Характеристика различных методов осушки газа

 

 

 

Приспособления для сушки газа	Температура насыщении в °С	Содержание HjO в суком газе	Коли­чество удаляе­мой влаги в г/м'
от	да	в г/и*	в %
Трубчатый холодильник Холодильная установка (рефрижератор)... Адсорбер с силикагелем Адсорбер с алюмогелем	5 5	2 —40 —55	—19 35—5,6 7—0,1 7—0,016	-2,3 4,4—0,7 0,86—0,01 0,86—0,002	29,4 6,9 6,98

На рис. 133 показана конструкция установки для изготовле­ния атмосферы из аммиака ДА-ЗОС (ОК.Б-674), разработанная во ВНИИЭТО. Вся установка состоит из блоков: испарителя ам­миака с диссоциатором, сжигания, охлаждения газа и осушки. В блок испаритель-диссоциатор входят испаритель аммиака, диссоциатор и трубчатый холодильник. Испаритель представляет собой металлический сосуд высокого давления со сферическими днищами и предохранительным клапаном. Испаритель имеет змеевиковый и электрический подогреватели жидкого аммиака. Диссоциатор изготовляют в виде шахтной электропечи, футеро­ванной огнеупорным кирпичом с жароупорной ретортой, заполнен­ной катализатором. Температура контролируется и регули­руется автоматически.

Блок Сжигания состоит из камеры сжигания, системы контроля и автоматического регулирования состава газа. В камере нахо­дится катализатор горения. Водяная рубашка служит, для отвода избытка тепла от камеры.

Блок охлаждения газа состоит из трубчатого холодильника с гидравлическим затвором, камеры охлаждения с ребристыми охладителями и холодильных установок. Блок сушки состоит из двух силикагелевых осушителей и электрокалорифера для подогрева воздуха. Наружные стенки осушителя охлаждаются

 

	—.	4
!■ дд
	\
	\

Ш А

Рис. 133. Установка ДА-ЗОС (ОКБ-674) для приготовления атмосферы из

аммиака:

/ — испаритель; 2 — диссоциатор; 3 — камера сжигания; 4 — трубчатый холо­дильник; 5 — камера охлаждения; 6 — блок сушки; 7 — система регулирова­ния состава газа

водой. В электрокалорифере находится теплоизоляция и съемный электронагреватель. Ниже приведена техническая характеристика установки ДА-ЗОС

Производительность в м^а/ч.............................................. 30

Установленная мощность а кет.... 29

Рабочая температура диссоциатора в °С 650—700

Напряжение сети в в...................................................... 220/380

Состав атмосферы:

без дожигания водорода....... 75% Н_а, 25% N_a

с дожиганием водорода......................... 4—20% Н_г, 80—96% N_a

Точка росы в °С,...................................................... —40 ~- —50

Габаритные размеры в мм...................... 3400Х 3300Х 2325

Из отдельных блоков можно составлять установки; например, могут быть смонтированы следующие установки: с диссоциацией аммиака без последующего сжигания, с диссоциацией аммиака с частичным сжиганием, с сушкой или без нее, для очистки 'техни­ческого азота, для частичного сжигания водорода с сушкой или без нее. Кроме того, эти блоки могут быть использованы и для монтажа установок других типов атмосфер.

Существует адсорбент — «молекулярные сита». Такое назва­ние адсорбент имеет потому, что размер его пор приближается к размеру молекул. Если размер молекул поглощаемого вещества превышает размер пор адсорбента, то они не проходят и не погло­щаются, если же меньше, то они проникают в адсорбент и погло­щаются им.

Этот адсорбент представляет собой кристаллическое вещество, сходное с искусственно приготовленными алюмосиликатами — цеолитами. Сушка газа с помощью «молекулярных сит» может быть доведена до точки росы —70-=—80° С. Когда молекулярные сита насыщаются поглощенными веществами, их очищают путем реге­нерации при температуре 300—350° С.

Молекулярные сита могут быть использованы для избиратель­ного разделения веществ; например, можно отделить Н_аО от Н₂, СО_а от N_a или остаточный аммиак от смеси N₂ и Н₂, полученных в результате диссоциации NH₃.

