天然氣滲碳的另一機(jī)理 CH4→Cad+H2及其優(yōu)化措施
李志義1 田榮華2 葛友海3 胡培中4 熊軍5 敖思渝6
（1、重慶義揚(yáng)機(jī)電設(shè)備有限公司，重慶市渝中區(qū)大坪萬(wàn)友康年國(guó)際公寓B1-3-8#，郵編 400042；2、重慶青山機(jī)械制造公司，重慶 402761；3、重慶重型汽車制造公司車轎分廠，重慶 402300；4、重慶機(jī)床廠，重慶 400054；5、四川丹齒實(shí)業(yè)公司，四川丹棱612260；6、重慶新生機(jī)電設(shè)備總廠，重慶 400061）
摘 要：本文介紹了國(guó)內(nèi)城市用天然氣成份、成渝地區(qū)有機(jī)硫無(wú)機(jī)硫狀況、各種天然氣脫硫劑簡(jiǎn)介、硫分析方法及取樣、天然氣直生式、吸熱式及放熱式的應(yīng)用。最終落實(shí)天然氣滲碳的另一機(jī)理及其優(yōu)化措施，使其氣源耗量下降15%左右，設(shè)備壽命大大提高，熱處理質(zhì)量可于世界任何先進(jìn)國(guó)家媲美。
前言：當(dāng)人們?cè)谘芯扛鞣N氣源滲碳時(shí)，并比較各種氣源滲碳的結(jié)果而確認(rèn)，天然氣氣源是所有滲碳熱處理氣源中最好的氣源[1]，它不僅僅是價(jià)廉，能大大降低成本（四川重型汽車制造廠采用凈化的天然氣生產(chǎn)后單氣源耗損年節(jié)約約50萬(wàn)元，一汽大眾也取得相似效果），代替滲碳速度較緩，活力較差的碳勢(shì)）；表面含碳量最高，滲碳時(shí)間最短，滲碳件表面非馬氏體組織的厚度和密度最低，一般均能0.003mm以下[2]（淺腐蝕）、表面硬度HRC61以上（HV1轉(zhuǎn)換）；碳化物極度彌散[3]（該文金屬熱處理編輯將總硫5mg/m3控制改為20mg/m3控制）。早在70年代市場(chǎng)上就有各式各樣的脫硫設(shè)備、高效脫硫劑等。含糊地講：控制總硫，不講脫有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫的深度，混淆兩種硫?qū)嵸|(zhì)上的差別，模糊技術(shù)實(shí)質(zhì)帶有商業(yè)炒作，而且進(jìn)入城市的天然氣，其有機(jī)硫、無(wú)機(jī)硫，就具有差距很大的波動(dòng)范圍，須經(jīng)受長(zhǎng)期檢測(cè)考驗(yàn)，以防其偶然性的合格過(guò)關(guān)。
我國(guó)應(yīng)用天然氣是世界最早的國(guó)家，有1000多年歷史。廣義地講，天然氣可分油成氣、（大慶等）氣成氣（四川等）、煤成氣等。狹義地將煤成氣（瓦斯）分出。對(duì)其成因，請(qǐng)氣礦、天然氣處理及脫硫廠等參考[6]，本文不作介紹。
一、城市民用天然氣情況
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天然氣技術(shù)要求（GB17820-1999）
質(zhì)量指標(biāo) |
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I |
II |
III |
Ⅳ |
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總硫mg/m3 |
≦150 |
≦200 |
≦460 |
＞460 |
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H2Smg/m3 |
≦6 |
≦20 |
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CO2% |
≦3 |
≦30 |
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水份 |
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無(wú)游離水 |
民用天然氣或稱城市用天然氣為I和II標(biāo)準(zhǔn)。III標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)H2S≤20mg/m3，也允許供用。
