- •ПРЕДИСЛОВИЕ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
- •4. ПЕЧИ-ВАННЫ
- •5. НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
- •5.9.1. Расчет непосредственного электронагрева
- •5.9.2. Расчет индукционного нагрева
- •6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ
- •8.1.2. Удаление окисляющих газов из контролируемых атмосфер
- •8.1.4. Управление составом атмосферы
- •8.3.1. Травление окалины
- •8.3.4. Гидропескоочистка
- •9. ЦЕХОВЫЙ КОНТРОЛЬ
- •КАЧЕСТВА ТЕРМООБРАБОТКИ
- •10. УСТРОЙСТВО КОММУНИКАЦИЙ ТЕРМИЧЕСКОГО ЦЕХА
- •12. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ТЕРМИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
- •ОГЛАВЛЕНИЕ
йия даже при грубой очистке газа от влаги. Контролируемую атмосферу, со держащую менее 7—5 % Н2, нельзя ис пользовать при нагреве низкоуглероди стых сталей, так как последние могут окисляться.
Вслучае нагрева сталей со средним
йвысоким содержанием углерода дву окись углерода из атмосферы следует удалять, а оставшееся количество С02 уравновешивать, добавляя СО до полу чения отношения С0/С02^Ю . Если допустимо некоторое выделение сажи в атмосферу, можно добавлять неболь шое количество СН4. При концентра ции водорода 5—10 % содержание СН4 должно составлять 0,5—2 %. Для защиты от окисления меди и медных сплавов можно использовать пары воды.
8.1.2. Удаление окисляющих газов из контролируемых атмосфер
Пары воды удаляются из контроли руемых атмосфер в результате их о х л а ж д е н и я . Чем до более низ кой температуры охлажден газ, тем меньшее количество паров воды в нем останется. Содержание паров воды, на сыщающих газ при различных темпе ратурах (точка росы), приводится ниже:
t, °с |
+ 30 |
+ 2 5 |
+ 2 0 |
+ 1 5 |
Н20, % |
4,5 |
3,5 |
2,4 |
1,7 |
и °с |
+ 1 0 |
+ 5 |
0 |
—5 |
НА % |
1,25 |
0,95 |
0,65 |
0,3 |
t, °с |
- 1 0 |
—15 |
- 2 0 |
—25 |
НА % |
0,25 |
0,16 |
0,12 |
0,086 |
t,° с |
- 3 0 |
—35 |
—40 |
— |
НА % |
0,08 |
0,035 |
0,02 |
— |
Наиболее простой способ охлажде ния газа — применение водяных за творов и впрыскивание в газ охлаж дающей воды. Водяной затвор, назы ваемый иногда гидравликом, помимо охлаждения, используется для под держания определенного давления в газовой линии и как предохранитель от взрывного воспламенения. Для ох лаждения газа водой применяют скруб беры, заполненные керамическими или железными кольцами (размер колец: d = 20 мм, А = 20 мм), что позволяет увеличить контактную поверхность между водой и газом. В малых уста
новках кольца иногда замепяют кок сом. Газ пускают снизу скруббера, а навстречу потоку газа сверху через брызгала подают воду (обычно в ли нии устанавливают 1—2 скруббера). Однако в этом случае контролируемая атмосфера обогащается кислородом в результате его десорбции из воды. Для первичного охлаждения газоз лучше применять водяные рубашки и трубча тые холодильники, избегая непосред
ственного соприкосновения защитного газа с водой.
Наиболее глубокое охлаждение га зов достигается с помощью холодиль ных машин, работа которых основана на принципе испарения и последующе го сжижения газа, служащего хлада гентом (см. гл. 6).
Схема холодильной машины, ра ботающей на фреоне, представлена на
рис. 8. 3. Жидкий хладагент из |
резер |
вуара (ресивера) 5 поступает |
в рас |
ширительный змеевик с ребристыми трубами (рефрижератор) 3. Благода ря резкому увеличению объема хлада гент испаряется, отбирая тепло от ох лаждаемого газа, омывающего змее вик. Пары сжимаются компрессором 2 с двигателем 4 и направляются в хо лодильник 1, где конденсируются в жидкость. Сконденсированный агент вновь поступает в резервуар 5, и цикл возобновляется. Змеевик, в котором конденсируется хладагент, охлаждает ся водой или воздушной струей от вен тилятора.
Осушение газов х и м и ч е с к и м и
р е а г е н |
т а м и — хлористым |
кальци |
ем или |
концентрированной |
серной |
кислотой — применяется редко, так как этот способ дорогостоящий. Кроме того, хлористый кальций течет и при больших объемах производства силь но повышает сопротивление газовому
♦
Рис. 8.3. Схема установки холодильной маши ны, работающей на фреоне
потоку. Использовать химические реа |
ре должно составлять Л = 10КД№, где |
|||||||||||||||
генты |
в установках производительно |
V — производительность |
|
установки, |
||||||||||||
стью свыше 3 м3/ч не рекомендуется, |
м3/ч, а Д ? — количество |
осушаемой |
||||||||||||||
так как, пропустив 36—50 м3 газа, их |
влаги, г/м3 газа. В период поглощения |
|||||||||||||||
необходимо полностью менять. Приме |
влаги колонка с силикагелем |
охлаж |
||||||||||||||
нение |
серной |
кислоты |
не оправдано, |
дается водой |
до |
15—30 °С. |
Поглоти |
|||||||||
потому что условия хранения сложны |
тельная |
способность |
силикагеля |
тем |
||||||||||||
и ее |
пары |
поступают |
в |
атмосферу |
больше, чем |
ниже |
его |
температура. |
||||||||
газа. |
|
|
|
|
|
|
Количество газа |
измеряется |
посредст |
|||||||
Окончательно влага из газа (до со |
вом калиброванных диафрагм и рас |
|||||||||||||||
держания |
десятых долей |
процента) |
ходомеров. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
удаляется в результате его |
п р о п у с |
На рис. 8.4 дана схема осушки га |
||||||||||||||
к а н и я ч е р е з |
а д с о р б е н т ы . |
В ка |
за до содержания влаги 0,02 % (точ |
|||||||||||||
честве |
последних применяются |
акти |
ка росы — 40 °С). Установка включа |
|||||||||||||
вированная |
окись алюминия и |
сили |
ет: водяную рубашку 2, трубчатый ох |
|||||||||||||
кагель, реже — химические реагенты |
ладитель 1, холодильную машину 4 с |
|||||||||||||||
КОН и NaOH. Принцип действия ак |
охлаждающей камерой 3, две колонки |
|||||||||||||||
тивированного |
глинозема |
и силика |
адсорбера 5 с силикагелем, воздухо |
|||||||||||||
геля основан на их адсорбции поверх |
нагреватель адсорбера 6. |
|
|
|
|
|||||||||||
ностью водяных паров при понижении |
Количество влаги в защитном газе |
|||||||||||||||
температуры. Глинозем |
и |
силикагель |
можно |
уменьшить, |
применяя |
литий. |
||||||||||
применяются в зернах диаметром 4— |
Литий имеет |
температуру |
|
испарения |
||||||||||||
6 мм. Для работы необходимы две ка |
370 °С, |
обладает |
большим |
|
сродством |
|||||||||||
меры, одна из которых омывается по |
к кислороду, |
разлагает |
пары |
воды и |
||||||||||||
током газа, другая находится на реге |
очищает газ |
от влаги. |
Расход |
лития |
||||||||||||
нерации. Регенерация |
происходит в |
при этом около 1 г/м3 защитного газа. |
||||||||||||||
результате |
нагрева адсорбента |
горя |
Двуокись |
углерода |
С02 |
может |
||||||||||
чим воздухом |
(300—350 °С) или отхо |
быть удалена несколькими способами. |
||||||||||||||
дящими дымовыми газами. При повы |
П р о м ы в к а |
|
г а з а |
|
е д к и м и |
|||||||||||
шении температуры пары воды удаля |
ще л о ч а м и . Недостаток |
|
способа — |
|||||||||||||
ются, а высушенный и продутый сили |
значительный расход щелочей и высо |
|||||||||||||||
кагель или глинозем можно использо |
кая стоимость |
процесса |
их регенера |
|||||||||||||
вать вновь. Для восстановления 1 кг |
ции. |
|
|
|
г а з а |
|
|
с п е ц и |
||||||||
силикагеля или глинозема необходимо |
П р о м ы в к а |
|
|
|
||||||||||||
пропустить 1 м3 воздуха в час. Период |
а л ь н ы м и р е а к т и в а м и |
(этано- |
||||||||||||||
восстановления примерно равен перио |
ламинами). При использовании этого |
|||||||||||||||
ду поглощения и составляет 2,5—3 ч. |
способа одновременно |
с углекислотой |
||||||||||||||
Температура воздуха в конце периода |
поглощается |
и |
сероводород. |
Обычно |
||||||||||||
восстановления равна 70—90°С. |
применяется 50 %-ный водный |
раст |
||||||||||||||
Количество силикагеля |
в адсорбе |
вор |
триэтаноламина |
|
(СНг-СНг* |
Рис. 8.4. Схема осушки газа до точки росы (—30 °С) и ниже
углекислоты растворами этаноламинов с ре генерацией раствора
OH)3JV, имеющего плотность 1,12 г/см3 при температуре 15 °С, или диэтанола
мина (CH2-CH2-OH)2H*N, |
п л о т н о с т ь |
|
которого |
при 15 °С |
составляет |
1,09 г/см3. |
Поглотительная способ |
ность 50 %-ного водного раствора три этаноламина 50, а диэтаноламина 70 объемов С02 на один объем раствора.