При использовании молекулярных сит для сушки и разделе­ния веществ конструкции существующих установок с силикагелем или этаноламинами должны быть изменены, так как десорбция поглощенных молекулярными ситами веществ происходит при бо­лее высоких температурах, а также изменяются и другие усло­вия — нагрузка, давление, влажность и т. д.

Для приготовления контролируемой атмосферы аммиачной группы можно использовать другую схему. Обезвоженный ам­миак испаряется и смешивается с воздухом (1 часть аммиака и 3,6 части воздуха). Смесь пропускается над катализатором, и происходит следующая реакция: 4МН₃ + 30₂ —» 2N₂ + + 6Н_аО + Q (тепло). После этого газ охлаждается и осушивается до точки росы —40° С и ниже. Атмосфера состоит из 99,5—60% N_a и 0,5—40% Н_а. Эта атмосфера находит применение для нагрева

высокоуглеродистой лезвийной стали, нержавеющей стали и цветных металлов.

Для получения аналогичных контролируемых атмосфер может быть использован также азот, находящийся в баллонах. Та­кой азот обычно содержит 3—5% кислорода. Азот смеши­вается с диссоциированным и охлажденным аммиаком, после чего смесь пропускается над катализатором, способствующим реакции кислорода с водородом при комнатной температуре или продувается через медную стружку и затем осушивается до требуемой точки росы. Можно также пропускать газ через реторту с раскаленным древесным углем. В этом случае в составе атмо­сферы будет приблизительно 5% СО и остальное N_a.

Аммиачная группа атмосфер имеет следующие преимущества: с жидким аммиаком легче обращаться, чем с баллонами газа, эта группа атмосфер почти не имеет посторонних примесей; нетрудно получить диссоциацию аммиака, и газ не требует дальнейшей очистки.

К недостаткам аммиачной группы можно отнести следующее: большие затраты по сравнению с затратами, произведенными для получения других атмосфер; эти атмосферы взрывоопасны в более широком интервале температур, чем другие атмосферы, за исклю­чением атмосфер с невысоким содержанием водорода (до 15%); при содержании в атмосфере незначительного количества недиссо-циированного аммиака происходит нежелательное азотирование стали.

Древесноугольная группа. Древесноугольная группа атмосфер представляет собой генераторные газы, получаемые при пропу­скании воздуха от вентилятора через нагретый уголь в генераторе. В нижней части камеры генератора уголь сгорает и образует газо­образную смесь, состоящую из азота, двуокиси углерода и водя­ных паров. Эта реакция вызывает сильный нагрев угля в верхней части камеры. Раскаленный уголь вступает в реакцию с двуокисью углерода и превращает его в окись углерода, а водяные пары — в водород. Горячие сухие газы выходят из генератора и направ­ляются через фильтр для очистки. Древесноугольная атмосфера образуется по реакции: 2С + О_а + 3,8N_a -> 2СО + 3,8N_a.

Теоретически по этой реакции в газе должно быть 34% СО и 66% N_a. В действительности в результате наличия влаги, лету­чести древесного угля и неполного превращения двуокиси угле­рода образуется газовая смесь, содержащая, кроме СО и N_a^ СО_г, Н_а, СН₄, Н_аО и даже О_а (табл. 12).

ГГ-С (генераторный газ сухой) — наиболее простой генератор­ный газ, в который из топлива попадает сера в виде сероводорода, Очистка газа от сероводорода производится в установках с болот-: ной рудой или в скрубберах с водным раствором моноэтано-ламина. Этот газ можно применять для отпуска сталей в широком интервале температур отпуска, для нормализации малоуглероди­стой стали и при получении ковкого ферритного, чугуна.