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重慶臥龍河進(jìn)入城市天然氣有機(jī)硫組成情況。有機(jī)硫經(jīng)研究約26種： |
（1）硫醇RSH |
甲硫醇CH3SH |
一般占有量 |
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乙硫醇C2H5SH |
50-200mg/m3 |
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(2)硫醚 RSR |
甲硫醚CH3SCH3 |
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乙硫醚C2H5SC2H5 |
10-100mg/m3 |
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(3)二硫化碳CS2 |
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＜50mg/m3 |
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(4)二硫化物 R-S2-R（甲二硫醚CH3S2CH3） |
＜50mg/m3 |
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（5）氧硫化物 COS （羰基硫） |
＜20mg/m3 |
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（6）噻吩C4H4S |
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國(guó)內(nèi)天然氣主要產(chǎn)地簡(jiǎn)介
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產(chǎn)地 |
CH4 |
C2H6 |
C3H8 |
C4H10 |
C2H4 |
CO2 |
H2S |
H2 |
N2 |
CO |
有機(jī)硫 |
C5H2 |
|
自貢 |
97.11 |
0.88 |
0.21 |
0 |
0.03 |
0.36 |
0.6 |
0.04 |
0.87 |
0.06 |
|
|
|
隆昌 |
97.23 |
0.88 |
0.21 |
0 |
0.02 |
1.14 |
0.2 |
0.09 |
0.04 |
0.02 |
|
|
|
永川 |
97.17 |
1.15 |
0.35 |
0.03 |
0.21 |
1.14 |
|
0.09 |
0.24 |
0.09 |
|
|
|
重慶 |
97.40 |
0.6 |
0.08 |
0 |
0 |
1.14 |
|
0.07 |
1.59 |
0 |
|
|
|
瀘州 |
96.38 |
1.57 |
0.42 |
0 |
0.2 |
0.99 |
|
0.11 |
0.23 |
0.15 |
|
|
|
重慶 |
95.94 |
0.796 |
0.127 |
0.37 |
0.086 |
0.052 |
|
0.512 |
|
|
|
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|
重燃公司 |
93.26 |
2.71 |
0.75 |
|
0.25 |
0.20 |
911 mg/m3 |
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大慶 |
99.75 |
C2H8 |
5.62 |
|
1.9 |
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|
3.31 |
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大港 |
76.9 |
7.6 |
|
4.0 |
11 |
1.36 |
|
0.71 |
|
|
|
|
|
盤(pán)錦 |
81.5 |
5.0 |
|
3.0 |
8.5 |
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|
