Способ получения контролируемой атмосферы Советский патент 1982 года по МПК C01B3/32 C21D1/74 

Изобретение относится к химической технологии, в основном к способам получения восстановительных атмосфер, используемых в металлургии и машиностроении при термической обработке металлов.

Известен способ получения контролируемой атмосферы путем неполного сжигания металла в воздухе при коэффициенте расхода воздуха меньше единицы 1J.

Недостатком известного способа является высокое остаточное содержание двуокиси углерода и воды ,в готовой атмосфере.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения контролируемой атмосферы, включающий неполное сжигание углеводородов с коэффициентом расхода воздуха 0,5-0,98, каталитическую очистку продуктов сжигания от кислорода и охлаисдёние полученной атмосферы до 20-30°С 2}.

Недостатком этого способа является повышенное содержание двуокиси углерода (до 12 об.%) и воды до влагосодержания, соответствующего точке росы при 20-30°С, что существенно

ухудшает качество контролируемой атмосферы.

Цель изобретения - снижение остаточного содержания двуокиси углерода и воды в готовой атмосфере.

Поставленная цель достигается согласно способу получения контролируемой атмосферы, включающему неполное сжигание углеводородов с коэффициен10том расхода воздуха 0,5-0,95, каталитическую очистку продуктов сжигания от кислорода и ох.паждение полученной атмосферы до 20-30 С, процесс сжигания ведут при коэффициенте расхода

15 воздуха 0,25-0,5 и продукты сжигания подвергают предварительному охлаждению, после чего часть их смешивают с азотом, содержащим до 1 об.% кислорода, направляют полученную смесь

20 на каталитическую очистку от кислорода/ а затем их смешивают с оставшейся частью продуктов сгорания и полученную смесь направляют на стадию охлаждения.

25

Кроме того, отношение объема продуктов сгорания к объему азота составляет (1:1)-(1:20).