т

Таблица 12 Примерный состав атмосфер древесНоугольвой группы в %

 

 

 

Газ	Химические состав в %	° s && н с а
СО,	со	н,	сн,	о,	Н,0	N.
ГГ-С ГГ ГГ-ВО	4-6 До 7 0,5	24—26 24-^-30 32—34	12—13 4-6 Следы	1—2 1—2	0,2-0,3	0,7—0,8 2,3 0,06	Осталь­ное То же	+2 до +4 +20 -25

ГГ (генераторный газ) можно использовать для отжига чугун­ных отливок на ковкий чугун.

ГГ-ВО (генераторный газ, полученный в генераторе с внешним обогревом) можно применять для нормализации и нагрева при за­калке углеродистой и легированной сталей без окисления и обез­углероживания и для отжига цветных металлов.

Безокислительный нагрев обеспечивается при минимальном содержании СО_а (до 0,5%); тогда смещение равновесия реакции FeO + СО ^Ц Fe -j- СО_а пойдет слева направо. Для предупрежде­ния обезуглероживания необходимо очищать газ от СО_а и затем его сушить. Такой очищенный газ обозначается ГГ-0 и приме­няется для нормализации и закалки среднеуглеродистой и леги­рованной стали. Очистка газа от СО_а производится путем про­пускания его через абсорбер ¹ (50%-ный водный раствор моноэта-ноламина), поглощающий СО_а, или через раскаленный уголь.

Раствор моноэтаноламина может быть в дальнейшем восста­новлен.' Восстановление осуществляется путем нагрева раствора до температуры 98—102" С. При этом происходит обратное выде­ление (десорбция) СО_а, после чего раствор охлаждается и может быть опять использован для поглощения СО_г. Таким образом создается замкнутый круг поглощения и выделения углекислоты.

Влажность газа также отрицательно влияет на его свойства. Чем меньше содержания в газе влаги, тем выше может быть кон­центрация углерода в стали, для которой этот газ применяется. Освобождение газа от влаги (водяных паров) производится про­мывкой его и пропусканием через холодильник и специальный поглотитель адсорбер. В результате охлаждения конденсируются водяные пары и, таким образом, происходит осушение газа от влаги. Более глубокое осушение происходит при поступлении газа в одну из двух колонок адсорбера с силикагелем, который погло­щает влагу. В другой колонке в это время восстанавливается силикагель. Восстановление силикагеля производится путем на-

¹ Абсорбция — поглощение объемом вещества (раствор этаноламинов и др.), адсорбция — поглощение поверхностью вещества (силикагель, уголь и др.).

грева его горячим воздухом, который на пути от воздуходувки проходит электронагреватель и нагревается до температуры 250—300° С.

Пары лития способствуют удалению из газа водяных паров. Металлический литий испаряется при относительно низких тем­пературах (около 370° С) и обладает способностью разлагать водя­ные пары на их составляющие — водород и кислород с поглоще­нием при этом кислорода. Реакция идет следующим образом:

2Li + Н_аО = Li_aO + H_a; 4Li + О_а = 2Li_aO.

Затем окись лития реагирует с окисью углерода и получается восстановленный литий и углекислый литий, который диссоци­ирует с образованием С0₂ и Li_aO:

2Li₂0 + СО = Li_aC0₃ + 2Li; Li_aC0₃ = Li,0-f- C0₂.

Таким образом, в процессе реакций литий регенерируется, и его расход составляет 1 г на 1 м³ газа. Практически это осуще­ствляется путем пропускания газа, прошедшего промывку и пред­варительное осушение, перед влуском в печь через литиевый испаритель. Реакции происходят при прохождении газа через испаритель, а затем продолжаются в печи.

Содержание С0₂ в газе после очистки составляет до 0,1%, влажность газа 0,03—0,04%.

Основными недостатками древесноугольных атмосфер яв­ляются: большие затраты, отсутствие подходящих средств для автоматизации контроля, простои при повторных загрузках дре­весного угля и удаления шлака, коррозия печных деталей генера­торов в высокотемпературной зоне сгорания угля. Для получения генераторного газа указанных типов применяют специальные генераторы.

В настоящее время древесноугольные газы в термических цехах машиностроительных заводов почти не применяются. В основном используют природный газ.

