Способ получения азотноводородной газовой смеси Советский патент 1981 года по МПК C01B3/02 

(54) СПСХ:ОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТОВОДОРОДНОЙ ГАЗОВОЙ СМЕСИ

1

Изобретение относится к производст ву технологических газов и может быть использовано при получении азотоводородной газовой смеси, применяемой в качестве защитной и восстановительной атмосферы в металлургии и в других отраслях промышленности.

Известны способы получения аэотоводородных газовых смесей неполным сжиганием аммиака и смешением раз- . дельно получаемых электролитического водорода и технического азота 1. Указанные способы отличаются сложностью технологии, значительными энергозатратами и высокой стоимостью продукта.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения азотоводородной газовой смеси каталитической высокотемпературной конверсией углеводородных газов при коэффициенте избытка воздуха А.1 с последующей каталитической очисткой продуктов конверсии от окиси углерода и абсорбционной очисткой от других примесей в слое цеолитов. Сжигание углеводородов при этом производят при 9001000°С. В качестве катализатора не-.пользуют никель, нанесенный на гранулированный носитель-глинозем 2. Указанный способ связан с использованием катализаторов конверсии углеводородных газов, что ограничивает возможность изменения производительности камеры каталитического сжигания в широких пределах. Допустимый температурный предел рабо10ты катализаторов (1200-1300 С) не позволяет получать смеси с низким содержанием водорода и изменять его в значительных пределах. Сравнительно низкие температуры конверсии при15водят к высокой концентрации вредных примесей в продуктах конверсии.

