縮機，減少了合成氨的設備，并實現了合成氨生產工藝的優化。

2.實現制氣系統的節能優化

合成氨的生產主要集中在制氣環節，制氣環節的能耗達到成產工藝的70%以上，因此實現合成氨的節能，必須提高轉化率降低燃料消耗。

對于利用天然氣生產合成氨的工藝，可以采取以下幾種措施：結合用于生產合成氨的天然氣的密度以及其他信息，判斷天然氣碳含量，并及時調整蒸汽，并通過適當降低水碳比來實現生產工藝的節能；嚴格控制合成氨過程中的煙氣氧含量，并盡可能的減少其波動，將其控制在較低的數值；在生產過程中除滿足氫氣與氮氣比、二段爐出口的甲烷含量以及溫度的條件外，應盡可能降低一段爐負荷；對于類似于Kelogg型的合成氨生產轉化爐，應該盡可能地均衡控制各個支路間溫度，并減少各爐管間溫度偏差，進而大幅提高加熱效率，這樣不僅延長設備使用壽命，同時實現能耗的降低。

對于采用重油以及煤粉氣化爐的合成氨生產工藝，實現節能技術改造可以采取以下措施：根據原料的基本屬性如密度、熱值等探尋反應的最佳配比，及時調整氧氣量、蒸汽量，減少能耗；根據爐型及工藝設計不同控制方案，通過平穩操作和優化參數，提高轉化率，降低能耗；由于這類氣化控制的特殊性，如原料性質難以定性、監測點少、自動化程度低等，尚無開發出理想的優化控制系統。

3.從馳放氣中回收氫

從馳放氣體中回收含氫氣體。從馳放氣體中回收有氫氣體主要有以下幾種方式：第一，將馳放氣體低溫液化，進而通過蒸餾進行進一步的分離，通過這種方式不僅可以回收有氫氣體，同時可以回收部分稀有氣體。第二，采取分子篩在高壓條件下吸附的方式，進而在減壓下進行解吸的方法分離得到有氫氣體。第三，采用多極膜分離方法，由于氫氣透過膜的速率相比其他氣體較高，并通過多極膜進行分離而獲得純度較高的氫氣。

四、結語

隨著資源的不斷匱乏以及能源危機的制約，在合成氨生產工藝中采取各種節能措施，并進行技術改造以便于降低能源消耗，提高合成氨的生產效益已經成為合成氨生產技術改造的重點，這對于提高合成氨裝置的設備可靠性，改善合成氨的技術經濟指標也具有重要的意義。

參考文獻

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第五篇：工業節能材料

耐高溫隔熱保溫涂料科技創新，節能率可達到60% 在經濟全球化是當今世界發展的客觀進程，是在現代高科技的條件下經濟社會化和國際化的歷史創新階段，全球化帶來新的機遇和嚴峻挑戰，當今精細化涂料與高塑料、高溫黏合劑、合成橡膠、合成纖維成為五大合成材料。涂料工業屬于高新技術產業，其發展水平是一個國家化學工業發達水平的標志之一，在我國耐高溫涂料行業，將產生何種影響，如何帶動先關產業的升級，配套的設備制造性能改進，這是我們關心的問題?？磥聿还茉鯓?，這里的競爭激烈程序，絕對不容我們小視，在這樣的新情況下，預料未來五至十年，我國耐高溫涂料行業，將要發生巨大的變化。其中耐高溫隔熱保溫涂料作為耐高溫涂料代表，他的技術性和應用性指標如何，將會影響相關產業的革命性升級創新。在全球公開的殘酷涂料工業競爭中，有遠見的企業家必須使自己的企業盡快向世界涂料先進水平靠攏，必須提高耐高溫涂料的質量意識，在技術進步和技術創新上，跨出更大的步伐，以保證自己涂料工業處于不敗的地位。