Экзотермическая группа. Контролируемые атмосферы, полу­ченные путем переработки природного или сжиженных углево­дородных газов, составляют экзотермическую и эндотермическую группы [37]. Для получения эндотермической атмосферы коэффи­циент избытка воздуха при сжигании исходного газа принимается а_ад= 0,25ч-0,40. Для экзотермического газа коэффициент избытка воздуха при сжигании а_ак = 0,5-ь1,0. Атмосферы с коэффициен­том избытка воздуха выше 0,85 являются невзрывоопасными. Состав экзотермических и эндотермических атмосфер в зависи­мости от коэффициента избытка воздуха при сжигании исходного газа представлен на диаграмме (рис. 134).

Экзотермические атмосферы получаются в результате проте­кания реакций, идущих с выделением тепла, и, следовательно, внешний нагрев реторты генератора не требуется. Получаемые при этом газы можно использовать без очистки от СО_а и Н_аО или без очистки от С0₂, но с осушиванием газа до точки росы от 4 до —40° С или с очисткой полученных газов от СО_а пропусканием через раствор этаноламинов и осушением силикагелем и, наконец, с очисткой от С0₂ и Н₂0 продуванием через раскаленный уголь.

%

ам=0,25-9А

^60 Ш.

30

-^-0,5-1,0

Экзотермическая группа атмосфер содержит: азота 67-—87%, окиси углерода 1,5—20%, двуокиси углерода 5—11% и водорода 1—13%. В применяемых экзотер­мических атмосферах часто встреча­ются следы метана.

у

А\

W

н,

Ш го а?

Н,0

'•$■

О

СО,

Ш-

о,

0,2 0А 0,6

1.0

Рнс. 134. Состав атмосфер, полу­чаемых при сжигании природ­ного газа в зависимости от коэф­фициента избытка воздуха

Экзотермическая атмосфера может быть богатой или бедной. Богатая атмосфера считается тогда, когда газовоздушная смесь богаче исход­ным газом, вследствие чего атмо­сфера характеризуется высоким вос­становительным действием. Такая атмосфера имеет более высокое со­держание окиси углерода и водо­рода. Бедная атмосфера содержит небольшой процент этих газов и со­ответственно более высокое содер­жание двуокиси углерода и азота. Двуокись углерода в той и другой атмосфере можно удалить путем про­пускания газов через раствор моно-

этаноламина или через раскаленный уголь. Экзотермические атмосферы наиболее экономичны из всех приготовляемых атмо­сфер. Они могут применяться для светлого отжига черных и цвет­ных металлов, для светлой нормализации и светлого отпуска, если обезуглероживание для данной стали ве существенно.

Экзотермические атмосферы имеют углеродный потенциал менее чем 0,1%. Поэтому они не пригодны для светлого отжига или закалки углеродистых и легированных сталей, для которых обез­углероживание является важным фактором. Экзотермические атмосферы не могут быть пригодны для светлого отжига нержа­веющих сталей, так как их составляющие СО_а и водяные пары окисляют; СО также окисляет хром. Для получения экзотермиче­ских атмосфер приготовляют газовоздушную смесь с коэффициен­том избытка воздуха а = 0,5-=-1,0. Однако получаемые продукты сгорания содержат высокий процент СО_а (табл. 13).

Газы ПС-06 и ПС-09 для операций термической обработки не применяются. Если газ ПС-06 подвергнуть охлаждению в рефри­жераторе до точки росы 4° С, получается сухой газ (ПСС-06).

Таблица 13 Химический состав газов

 

 

 

 

Газы	Химический состав в %	Точка росы в "С	а
со,	со	н,	н,о	СН,	N,
ПС-06 ПС-09 ПСС-06 ЛСО-06 ПСО-09	6 0,1 0,1	1—3	1—3	2,3 2.3 0,8 Т0.01 0,01	0,5 0,5 1,5	68,5 67,7 72,35 97,89— 93,89	4—40 —40	0,55-0,65 0,8—0,9 0,60,6 0,9

Такая атмосфера состоит из 98—90% N_a; 1,0—5,2% Н₂; 0,9-4,7% СО; до 0,1% СО_а; до 0,1% СН₄; следы Н₂0 (точка росы —40° С). Содержание С0₂ и Н_аО в атмосфере небольшое, поэтому в ней происходит распад окиси углерода при высоких температу­рах с образованием свободного углерода и СО_а. Углекислота реа­гирует затем с водородом и образует Н_аО и СО. Протекание этих

№

Сушка

sz.

