Способ получения азотоводородной защитной атмосферы

 

Изобретение относится к производству азотоводородной газовой смеси, применяемой в качестве защитной атмосферы в промышленности. Сущность способа получения азотоводородной защитной атмосферы состоит в высокотемпературном сжигании углеводородных газов в слоях зернистого огнеупорного материала, объем которых увеличивают от предыдущего слоя к последующему при переменных объемных скоростях от 2500 до 250 ч^-1, начиная сжигание при больших объемных скоростях и заканчивая при меньших, при этом отношение объемной скорости к удельной поверхности каждого слоя огнеупорного материала составляет 5-9, а объем каждого последующего слоя зернистого огнеупорного материала увеличивают на 5-10% по сравнению с предыдущим. Технический результат заключается в снижении в защитной атмосфере остаточного кислорода до 0,0001% по объему. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к производству технологических газов и может быть использовано для получения азотоводородной газовой смеси, применяемой в качестве защитной атмосферы в стекольной, металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Известен способ получения защитной атмосферы сжиганием углеводородного газа на катализаторе (Эстрин Б.М. "Производство и применение контролируемых атмосфер". М.: Металлургия. - 1973. - С. 105-110).

Недостатком данного способа является большое остаточное содержание примесей, приводящее к пониженным восстановительным свойствам контролируемых атмосфер.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения контролируемой атмосферы путем высокотемпературного сжигания углеводородных газов в зернистом слое огнеупорного материала (Патент РФ 1353725, МКИ С 01 В 3/24).

Однако для производства стекла на расплаве металла данный способ не удовлетворяет требованиям к защитной атмосфере по содержанию в ней остаточного кислорода.

Недостатком способа является организация процесса высокотемпературного сжигания углеводородных газов в зернистом слое огнеупорного материала, где 60-80% объема аппарата отводится для прохождения реакций окисления и разложения углеводородов и только 20-40% объема остается для прохождения реакций гидрогенизации.

На таком коротком участке невозможно организовать плавное снижение температуры продуктов сжигания с 1700 до 600^oС, а следовательно, и глубокого протекания реакций гидрогенизации кислорода, содержание которого достигает 0,0005% по объему, что не отвечает требованиям производства стекла на расплаве металла.

В предлагаемом изобретении, снижение содержания в защитной атмосфере остаточного кислорода предлагается осуществлять путем изменения времени контакта продуктов горения с поверхностью каждого слоя зернистого огнеупорного материала, равномерно увеличивая его к завершению процесса.

В предлагаемом изобретении снижение содержания в защитной атмосфере остаточного кислорода достигается тем, что высокотемпературное сжигание углеводородных газов ведут в зернистых слоях огнеупорного материала при различных объемных скоростях прохождения их в каждом слое. Объемная скорость меняется в пределах от 250 до 2500 ч^-1, причем процесс начинают при больших объемных скоростях, и заканчивают при меньших. Регулирование объемных скоростей прохождения газа осуществляют величиной удельной поверхности и объемом слоев огнеупорной насадки. При этом в каждом слое должно соблюдаться отношение объемной скорости газа к удельной поверхности зернистого огнеупора, равное 59.

Таким образом устанавливается зависимость между объемной скоростью слоя /Vо. с/, объемом продуктов горения /Vп.г/, объемом слоя зернистого огнеупора /Vз.о/, удельной поверхностью слоя /F/ и выражается: - объемная скорость равна Vо.с=Vп.г/Vз.о, ч^-1; - объем продуктов горения зависит от производительности принятого аппарата, м³/ч; - объем слоя зернистого огнеупора зависит от конструктивных размеров аппарата, м³; - удельная поверхность слоя равна F=Vо.с/59, м²/м³.

Технология способа состоит в следующем. Смесь углеводородных газов с воздухом при коэффициенте расхода воздуха, равном 0,650,98, поступает в аппарат высокотемпературного сжигания на слой зернистого огнеупора с объемной скоростью 2500 ч^-1, при этом соблюдается отношение объемной скорости газовой смеси к удельной поверхности слоя зернистого огнеупора, равное 59. Такие условия позволяют развить температуру в слое не ниже 1600^oС, что способствует быстрому прохождению реакций окисления и разложения углеводородов на участке не более 10-15% от объема аппарата.

Для завершения реакций окисления углеводородов и прохождения реакций гидрогенизации кислорода необходимо увеличение времени контакта продуктов неполного горения с каждым последующим слоем огнеупора, т.е. снижение объемной скорости за счет увеличения объема последующего слоя огнеупора. Как правило, объем последующих слоев увеличивается на 510% от предыдущего, при этом соблюдается прежнее соотношение объемной скорости продуктов горения к удельной поверхности слоя зернистого огнеупора.

Такая организация сжигания углеводородных газов позволяет равномерно снизить температуру продуктов горения до 600^oС, что способствует снижению содержания остаточного кислорода до 0,0001% по объему.

Полученные продукты высокотемпературного неполного сжигания углеводородных газов проходят каталитическую паровую очистку от оксида углерода при 180-240^oС. После конверсии оксида углерода газовая смесь охлаждается в газовоздушных и газоводяных теплообменниках до 10^oC.

Охлажденная газовая смесь поступает в один из трех поочередно работающих адсорберов, заполненных цеолитом, для окончательной осушки и очистки от диоксида углерода.

В таблице представлены параметры, заложенные в задание на разработку аппарата высокотемпературного неполного сжигания углеводородов.

Был разработан и изготовлен аппарат производительностью 800 нм³/ч по продуктам неполного сжигания углеводородного газа, прошедший промышленную проверку. Аппарат изготовлен производительностью 800 нм³/ч по продуктам неполного сжигания углеводородного газа. Процесс сжигания начинается при объемной скорости 2500 ч^-1 и заканчивается при 250 ч^-1. Аппарат разбивается на пять зон, при этом увеличивается объем каждой последующей зоны на 5%.

В первом слое зернистого огнеупора температура достигала 1650^oС и равномерно снижалась до 580^oС. Очищенные известными способами продукты неполного сжигания от влаги, оксида и диоксида углерода позволили получить азотоводородную защитную атмосферу следующего состава, в процентах объемных: водород от 0,5 до 16,0 (в зависимости от коэффициента расхода воздуха); азот - остальное.

Содержание примесей, не более: кислорода - 0,0001, углеводородов - 0,001, что соответствует требованиям технологического регламента производства стекла способом термического формования на расплаве металла.

Формула изобретения

1. Способ получения азотоводородной защитной атмосферы высокотемпературным сжиганием углеводородных газов в присутствии зернистого огнеупорного материала с последующей очисткой продуктов сжигания от примесей, отличающийся тем, что сжигание углеводородных газов ведут в слоях зернистого огнеупорного материала, объем которых увеличивают от предыдущего слоя к последующему при переменных объемных скоростях от 2500 до 250 ч^-1, начиная сжигание при больших объемных скоростях и заканчивая при меньших.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение объемной скорости к удельной поверхности каждого слоя зернистого огнеупорного материала составляет 5-9.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что объем каждого последующего слоя зернистого огнеупорного материала увеличивают на 5-10% по сравнению с предыдущим.

РИСУНКИ

Рисунок 1