Этаноламины способны улавливать С02 даже при очень незначительном ее содержании в газе. При повышении температуры раствора до 100—110°С С02 легко выделяется. Это обеспечи вает регенерацию рабочего раствора. Триэтаноламин позволяет довести со держание С02 в газе до 0,1 %. Схема установки для очистки газа от С02 и регенерации раствора этаноламинов представлена на рис. 8.5. Защитный газ поступает в нижнюю часть погло тительной колонки 2, заполненную же лезными кольцами. Сверху навстречу потоку газов через форсунку подается раствор этаноламина, который, стекая по кольцам, абсорбирует С02. Из рас
твора |
этаноламина |
С02 удаляется |
в |
|
другой |
колонке 7, |
причем |
раствор |
|
предварительно нагревается |
до 110°С |
|||
в специальном электронагревателе |
4. |
Затем раствор из нижней части погло тительной колонки 2 насосом 1 пода
ется через подогреватель 4 и фильтр 5 к форсунке, расположенной в верх ней части восстановительной колонии 7. Стекая по кольцам, заполняющим колонку, нагретый раствор этанола^и- на восстанавливается — происходит десорбция С02.
Для выравнивания температуры по высоте скруббера в его нижней части установлены дополнительные электро нагреватели 8. Из скруббера 7 нагретый раствор насосом 9 подается через охладительный змеевик 10 и фильтр з в форсунку поглотительного скруббе
ра. Выделяющаяся |
С02 выпускается |
в атмосферу через |
каплеуловитель 6t |
снабженный змеевиком, охлаждаемым водой. В каплеуловителе капли раст вора, уносимые газом, улавливаются и возвращаются обратно в колонку. Таким образом, происходит замкнутый цикл абсорбции и десорбции углекис лоты при непрерывной работе установ ки. Срок службы раствора этанолами
на около года. |
г а з а |
водой, |
ко_ |
|
П р о м ы в к а |
||||
торая под |
давлением |
1,0—1,5 МПа |
||
растворяет |
С02 |
и вновь |
выделяет |
ее |
при уменьшении давления. Применяе
мая |
аппаратура должна |
выдерживать |
|
указанное давление. |
|
ч е р е з |
|
П р о п у с к а н и е г а з а |
|||
н а г р е т у ю р е т о р т у с |
у г ле м. |
||
Для |
разложения С02 |
по |
реакции |
С02+ С = 2 С 0 в реторте должна быть обеспечена температура около 1000— 1100°С. Одновременно с разложением С02 удаляется и влага по реакции Н20 + С = С 0 + Н 2. Этот способ очист ки мало рентабелен и может быть при менен лишь в небольших установках производительностью 5—20 м3/ч црИ нагреве высокоуглеродистой стали.
В установках с контролируемой ат мосферой чаще используется второй способ промывки этаноламинами.
Сернистые газы. Количество серы, переходящей в газ, составляет около 50—80%. Сера в газе может находить ся в виде элементарной серы, серово дорода, сероуглерода и сернистого ан гидрида. Защитный газ очищают от сернистых соединений (главным обра зом от сернистых газов) путем просасывания через слой гидрата окиси Же леза или активированного угля и про мывки этаноламинами. При пропуска нии через слой измельченного во р о ш к а р у д ы г и д р а т а о к и с я ж е л е з а в смеси с древесными опцл-
нами и небольшим количеством извес |
используемый |
при |
|
обработке |
|
этих |
||||||||||||||||||||
ти сера поглощается рудой с образова |
сплавов, требуется тщательно очищать |
|||||||||||||||||||||||||
нием |
сернистого |
железа |
и |
влаги |
по |
от сернистых газов. |
Если |
сера |
|
нахо |
||||||||||||||||
реакции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дится в газе в виде сероуглерода и ор |
||||||||||||||
|
|
2Fe(OH)3 + |
3H2S = |
|
|
|
ганических |
соединений, |
его необходи |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
мо предварительно |
пропускать |
|
через |
|||||||||||||||||
= |
Fe2S3 + 6Н20 + |
500 кДж. (8.8) |
|
нагретую керамическую |
насадку, |
по |
||||||||||||||||||||
|
крытую никелем. При этом сероугле |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Древесные опилки в количестве 5— |
|
род и органические |
соединения |
|
пре |
|||||||||||||||||||||
|
вращаются |
в |
сероводород, |
который |
||||||||||||||||||||||
10 % |
по массе прибавляются для при |
|
||||||||||||||||||||||||
|
удаляется |
указанными |
выше |
спосо |
||||||||||||||||||||||
дания руде рыхлости и |
газопроницае |
|
||||||||||||||||||||||||
|
бами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
мости, а 6,5 % извести — для лучшего |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
В последнее |
время |
для |
очистки |
||||||||||||||||||||||
поглощения серы из сероводорода. Об |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
контролируемых |
атмосфер |
от паров |
|||||||||||||||||||||||
разовавшееся в очистной массе серное |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
воды, |
С02, S02, H2S |
и окислов |
азота |
||||||||||||||||||||||
железо Fe2S3 можно снова перевести |
в |
|
||||||||||||||||||||||||
|
применяют |
м о л е к у л я р н ы е |
|
|
си |
|||||||||||||||||||||
активный гидрат |
окиси |
железа при |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
та — це олит ы, |
|
представляющие |
|||||||||||||||||||||||
воздействии |
влаги |
и кислорода возду |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
собой |
искусственный |
|
твердый |
|
мине |
||||||||||||||||||||
ха по реакции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рал — полигидрат |
|
алюмосиликатов |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Fe2S3+ l,5 0 2+3H 20 |
|
= |
2F(OH)3+2S. |
|
|
(Na20-A l20 3-2Si02), |
получаемый |
при |
||||||||||||||||||
Практически массу используют до на |
|
нагревании соды и кальций-алюмини- |
||||||||||||||||||||||||
|
евых |
силикатов. В |
структуре |
такого |
||||||||||||||||||||||
копления в ней 40—50 %серы, после |
|
минерала |
образуются |
поры |
меньше, |
|||||||||||||||||||||
чего она уже плохо поглощает серово |
|
чем молекулы агрессивных газов. По |
||||||||||||||||||||||||
дород. |
|
|
серы |
|
а к т и в и р о |
|
лучается своеобразный |
|
фильтр, кото |
|||||||||||||||||
Поглощение |
|
|
рый задерживает эти молекулы, про |
|||||||||||||||||||||||
в а н н ы м |
у г л е м |
|
основано на |
его |
|
пуская молекулы азота, окиси углеро |
||||||||||||||||||||
адсорбционной |
способности. |
Порошок |
|
да и водорода. Молекулярные сита ха |
||||||||||||||||||||||
угля для этого прокаливают при тем |
|
рактеризуются |
по |
|
размерам |
|
пор и |
|||||||||||||||||||
пературе 900—1000°С и одновременно |
|
обозначаются |
|
4А |
|
и |
|
5А |
и |
|
т. |
д., |
||||||||||||||
обрабатывают |
паром |
(1 |
г активиро |
|
имея |
соответственно |
|
поры |
|
4 |
и |
|||||||||||||||
ванного |
угля |
имеет |
поверхность до |
|
5-10"10 м, их |
|