Поглоще­ние С02

Кипение

Сжигание и охлаждение

Ni-H_rCS Дтмосяюра

моноэта-нв/ютиа

I

 

—"~ 0'лвАдещ ---------- '

Атмосфера

Газ ПСС-06 применяется для отжига малоуглеродистой стали, для цементации с добавкой богатого углеродом газа и для отпуска сталей всех марок. При очистке газа ПСС-06 от СО_а и последу­ющей более глубокой осушкой до точки росы —40° С получают газ ПСО-06.

Газ ПСО-06 применяют для отжига быстрорежущей стали, для нагрева при закалке всех марок стали, а также для газовой цементации с добавкой исходного богатого углеводородами газа.

Газ ПСО-09 применяется для многих операций термической обработки. Газ ПСО-09, состоящий главным образом из азота, очень часто используют для неокислительного нагрева. Газ ПСО-09 можно использовать для отжига стали всех марок, кроме нержавеющей, для нормализации и закалки углеродистых и леги­рованных сталей, включая и быстрорежущую, и для цементации с добавкой богатого углеводородами газа.

К экзотермической группе относятся также азотные атмосферы, которые получаются путем очистки от С0₂, а иногда также и СО и последующей осушки продуктов сжигания газовоздушной смеси с коэффициентом избытка воздуха а = 0,6-И,0.

Схема сгорания горючего газа с коэффициентом избытка воз­духа а — 0,8ч-0,9 показана на рис. 135. Получающаяся угле­кислота абсорбируется водным раствором моноэтаноламина, а во­дяные пары удаляются при понижении температуры газа до 40° С, затем влажность уменьшается при дальнейшем охлаждении до 5° G, и, наконец, окончательная сушка газа до требуемой точки росы происходит в адсорбере с алюмогелем или другим адсор­бентом.

Особенностью этой схемы является то, что для восстановления раствора моноэтаноламина не требуется внешнего источника тепла, его нагрев и восстановление происходят за счет тепла, выделяемого при сжигании газа. Эта атмосфера предохраняет сталь от окисления при нагреве до ковочных температур и ней­тральна к углероду стали в широком интервале температур.

Рис. 135. Схема приготовления атмосферы типа ПСО-09: а — с содержанием 0,9—4.7% СО; 6 — с содержанием до 0,1% СО

реакций вызывает выделение небольшого количества сажи и повы­шение точки росы. Эти реакции происходят при средних темпера­турах (400—800° С).

В том случае, когда нежелательно присутствие окиси углерода (например, для отжига тонких листов из малоуглеродистой стали), контролируемую атмосферу приготовляют по схеме, показанной на рис. 135, б. В этом случае горючий газ также подвергается неполному сжиганию. Образующаяся углекислота поглощается раствором моноэтаноламина в первом скруббере, потом газ насы­щается водой и нагревается вместе с паром, который составляет половинный объем газа. После этого газ пропускается через ката­лизатор (ок ись железа) для обеспечения следующей реакции:

СО + Н_аО->СО_а + Н,.

Затем смесь газов, полученных в результате реакций, охла­ждается до температуры 40° С. Полученная углекислота погло­щается во втором скруббере с раствором этаноламина, после чего следует сушка газа до требуемой точки росы. Состав получаемого газа: 98—85% Н₂; 1,8-14,8% Н_а; до 0,1% СО; до 0,1% СО,; следы СН₄; Н_аО (точка росы —40° С).

