Способ получения эндотермической контролируемой атмосферы и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК C01B3/02 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при химико-термической обработке металлов и сплавов.

Целью изобретения является увеличение срока службы катализатора.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит обогреваемую реторту 1, размещенную в футерованном кожухе и заполненную катализатором.

трубопроводы 2 и 3 подвода газовоздушной смеси и регулируемой добавки воздуха соответственно и регулятор состава эндогаэа с входящими в него газоанализатором 4, задатчиком 5, элементом 6 сравнения, регулирующим прибором 7 и исполнительным механизмом 8, соединенным с краном 9 плавно регулируемой добавки воздуха.

Устройство снабжено генератором 10 управляющих импульсов, компаратором 11

и трубопроводом 12 импульсной добавки воздуха с установленным на нем приводным запорным клапаном 13. В качестве привода 14 клапана 13 используют электромагнит. Вход генератора 10 присоединен через компаратор 11 к выходу газоанализатора 4. Компаратор 11 подключен также к регулируемому источнику опорного напряжения Don, выполняющему роль за- датчика. Выход генератора 10 соединен с приводом 14 запорного клапана 13.

Регулятор состава эндогаза снабжен дополнительно приспособлением 15 блокировки, управляющий вход которого соединен с выходом генератора 10.

Примеров реторту 1 после ее прогрева до 1000-1050 С по трубопроводам 2 и 3 и 12 подают газовоздушную смесь, добавку воздуха через плавно регулируемый кран 7 и добавку воздуха через дискрет- но управляемый запорный клапан 13.

Коэффициент расхода воздуха в смеси, поступающей в реторту, а & 0,25, JS 03 и , 0,308 соответственно углеводорода в метан, пропан, бутан.

При прохождении газовоздушной смесью зоны горения и всего объема катализатора завершаются эндотермические реакции образования эндогаза. После охлаждения в холодильнике (не показан) эндо- газ поступает в термическую печь.

Одновременно часть эндогаза проходит через газоанализатор 4. При этом регулирующий прибор 7, воздействуя через исполнительный механизм 8 на кран 9 плавной добавки воздуха, производит точную регулировку а. в соответствии с сигналами, по- ступающими в него через элемент 6 сравнения от задатчика 5 состава эндогаза и от газоанализатора 4.

При этих условиях на выходе из эндоге- нератора получают эндогаз технологически требуемого состава с заданной точкой росы

То.

Измерив температуру окружающего воздуха, определяют минимальную температуру #минтрубопроводов и приборов, через которые проходит эндогаз. Затем определяют максимально допустимую точку росы эндогаза Гмакс & ин-Д0, где Д0 - принимается равной приблизительно5-8°С во избежание конденсации влаги из эндогаза в трубопроводах и приборах, и допустимое повышение точки росы Лтмакс макс-1Ъ После этого вентилем (не показан), включенным последовательно с запорным клапаном 13, устанавливают величину импульсной добавки воздуха (уменьшение газа) так, что точка росы эндогаза

увеличивается до Гмакс. то есть на величину Дтмакс, послб дискретного увеличения а,

После этого рассчитывают минимальный допустимый период Т следования импульсов добавки воздуха (уменьшения газа) по формуле

- Аймаке А Тмин ДГдоп

и максимально допустимую длительность импульсов Дт.макс при данном периоде Т по формуле

AtMa.cc-2 (Т 45 -Дтмин). ЛТЪгр

В процессе осуществления способа генератор 10 формирует прямоугольные импульсы напряжения длительностью Дтмакс с периодом следования Т.

С началом импульса привод (электромагнит) 14 срабатывает и запорный клапан 13 прекращает подачу добавки газа в зону горения. При этом коэффициент расхода воздуха а возрастает до значения, соответствующего допустимому повышению точки росы AtMaKc.