При этом предварительное- охлгшдение продуктов сгорания осуществляют до 100-900°С. Предлагаемый способ позволяет снизить содержание двуокиси углерода в готовой атмосфере до 0,005-3,0%,т.е в 1000 раз и содержание влаги с 19-3 до 0,3 г/м, т.е. в 100 раз. Пример 1. Требуется получит 100 контролируемой атмосферы, ,содержащей, %; СО 10, Нд. 20; Nj. ос тальное.. Содержание примесей не долж но превьанать %: СН 0,2; COi ОД, а содержание влаги должно соответствовать точке росы при температуре не выше . Исходное сырье природный газ, содержащий, %: СН 92,3 (, 0,7; С.НйО,5; С4Що 0,5,,2; N3. 5,3; HjO 0,5. 9,8 природного газа под давлением 300 мм вод.ст. поступают в га ,эодувку, куда одновременно засасывается 23,5 MV4 атмосферного воздуха Образовавшаяся смесь нагнетается под давлением 700 NM вод.ст. в обогрева емый слой катализатора, в присутствии которого при 1050 С происходит ее сгорание (конверсия природного га за с кислородом воздуха) с коэффициентом расхода воздуха.0,25. Образевавшиеся 50 продуктов сгорания содержат, %: СО 20; Н 40; COjL 0,1; СН 0,2; 0,6; N остальное. При температуре И давлении 200 мм вод.ст. они поступают на охлаждение до 300°С. Часть охлажденных продукто сгорания в количестве 25 смешивают с 50 азота, который получа ют путем разделения воздуха. Азот содержит 0,02% О. Образовавшуюся смесь при направляют на каталитическую очистку от кислорода в слой палладиевого катализатора. Выходящую из слоя катализатора и очищенную от кислорода смесь смешивают с остальными 25 MV4 охлажденными продуктами сгорания, после, чего новую смесь окончательно охлаждают водой до . Температуру в слое катализатора регулируют изменеHJ ем расхода двух охлажденных до 300 С потоков продуктов сгорания по иМпуль су, поступающему от термопары, размещенной в слое катализатора. Таким образом, на выходе из охладителя получают 100 MV4 контролируемой атмос феры, содержащей, %: СО 10; Nj остальное. При этом количество примесей составляет, %: СО,,05; СН 0,1; H, 0,3 (точка росы-б С) . Полученная атмосфера близка по своему составу контролируемой атмосфере богатого экзогаза, очищенного от COj и На.0. Для приготовления экзотермической контролируемой атмосферы такого же состава расходуется 17 ПРИРОДНО ГОгаза, а в данном поимеое расходуется 9,8 природного газа. Таким образом, расход дефицитного углеводо родного газа сокращается в 1,7 раза. Экзотермическая контролируемая aTMbd фара, содержащая 10% СО и не прошедшая специальной очисч ки, содержит,%: СО 5 и 3 (точка росы ), а в данном примере в готовой контролируемой атмосфере содержится, %: СО 0,05 и HfO 0,3 (точка росы -8°С) Таким образом, качество готовой атмосферы улучшено по содержанию СОг в 100 раз, а по содержанию влаги - в 1О раз. При м е р 2. Требуется получить 100 м /ч контролируемой атмосферы, содержащей, %: СО 4 ,- Н ,j 8 , М;1 остальное. Содержание примесей не должно превышать, %: СО 0,1; СН 0,05 0,007 (точка росы -45°С). Исходное сырье природный газ (состав приведен в примере 1). 3,8 м/ч природного газа под дав лением 200 мм вод.ст. поступают в газодувку вместе с 10 воздуха. Образовавшуются смесь под давлением 1000 мм вод.ст. нагнетают в нагретый до слой катализатора, в присутствии которого протекает реакция конверсии углеводородного газа кислородом воздуха. Коэффициент расхода воздуха 0,27. Образовавшиеся 20 м/ч продуктов сгорания (конверсии) содержат, %: СО 20; соз, о,,2 1, N остальное. С температурой 1070С и давлением 300 мм вод.ст; их подают на охлаждение до . 16 охлажденных„продуктов сгорания смешивают с 80 м /ч азота, полученного разделением воздуха. Азот содержит 0,1% 0-2.. Полученную смесь при 110 С направляют в, слой палладиевого катализатора для Ьчистки от кислорода. В очищенную смесь добавляют оставшиеся 4 MV4 продуктов сгорания, после чего смесь поступает на окончательное охлаждение до . Регулируют температуру катализатора изменением соотношения двух расходов охлажденных до продуктов сгорания. Уменьшая расход основного потока (16 м /ч), понижают температуру слоя катализатора, а увеличивая этот расход - повышают температуру катализатора. Охлажденную до газовую смесь направляют в слой силикагеля, где при комнатной температуре она осушается до остаточного содержания влаги 0,004% (точка росы ). На выходе . из слоя силикагеля 100 м/ч готовой контролируемой атмосферы получают состав, % : СО 4/ ,06) СН. 0,04; 0,004; N2 остальное. . В полученной готовой атмосфере сокращен расход дефицитного углеводородного газа с 14 до 3,8 м/ч, т.е в раза (14 природного газа расходуется для получения 100 экзотермической контролируемой атмосферы, содержащей 4% СО). Качество готовой контролируемой ат- . мосферы также улучшено по содержанию COj,.,. которое снижено с 8 до 0,06%, т.е. в 133 раза (8% СО, содержится в экзогазе с 4% со). Кроме того, количество влаги, поступакхдей на осушку в .cjioa силикагеля, составляет 0,2% по с-равй иию с 4,37%, содержащимися в экзогазе, что позволяет резко сократить и удешевить узел-адсорбционной осушки газа на силикагеле. Пример 3. Требуется получитьЮО мV4 контролируемой атмосферы, содержащей, %: СО 1,,6; N-i остальное, при содержании примесей, не превышающем, %: СО. 0,0001; СН. 0,02; 0,001. исходный углеводородный газ того же состава,что и в предыдущих примерах. 1,62 природного газа под давлением 400 мм вод.ст. поступают в газодувку вместе с 4,63 м/ч атмосферного воздуха Образовавшуюся смесь под давлением 800 мм вод.ст. нагнетают в нагретый до слой катализатора, на котором углеводородный газ конвертируют кислородом воздуха с коэффициентом расхода последнего 0,3. Образов шиеся продукты сгорания (конверсии) в количестве 9 MV4 содержат, %: СО 20,- Hi 40; СО 0,5-, СН 0,2; N2 остальное. При температ ре 1030 С и давлении 400 мм вод.ст. их подают на охлаждение до 9SOc. 5 мЗ/ч охлажденных продуктов сгорания смешивают с 94 азота, полу ченного разделением воздуха и содер жащего 1% 0. Полученную смесь при направляют в слой палладиевого катализатора, где происходит -очистк от Кислорода. При этом происходит связывание 1 мV4 кислорода 2-мя м/ водорода. В результате остается 96 смеси. Очищенной от кислоро да. Температура в слое изменяется о (на входе в катализатор ) до 20.0-220°С (на выходе из слоя катгши затора) за сЧет. экзотермичности реакции связывания кислорода. В очищенную смесь добавляют оставшиеся 4 муч, охлажденных до 900°С продук том сгорания, после чего смесь пост пает на окончательное, охлаждение до . Как -и в предыдущих примерах температуру в слое катализатора рег лируют, меняя соотношение расходов двух потоков охлаходенных продуктов сгорания (5 и 4 м/ч) .. Охлажденную до смесь направляют в слой син тетических цеолитов, где ее осушают и очищают от двуокиси углерода. Остаточное содержание влаги после слоя цеолитов соответствует точке росы при -60°С (0,001%} , а С02. 0,0001%. Готовая контролируемая атмосфера имеет состав,%: СО 1,8;. Hft. 3,6; CO-i. 0,001; СН4 0,018; Нг.0 0,001, N остальное. . В полученной готовой атмосфере сокращен расход дефицитного углеводородного газа с 11 м/ч (в экзогазе с 1,8% СО) до 1,62 , т.е. в 6,8 раза. Улучшено качество контролируемой атмосферы. За счет снижения содержания СО перед цеолитовой ОЧИСТКОЙ (с 10% в зкзогазе до 0,044%) . остаточное содержание COj. в готовой контролируемой атмосфере снижено с 0,001% СО2.(в экзогазе) до 0,0001% Си,, т.е. в 10 раз.. Пример 4. Требуется получить 100 м УЧ контролируемой атмосферы, содержащей, %; СО 0,01/ Н. 2; Ni остальное, при содержании примесей не более,%: СО 0,005;СН 0,01 . Н/2.0 0,9. Исходный углеводородный газ того же состава, что и в примере 1, 0,98 м /ч природного газа под давлением 250 мм вод.ст. поступают в газодувку вместе с 2,35 м/ч воздуха. Образовавшуюся смесь под давлением 700 мм вод.ст. подают в нагретый до 1050 С слой катализатора, на котором природный газ конвертируется кислородом воздуха с коэффициентом расхода последнего 0,25. Продукты конверсии в количестве 5 содержат, %; СО 2о; 1)2. 4о; со.,, o,i,- сн о,2; . Н, 0,6; N-i остальное. С температурой 1050°С и давлением 350 мм вод.ст. они поступают на охлаждение до , 4 м /ч охлажденных продуктов сгорания смешивают со 102 азота, полученного путем разделения воздуха и содержащего 2% О-з.. Полученную смесь с температурой предварительно охлаждают до 20°С, затем подают на трехступенчатую каталитическую очистку от кислорода с промежуточным охлаждением между ступенями. Охлаждение ведут таким образом, чтобы температура катализатора не превышала 200с. Очищенную от кислорода смесь в количестве 99 MV4 соединяют с оставшимся 1 . охлажденных продуктов сго« рания и направляют на окончательное охлаждение до 20°С, после чего ее подают на осушку холодом, используя в качестве хладоагента фреон. осуществляют до остаточного содержания влаги, соответствующего температуре точки росы (0,86%J. На выходе из осушителя получается 101 контролируемой атмосферы давлением 200 мм вод.ст. и содержащей, %: СО i; Hj. 2; со.; 0,005; сн4 o,oi и 0,86. После .этого контролируемую атмосферу направляют в слой цеолитов СаА-5, где при -15 С ее очищают от окиси углерода, получая 100 MV4 готовой контролируемой ат-. мосферы, содержащей 0,01% СО, при этом сокращен расход природного газа с 10 до 0,98 , т.е. в 10 раз. Улучшено качество готовой контролируемой атмосферы: снижено с.одержание