Генераторы экзотермического типа работают по следующей схеме: получают газовоздушную смесь, которая поступает в ка--

Рис. 136. Технологическая схема установок для приготовления экзотермической

атмосферы:

/ _ газодувка; 2 — регулятор нулевого давления; Зяб — краны; 4—5 — ротаметры; 7 — воздушный фильтр; S — вентиль с электромагнитным приводом; 9 — регулятор давления; 10 — смеситель; I! — пламегаситель; 12 — запальник; 13 — камера сжига­ния; 14 — холодильник; 15 — напоромер; 16 — каплеотделитель; П — поплавковая

камера

меру сжигания с катализатором или без него, затем в первичный холодильник и рефрижератор-осушитель. Технологическая схема установок для приготовления экзотермических атмосфер представ­лена на рис. 136. Принцип работы установок экзотермического типа заключается в том, что газовоздушная смесь сжигается в генераторе с определенным соотношением воздуха и газа. Эти реакции горения сопровождаются выделением тепла и протекают в генераторе без внешнего подогрева. В отдельных конструкциях установок для ускорения протекания реакций в камерах сжи­гания помещают керамические плитки или чугунный скрап или никель. Соотношение воздуха и газа в экзотермическом генераторе может быть высоким, например 8—9, в результате чего получаются нейтральные и инертные азотные атмосферы типа ПСО-09 и др., соотношение воздуха и газа может быть и низким, например 5—6, тогда получаются атмосферы типа ПС-06, ПСО-06, ПСС-06 и др.

Современные экзотермические генераторы имеют охлаждаемую водой камеру сжигания. Точка росы получаемых атмосфер 4 С соответствует содержанию влаги 0,8% (по объему). Иногда уста­новки снабжают дополнительными осушителями с понижением точки росы до —40° С и содержанием влаги 0,01%.

Во ВНИИЭТО разработано четыре вида установок для получе­ния экзотермических атмосфер: ЭК-8-0, ЭК-60, ЭК-125-0, ЭК-125 (цифры обозначают производительность установок в м³/ч). Уста­новка ЭК-60 (рис. 137) состоит из блоков сжигания, смесительно-пропорционирующеи системы и блока для очистки и сушки газа.

В блок сжигания входит футерованная камера сжигания с водоохлаждаемым кожухом и противоточный трубчатый холо­дильник с гидравлическим затвором. В камере установлены го­релки для сжигания газовоздушной смеси, приспособления для наблюдения за процессом горения и термопары для контроля тем­пературы. Рабочая температура камеры сжигания 1000—1100° С.

Смесительно-пропорционирующая система состоит из регуля­тора нулевого давления и прибора для измерения расходов газа и воздуха. В блок очистки и сушки входят емкости с цеолитами, в которых происходит поглощение СО_а и Н₂0. Емкости работают поочередно и продуваются горячим воздухом. В некоторых уста­новках в одних и тех же емкостях совмещена сушка силика-гелем и очистка от СО_а цеолитами.

Эндотермические атмосферы. Эндотермические атмосферы по­лучают в результате реакций, происходящих с поглощением тепла или же с выделением недостаточного тепла для развития этих реакций. Таким образом, для получения эндотермических атмо­сфер необходим внешний подогрев реторты до температуры 1000— 1200° С, в которой протекают реакции. Для ускорения реакций в реторту помещают катализатор.

Эндотермическая атмосфера может быть использована почти для всех термических и химико-термических операций, причем состав атмосферы удобно регулировать по точке росы. При­мером может служить атмосфера, имеющая следующий состав: 20% СО, 40% Н_а и 40% N_a с незначительным количеством СН₄, СО_г и Н_гО. Природный газ состоит в основном из метана. Если этот газ подвергнуть полному сжиганию, то получим смесь газов, состоящих из СО_а, Н_аО и N₂, обезуглероживающих сталь и не­пригодных для контролируемой атмосферы: СН₄ + 2 (О_а + + 3,8N_a) = С0₄ 4- 2Н_гО -+- 7,6N₂, но если газ сжигать с коэф­фициентом избытка воздуха, равным 0,25, то получим в составе продуктов горения газы-восстановители СО и Н_а: СН₄ + + 1/2 <О_а + 3,8N_a) = СО + 2Н_а + 1.9N,.