|
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中壩 |
89.9 |
1.72 |
|
0.54 |
6.65 |
|
|
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|
聶中柴達(dá)木 |
99.5 |
0.035 |
|
0.45(非烴) |
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|
1.4 |
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|
四川丹棱 |
97.25 |
|
0.01 |
|
0.17 |
1.11 |
18.45 mg/m30.06 |
1.4 |
|
0.67 mg/m3 |
||
|
墊江礦 |
91.81 |
0.95 |
0.37 |
0.16 |
0.09 |
|
0.08 |
0.31 |
|
|
|
0.03 |
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脫硫后 |
97.48 |
1.12 |
0.30 |
0.18 |
0.02 |
0.11% |
0.07 |
0.18 |
|
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|
0.06 |
|
臥龍河 |
97 |
1.281 |
0.406 |
|
608 mg/m3 |
782.6 mg/m3 |
0.812 |
260/460 mg/m3 |
||||
|
脫硫后 |
97 |
1.281 |
0.406 |
|
|
60 mg/m3 |
|
|
0.812 |
150/250 mg/m3 |
||
注:由于天然氣各成份的波動(dòng),下表只表示某一次的檢測(cè)數(shù)據(jù)，已發(fā)生三次氣礦脫硫設(shè)備檢修，總硫高達(dá)1100mg/m3
二、各種脫硫方法簡(jiǎn)介
3.1常溫Fe2O3脫硫劑：標(biāo)準(zhǔn)/45072398-6.009-1998
3.1.1高效:助容劑不同:瀘州西南化工研究院:工作硫量≧25%。一般廠家達(dá)7-8%
3.1.2水份在脫硫過(guò)程中起介質(zhì)作用：（1）Fe2O3·H2O+3H2S Fe2O3+3H2O+5.2千卡
（2）Fe2O3+3/202 Fe2O3·H2O+3S+47.1千卡
這是一個(gè)脫硫再生反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，應(yīng)注意溫度為30-60℃，最高不能超過(guò)80℃，否則會(huì)產(chǎn)生硫升華和自燃，造成脫硫劑及其設(shè)備損壞：溫度超過(guò)120℃失效，其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，再生2-3次堵微孔，再生效果衰減，硫排不出去直到報(bào)廢。當(dāng)年，西南車輛廠就是用CNJT-01型。※07年已定QJ-5 20m3/h天然氣凈化設(shè)備2臺(tái)。
3.1.3對(duì)有機(jī)硫有一定的效果?由于多種物質(zhì),鋼皮,粉筆,等均有吸附作用:但這吸附是短暫的,不久就不能吸附了,請(qǐng)注意,所有這類氧化金屬物脫硫劑說(shuō)明書(shū)均無(wú)脫有機(jī)硫經(jīng)得起檢測(cè)索賠的指標(biāo)。
3.1.4若將PH8-9保持堿性對(duì)脫無(wú)機(jī)硫有利。
3.1.5類似該機(jī)理還有ZnO脫硫劑MnO4Fe2O3 ZnO等氧化金屬脫硫劑。例如ZnO資料講的能脫有機(jī)硫很好，但天然氣是輸氣狀態(tài)而不是靜止?fàn)顟B(tài)，要脫有機(jī)硫是困難的，至今無(wú)任何單位指標(biāo)考核用它來(lái)脫流動(dòng)天然氣中有機(jī)硫。
3.2濕堿脫硫法：Na（OH）、石灰水。胺水、三乙醇胺：105℃再生。
3.2.1高效 成渝地區(qū)，川東、川南、臥龍河等均采用濕堿法脫硫后送入城市使用。含硫按20mg/m3以下控制，實(shí)質(zhì)為無(wú)機(jī)硫，有機(jī)硫未作控制，而且無(wú)機(jī)硫經(jīng)常超標(biāo)。