удельная |
поверхность |
||||||||||||||||||
100 м2 и обладает большой адсорбци |
|
около 800 м3/г. Молекулярные сита не |
||||||||||||||||||||||||
онной способностью и каталитическим |
|
портятся и не изнашиваются и могут |
||||||||||||||||||||||||
действием). |
|
|
газа от H2S с по |
|
работать |
длительное |
время. |
|
Закупо |
|||||||||||||||||
Метод |
очистки |
|
ренные молекулярные сита восстанав |
|||||||||||||||||||||||
мощью гидрата окиси железа и акти |
|
ливают, продувая |
нагретым |
до 315 °С |
||||||||||||||||||||||
вированного угля |
дает хорошую |
сте |
|
воздухом. Они широко применяются в |
||||||||||||||||||||||
пень очистки (до 90 % общего содер |
|
химической промышленности для |
рас |
|||||||||||||||||||||||
жания серы в газе), но он малопроиз |
|
сортировки молекул |
|
газов |
по разме |
|||||||||||||||||||||
водителен, |
трудоемок, |
используемое |
|
рам. Молекулярные |
сита значительно |
|||||||||||||||||||||
при этом оборудование имеет боль |
|
упрощают очистку |
продуктов |
|
сгора |
|||||||||||||||||||||
шие габариты. Поэтому для очистки |
|
ния газов и позволяют достичь |
высо |
|||||||||||||||||||||||
от H2S чаще применяют способ |
про |
|
кой степени очистки от влаги и окиси |
|||||||||||||||||||||||
мывки газа этаноламинами, |
аналогич |
|
углерода |
(до |
0,05—0,02 |
%). |
|
|
|
|||||||||||||||||
ный способу очистки от С02. Исполь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
зование этаноламинов позволяет орга |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
низовать непрерывный процесс с замк |
|
8.1.3. Типы контролируемых атмосфер |
||||||||||||||||||||||||
нутой |
системой циркуляции |
одного |
и |
|
|
и установки для их получения |
|
|||||||||||||||||||
того же раствора |
|
этаноламина. |
Сте |
|
По составу |
выделяют |
такие |
про |
||||||||||||||||||
пень очистки газа от H2S может дости |
|
|||||||||||||||||||||||||
гать, 0,001—0,005 %. |
|
Растворимость |
|
мышленные |
контролируемые |
атмосфе |
||||||||||||||||||||
H2S B 15 % -Ном растворе этаноламина |
|
ры: азота с водородом; азота с СО и |
||||||||||||||||||||||||
при 50 °С в зависимости от |
содержа |
С02; азота, |
водорода, |
СО и С02; на |
||||||||||||||||||||||
ния сероводорода составляет от 5 до |
|
углероживающие; |
технического |
азота |
||||||||||||||||||||||
10 |
объемов |
на |
|
объем |
|
этаноламина |
|
и инертных газов, очищенных от кис |
||||||||||||||||||
(СН2-СН2.ОН) H2N. |
|
|
|
|
|
|
|
лорода. |
|
|
азота |
с |
водородом |
|||||||||||||
|
Сернистые газы наиболее разруша |
|
Атмосферу |
|||||||||||||||||||||||
юще |
действуют на |
никелевые и мед |
(N2+ H 2/H20) |
получают в |
результате |
|||||||||||||||||||||
ные сплавы. Поэтому |
защитный |
газ, |
|
диссоциации |
аммиака |
или |
диссоциа |
ции аммиака |
с последующим частич |
кохранилища |
вместимостью |
до 20— |
||||||||||||||||||
ным |
сжиганием |
водорода |
(коэффици |
30 м3. Жидкий аммиак доставляется в |
||||||||||||||||||
ент расхода воздуха 0,7—0,9) |
и очист |
железнодорожных цистернах |
и слива |
|||||||||||||||||||
кой от влаги. Первая атмосфера |
ется в аммиакохранилище, из которо |
|||||||||||||||||||||
условно |
обозначается |
|
ДА, вторая — |
го поступает в испарители, где нагре |
||||||||||||||||||
ДАС. Исходным |
материалом |
для |
по |
вается и переводится в газообразное |
||||||||||||||||||
лучения этих атмосфер служит амми |
состояние, осушивается от влаги и на |
|||||||||||||||||||||
ак в виде жидкости, |
доставляемой в |
правляется в |
кольцевой |
раздаточный |
||||||||||||||||||
баллонах |
под |
давлением |
|
1,01— |
коллектор. Аммиак из хранилища вы |
|||||||||||||||||
1,2 |
МПа. Из |
баллонов |
аммиак |
|
испа |
дается под |
собственным |
давлением. |
||||||||||||||
ряют и |
|
подвергают полной |
(100 %) |
Уровень аммиака в хранилище контро |
||||||||||||||||||
диссоциации при |
температурах |
600— |
лируется с помощью |
|
дистанционного |
|||||||||||||||||
700 °С |
|
по |
реакции |
2NH3~ "Ыг+ЗНг— |
уровнемера. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
—92000 кПа/моль. По данной реакции |
При диссоциации аммиака с после |
|||||||||||||||||||||
из 1 м3 газообразного аммиака обра |
дующим частичным |
сжиганием |
(ат |
|||||||||||||||||||
зуется |
2 м3 диссоциированного |
|
газа |
мосфера ДАС) объем газов, получае |
||||||||||||||||||
(75 % |
Н2 и 25 % N2 по объему), |
что |
мых из 1 кг аммиака, |
увеличивается. |
||||||||||||||||||
соответствует получению из 1 кг амми |
Образуемая в этом случае атмосфера |
|||||||||||||||||||||
ака 2,64 м3 газа или из 1 л |
жидкого |
ДАС более дешева и взрывобезопасна |
||||||||||||||||||||
аммиака около 1,8 м3 газа. |
на |
степень |
по сравнению с ДА. Принимается та |
|||||||||||||||||||
Помимо |
температуры |
кой |
состав |
атмосферы |
ДАС: |
8— |
||||||||||||||||
диссоциации аммиака и скорость про |
15 %Н2 и 92—85 %N2. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
текания |
реакции влияют |
катализато |
Чтобы довести содержание водоро |
|||||||||||||||||||
ры — железная |
стружка, |
железные |
да в газе до 10 %, необходимо |
сжи |
||||||||||||||||||
кольца, магнитная окись железа. Дис |
гать |
водород с коэффициентом а= 0,78. |
||||||||||||||||||||
социация |
происходит в |
заполненной |
При |
этом количество защитного |
газа |
|||||||||||||||||
катализатором реторте с внешним га |
составит примерно 4,2 м3/кг аммиака. |
|||||||||||||||||||||
зовым |
или |
электрическим |
обогревом. |
У с т а н о в к а |
д л я |
п о л у ч е н и я |
||||||||||||||||
Перед диссоциацией жидкий |
аммиак |
к о н т р о л и р у е м ы х |
|
|
а т м о с ф е р |
|||||||||||||||||
испаряют, а за счет тепла, поглощае |
п у т е м д и с с о ц и а ц и и |
а м м и а |
||||||||||||||||||||
мого при этом, охлаждают продукты |
ка |
с п о с л е д у ю щ и м |
|
ч а с т и ч |
||||||||||||||||||
диссоциации, пропуская их по змееви |
ным |
с ж и г а н и е м |
|
|
в о д о р о д а , |
|||||||||||||||||
ку испарителя. |
|
|
|
|
диссоциатора |
схема которой дана на рис. 8. 6, а, со |
||||||||||||||||
Производительность |
|
стоит из диссоциатора аммиака, каме |
||||||||||||||||||||
зависит от теплопередачи через стенку |
ры частичного сгорания и аппаратуры |
|||||||||||||||||||||
реторты и необходимого давления; са |
для очистки газа. Жидкий аммиак из |
|||||||||||||||||||||
ма диссоциация аммиака при темпера |
баллона 1 поступает |
в |
испаритель 2, |
|||||||||||||||||||
турах 600—700 °С протекает очень бы |
образовавшиеся |
пары |
аммиака прохо |
|||||||||||||||||||
стро. Теплоемкость |
газообразного |
