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极大减少化学和石化工业成本的合金材料

http://cn.newmaker.com 11/14/2006 10:49:00 AM 中国科技信息网

据www.sciencedaily.com网站11月11日报告，美国能源部阿贡国家实验室科学家开发出一种合金材料，这种材料可以帮助化学和石化工业结约大量的成本和能源。来自阿贡国家实验室的宏观图片把商用镍合金600与阿贡试验室的新型合金材料进行了对比，这张图片中的两种合金均在摄氏593度的相同金属灰化环境中呆了5700小时。金属通常会在含有碳氢化合物的高温环境中（此时的碳元素活动非常剧烈）发生灰化，这使得金属的品质逐渐退化。而新的合金材料可以有效抵抗金属灰化。它的这种特性使其成为世界研究与开发类杂志评选出的2005年度世界科技创新100强之一。

在化学和石化工业的生产活动中以及合成煤气生产转化炉里经常会出现这种可能造成金属灰化的环境，比如在制造合成氢、合成甲醇和合成氨时。由于金属材料部件会因为变成粉未而退化，因此化学和石化工业用设备经常遭到损坏，这给设备的保养带来很大困难。目前，几乎所有的商业合金材料都因为金属灰化侵蚀而发生退化。

阿贡国家实验室研究员肯·纳特桑说，“以前50多年的研究都没能解决这个问题，唯一可用的方法是通过降低工作温度来冷却高温气体，但这将造成能源损耗和产量降低。”通过数年的研究，纳特桑及其同事曾左涛确立了碳沉积在金属灰化环境形成和扩大机制中的作用。这项研究工作是在高温和高压的环境中进行的，并模拟了气体化学环境，包括合成环境中普遍存在的高压力蒸汽环境。

通过这项研究，他们终于开发出能够抵抗这类金属退化的合金，这种合金可以用于制造化学和石化工业用设备。当在金属灰化环境中进行测试时，研究人员发现阿贡国家试验庢开发的合金的品质大大优于现有商业用合金的品质。因为新合金的氧化比例使其可以抵抗碳元素的攻击。如图所示，阿贡国家实验庢开发的合金在593摄氏度的金属灰化环境中呆了5700小时后，它的表面仍然是平滑的，没有凹点。而在同样条件下测试的商业合金出现了大量凹点。

未来，我们可以运用阿贡国家实验室开发的合金来重新设计整个合成系统，从而改进合成系统的有效性。用这种合金材料制造出的设备能够每天节约500万亿焦耳的能源，这等于每天节约1300万立方米的天然气。

从经济上讲，这项创新可能会为氢工业每年节约5亿至13亿美元。此外，通过减少机械设备的停工维修率，它还可以提高工业生产力。这种节约型技术的重要性将日益增加，如同氢能源的利用不断增加一样。

阿贡国家试验室开发的合金将首先运用于氢和合成煤气生产厂房，它还可以用作废热锅炉和煤气旁通管道的零部件，因为这些设备经常会暴露在甲醇和氨气合成厂房中的金属灰化环境中。它还可以有效用于气体液化厂房，在那里天然气将被转化为液态燃料。

这项研究由美国能源部高效能源和可再生能源办公室的工业技术项目处提供资金支持。

图片：Smooth Move: This macrophotograph compares commercial nickel-based Alloy 600 (top) and Argonne's new alloy after 5,700 hours of exposure to the same metal-dusting environment at 593 degrees Celsius. (Image courtesy of Argonne National Laboratory)

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