3.2.2水份在脫硫過(guò)程中起介質(zhì)作用，而且不可少。
3.2.3對(duì)有機(jī)硫有一定效果，無(wú)控制指標(biāo)：由于濕堿不停的交換流動(dòng)，脫有機(jī)硫的效果比Fe2O3好。重慶建設(shè)集團(tuán)引進(jìn)的俄羅斯N-150天然氣制氮設(shè)備，天然氣→三乙醇胺脫無(wú)機(jī)硫→燃燒制氮后→再次經(jīng)三乙醇胺脫無(wú)機(jī)硫和CO2→冷凍→硅膠深脫水使用。（盡管冷凍-12℃控制，但在流動(dòng)氣源中水份在0℃以上，還需深脫水）
3.2.4硫醇+NaOH Na2SO3+CH4(Na2CO3參加下)
3.3活性炭
3.3.1以核桃殼: 桃仁殼、棗仁殼一般最好，椰殼次之市場(chǎng)商家一般采用煤質(zhì)來(lái)做，對(duì)噻吩，CS2 SC2硫醇、硫醚等應(yīng)用有效。重慶綦江化肥廠等應(yīng)用，一般再生50次壽命（此壽命為脫硫效果不斷衰減且脫硫不能排除）。
3.3.2對(duì)H2S也有較強(qiáng)的脫除作用：若先不脫H2S那壽命更下降。
3.3.3進(jìn)口氣注意少量帶液和油。進(jìn)口氣中多碳烷烴和不飽和烴含量較高時(shí)，將嚴(yán)重影響活性炭的硫容，應(yīng)予先除去，而熱處理要求不要浪費(fèi)多烷烴和不飽和烴。
3.3.4再生
3.3.4.1：過(guò)熱蒸氣，壓力0.05-0.1Mpa，注意450-500℃再生蒸氣線速度為0.15-0.2/秒（空速300-500/h）。
3.3.4.2飽和蒸氣再生注意>160℃再生完畢后，關(guān)蒸氣，通熱空氣或其它惰性干燥氣體吹掃活性炭帶走活性炭中殘存水份，然后降至常溫再次使用。
3.4兩步法脫硫：很多廠的活性炭說(shuō)明書(shū)，均希望與氧化金屬脫硫劑串聯(lián)使用，先脫無(wú)機(jī)硫后脫有機(jī)硫，對(duì)質(zhì)量嚴(yán)格要求，且方便于兩種脫硫劑發(fā)揮最大效果，又便于重新更換脫硫劑。
3.5一個(gè)塔兩種脫硫劑分段裝，或者本身就是混裝，按某比例按有機(jī)硫無(wú)機(jī)硫平均成分比例計(jì)算，兩種脫硫劑效果上差距上有機(jī)硫無(wú)機(jī)硫波動(dòng)大不能簡(jiǎn)單計(jì)算，按某比例配置，稱“有機(jī)復(fù)合”，稱高效最新產(chǎn)品，最新技術(shù)代表，將平均約4000元左右/噸的兩種脫硫劑，在有機(jī)硫無(wú)機(jī)硫復(fù)合的廣告下?lián)嘘P(guān)知情人士透露，該裝置與實(shí)際效果有很大的不真實(shí)性及強(qiáng)烈的商業(yè)操作。重慶XX天然氣研究所，重慶XX化肥等采用該裝置，均因每周必需檢測(cè)，不合格而下馬。硫分析的結(jié)果也須使用1-2年后再進(jìn)行，拿出檢測(cè)數(shù)據(jù)，不能含糊稱總硫控制。※天津XX大學(xué)與重慶氣體壓縮廠合作國(guó)家投資1500萬(wàn)元一步法脫除天然氣中的有機(jī)硫、無(wú)機(jī)硫、水，測(cè)試結(jié)果不錯(cuò)，但水、硫均出不去而無(wú)法投入市場(chǎng)……，研究的文章均有……。
3.6升溫加氧法：產(chǎn)生于高溫至360-400℃，使有機(jī)硫轉(zhuǎn)換為無(wú)機(jī)硫處理。
3.7國(guó)內(nèi)各分子篩廠家和美國(guó)UCC公司等（德國(guó)KDH公司未提此事）由于各種紛繁的脫硫劑的透露：國(guó)內(nèi)外分子篩廠家在說(shuō)明書(shū)上有寫(xiě)上脫硫等，當(dāng)電話和函件聯(lián)系脫天然氣中什么硫？再生周期？脫有機(jī)硫、無(wú)機(jī)硫的深度及考核指標(biāo)：我們只提供線索還需你們進(jìn)一步研究，目前脫無(wú)機(jī)硫較可靠。
3.8各種脫天然氣中的硫?qū)＠乙矌?lái)，就不一一介紹。