ам |
дят редукционный вентиль 3, снижаю |
|||||||||||||||||||
миака 2,73 кДжУ(кг-К), расход тепла |
щий давление до 0,01 МПа, и направ |
|||||||||||||||||||||
на его диссоциацию 2730 кДж/кг. |
ляется в диссоциатор 4, |
заполненный |
||||||||||||||||||||
Удельная |
производительность |
диссо- |
катализатором. После диссоциации газ |
|||||||||||||||||||
циаторов |
110—120 кг |
|
аммиака |
или |
пропускается |
через змеевик испарите |
||||||||||||||||
300—320 м3 газа на 1 м3 объема ретор |
ля 2, где отдает свое тепло на испаре |
|||||||||||||||||||||
ты. Удельный |
расход |
электроэнергии |
ние жидкого аммиака. Далее он сме |
|||||||||||||||||||
на обогрев |
реторты |
составляет |
1,8— |
шивается в автоматическом |
регулято |
|||||||||||||||||
2,0 |
кВт-ч |
на |
1 |
кг |
аммиака |
|
или |
ре |
воздухом, газодувкой 6 подает |
|||||||||||||
0,7 кВт-ч на 1 м3 защитного газа. |
из |
ся к |
горелке |
камеры |
сгорания |
7, в |
||||||||||||||||
Контролируемая |
|
атмосфера |
которой Поддерживается |
температура |
||||||||||||||||||
диссоциированного |
аммиака использу |
900 °С. Из камеры продукты частично |
||||||||||||||||||||
ется в том случае, когда требуется из |
го сгорания поступают через водяную |
|||||||||||||||||||||
бежать |
|
окисления, |
но допустимо |
или |
рубашку 8 в трубчатый |
холодильник |
||||||||||||||||
желательно |
обезуглероживание, |
на |
9, а для более полного удаления влаги |
|||||||||||||||||||
пример |
|
при отжиге трансформаторно |
проходят холодильную камеру Ю и |
|||||||||||||||||||
го железа. Смесь взрывоопасна и мо |
колонку U с адсорбером. |
В качестве |
||||||||||||||||||||
жет применяться лишь там, где печь в |
последнего применяется |
силикагель. |
||||||||||||||||||||
течение всего цикла герметически за |
Установка для охлаждения газа была |
|||||||||||||||||||||
крыта. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
описана в подразд. 8. 1.2. |
|
|
|
||||||
При большом расходе аммиака вне |
На рис. 8. 6, б показана конструк |
|||||||||||||||||||||
цеха |
устраивают |
специальные |
аммиа |
ция |
установки |
производительностью |
, -L I L
Дммиак
£леч $ ^,1} g j _
|
Жидкий аммиак |
|
|
|
-----------Продукты сгорания |
|
|
|
|
|
|||||
|
Газообразный и диссоциированный |
- --------- Атмосфера |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
----------- |
аммиак |
|
|
|
|
Вода |
|
|
|
|
|
|
|
||
Воздух |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
-----------СмесиВоздухаидиссоциированного аммиака |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Рис. 8.6. Установка для получения контролируемых атмосфер путем диссоциации |
|
||||||||||||||
аммиака с последующим частичным сжиганием водорода (типа ДАС) |
|
|
|
||||||||||||
60 м3 газа в час. При отжиге малоуг |
различных конструкций |
(обозначает |
|||||||||||||
леродистых сталей нет необходимости |
ся Г Г ) . |
В малых установках для под |
|||||||||||||
в глубокой очистке газа, влагу можно |
держания устойчивого хода |
процесса |
|||||||||||||
удалить с помощью водяной рубашки |
газификации приходится |
прибегать к |
|||||||||||||
и трубчатого холодильника. |
|
|
дополнительному внешнему |
обогреву |
|||||||||||
Заводы ЭТО выпускают две уста |
реторты |
генератора |
(получаемая |
ат |
|||||||||||
новки ДА-ЗОС и ДА-60С. Их произво |
мосфера |
обозначается |
|
Г Г —ВО). |
|||||||||||
дительность 30 |
и |
60 м3/ч, мощность |
В случае |
равновесия |
состав |
газа |
при |
||||||||
электрооборудования |
25 |
и |
48 |
кВт, |
температуре в генераторе |
1000 °С дол |
|||||||||
удельный расход энергии. 1,5 кВт-ч/м3, |
жен быть таким: 33,5 % СО и 0,5 % С02, |
||||||||||||||
габариты равны 3,4X4X2,0 м и 4,2Х |
остальное азот. |
Практически древес |
|||||||||||||
ХЗ,8Х2,6 м, масса 4,7 и 7,6 т соответ |
ноугольный газ |
(атмосфера Г Г ) |
содер |
||||||||||||
ственно. Блок охлаждения газа состо |
жит: 28—30 % |
СО; |
2—5 %С02; |
6— |
|||||||||||
ит из водяной |
рубашки, |
трубчатого |
8 %Н2; 1—2 %СН4 и остальное |
азот. |
|||||||||||
холодильника |
с |
гидравлическим |
за |
При внешнем |
|
обогреве |
реторты |
до |
|||||||
твором, холодильной машины и адсор |
температуры |
1000° (атмосфера |
(Г Г — |
||||||||||||
беров. |
|
|
|
|
|
|
ВО) газ |
состоит из |
33 % |
СО; |
0,2— |
||||
|
|
|
|
|
|
0,7 % С02; 6 % Н2; 1 % СН4, осталь |
|||||||||
\ / Атмосфера азота с СО и С02 (N2+ |
|||||||||||||||
—j представляет |
собой |
генера |
ное азот (точка росы —25 °С). Древес |
||||||||||||
ноугольный |
газ не |
окисляет |
сталь, |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
медь и ее сплавы, но обезуглерожива |
||||||||
торный газ, получаемый |
в д р е в е с |
ет средне- и высокоуглеродистые ста |
|||||||||||||
н о у г о л ь н ы х |
г а з о г е н е р а т о р а х |
ли. Для |
того чтобы генераторный |
газ |
с 25—30 % |
СО |
не |
обезуглероживал |
этом |
случае требуется |
меньшая |
сте_ |
|||||||
высокоуглеродистую |
сталь |
(1— |
пень очистки от С02, чем при сэнига_ |
|||||||||||
1,2 % С), концентрация С02 в нем не |
нии |
газов. Для |
уменьшения |
|
влцги в |
|||||||||
должна превышать 0,5—0,8 %. Содер |
газе |
следует |
использовать прокален |
|||||||||||
жание влаги в древесноугольном гене |
ный |
березовый уголь. Выход |
генера |
|||||||||||
раторном газе, |
используемом при на |
торного газа 3,8—4,0 м3 из 1 кг угля |
||||||||||||
греве низкоуглеродистых сталей, мо |
На рис. 8. 7 изображены |
два |
гене |
|||||||||||
жет быть |
доведено до 2 %, а в газе, |
ратора с внешним обогревом. Первый |
||||||||||||
применяемом при нагреве высокоугле |
(рис. 8.7, а) представляет собой вер |
|||||||||||||
родистых сталей, до 0,05 %. |
Способ |
тикальную |
электрическую |
печь |
слу. |
|||||||||
ность описываемой атмосферы к обе |
жаростойкой |
трубой |
4, |
которая |
||||||||||
зуглероживанию уменьшится, |
если в |
жит шахтой генератора. Уголь |
заг0у. |
|||||||||||
нее добавить углеводороды. |
|
жается сверху через |
бункер |
1 на |
ко |
|||||||||
При |
нагреве |
высокоуглеродистых |
лосниковую решетку 6. Газ °тволится |
|||||||||||
сталей |
выгоднее применять древесно |
по трубопроводу |
2, |
расположенНОМу |
||||||||||
угольный генераторный газ, так как в |
ниже бункера. Воздух |
для |
|
горенИд |
подается под |
колосниковую решетку. |
необходимо |
подогревать |
с |
помощью |
|||||||||||||
Нижняя часть зоны горения угля ох |
внешнего источника |
тепла |
до 1000 °С |
|||||||||||||||
лаждается водяной рубашкой 5. Про |
и применять специальные катализато |
|||||||||||||||||
изводительность |
генератора |
при диа |
ры. При этом происходит крекинг га |