隨著航空航天、汽車、軍工、石油石化、冶金、電力、建筑等系統技術革新，用于煙囪煙道、高溫蒸汽管道、熱交換器、高溫爐、高溫脫硫設備、石油石化裂解裝備、發動機部件、排氣管、建筑、高溫工具和高溫設備的隔熱保溫越來越要求嚴格，于是對于金屬材料的使用性能要求越來越高，不僅需要在更高的使用溫度以及更為苛刻的腐蝕環境下作業，同時還要具有薄層、抗震動、抗疲勞、抗溫度驟變以及耐沖刷等性能，傳統的隔熱保溫材料已很難滿足使用要求，隨著工業技術的不斷發展，耐高溫隔熱保溫涂料應運而生。經測試：

①、在高溫模具、注塑機外表面涂刷一定厚度的耐高溫隔熱保溫涂料，可以有效減少熱能損失，提高模具機械的工作效率；

②、在高溫煙道、排煙管道涂刷3毫米厚的耐高溫隔熱保溫涂料，管道外表面溫度一般從500℃降低到150℃左右，有利于煙氣排放，減少冷凝的發生，避免不必要的管道腐蝕；

③、在建筑墻體上隔熱保溫節能，涂刷耐高溫隔熱保溫涂料，隔熱保溫效果好，節能率可以達到60%以上，可以保持建筑內的80%熱量不流失，志盛威華涂料防水防潮，防火阻燃等級可以達到A級，高溫下無任何危害氣體產生，無機環保材質，使用壽命長；

④、在鋼水包上涂刷，減少鋼水的熱量損耗，耐高溫、隔熱保溫效果好，減少鋼水包用傳統隔熱保溫材料的重量，有利于鋼水包的移動；

⑤、在工業窯爐外表面僅涂6mm厚的耐高溫隔熱保溫涂料就可以減少熱量損失30％以上，1100℃的物體表面涂上8mm高溫隔熱保溫涂料物體涂料表面溫度就能降低到100℃以內。在高溫管道、設備、容器的外表面噴涂，可以有效抑制熱輻射和熱量的損失，節能率在10%以上；

⑥、在零下30℃的箱體涂10mm厚的耐高溫隔熱保溫涂料，24小時箱體里的溫度不低于0℃；

⑦、熱水罐、染缸保溫，在熱水罐、染缸外表涂刷耐高溫隔熱保溫涂料，降低外表面溫度，減少熱量散失，減少企業生產成本，提高能源利用率；

⑧、蒸汽管道上涂刷耐高溫隔熱保溫涂料，減少蒸汽熱能的損失，保護人身安全； ⑨、志盛威華耐高溫隔熱保溫涂料，在高溫環境中涂刷在耐溫低的金屬板上，保護金屬板不受高溫，不要超過金屬板的高溫相界，充分發揮金屬板的各項性能指標，減少高溫設備制作成本；

⑩、涂刷在爐膛、灶具上，減少熱量損失，提高熱能利用率，節能率可以達到60%以上；

國家宏觀經濟朝著可持續發展的方向前進時，對資源的有效利用和環境保護已提到重要的地位，目前我國工業能源消費約占全部能源消費的70%，工業節能減排意義重大，目前我國淘汰落后產能是工業節能的重要方式，但是可以預計未來將越來越依靠節能技術和節能設備大量的推廣。隨著工業發展技術水平的提高，必須通過自己加大研發投入來獲得具有自主知識產權的技術，然后依托技術形成一些新的投資熱點和經濟增長點，轉變經濟增長方式必須把自主創新作為一個中心環節，提高節能技術和節能設備升級。十七大報告把提高自主創新能力、建設創新型國家提到一個“國家發展戰略核心”的新高度，是基于技術對發展的瓶頸制約這個現實提出來的，促進創新要素向企業集聚，形成以企業為主體產學研結合的體系。愿意投入，相信一定能夠使長期困擾我們經濟增長方式轉變不成功的問題得以解決。北京志盛威華化工有限公司作為國內專業研發生產高科技涂料的大型企業，高科技人員聚集，高額研發費用的投入，相信公司一定能為國家的產業升級，設備技術革新，節能減排做出巨大的貢獻。