3.9天然氣凈化分法：80年投產(chǎn)至今，（在只脫有機(jī)硫無(wú)機(jī)硫和水時(shí)92年94年就獲局、部科技進(jìn)步獎(jiǎng)）98年申請(qǐng)專利1999年12月31日，獲中華優(yōu)秀專利技術(shù)證書(shū)，2001年1月8日，獲國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)資格證書(shū)，2002年5月獲國(guó)家發(fā)明專利證書(shū)：證書(shū)號(hào)89879。專利號(hào)ZL98111874.7、國(guó)際專利分類號(hào)： C10L10/3。
※至2010年5月在全國(guó)67臺(tái)套并出口蘇丹。總的節(jié)能減耗年節(jié)約估計(jì)在2000萬(wàn)元以上。
四：采用天然氣凈化設(shè)備測(cè)試分析
4.1經(jīng)十多年重慶成都地區(qū)陸續(xù)124次測(cè)定城市天然氣凈化前的波動(dòng)范圍，有機(jī)硫30-248mg/m3，無(wú)機(jī)硫10-78mg/m3，水份露點(diǎn)>10-24℃。凈化后均能達(dá)到有機(jī)硫<3-5mg/m3，無(wú)機(jī)硫<1-3mg/m3,水份露點(diǎn)<-38℃。露點(diǎn)儀檢測(cè)為< -60℃。
4.2使用天然氣凈化設(shè)備的工廠檢測(cè)分析
4.2.1重慶機(jī)床廠94年初連續(xù)采用上海化工研究院K1-2000型微庫(kù)侖測(cè)硫儀檢測(cè)。
天然氣凈化劑已使用近四年再生后連續(xù)測(cè)定（單位mg/m3）（檢測(cè)不合格拒付尾款）
|
日期 |
94.1.9 |
94.1.10 |
94.1.11 |
94.1.12 |
94.1.13 |
94.1.14 |
94.1.15 |
|
原料氣 |
200 |
200 |
200 |
200 |
|
200 |
|
|
凈化氣 |
1.00 |
1.4 |
4.4 |
4.5 |
5.1 |
6.2 |
10.5 |
重慶機(jī)床廠：天然氣凈化劑已使用拾年后，其再生使用叁天由重慶化工研究院2001.11.7取樣凈化后 總硫0.3mg/m3，已使用十三年，2010年初取樣分析還如初，已使用19年還繼續(xù)使用（其凈化劑還是能像年青的小伙子一樣挑200KG重量；壽命的界定是以服役能力為佳）。
4.2.2四川重型汽車廠2002.9.7由四川長(zhǎng)壽維尼倫廠分析“微量硫色譜儀”凈化后無(wú)機(jī)硫<0.1mg/m3，形態(tài)流（有機(jī)硫）<0.1mg/m3。
4.2.3重慶青山機(jī)械廠92.2.9分析：再生使用6天后凈化前總硫108mg/m3,凈化后無(wú)機(jī)硫0.242mg/m3有機(jī)硫0.323mg/m3水分露點(diǎn)，-35℃(微量水分析儀失控)
4.2.4四川丹棱丹齒公司96.12.19由四川石油管理輸氣公司工藝研究所檢測(cè)；
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|
CH4 |
C2H4 |
C3H8 |
H2 |
N2 |
CO2 |
H2Smg/m3 |
總硫mg/m3 |
|
原料氣 |
97.25 |
0.17 |
0.01 |
0.06 |
1.4 |
1.11 |
18.45 |
19.12 |
|
凈化A臺(tái) |
97.54 |
0.13 |
0.01 |
0.06 |
1.42 |
0.84 |
4.059 |
4.528 |
|
凈化B臺(tái) |
96.84 |
0.13 |
0.01 |
0.06 |
2.36 |
0.6 |
7.38 |
6.94 |
該公司凈化劑已使用捌年還繼續(xù)使用，其滲碳件質(zhì)量領(lǐng)先世界。
4.2.5天然氣凈化劑對(duì)烴類和不飽和烴類不影響（氧化金屬脫硫劑有影響）
五、硫分析方法及取樣
5.1采用ASTM D2385-66（71RSH），硫酸一碘量法：重慶建設(shè)集團(tuán)先用中性CdSO4溶液脫除H2S，然后通過(guò)堿性CdSO4溶液脫除RSH。
5.2一般堿性滴定法
5.3醋酸鋅氧化鎘吸氣體中H2S，生成硫化鋅與碘作用過(guò)量的碘用硫代硫酸鈉滴定。
5.4上海化工研究院，K1-2000型微庫(kù)侖測(cè)硫儀：為總硫?yàn)槲觥?/span>