|||||||||||||||
метре трубы 0,4 м составляет |
10 м3/ч, |
за (атмосфера КГ-В, установки ЭН). |
||||||||||||||||
мощность электронагревателей |
15 кВт. |
В случае глубокой |
|
очистки |
газа от |
|||||||||||||
Во втором |
генераторе |
|
(рис. |
8.7, б) |
влаги и С02 к обозначению установки |
|||||||||||||
поддерживается |
высокая |
температура |
добавляется |
буква |
О — очистка. |
|
||||||||||||
(1200°С). |
Для |
этого по |
силитовым |
В |
результате |
сжигания |
углеводо |
|||||||||||
стержням, двум верхним 3 и одному |
родных |
газов |
получаются |
атмосферы |
||||||||||||||
нижнему 4 через |
уголь |
пропускается |
такого |
состава: |
|
ПС-06 — 10— |
||||||||||||
электрический ток. Так как слой угля |
12 % |
СО, 4—6 % С02; 15—20 % Н2, |
||||||||||||||||
имеет высокую температуру, содержа |
0,5—1,0 |
% СН4, |
остальное |
|
азот; |
|||||||||||||
ние СОг в газе |
уменьшается до 0,2— |
ПС-0,9 — 2,0 % СО, |
10—12 % С02, |
|||||||||||||||
0,4 %, а СО |
увеличивается до 32,5— |
2,0 % Н2, остальное |
азот |
(точки росы |
||||||||||||||
33,5 %. Генератор снабжен бункером |
соответственно +25, |
+35 °С). |
Очи |
|||||||||||||||
1 с загрузочным устройством 2. Темпе |
щенные и осушенные экзотермические |
|||||||||||||||||
ратура |
и уровень угля |
в |
генераторе |
контролируемые атмосферы имеют та |
||||||||||||||
регулируются автоматически. |
Произ |
кие |
составы: |
ПСО-06— 10% |
СО, |
|||||||||||||
водительность генератора при диамет |
16 % |
Н2, менее 0,05 % С02, 1,5 % СН4, |
||||||||||||||||
ре шахты 0,5 м составляет 20 м3 газа |
остальное азот, |
ПСО-09 — 2,5 % |
СО, |
|||||||||||||||
в час, давление подаваемого |
воздуха |
2,5 % Н2, менее |
0,05 С02, |
остальное |
||||||||||||||
равно |
5 |
кПа, |
потребная |
мощность |
азот |
(точка |
росы — 40 °С). |
п о л у ч е |
||||||||||
6 кВт. |
|
|
|
|
водорода, СО и |
^ / У с т а н о в к и |
|
д л я |
|
|||||||||
Атмосфера азота, |
ния |
|
к о н т р о л и р у е м ы х |
э к з о |
||||||||||||||
7 |
|
СО |
Н2 \ |
|
|
т е р м и ч е с к и х |
|
а т м о с ф е р |
ти- |
|||||||||
С° 2 N2 + ^ с о Г + |
|
) П0ЛУчается в |
п а |
ПСО состоят из следующих основ |
||||||||||||||
результате |
неполного |
сжигания газов |
ных узлов: системы |
смещения и про- |
||||||||||||||
(природного, |
городского, |
сжиженных |
порционирования газа с воздухом, по |
|||||||||||||||
пропан-бутановых смесей и др.) с по |
зволяющей поддерживать |
постоянным |
||||||||||||||||
следующим |
удалением |
влаги |
и С02. |
их соотношение; камеры |
сгорания га |
|||||||||||||
Широко используются два |
метода |
за; системы очистки и осушки продук |
||||||||||||||||
сжигания: с |
коэффициентом |
расхода |
тов сгорания. |
|
|
схема |
получения |
|||||||||||
воздуха а = 0,6 —0,9 — получение экзо |
Технологическая |
|
||||||||||||||||
газа (атмосфера ПС-0,6 и ПС-0,9 уста |
контролируемых |
|
|
атмосфер |
типа |
|||||||||||||
новки ЭК) и с а=0,25 — получение |
ПСО-06 и ПСО-09 в результате сжига |
|||||||||||||||||
эндогаза. Сжечь газ с а=0,25 трудно, |
ния |
промышленных |
газов |
с |
очисткой |
|||||||||||||
так как для поддержания горения его |
от H2S, С02 и |
глубокой |
осушкой от |
-----Газ |
о _ |
Р а ст в о р ,св о б о д н ш й от С02 и H 2S |
------- В оздух |
|
в о д а |
--------См есо газа и воздуха |
----Пар |
|
------ Атмосфера |
- |
К он д ен сат |
— • — Р с с т б с р н а сы и ц е н н ы и СОг u H z S |
|
|
Рис. 8.8. Схема получения контролируемой атмосферы с частичным сжиганием газов и с очисткой от Н20 , С 02 и H2S (экзогаза типа ПСО-09 и ПСО-06)
Рис. 8.9. Установка конструкции заводов ЭТО для получения контролируемой экзотермической атмосферы
влаги приведена на рис. 8.8. |
Газ, со |
ления 12 направляются к печам. Сили |
|||||||||||||||
держащий |
H2S, поступает |
предвари |
кагель регенерируется |
воздухом, |
на |
||||||||||||
тельно в |
|
колонку 10, где |
H2S и С02 |
гретым до 250 °С в электрическом воз |
|||||||||||||
поглощаются водным раствором моно- |
духонагревателе 14. Насыщенный С02 |
||||||||||||||||
этаноламина. |
Очищенный |
газ |
подни |
раствор этаноламина восстанавдивает- |
|||||||||||||
мается вверх колонки и поступает че |
с'я в колонке 9. При отсутствии в газе |
||||||||||||||||
рез регулятор давления 1 в смеситель |
H2S |
отпадает необходимость в его |
|||||||||||||||
3. В смесителе газ автоматически сме |
предварительной |
очистке. |
Установка |
||||||||||||||
шивается |
в определенной пропорции с |
может быть |
значительно |
упрощена, |
|||||||||||||
воздухом, |
который |
подается |
|
через |
если газ не нужно очищать от СОг. |
по |
|||||||||||
фильтр |
воздуходувкой |
2. |
Давление |
Некоторые |
технические данные |
||||||||||||
воздуха |
регулируется |
|
клапаном 4 на |
установкам заводов ЭТО для Получе |
|||||||||||||
обводной |
линии |
воздуходувки. |
Газо |
ния |
контролируемых |
экзотермических |
|||||||||||
воздушная смесь сжигается с по |
атмосфер из природного газа приведе |
||||||||||||||||
мощью горелки 5 в камере 6. Продук |
ны в табл. 8. 1. Указанные атмосферы |
||||||||||||||||
ты неполного сгорания |
предваритель |
могут быть получены из пропан-бута |
|||||||||||||||
но охлаждаются в рубашке 7 и в труб |
на. При этом |
его |
расходуется в три |
||||||||||||||
чатом водяном охладителе 8 и |
посту |
раза меньше, чем природного газа. |
|
||||||||||||||
пают для |
|
очистки от С02 в |
колонку |
Упрощенная схема установки заво |
|||||||||||||
11. После очистки |
от С02 |
продукты |
дов |
ЭТО |
для |
приготовления |
экзотер |
||||||||||
сгорания |
|
осушаются |
в |
колонке 13 с |
мической |
атмосферы |
с применением |
||||||||||
силикагелем и |
через |
регулятор |
дав |
молекулярных сит |
(цеолитов) дана на |
Т а б л и ц а 8.1. Технические данные по устано***» |
„„„ |
„ |
|
контролируемых атмосфер |
||||||
_ _ |
____________________________________ |
установкам для |
приготовления |
|||||||
|
Тип |
П р о и зв о д и |
М ощ ность |
Расход |
|
Удельный |
|
|
|
|
|
электрообо- |
|
|
|
|
|||||
установки |
тельность, |
|
расход |
|
|
М асса, |
||||
Р' дования, |
природно |
о |
j |
Габариты , м |
||||||
|
|
|
м*/ч |
кВт |
газа, м*/ч |
энерги и, |
т |
|||
|
|
|
|
|
|
|
кВт ч/м* |
|
|
|
Э К -9-О М З |
|
8 |
36,0 |
и |
|
0,63 |
|
50X 1 ,6 X 2 ,4 |
3,7 |
|
Э К -60-О И 2 |
|
60 |
25 0 |
|
|
|||||
|
8.6 |
|
0.33 |
|
9 ,3 X 3 ,5 X 3 ,2 |
|||||
ЭК -125-ОМ З |
|
125 |
70.0 |
|
|
17,0 |
||||
|
13,5 |
|
0 43 |
|
9,0 X 5 ,0 X 3 ,8 |
26,0 |
||||
ЭК -8 |
М2 |
|
8 |
9,7 |
0,9 |
|
|
|||
ЭК -60 М 2 |
|
60 |
18.0 |
|
0,50 |
|
2,2 X 1 ,4 X 2 ,2 |
К4 |
||
Э К -8 |
M l |
|
8 |