Такой состав газов может быть использован в качестве кон­тролируемой атмосферы (20% СО, 41% Н_а и 39% N_a). Эта атмо­сфера является слабо науглероживающей. Для того чтобы атмо­сфера была нейтральной, следует увеличить коэффициент избытка воздуха при сжигании металла, т. е. принять а > 0,25. Тогда

в продуктах сжигания может образоваться С0₂ и остаться в не­большом количестве СН₄. Регулируя коэффициент избытка воз­духа, можно получить атмосферу, с заданным углеродным потен­циалом, т. е. с различной интенсивностью науглероживания, или нейтральную, или обезуглероживающую. Практически регулиро­вание углеродного потенциала можно производить по влажности, определяемой точкой росы газа, так как определенному содержа­нию С0₂ соответствует определенное количество влаги (СО_й + + Н₂ - СО + Н,0).

Анализ

Выход готовой ffJL атмосферы

Вход газа.? 3

2S 22

Рис. 138. Типовая схема получения эндотермической атмосферы, разработанная

ВНИИЭТО:

/ — регулятор давления; 2 — кран; 3 — вентиль с электромагнитный приводом; 4 — камера для очистки серы; S и 10 — холодильники; 6 — регулятор нуленого^давлення; 7 — смеснтально-пропорционнрующий клапан; S — верхние холодильник реторты; 9 и 12 — ротаметры; II — измеритель влажности; 13 — фильтр; 14 и 16 — тягонапоро-меры; IS — водяной затвор; 17 — нижнее уплотнение реторты; 18 — воздушный фильтр; 19 — газогенератор; 20 — регулирующий край; 21 — исполнительный механизм; 22 — заслонка; 23 — регулятор давления смеси; 24 — гаэодувка

Для придания этому газу науглероживающих свойств и по­лучения углерода'Гв поверхностном слое стали 0,75—0,85% С нужно в эту атмосферу добавить 10—15% природного газа (угле­водородов) или 3—8% сжиженной пропанобутановой смеси.

Для газового цианирования с содержанием углерода в поверх­ностном слое приблизительно 0,5% к этой эндотермической атмо­сфере добавляют 5% СН₄ и 5—20% NH_B (точка росы 5° С).

Типовая схема получения эндотермической атмосферы пред­ставлена на рис. 138. После прохождения исходного газа через регулятор давления (давление газа 400—500 мм вод. ст.) газ по­ступает в камеру, в которой происходит очистка атмосферы от серных соединений при температуре 30—50° С. В трубчатом холо­дильнике газ охлаждается и смешивается с воздухом. Газовоздущ-ная смесь направляется в реторту генератора. Образование эндо-газа происходит в присутствии катализатора при температуре 1050° С. В качестве катализатора используют катализатор ГИАП-3. Для повышения стойкости катализатора в нижнюю часть реторты

J 5 с. Л. Рустеи 225

на высоте 250—300 мм загружают высокоглиноземистый кирпич (бой кирпича) или корунд, пропитанный раствором азотнокислого никеля.

Генератор эндотермического типа состоит из двух точных до­зирующих устройств для воздуха и газа, насоса для подачи смеси в реторту, наполненную углем или каким-либо катализатором, и камеры для нагрева реторты. Во многих установках газ по вы­ходе из реторты быстро охлаждается. В реторте протекают эндо­термические реакции (с поглодением тепла). Для протекания этих реакций необходимо реторту подогревать снаружи. Каче­ство атмосферы эндотермического типа зависит от: соотноше­ния воздуха и газа, температуры, времени, в течение которого газ проходит через реторту с катализатором, и активности ката­лизатора.

Во ВНИИЭТО разработаны установки для получения эндо­термических атмосфер: ЭН-16, ЭН-30, ЭН-60, ЭН-60Г, ЭН-125и ЭН-250Г (цифры показывают производительность установки в м³/ч, буква Г обозначает газовый обогрев генератора). Конструкция установки ЭН-30 (ОКБ-724) показана на рис. 139. Эти установка состоят из блоков для очистки серных соединений, системы сме­шения и пропорционирования, генератора, автоматического регу­лирования влажности атмосферы и предохранительных устройств с блокировкой.

