Устройство для получения контролируемых атмосфер Советский патент 1985 года по МПК B01J7/00 

Изобретение относится к получению контролируемых атмосфер, используемых при термической обработке металлов, и может быть применено в химической, нефтехимической и металлургической промышленностях Известно устройство для получе1шя контро лируемых атмосфер, содержащее установку для получения экзотермической контролируемой атмосферы, очищенной от двуокиси углерода водным раствором моноэтаноламина снабженную патрубками подвода газовоздушной смеси и отвода готовой атмсоферы, а также патрубком отвода двуокиси углерода 1. Недостатками этого устройства являются низкое качество цементационной атмосферы вследствие ее низких науглероживающих и восстановительных свойств и загрязнение окружающей среды вследствие выброса в атмосферу десорбата (двуокиси углерода) из адсорберов. Известен эндогенератор, содержащий герметичный футерованный корпус, с размещен-, ными в нем ретортой с катализатором, газовоздущными горелками и патрубком отвода зкзогаза, соединенными с водяным охладителем, который соединен с патрубком подвода. экзогаза в реторту, снабженную navpyOKOM отвода готовой контролируемой атмосферы, ; состав которой 20% СО, 20% Н л и 60% 21. Недостатком этого устройства являются низкие науглероживающие и восстановительны свойства получаемой атмосферы. Наиболее близким к изобретению является устройство для получения контролируемых атмосфер, содержащее эндогенератор с патрубком подвода исхо|шых продуктов и экзо генератор, производящие классический эндога и неочищенный экзогаз 3. Цель изобретения - получение цементацион ных контролируемых атмосфер с повышен ными науглероживающими и восстановительными свойствами и снижение загрязнения окружающей среды. Поставленная цель достигается тем, что устройство для получения контролируемых атмосфер, содержащее эндогенератор с патруб ком подвода исходных продуктов и экзогенератор, снабжено соединенным с экзогенерауором блоком сорбционной очистки с патрубком отвода двуокиси углерода и накопителем газа, вход которого соединен с патрубком отвода двуокиси углерода, а выходс патрубком подвода исходных продуктов эндогенератора. Кроме того, устройство снабжено установденным между патрубком отвода двуокиси Зтлерода и накопителем газа блоком осушки двуокиси углерода, Блок осушки выполнен в виде последовательно установленных адсорберов. На чертеже представлено предлагаемое устройство. Устройство состоит из зкзогенератора 1, снабженного блоком 2 сорбционной очистки с патрубком 3 отвода двуокиси углерода, последовательно соединенным с побудителем 4 расхода, накопителем 5 газа и через регулятор 6 расхода с патрубком 7 подвода исходных продуктов в реторту 8 эндогенератора 9. Патрубок 7 соединен также С трубопроводом 10 углеводородаого газа, а реторта снабжена патрубком 11 отвода цементационной контролируемой атмосферы, а между патрубком 3 и накопителем 5 газа может быть установлен блок 12 осушки двуокиси углерода, включающий два адсорёера 13 с отключающим вентилем 14. Устройство работает следующим образом. Полученные в экзогенераторе, 1 продукты конверсии углеводородного газа воздухом с коэффициентом расхода воздуха 0,65-0,95 очищают в блоке 2 сорбционной очистки от двуокиси углерода 15%-иым водным раствором монозтаноламина, в результате чего образуется очищенный экзогаз. Затем насыщенный двуокисью углерода раствор регенерир5аот, и выделивщийся десорбат через патрубок 3 отвода двуокиси углерода с помощью побудителя 4 расхода поступает в на- . копитель 5 газа. Из накопителя газа через регулятор 6 расхода двуокись углерода поступает в патрубок 7 подвода исходных продуктов в реторту 8 зндогенератора 9 , В этот же патрубок по трубопроводу 10 подается и углеводородный газ. В реторте генератора в присутствии катализатора, нагретого до 1000-1100°С, протекает эндотермический процесс конверсии углеводородного газа двуокисью углерода по одной из следующих реакций: СН4 + CQ2 2СО + (I) ЗСО 6СО + 4Н2(2) 400 - 8СО + 5Н2 - (3) Находяищеся в двуокиси углерода следы водяных паров также вступают в реакцию взаимодействия с углеводорюдным газом: СН -t СО + ЗНг(4) ЗСО + 7Н,2(5) СдНад 4Н2О-4СО + PHgO 6) Поскольку водяных паров в реторту поступает незначительное количество (около 2%), и при их взаимодейсгаии с углеводородными газами образуются те же окись углерода и водорода, то практического влияния на состав цементационной контролируемой атмосферы они не оказывают. 3J143 Таким образом, из патрубка 11 отвода цементационной контро;шруемой атмосферы к потребителю в соответствии с реакциями (1)(3) поступает атмосфера , содержащая 5061, ,5-50% Н.5 Если необходимо полностью исключить влияние водяных паров по реакциям (4)(6) на состав готовой цементационной атмосферы, то между патрубком 3 и накопителем 5 газа устанавливают узел 12 осушки двуокн- ю си углерода, включающий даа адсорбера 13 подачи, газа, в которые осуществляют закрытием отключающего вентиля 14. Предлагаемое устройство позволяет получить контролируемую атмосферу дая цемента НИИ металлов и сплавов, не содержащую балластного азота, что существенно повыщает ее массоемкость но углероду и восстановительные свойства за счет увеличения содержания водорода (все извес-пше контролируемые ат- 20 мосферы на основе углеводородных газов содержат 40-96% N. Добавка к полученной в устройстве атмосфере 3-6% аммиака позволяет получить нитроцементационную контроля- руемую атмосферу с улучшеннылш свойствами и 25 по азотированию, так как отсутствие в ней молекулярного азота способствует смещению реакнйи диссоциации аммиака 2NH г N ЗН вправо, т. е. в сторону образования атомарного азота. Полученная в предлагаемом устройствезо атмосфера позволяет достичь в изделиях сущее4твенно лучшего распределения угпероял по высоте цементованного слоя 8 0,8 мм. Изменение содержания jT-лерода ria - этой, глубины - пр 100%, где С и С( - содержание углерода, соответственно, в ; поверхностном слое и на глубине от поверхности металла, приведено в табл. 1. Известная (3 Таким образом, атмосферы 1 и 2, получен„ые в предлагаемом устройстве, позволяют получить в 2-3 раза улучшенное распределение углерода по высоте цементованного слоя, Благодаря лучшему распределению углерода с ацеств нно удлиняется срок службы изделий. В табл. 2 приведена продолжителыгость эксплуатации изделий, цементованных в приведенных атмосферах. Т а б л и ц а 2