7,0 |
|
0,26 |
|
2,9 X 3 ,1 X 2 ,6 |
3,9 |
|
|
0 ,6 |
/ч п |
|
|
||||||
ЭК -60 |
M l |
|
60 |
0,9 |
|
0,06 |
|
1 .2X 1 .0X 2,2 |
0.5 |
|
|
3 0 |
7,0 |
|
|
||||||
Э К -125 М 3 |
125 |
з]о |
|
0,022 |
|
2 ,9 X 1 ,3 X 2 ,7 |
1,4 |
|||
14.7 |
|
0,030 |
|
3 ,8 X 1 ,7 X 2 ,7 |
||||||
Э К -250 М2 |
250 |
5,5 |
29.4 |
|
|
3,2 |
||||
|
0.016 |
|
4,7 X 1 ,9 X 2 ,3 |
5,4 |
||||||
Э Н -16 М 0 2 |
|
16 |
12,0 |
3.3 |
|
|
||||
ЭН -30 М 2 |
|
30 |
24.0 |
|
0,40 |
|
1,3X 1,0X 2,1 |
1 ,£, |
||
ЭН -60 М2 |
|
60 |
6,2 |
|
0.40 |
|
2,8 X 1 ,6 X 2 .9 |
3.2 |
||
|
37.0 |
12.4 |
|
|
||||||
Э Н -125 М 2 |
125 |
5*\0 |
|
0,33 |
|
2,8 X 1 ,6 X 2 ,9 |
3.6 |
|||
Э Н -16 ГМОЗ |
|
16 |
25.8 |
|
0,32 |
3,1 X I ,8X 3 .2 |
3 90 |
|||
|
26 «и6 |
3,3. |
|
|||||||
Э Н -60 |
Г |
|
60 |
10,0 |
|
0,09 |
|
1,5X 1,3X 2,1 |
1,3 |
|
|
12.4 |
|
0,09 |
3,0X 1,7X 3,1 |
3,6 |
|||||
Э Н -250 ГМ З |
250 |
22,0 |
51,6 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
0,09 |
6,2 X 2 ,6 X 3 ,7 |
11,7 |
||
П р и м е ч а н и е . В |
Установках УН-16 ГМОЗ; ЭН-60 Г, ЭН-250 ГМЗ мощность горелок соответственно равна |
|||||||||
15,3; 69,3; 250 м3/ч. |
|
рис. 8. 9, а. |
Исходный газ подается в |
установку |
через ротаметр /, регуля |
тор давления 2 в смеситель 3, где смешивается с воздухом, поступающим через фильтр 5, ротаметр 4. Газовоз душная смесь подается газодувкой 13 через пламягаситель 12 в горелку ка меры сгорания 6. Продукты сгорания охлаждаются водой в трубчатых хо лодильниках 7 до температуры 25— 35 °С и поступают для удаления вла ги, С02 и других агрессивных газов в колонки 9 с цеолитами. Цеолиты реге нерируют подаваемым с помощью вен тилятора 10 воздухом, нагретым до 300° в калорифере 11. Установлено три колонки 9, в которых поочередно осуществляются такие операции: очи стка газа, продувка нагретым возду хом, охлаждение цеолита частью очи щенного экзогаза. Колонки переклю чаются клапанами 8.
На рис. 8.9, б изображена уста новка ЭК-125-ОМЗ с теми же обозна чениями, что и на схеме. Молекуляр ные сита пропускают молекулы СО и Н2, поэтому если необходимо, чтобы атмосфера состояла только из одного азота, то продукты сгорания предвари тельно пропускают через систему ка талитической очистки от газов СО и Н2.
На рис. 8.10 приведена схема устатановки фирмы «Линберг» (США), которая включает обычную систему приготовления газовоздушной смеси, ее сжигания (коэффициент расхода воздуха а =0,9) и очистки от агрес
сивных газов. Исходный газ и воз
дух |
поступают |
по трубопроводам |
6 и |
7, проходят |
через расходомеры |
5, смешиваются в компрессоре 4, и смесь подается в камеру сгорания 3. Продукты сгорания проходят через теплообменник 2, отдавая тепло на гнетаемому воздуходувкой 1 воздуху, который используется в колонках 8,9 и 10 для регенерации цеолитов. Затем продукты сгорания охлаждаются в водяном холодильнике 19, проходят водоотделитель 18 и поступают на очистку от агрессивных газов в одну из поглотительных колонок 8, 9 и 10.
Атмосферу, состоящую только из одного азота, получают следующим образом. Охлажденные продукты сго рания, подаваемые компрессором 17
через нагреватель 16 в камеру 15 |
ка |
талитической очистки атмосферы |
от |
С 02 и Н2, проходят холодильник |
13, |
отделитель конденсата 14 и поступа ют в колонки с молекулярными ситами 8 ,9 и 10. В положении, показанном на рис. 8.10, газ очищается в колонке
9. |
В колонке |
10 происходит регенера |
ция цеолитов |
нагретым воздухом, а |
|
в |
колонке 8 — их охлаждение холод |
ным очищенным газом, который пода ется рециркуляционным насосом 12 че рез конденсатор 11. Молекулярные си та перед очисткой газа должны быть охлаждены. Колонки переключаются автоматически, при помощи газо анализаторов и реле времени. В ре зультате очистки продуктов сгорания
X
ОТ)
Рис. 8.10. Схема установки для получения экзотермической атмосферы с очисткой от агрессизных газов молекулярными ситами
с |
помощью молекулярных |
сит |
полу |
ние газа и воздуха. Воздух в устрой |
||||||||||||||||||
чают |
атмосферу почти |
чистого |
азота |
ство 5 |
поступает |
через |
фильтр |
11 и |
||||||||||||||
(99,99 |
|
% N2). |
|
д л я |
п о л у ч е н и я |
расходомер |
6. |
Газовоздушная смесь |
||||||||||||||
|
У с т а н о в к и |
перемешивается в газодувке 10 и на |
||||||||||||||||||||
э н д о т е р м и ч е с к и х |
к о н т р о л и |
правляется |
через |
предохранительный |
||||||||||||||||||
р у е м ы х |
а т м о с ф е р |
|
т и п а |
КГ О |
пламягасительный клапан 9 в реторту |
|||||||||||||||||
(рис. 8.11) состоят из следующих ос |
генератора |
7, |
заполненную |
катали |
||||||||||||||||||
новных |
узлов: |
блока |
|
сероочистки с |
затором |
ГИАП-3 |
и |
разогретую |
до |
|||||||||||||
трубчастым |
холодильником; |
системы |
1050 °С. Полученная атмосфера охлаж |
|||||||||||||||||||
пропорционирования и смешения |
газа |
дается |
|
до |
20 °С |
в |
холодильнике 8. |
|||||||||||||||
и |
воздуха |
с целью |
поддержания |
по |
Готовая |
эндотермическая |
атмосфера |
|||||||||||||||
стоянства их сотношения; блока гене |
из природного |
газа |
имеет такой |
со |
||||||||||||||||||
ратора |
|
с трубчатым |
холодильником. |
став: 18—20 % СО, 38—40 % Н2, ме |
||||||||||||||||||
Технологическая схема получения эн-* |
нее 1 % СН4 и СО, остальное азот |
|||||||||||||||||||||
дотермической |
атмосферы |
приведена |
(точка |
росы |
—5, + П °С ). Атмосфера |
|||||||||||||||||
на |
рис. |
8.11, |
а. Углеводородный |
|
газ |
нейтральна, не содержит газов-окисли |
||||||||||||||||
из сети поступает в серопоглотитель |
телей |
и |
не |
нуждается в |
очистке, |
но |
||||||||||||||||
ную камеру /, |
в реторте |
которой |
он |
она взрывоопасна и может применя |
||||||||||||||||||
очищается |
от серы |
серопоглотителем |
ться только в герметично закрытых |
|||||||||||||||||||
ГИАП-10 |
при |
температуре |
350 °С. |
печах. |
|
Эндотермическую |
атмосферу |
|||||||||||||||
Далее |
газ охлаждается |
|
до 20 °С в хо |
нельзя использовать при низких тем |
||||||||||||||||||
лодильнике |
2 и через |
расходомер |
3, |
пературах (ниже 600 °С). |
|
уста |
||||||||||||||||
регулятор давления 4 попадает в ус |
На |
рис. |
8.11,6 |
изображена |
||||||||||||||||||
тройство |
5, |
регулирующее |
соотноше |
новка |
ЭН-125М2. |
Некоторые |
техни- |
Рис. 8.11. Установка конструкции заводов ЭТО для получения контролируемой эндотермической атмосферы (КГО)
ческие данные по установкам, выпус каемым заводами ЭТО, для получения эндотермической контролируемой ат мосферы из природного газа, приве дены в табл. 8.1. К индексу установки с газовым нагревом реторты добавля ется буква Г.