Целью изобретения является уменьшение концентрации примесей, расширение пределов регулирования содержания водорода в азотоводородной смеси, а также повышение экономичности процесса. Цель достигается описываемьЬл способом получения азо25 товодородной газовой смеси высокотемпературной конверсией углеводородных газов при коэффициенте избытка воздуха d.l в слое зернистого огнеупорного материала при 1600-1800 С. При этом в качестве огнеупорного материала используют преимущественно корунд, муллит, хромомагнезит. Технология способа состоит в следующем . Смесь углеводородного сырьяс воз духом при коэффициенте избытка воздуха 0,6-0,95 сжигают в зернистом слое огнеупорного материала, после чего продукты горения проходят катал тическую очистку от окиси углерода на низкотемпературном катализаторе конверсии и совместную очистку от углекислого газа и паров воды в стационарном слое цеолитов. В качестве огнеупорного материала, образующего зернистый слой, используют термостабильные окислы, например, корунд, муллит, периклаз, хромомагнезит, в виде шарообразных гранул размером 0,05-0,1 от диаметра камеры сжигания и пористостью не более 30%. Указанный предел в размерах гранул обеспечивает необходимую эффективность про хождения реакции гидрогенизации вред ных примесей. Для придания стойкости огнеупорного слоя в восстановительно атмосфере в используетлле окислы вводят окись железа и двуокись кремния в количестве 0,12-0,15 вес,% и 0,40,5 вес.%, соответственно. Регенерацию цеолитов при совместной очистке :У; у т екислого газа и паров воды .цят без нагрева путем создания перепада давлений при адсорбции и оагенерации. Парепад давлений при с1дсорбции и регенерации создают вакуумированием регенерируемого адсорбера с одновременной подачей в него 5-10% очищенного газа из другого адсорбера. Пример. К смесителю камеры сжигания подводят углеводородный гфиродный) газ, предварительно очищенный от сернистых соединений, и сжатый воздух. Расходы углеводородного газа и воздуха контролируют расходомерами и устанавливают в необходимее соотнесении , соответствую щем коэффициенту избытка воздуха ci 0,6-0,95. Подготовленную газо-воздушную смесь подают в конический диффузор камеры сжигания, где происходит ее сгорание. Зернистый слой огнеупора позволяет поддерживать температуру в верхней зоне зернистого слоя, равной 1600-1800°С, и достигнуть теплонапряженности камеры 5-10 ккал/м. Значительная поверхность контакта продуктов горения с огнеупором обеспечивает снижение температуры на выходе из камеры до 700-950 С без применения специальных охладителей. Дальнейшее снижение температуры продуктов горения происходит в водоохлаждаемой трубе, соединяющей выход камеры сжигания с конвертором окиси углерода. Концентрация кислорода в продуктах горения не превышает 0,001%, окислов азота - 0,0003%. На вход конвертора окиси углерода подают водяной пар, который смешивают с продуктги ш горения. Соотношение Пар - газ устанавливают равным 0,30,5, Парогазовую смесь при 200°С направляют в конвертор окиси углерода, заполненный катализатором. Остаточная концентрация окиси углерода в газе на выходе из конвертора составляет менее 0,005%. Одновременно в конверторе газ проходит очистку от кислорода и окислов азота, концентрации которых на выходе из конвертора не превышают соответственно 0,0003 и 0,0001%, Температура во всех зонах конвертора не превышает 250°С, После конвертора окиси углерода газ проводят через трубчатый водяной холодильник, где водяной пар конденсируют и отводят из системы. Из холодильника газ с температурой не выше +30°С подают в один из двух адсорберов системы сушки и очистки от углекислого газа. Адсорберы, заполненные цеолитом, работают попеременно в режиме адсорбции и регенерации в течение 5-10 мин,Переключение с адсорбции на регенерацию осуществляют вакуумными вентилями и управляют автоматически с помощью специального устройства. При регенерации адсорбента соответствующие вентили отключают его от рабочей линии и соединяют с вакуумным насосом. Одновременно в регенерируемый гщсорбер подают 5-10% очищенного газа. Полное давление в сщсорбере при регенерации не превышает 20 мм рт. ст. Увеличение давления приводит к значительному снижению эффективности регЪнерации, Концентрация углекислого газа на выходе системы очистки не превышает 0,005%, паров воды -0,002%. Одновременно газ очищается от окиси углерода до остаточной концентрации не более 0,001%, Для сглаживания пульсации давления при переключении адсорберов, на выходе системы очистки устанавливают ресивер. Сжигание смеси углеводородного газа с воздухо в зернистом слое огнеупора по предложенному способу обеспечивает высокую полноту сгорания. Проскок исходной горючей смеси через зернистый слой практически исключен благодаря большой поверхности контакта газа с поверхностью, нагретой до высокой температуры. Температура в верхней части зернистого слоя достигает 1600-1800с, Наличие зоны с темперавурой, близкой к адиабатической, позволяет значительно увеличить глубину регулирования производительности камеры, способствует снижению остаточной концентрации углеводородных газов, обеспечивает стабильность концентрации основных компонентов, входящих в состав продуктов горения (COjCOg, Нцг 2 Благодаря высокой температуропроводкости зернистого слоя обеспечивается интенсивное охлаждение продуктов горения, что существенно снижает габарисгы камеры и создает благоприятные условия для снижения концентрации вредных примесей.

Совместная очистка азотоводородной газовой смеси от углекислого га за и паров воды на цеолитах обеспечивает удгшение примесей до остаточных концентраций менее 0,005 об.% по СО и 0,002% по Hjp, благодаря чему существенно расширяется область применения смеси.

Формула изобретения

1. Способ получения азотоводородной газовой смеси высокотемпературной конверсией углеводородных газов при коэффициенте избытка воздуха«i 1,, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения концентрации вредных примесей в продуктах сгорания с -И повышения экономичности процесса, конверсию газовоздушной смеси ведут в слое.зернистого.огнеупорного материала при 1600-1800 С.

2. Способ по п. 1, отличающий о я тем, что в качетсве огне0упорного материала используют преимущественно корунд, муллит, хромомагнезит .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Андреев Ф.А., Каргин С.И. Технология связанного азота. М,, Химия , 1966, с. 18-62.

2.Эстрин Б.М. Производство и применение контролируемых атмосфер. М., Метанургия, 1973, с. 105-208.