5.5西南化工研究院，WLSP852微量硫分析儀：它基于色譜的分離以及火焰光度檢測(cè)器，對(duì)硫化物選擇性檢測(cè)來(lái)進(jìn)行各種微量的測(cè)定，兩支色譜柱；A柱主要用來(lái)分離H2S和COS；B柱：根據(jù)需要在適當(dāng)?shù)臏囟认路蛛x甲硫醇、甲硫醚、噻吩、二甲基二硫化物。能99.99%氮?dú)庥刹煌牧蚧镆圆煌瑫r(shí)刻進(jìn)入FPD鑒定器，硫化物根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)查比對(duì)不同而分開(kāi)，然后用氫99.79%和氧97.99%來(lái)燃燒，色譜：5年壽命。（一般壽命于使用時(shí)間次數(shù)以及硫化物濃度有關(guān)，）目前重慶川維、綦江化肥廠、上海化工研究院、榆林天然氣化工廠等均有此測(cè)試儀。
5.6取樣：
5.6.1現(xiàn)場(chǎng)直接取樣：重慶建設(shè)集團(tuán)取樣，通過(guò)流式濕量計(jì)，進(jìn)入中性燒瓶，兩個(gè)串聯(lián)再進(jìn)入堿性燒瓶串聯(lián)兩個(gè)，取樣1m3氣源，現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間約4小時(shí)，數(shù)據(jù)可靠：用微量水份測(cè)量?jī)xQWS-2型，可直接取樣，由PPM轉(zhuǎn)換為露點(diǎn)，當(dāng)露點(diǎn)很低時(shí)，一般認(rèn)為< -25℃用露點(diǎn)儀檢測(cè)有誤，須用微量水分檢測(cè)儀檢測(cè)。為考核凈化劑，每使用半年以上再次取樣。
5.6.2氣球：目前還無(wú)氣球不吸附有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫的，因而需要多次，建議3-6次以上的進(jìn)氣排氣，停留5-15分鐘，這樣使氣球內(nèi)壁吸附的有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫與要測(cè)氣源有了一平衡，再檢測(cè)效果較佳。
5.6.3不銹鋼罐取樣，同樣存在罐的吸附作用，其結(jié)果與實(shí)際差距很大……。
六、天然氣直生式、吸熱式、放熱式應(yīng)用
天然氣是氣體，在裂化過(guò)程中很多氣源還需經(jīng)過(guò)氣化這個(gè)階段。在這個(gè)氣化階段時(shí)，就可以因?yàn)榫植坎町悾榷a(chǎn)生碳黑。天然氣主要成份甲烷，分子鏈最簡(jiǎn)單，更容易裂化，其它氣源（除煤氣）分子鏈長(zhǎng)，不易裂化。天然氣直生式滲碳少需較多氧的參與，因而天然氣滲碳非馬氏體組織，密度和厚度最低。由于裂解快，活性碳傳輸快，滲碳時(shí)間縮短，碳化物極度彌散，耐磨性最好。在C一氮化的過(guò)程中同理內(nèi)氧化最小，硫松組織最低。
6.1國(guó)內(nèi)最早應(yīng)用天然氣直生式滲碳是重慶綦江齒輪廠能入吉林制造的仿艾協(xié)林1000KG多用爐。由于該廠采用Fe2O3脫硫天然氣中無(wú)機(jī)硫，有機(jī)硫未脫，加上爐子的密封、使用時(shí)間和天然氣有機(jī)硫燃燒后變無(wú)機(jī)硫的腐蝕，天然氣：空氣由1:2逐漸變?yōu)?span lang="EN-US">2:1。重慶大學(xué)做了天然氣直升式井式滲碳爐實(shí)驗(yàn)，80年刊登XX雜志但因天然氣未脫硫處理，效果不穩(wěn)定未能進(jìn)入市場(chǎng)使用。
6.2國(guó)內(nèi)最早應(yīng)用天然氣直生式保護(hù)是重慶特鋼集團(tuán)鐘罩式爐76年投入使用，重慶建設(shè)集團(tuán)80年在兩臺(tái)75KW振底爐上應(yīng)用至今，重慶長(zhǎng)風(fēng)機(jī)器廠網(wǎng)帶爐上直接應(yīng)用薄層滲碳投產(chǎn)多年，上述均比1997.5資料[5]早。
6.3國(guó)內(nèi)最早應(yīng)用天然氣放熱式保護(hù)氣為重慶建設(shè)集團(tuán)（67年），引進(jìn)蘇聯(lián)N-150采用燃燒前后兩次三乙醇胺脫硫和脫CO2處理然后冷凍+硅膠脫水H2 8-11%、CO20.5%以下，其余為N2水份達(dá)-40℃投入應(yīng)用（在流動(dòng)狀態(tài)下，經(jīng)冷凍機(jī)℃控制水份仍然在0℃以上）。