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОНТГОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕР, содержащее зндогенератор с патрубком подвода исходных пр-дуктов и зкзогенератор, отличающееся тем, что, с целью получ«1ия цгментационных контролируемых атмосфер с повышенными науглероживающими и восстановительными свойствами и снижения заг рязнения окружающей среды, оно снабжено соеданенным с зкзогенератором блоком сорбционной очистки с патрубком отвода двуокиси углерода и накопителем газа, вход которого соединен с патрубком отвода двуокиси углерода, а выход - с патрубком подвода исходных продуктов зндогенератора. 2.. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено установленным между патрубком отвода двуокиси углерода и накопителем газа блоком осущки (Л двуокиси углерода. 3. Устройство по п, 2,отл ичаю-i щ е е с я тем, что блок осущки выполнен в виде последовательно установленных адсорберов.

Экономический эффект за счет увеличения срока службы и шарощек буровых долот, цементованных в проходном толкательном агрегате в атмосфере, получешюй в предлагаемом устройстве, составит 229,3 тыс.руб. в год. Предлагаемое устройство позволяет одновременно две контролируемые атмосферы: новую цементационную атмосферу и очищеннзоо экзотермическую атмосферу (очищенный зкзогаз).

Эксперименты показывают, что цементащюнная атмосфера с отношением , близким к

пл

1, т. е. атмосфера, пол5 ченная в предлагаемом устройстве позволяет в 4 раза увеличить стойкость открытых электронагревателей в зиектропечах для химико-термической обработки (с 2500 до 10000 ч|. Предлагаемое устройство позволяет также снизить загрязнение окружающей среды за счет использования двуокиси углерода на П роизводство цементационной атмосферы. Ранее эта двуокись углерода, в количестве 9-12% от производительности

установки, выбрасьгаалась в окружающую атмосферу.

ir

m

НХЙНХН

J

Kt

С