В случае, если сажистый углерод на катализаторе отсутствует, то по истечении времени транспортного запаздывания Д 1мин показание газоанализатора 4 начинает скачкообразно увеличиваться. При откло- нении показаний газоанализатора от технологически заданной величины точки росы г0 на определенную величину ДгОГр , например Дтогр - 4°С, которая названа условно ограничительной и определяется величиной напряжения Uon на втором входе компаратора 11, последний срабатывает и выдает сигнал на вход приспособления 15 блокировки. При этом прохождение импульса на выход генератора 10 прекращается, а привод 14 и клапан 13 срабатывают на возобновление подачи газа (либо прекращение подачи добавки воздуха). Через интервалы времени Т генерация импульсов генератором 10 повторяется.

При этом из-за того, что катализатор свободен от сажи, форма импульсов повышенного значения точки росы имеет прямоУГОЛЬНУЮ форму ВЫСОТОЙ ДГмакс И

длительностью Дтмин. площадь которых Si - Дгма« Д Тмин. Поэтому среднее за период Т значение точки росы эндогаза Дгср.1 -Si/T.

Величина ДтЬр.1 должна быть меньше длительно допустимого по технологическим требованиям повышения точки росы ДГдоп , то есть должно быть Д Гмакс Д тмин/Т Дгдоп . Согласно способу допустимое минимальное значение периода Т определяется выражением

Т - А Тмакс А Тмин/А Тдоп В каждом импульсе в интервале времени Ati A t происходит приблизительно линейное повышение А г из-за уменьшающегося количества свободного углерода, отложившегося в катализаторе и вступающего в реакции с водой и диоксидом углерода. Затем из-за наличия транспортного запаздывания А г остается постоянной в интервале времени At2 А Тмин после восстановления номинального значения а. Максимальная площадь $2макс этих импульсов имеет место при повышении АтотАг 0 до А г - Atorp и A t А Тмакс. Причем

52макс 0,5(АГогр ЛТмакс) + АГогр А Тмин АГогр(0,5 А Тмакс + + А Тмин).

При этом средняя за период Т величина повышения точки росы составляет: Агср.2 S/T АГогр (0,5 А Тмакс + А Тмин)

Т

Величина Агср.2 должна быть меньше АГдоп, т.е.

АГогр (0,5 А Тмакс + Тмин)

А Тдоп .

Максимальная длительность импульсов генератора

AW 2 (T S-Атмин).

/ЛТогр/

П р и м е р 2. Продолжительность испытания 10 сут. Перед началом испытания проводят замену катализатора в эндогене- раторе. Производительность эндогенерато- ра: 0 #, 120м3/ч.

Температура точки росы эндогаэа, поддерживаемая стабилизатором точки росы Т0 минус -2°С.

Температура окружающего воздуха

Л/ОО

%кр. (22-27) С.

Минимальная температура отводящих

ЭНДОГаЗ трубопроводов &ин окр.мин .

Максимальное допустимое значение точки росы в импульсе в процессе модуляции коэффициента расхода воздуха Гмакс &ин (5-7) °022-5 - 17°С.

Максимальное допустимое повышение точки росы при наиболее коротких импульсах повышения ДГмакс (Гмакс-То) °С 17-2 19°С.

Длительно допустимая по технологическим требованиям величина отклонения точки росы от Г0 АгДоп. ± 0,5°С.

Средняя величина допустимого повышения точки росы за период Т модуляции

0

5

коэффициента расход воздуха АгДОпср Агдоп + 0,5°С.

Минимальную длительность импульсов повышенного расхода воздуха определяют из конструктивных данных эндогенератора ЭН-120: длина рабочей части реторты I 1,2 м: площадь сечения реторты S 0,08 м2.

Приняв эффективную площадь реторты с учетом заполнения катализатором 5эф 0,5 х S 0,04 м2, время транспортного запаздывания при прохождении газовой смеси через слой катализатора равно Е- 3600

«1,5с.

0

5

0

5

0

5

0

5

С учетом транспортного запаздывания при прохождении эндогаэа через холодильник и трубопроводы до газоанализатора (гигрометра), установленного в стабилизаторе точки росы А Тмин 3 с.

Период следования импульсов повышенного расхода воздуха

Т Аймаке А Тмакс - лм АГдоп

Максимально возможная длительность импульсов повышенного расхода воздуха в условиях, когда точка росы эндогаза нарастает замедленно из-за выгорания сажи в катализаторе

(гАйШ-Дтмин) «19с.