七、天然氣滲碳另一滲碳機(jī)理及其優(yōu)化措施
7.1天然脫有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫的措施
由于天然氣礦按國(guó)家規(guī)定無(wú)機(jī)硫含量<20mg/m3，不考核有機(jī)硫進(jìn)入城市，而且無(wú)機(jī)硫也經(jīng)常不合格。其實(shí)際情況為堿法測(cè)硫法，對(duì)有機(jī)硫末控制，即未采取確切的脫有機(jī)硫處理，因此在新的各色紛繁的脫硫設(shè)備中，特別要注意脫有機(jī)硫的指標(biāo)。綦江化肥廠等采用活性炭脫有機(jī)硫。
某廠美國(guó)哈克洛夫多用爐吸熱式氣氛和吉林仿艾協(xié)林多用爐上采用直生式氣氛滲碳件表面達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ZBT-04001-88非馬氏體組織<25um，表面硬度HRC58以上，耗氣量很大，1300kg；消耗10m3/h原料氣。
只有當(dāng)天然氣凈化很好時(shí)，CH4→Cad+H2表4結(jié)果（吸熱氣氛一般不燒碳黑）
|
吸熱式多用爐 |
爐壓upa |
天然氣：空氣 |
保護(hù)氣耗量 |
二氧化碳、露點(diǎn)控制 |
富化氣控制 |
總消耗量 |
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重慶青山機(jī)械廠1000kg艾協(xié)林多用爐 |
0.02-0.025 |
1:23 |
8-10m3/h |
露點(diǎn) |
0.8-1.2m3/h |
3.3m3/h |
|
重慶重型汽車制造廠1000kgX3室德固薩 |
0.02 |
1:32 |
8m3/h |
0.5-0.6 |
1m3/h |
3.0m3/h |
|
長(zhǎng)春一汽大眾1000kg艾協(xié)林多用爐 |
|
1:23 |
0.6 |
露點(diǎn) |
1.5-1.0m3/h |
3.3m3/h |
重慶某單位吸熱式德固薩，投產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)四年已花50萬(wàn)大修一次，03年又要大修。重慶機(jī)床廠、重慶新生機(jī)電設(shè)備總廠、重慶青山機(jī)械、四川丹齒實(shí)業(yè)公司、重慶四川重型汽車廠等單位采用天然氣凈化設(shè)備后氣源耗量下降20%左右，滲碳件表面非馬氏組織小于3um（淺腐蝕），表面硬度HRC61以上（HV1轉(zhuǎn)換），碳化物極度彌散，可與世界先進(jìn)國(guó)家媲美[2、3]。
7.2降低天然氣中水份的措施
經(jīng)我們多次研究其水份越低越好，當(dāng)水份很多時(shí)連起碼露點(diǎn)控制滲碳?xì)夥找采喜蝗ィ寒?dāng)水份適中，非馬氏體組織一般在8-10um；當(dāng)水份露點(diǎn)在-38℃下時(shí)，非馬氏體組織<3um，甲醇煤油為基的滲碳中其結(jié)果明顯。重慶地區(qū)甲醇一般由天然氣制造，需注意廠家的脫天然氣中的有機(jī)硫、無(wú)機(jī)硫和水分。比如（4）（5）所述天然氣含硫量越低越好，氣源大大節(jié)約，眾所周知老的滲碳機(jī)理為CO→Cad+CO2 Cad是指活性碳，天然氣另一滲碳機(jī)理。CH4→Cad+H2 Cad活性碳。當(dāng)水分增加，氧的參與增加，滲碳內(nèi)氧化增加，非馬氏體的厚度和密度也增加。
7.3熱處理設(shè)備密封性：設(shè)備密封差，空氣的進(jìn)入。使機(jī)理減弱，不僅浪費(fèi)氣源，而且非馬氏體的厚度和密度均增加。
7.4在C-N共滲的熱處理工藝中，盡管溫度為840-850℃時(shí)天然氣裂解效果差，但奇跡還是發(fā)生了，其滲碳件表面還是很光亮、無(wú)碳黑。
八、滲碳淬火件表面非馬氏體的密度、厚度小，帶來(lái)那些經(jīng)濟(jì)效益，潛在效益