Заводы ЭТО |
выпускают установку |
||
1ЭН-'6^/ЭК-62, |
предназначенную для |
||
одновременного |
получения |
в |
одном |
генераторе эндотермической |
(эндогаз) |
||
и экзотермической (экзогаз) |
атмос |
||
фер из природного газа или |
из про- |
пан-бутановых смесей. Схема установ ки представлена на рис. 8.12. Ориги нальной ее частью является генера тор 7. Исходный газ через блок серо очистки /, холодильник 2, смеситель
3 (а = 0,25), пламягаситель 8 газодувкой 4 подаётся в реторту генератора 7, в которой получается эндогаз. По следний охлаждается в холодильнике 5 и направляется к печам. Экзогаз образуется при горении исходного га за в смеси с воздухом (а = 0,9) в том же генераторе 7. Одновременно с этим реторта с эндогазом нагревается до 1050 °С. Из холодильника 6 экзо газ подается к печам. Производитель ность установки 62,5 м3/ч, потребная мощность 12 кВт. Расход природного газа, используемого для получения эндо- и экзогазов, соответственно со ставляет 13 и 7 м3/ч. Габариты уста новки 3,7X2,2X2,6 м, масса 5,8 т. Эндогаз состоит из 20 %СО, 40 %
Рис. 8.12. Схема установки конструкции заводов ЭТО для одновременного получения эндо- и экзотермических атмосфер
Н2, 1 |
% |
С02 и 1 % |
СН4, остальное |
900°С необходимо, чтобы в газовой |
|||||||||||||||||
азот (точка росы —5°С, -}-10оС); эк |
фазе |
находилось |
|
СО ~ 9 6 |
%, |
а |
СН4 |
||||||||||||||
зогаз — из |
10—20 |
|
% С02, |
2% |
СО, |
только 2,7 %. Поэтому цементацию в |
|||||||||||||||
2 % |
Н2> |
остальное |
азот |
(точка росы |
газовом карбюризаторе ведут за счет |
||||||||||||||||
+ 25°С + 30°С ). |
|
|
атмосфера |
СН4, используя природный газ, кото |
|||||||||||||||||
Науглероживающая |
рый разбавляют до концентрации 2— |
||||||||||||||||||||
(М2+ С0/С02+СН 4/Н2) |
применяется |
4 % |
нейтральным |
газом |
(эндо- |
или |
|||||||||||||||
как карбюризатор при процессах га |
экзогазом). Из рис. 8.13 также видно, |
||||||||||||||||||||
зовой |
цементации, нитроцементации и |
что при |
повышении |
температуры |
на |
||||||||||||||||
как |
контролируемая |
атмосфера |
при |
грева до 1000 °С и цементации СО не |
|||||||||||||||||
нагреве |
высокоуглеродистых |
инстру |
обходимо увеличить концентрацию СО |
||||||||||||||||||
ментальных сталей. |
|
|
|
|
|
до 97—98 %, |
а при |
цементации |
СН4 |
||||||||||||
На рис. 8.13 показана зависимость |
снизить |
содержание |
СН4 |
|
до |
|
1,0— |
||||||||||||||
равновесного |
количества |
углерода |
на |
1,5 %. |
|
|
карбюризатора, |
кроме |
|||||||||||||
поверхности |
от температуры, |
содер |
В |
качестве |
|||||||||||||||||
жания СО—С02 и СН4—Н2. Насыще |
природного |
газа, |
могут |
применяться |
|||||||||||||||||
ние углеродом в атмосфере СН4 про |
жидкие |
нефтепродукты |
(бензол, керо |
||||||||||||||||||
исходит значительно |
|
энергичнее, |
чем |
син, масла и т. п.) и сжиженные угле |
|||||||||||||||||
в СО. Для насыщения поверхности |
водородные |
газы. |
|
При |
небольшой |
||||||||||||||||
углеродом до 1 % |
при |
температуре |
производительности |
|
установок |
и |
ис |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пользовании камерных печей |
газовый |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
карбюризатор |
|
получается |
|
преи |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мущественно |
путем |
непосредственного |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ввода |
природного |
|
газа |
или |
бензола, |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
керосина, масел в реторту печей. Од |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нако чаще всего применяется атмо |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сфера, полученная в результате час |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тичного |
сжигания |
углеводородных га |
|
зов |
(эндо или экзо) |
с добавкой 2— |
|
|
4 % |
природного газа. |
для процессов |
|
Рис. 8.13. Влияние содержания СО—С 02 (а), |
Наиболее широко |
|||
цементации и нитроцементации в ка |
||||
СН4—Н2 (б) и температуры на равновесное ко |
||||
личество углерода на поверхности металла |
честве разбавителя используется эндо- |
Рис. 8.14. Схема установки для получения контролируемой атмосферы из технического азота методом каталитического гидрирования
газ. В случае нитроцементации совме стно с эндогазом, природным газом (2—4 %) в печь через специальные форсунки вводится аммиак (2—4 %).
Технический азот, очищенный от кислорода. Кислород из технического азота удаляют двумя методами: про пускают азот через слой раскаленно го древесного угля и используют ка талитическое гидрирование.
Первый метод применяется в уста новках небольшой производительнос ти (до 20 м3/ч контролируемой атмо сферы). Этот метод довольно простой, но температура раскаленного угля должна достигнуть 1000 °С. Получае мая атмосфера имеет такой состав, %: 0,05—0,1 С02, 2—8 СО, 0,003—0,006 0 2. Очистка малорентабельна.