где Агогр. 4°С - заданная (запрограммированная в электронном блоке) величина от- клонения точки росы от Г0 , при превышении которой отключается подача избыточного воздуха в реторту эндогенератора.

Результаты опытов приведены в таблице.

Из приведенных данных видно, что приращение 0,57% нелрореагировавшего метана в эндогазе в известном способе значительно выше приращения 0,11% в предлагаемом способе. Следовательно, активность катализатора в предлагаемом способе сохраняется дольше, чем в известном, и срок службы катализатора соответственно увеличивается.

Формула изобретения

1. Способ получения эндотермической контролируемой атмосферы, включающий каталитическую конверсию углеводородов с воздухом при температуре 1000°С и коэффициенте расхода воздуха а 0,2 - 0,3, повышение коэффициента расхода воздуха в зоне критических температур и последующее охлаждение продуктов конверсии, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы катализатора, повышение коэффициента расхода воздуха осуществляют периодически с периодом, определяемы по формуле

Т (ЛГмакс Л1минХД «

где Т - период времени, ч;

Агмакс - максимально допустимое повышение точки росы эндогаза от технически задан кого ее значения г0 в интервалах времени At AtMMH;

Агмин время транспортного запаздывания при прохождении газовой смеси через слой катализатора и холодильник, ч;

АГдоп - длительно технологически допустимое отклонение точки росы от значения То,

при этом максимальную длительность импульсов Агмвкс (ч) определяют из выражения

A We « 2 (Т Атдоп/Атогр - А Тмин),

где Агогр - заданная величина точки росы в конце импульса.

2. Устройство получения эндотермической контролируемой атмосферы, содержащее обогреваемую реторту, размещенную в футерованном кожухе и заполненную катализатором, трубопроводы подвода газовоздушной смеси и регулируемой добавки воздуха и регулятор состава эндогаза с газоанализатором, отличающееся тем, что, с целью увеличения срока службы катализатора, оно дополнительно снабжено генератором импульсов, компаратором, трубопроводом импульсной доставки воздуха с установленным на нем приводным запорным клапаном и приспособлением для блокировки регулятора состава эндогаза, при этом вход генератора соединен через компаратор с выходам газоанализатора, а выход

- соответственно с приводам запорного клапана и управляющим входом приспособления блокировки.

Изобретение может быть использовано в установках, генерирующих эндогазовую атмосферу для печей химико-термической обработки металлов. Для осуществления способа, с целью увеличения срока службы катализатора, повышение коэффициента расхода воздуха производят импульсами длительностью ΔТ с периодом Т на величину Δα, способную обеспечить точку росы эндогаза Τ_MAX, близкую к температуре отводящего эндогаз трубопровода, при этом Т определяют из выражения: Т = ΔΤ_MAX^.ΔТ_MIN/ΔΤ_доп, где ΔΤ_MAX = Τ_MAX - Τ₀ - максимально допустимое повышение точки росы эндогаза от технологически заданного ее значения Τ₀ в интервалах времени ΔТ = ΔТ_MIN

ΔТ_MIN - время транспортного запаздывания при прохождении газовой смеси через слой катализатора и холодильник

ΔΤ_доп - длительно технологически допустимое отклонение точки росы от значения Τ₀, а максимальную длительность импульсов ΔТ _MAX - из выражения: ΔТ_MAX = 2(Т ΔΤ_доп/ΔΤ_огр - ΔТ_MIN, где ΔΤ_огр - заданная величина точки росы в конце импульса. Устройство для осуществления способа отличается тем, что оно дополнительно снабжено генератором управляющих импульсов, компаратором, трубопроводом импульсной добавки воздуха с установленным на нем приводным запорным клапаном и устройством блокировки работы регулятора состава эндогаза, при этом вход генератора соединен через компаратор с выходом газоанализатора, а выход - соответственно с приводом запорного клапана и управляющим входом устройства блокировки. 1 ил.