СО о 11% (в экэогазе) до 0,00,5%, т.е. более, чем на три порядка.

Пример 5. Условия и требова ния соответствуют примеру 1. Отличие осуществления способа по примеру 5 от примера 1 заключается в том, что 50 продуктов сгорания охлаждают до и смешивают их с 50 м /ч азота, а обр зовавшуюся смесь с температурой подают в слой катализатора. Количество и состав готовой контролируемой атмосферы соответствуют примеру 1.

Внедрение предлагаемого изобрете-. ния в промышленность позволяет получить Значительный экономически.эффект за счет улучшения качества готовой контролируемой атмосферы.

изобретения 20

1. Способ получения контролируемой атмосферы, включающий неполное сжигание углеводородов с коэффициентом расхода воздуха 6,5-0,95, каталити- ческую очистку продуктов сжигания от кислорода и охлаждение полученной атмосферы до 20-30с, отличающийся тем, что, с целью снижения 5статочного содержания двуокиси углерода и воды в i готовой атмосфере, процесс сжигания ведут при ко-г эффициенте расхода воздуха 0,25-0,5 и продукты сжигания подвергают предварительному охлаждению, после чего часть их смешивают с .азотом, содержащим до 1 об.% кислорода, направляют полученную смесь на каталитическую очистку от кислорода, а затем их смешивают с оставшейся частью продуктов сгорания и полученную смесь направляют на стадию охлаждения.

2.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что отношение объема продуктов сгорания к объему азота составляет (l:20.

3.Способ по ПП.1 и 2, о т л и чающ. ийся тем, что предварительное охла)адение продуктов сгорания осуществляют до температуры 100-900с

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 260671, кл. С 21 Т) 1/74, 1970.

2.Васильев С.З. и др. Установки экзогаза. М., Энергия, 1977, с.1115 (прототигр.