Наиболее рациональным методом очистки технического азота от кисло рода является второй метод. Установ ка, принцип работы которой основан на использовании к а т а л и т и ч е с
к о г о |
г и д р и р о в а н и я кисло* |
р о д а |
в о д о р о д о м , получаемым |
путем диссоциации аммиака (рис.8.14), включает блоки диссоциации аммиа ка, генератора очистки азота от кис лорода, осушки газа и аппаратуры автоматики. Технический азот через фильтр 2 и теплообменник 3 газодувкой 1 подается в смеситель 4. Здесь
он смешивается с диссоциированным аммиаком, поступающим из диссоциатора 9 через испаритель 10. Смесь газов подается в генератор очистки 5, где проводится каталитическое гидри рование кислорода. Газ, очищенный от кислорода, направляется через теплообменник 3 в блок осушки от влаги, состоящий из трубчатого холо дильника 6, холодильной машины 7 и адсорберов 8. Гидрирование ускоря ется в присутствии катализаторов (платины, палладия, меди, никеля), которыми пропитываются пористые носители (селико- и алюмогели), за полняющие генератор 5. Процесс очистки газа от кислорода сопровож дается саморазогревом газовой смеси и катализатора до 250—500 °С (в за висимости от содержания в смеси ки слорода) . Катализаторы предвари тельно нагреваются до 200 °С эле ктронагревателями, размещенными на дне генератора. Стоимость получения контролируемой атмосферы велика (6—7 коп. за 1 м3). Заводы ЭТО вы пускают установку АЗ-125-М1 для очистки технического азота от кисло рода по приведенной схеме. Произ водительность установки 125 м3/ч, мощность 50 кВт. Готовая атмосфера имеет такой состав: 90—96 % N2, 10— 4 % Н2 и 0,005 % 0 2.
|
|
Аргон, очищенный от кислорода и |
для них лучшей атмосферой является |
|||||||||||||||||||||||
примесей. Для |
очистки аргона |
|
заво |
диссоциированный аммиак. |
|
|
атмо |
|||||||||||||||||||
ды |
ЭТО |
выпускают |
|
установку |
|
В |
качестве |
контролируемой |
||||||||||||||||||
ИО-6-М2 производительностью |
6 м3/ч, |
сферы при нагреве титановых сплавов |
||||||||||||||||||||||||
мощностью |
29 |
кВт. Получаемая |
ат |
применяют |
инертные |
газы |
|
(аргон и |
||||||||||||||||||
мосфера |
содержит |
99,996 |
% |
Аг, |
гелий), |
очищенные |
от |
кислорода и |
||||||||||||||||||
0,001 % 0 2. Исходный |
газ, |
|
доставляе |
паров воды, или нагрев в вакууме. |
||||||||||||||||||||||
мый в баллонах, очищают от приме |
|
Окислению |
алюминиевых |
сплавов |
||||||||||||||||||||||
сей углеводорода и окиси углерода в |
при нагреве препятствует |
получаемая |
||||||||||||||||||||||||
реакторе с окисью меди при темпера |
на |
их |
|
поверхности |
|
окисная |
пленка |
|||||||||||||||||||
туре 800°С. Полученная двуокись уг |
(А120 3). Поэтому |
наиболее |
распрост |
|||||||||||||||||||||||
лерода и влага отделяются цеолита |
раненной |
контролируемой |
атмосферой |
|||||||||||||||||||||||
ми. От азота и водорода газ очищает |
является сухой воздух, однако может |
|||||||||||||||||||||||||
ся в реакторах, заполненных окисью |
быть |
использован и экзогаз |
|
(ПСО-09). |
||||||||||||||||||||||
марганца |
(при |
180 °С), |
металличе |
Нагрев |
в |
|
атмосферах, |
содержащих |
||||||||||||||||||
скими кольцами |
(при |
600°С) и оки |
пары |
воды, |
аммиака, |
окислы |
серы, |
|||||||||||||||||||
сью меди |
(при 350 °С). Осушка |
газов |
приводит к резкому снижению прочно |
|||||||||||||||||||||||
осуществляется |
в |
холодильниках и |
стных |
и пластических |
свойств |
метал |
||||||||||||||||||||
адсорберах с силикогелем. |
|
атмосфер |
ла. Вредное действие влаги и соеди |
|||||||||||||||||||||||
|
|
Выбор |
контролируемых |
|
нений серы можно устранить, вводя в |
|||||||||||||||||||||
зависит от обрабатываемого |
материа |
атмосферу легко разлагающиеся |
фто |
|||||||||||||||||||||||
ла, |
технологического процесса, требу |
ристые соединения. |
|
Контролируемые |
||||||||||||||||||||||
емого вида поверхности и температу |
атмосферы |
|
используют в |
муфельных |
||||||||||||||||||||||
ры (табл. 8.2). |
контролируемой |
ат |
или электрических печах. |
на |
1 т на |
|||||||||||||||||||||
|
При выборе |
Расход |
защитного газа |
|||||||||||||||||||||||
мосферы |
следует |
также |
учитывать |
греваемого |
|
метадла |
в камерных |
пе |
||||||||||||||||||
стоимость газа, его расход и наличие |
чах и печах непрерывного действия со |
|||||||||||||||||||||||||
на заводе сырья для его |
получения. |
ответственно равен 80—120 и 180— |
||||||||||||||||||||||||
|
Электротехнические |
и магнитомяг |
200 м3, а газа карбюризатора при це |
|||||||||||||||||||||||
кие сплавы |
железа |
и никеля |
отжи |
ментации — 300—350 |
|
м3. Ориентиро |
||||||||||||||||||||
гаются в атмосферах чистого водоро |
вочная стоимость 1 м3 контролируемой |
|||||||||||||||||||||||||
да, |
диссоциированного |
аммиака |
или |
атмосферы составляет: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
защитного газа с большим содержа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
нием водорода. |
Контролируемая |
ат |
Атмосфера |
|
|
Экзогаз |
|
Эндогаз |
|
ДАС |
||||||||||||||||
мосфера, |
применяемая |
при |
нагреве |
Стоимость, |
коп. |
1,0— 1,3 |
|
|
2 ,0 -2 ,5 |
|
4 - 5 |
|||||||||||||||
сплавов меди |
и |
никеля, не |
должна |
|
|
|
||||||||||||||||||||
содержать даже |
следов |
серы. Детали |
Атмосфера |
|
|
Азотная |
Водород, |
|
Аргона |
|||||||||||||||||
из меди можно отжигать в |
|
атмосфе |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ная |
|
|
|
|
|
||||||||||||
ре водяного пара, однако в больших |
Стоимость, коп. |
|
6—7 |
|
|
|
10 |
|
|
250 |
||||||||||||||||
установках следует применять в каче |
Расход защитных газов в печах непре |
|||||||||||||||||||||||||
стве |
контролируемой атмосферы |
про |
||||||||||||||||||||||||
дукты сгорания |
промышленных |
газов |
рывного действия может быть умень |
|||||||||||||||||||||||
с |
небольшим |
недостатком |
|
воздуха, |
шен. Для этого рабочие окна необхо |
|||||||||||||||||||||
очищенных |
от |
серы. |
Температура |
димо снабдить специальными затвора |
||||||||||||||||||||||
сжигания газа должна быть не ниже |
ми |
и уплотняющими |
металлическими |
|||||||||||||||||||||||
1000°С для того, чтобы разложить ор |
и асбестовыми |
занавесками. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
ганические |
соединения, |
находящиеся |
В пламенных печах окисление мож |
|||||||||||||||||||||||
в исходном газе. В случае отжига ла |
но уменьшить, направляя струи за |
|||||||||||||||||||||||||
туни с 20—30 % Zn для восстановле |
щитного газа в печи над деталями. В |
|||||||||||||||||||||||||
ния |
его окислов необходимо |
|
иметь в |
этом |
случае |
защитный |
газ |
должен |
||||||||||||||||||
контролируемой атмосфере определен |
иметь достаточную |
скорость. Однако |
||||||||||||||||||||||||
ное |
|
количество |
активного |
|
водорода |
непосредственно |
применять |
контроли |
||||||||||||||||||
(добавляют к атмосфере метан, керо |
руемую атмосферу в пламенных печах |
|||||||||||||||||||||||||
син или спирт). Хорошей средой про |
трудно. Для |
надежной защиты от оки |
||||||||||||||||||||||||
тив |
|
окисления |
цинковых |
латуней |
|
яв |
сления в пламенных печах Необходи |
|||||||||||||||||||
ляется азот, очищенный от кислорода |
мо использовать муфели |
или |
трубча |
|||||||||||||||||||||||
с точкой росы —40—60 °С. Сплавы ме |
тые |
нагревательные |
элементы. Окис |
|||||||||||||||||||||||
ди, |
содержащие |
кремний, |
марганец, |
ление металла, нагреваемого в указан |
||||||||||||||||||||||
бериллий, окисляются в атмосфере во |
ных печах, также может быть снижено |
|||||||||||||||||||||||||
дяного пара и углекислоты, |
|
поэтому |
в результате уменьшения избытка воз- |