8.1盡量減少滲碳件的表面磨削量，防止磨削裂紋的產(chǎn)生，使成品厚度相同的情況滲碳時(shí)間縮短，滲碳變形量降低，碳化物極度彌散，減少因磨削拉應(yīng)力而影響滲層的耐磨性能，最終使熱處理質(zhì)量領(lǐng)先于世界、入世后的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力大大提高。那些滲碳產(chǎn)品性能表面硬度達(dá)到HRC58及非馬氏體組織很厚的設(shè)備和工藝屬早要漸漸淘汰的產(chǎn)品，如像黑白電視機(jī)那樣，日本人都不用的設(shè)備及工藝在大陸擴(kuò)散。
8.2采用天然氣凈化設(shè)備后，節(jié)約氣源，提高零件耐磨性。（氣源節(jié)約，一般一年內(nèi)就收回投資）
8.2.1天然氣中的無(wú)機(jī)硫存在影響甲烷的裂化效果，使之裂化不充分。
8.2.2天然氣中的有機(jī)硫存在影響甲烷的裂化效果，而且使有機(jī)硫部分裂化的同時(shí)大量帶走甲烷，它的存在比無(wú)機(jī)硫更浪費(fèi)氣源。
8.2.3水份：水份的增加，使露點(diǎn)增高，如要降低露點(diǎn)，只有加大氣源，而且當(dāng)水份很多時(shí)，就是加大氣源，也不是短時(shí)間能使露點(diǎn)上升，碳黑大大增加，吸熱式裂解劑經(jīng)常需燒碳黑。且因燒碳黑而停產(chǎn)。有些單位停產(chǎn)一天的經(jīng)濟(jì)損失購(gòu)賣天然氣凈化設(shè)備有余。
8.2.4石油，理由同上。
8.2.5二氧化碳：無(wú)氧參加下的滲碳，CH4→Cad+H2 更加優(yōu)化。
8.2.6由于滲碳件表面非馬氏體的厚度和密度大大下降，在有效硬化層深0.8～1.2情況下，一般<3um(淺腐蝕)、表面硬度HRC61以上（HV1轉(zhuǎn)換），熱處理少磨削或不磨；相對(duì)滲層厚度變低，滲碳時(shí)間也短，零件變形小，耗氣下降。
8.2.7磨削后采用噴丸強(qiáng)化的方法，其強(qiáng)化的壓應(yīng)力在高速運(yùn)轉(zhuǎn)生熱后而衰減，且噴丸易產(chǎn)生劃痕為高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生削落源。
九、結(jié)論：
天然氣滲碳中另一滲碳機(jī)理，CH4→Cad+H2 ，伴隨著整個(gè)滲碳過(guò)程，從而使?jié)B碳件表面非馬氏體組織厚度和密度下降，當(dāng)天然氣凈化很好時(shí)：CH4→Cad+H2反應(yīng)更理想，從而使非馬氏體組織厚度和密度大大下降，一般小于3微米（淺腐蝕）、表面硬度HRC61以上（HV1轉(zhuǎn)換），齒面削落性特好，是未來(lái)汽車、機(jī)車等產(chǎn)品提速的主要依據(jù)之一。
9.1減少滲碳時(shí)間，減少變形，碳化物極度彌散，滲碳時(shí)產(chǎn)生的壓應(yīng)力真正用上，耐磨性，抗齒面削落性特好，為未來(lái)齒輪提速開(kāi)綠燈。
9.2普遍節(jié)約氣源20%左右，所訂設(shè)備一般半年就能收回投資（滲碳零件表面發(fā)黑，一般為天然氣浪費(fèi)。經(jīng)四個(gè)不同廠抽樣檢測(cè)表明，表面硬度很低，非馬氏體組織40um左右）。
9.3熱處理設(shè)備的使用壽命，氧探頭，吸熱式裂化劑壽命一般不燒碳黑，潛在經(jīng)濟(jì)效益。目前人們對(duì)喝水的需求已知水要好。對(duì)設(shè)備壽命呢？某些廠家或個(gè)人為利益驅(qū)使并不喜歡這些潛在的經(jīng)濟(jì)效益。
9.4氮載天然氣、氮甲醇天然氣：只要氮?dú)夂窟m中，無(wú)氧少氧的參與，滲碳件熱處理質(zhì)量也能領(lǐng)先世界。
9.5 C-N共滲工藝中，盡管溫度840-850℃，一般講天然氣裂解差，但只要天然氣凈化好，其C-N共滲質(zhì)量可達(dá)世界先進(jìn)水平。
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2.李志義，李曉澎：滲碳淬火件表面非馬氏體組織形成的原因和防止措施“金屬熱處理”，2000.11.P37
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