Блок для очистки от серных соединений состоит из камеры и трубчатого холодильника. Камера очистки представляет собой шахтную электропечь. Внутри камеры находится реторта с серо-погдотителем ГИАП-10. Нагрев реторты происходит с помощью нагревательных элементов, расположенных в специальных ша­мотных кольцах. Температура камеры контролируется автома­тически хромель-копелевой термопарой. После этой камеры газ поступает в трубчатый холодильник для охлаждения. Блок си­стемы смешения и пропорционирования состоит из газодувки, сме­сителя, регулятора нулевого давления и приборов для измерения расхода газа и воздуха. Газодувка обеспечивает подачу газовоз­душной смеси в генератор под давлением около 2000 мм вод. ст.

Блок генератора состоит из генератора, трубчатого холодиль­ника противоточного типа и фильтра очистки газа. Генератор представляет собой шахтную печь с жаростойкой ретортой, за­полненной катализатором ГИАП-3. Кожух генератора изготовляют из листовой и профильной стали. Футеровка состоит из огнеупор­ного кирпича и теплоизоляции. Нагревательные элементы имеют зигзагообразную форму и изготовлены из проволоки сплава ЭИ 652. Реторта генератора изготовляется из литой трубы спл'ава,-Х18Н35Л с толщиной стенки реторты 15 мм. Верхняя часть гене­ратора охлаждается водой. Температура в генераторе измеряется термопарами типа ТПП-2. Регулирование температуры осуще­ствляется автоматически. Эндотермические генераторы могут вы­полняться и с газовым обогревом.

Блок системы автоматического регулирования влажности поз­воляет поддерживать требуемое содержание водяного пара в атмо­сфере. Б соответствие с этим регулируется и состав эндогаза. Это производится следующим образом (рис. 140). При отклонении влажности готовой атмосферы от заданного значения чувствитель­ный элемент датчика автоматического измерителя влажности дает команду исполнительному механизму, соединенному тягой с ре­гулирующим краном, увеличить или уменьшить подачу воздуха в газовоздушную смесь, направляемую в генератор. Автомати­ческий регулятор влажности в этой схеме состоит из датчика

с термостатом и измери

1.

*

Газвввздушная смесь В генератор

I

l

lib

}

I Выход зндо-

IF

J газа В свечу

'3 Ф 5

>ч I

тельного прибора. По­
следний представляет
собой электронный мост
постоянного тока, а чув­
ствительный элемент
датчика — пластинку
из микропористого 'эбо­
нита с разветвленной
поверхностью токо-.

Рис. 140. Схема автоматического регулирова­ния состава эндогаза по точке росы: / — регулирующий кран; 2 — исполнительный меха­низм; 3 — изодромный регулятор; 4 — блок измери­тельного прибора; 5 — блок датчика

съема. При изменении влажности атмосферы меняется сопротивление микропористого эбони­та.

Блок предохрани­тельных устройств и блокировки предусматривает гашение пламени и перекрытие ' трубопровода в случае распространения пламени из генератора в линии газовоздушной смеси. Для этого перед генератором на трубопроводе устанавливается пламенная заслонка, имеющая пламегаситель, обратный клапан и тепловую защиту от обратного распространения пламени.' При нагреве биметаллических пла­стинок до температуры 90°-С клапан перекрывает линию и выклю­чает газодувку. На линии, подающей исходный газ, установлен электромагнитный клапан, сблокированный сгазодувкой. Приоста­новке газодувки клапан перекрывает подачу исходного газа. Для поддержания давления исходного газа и готовой атмосферы на тру­бопроводах устанавливают автоматические регуляторы давления. Эндотермический газ используется для газовой цементации и нитроцементации. При цементации к эндогазу перед вводом в печь добавляется исходный сырой городской газ. Для нитроцементации, кроме того, добавляется аммиак.

Метод получения универсальной эндотермической атмосферы разработан в НИИТАвтопроме [13]. Там же были разработаны установки для промышленного применения эндотермической атмо­сферы (четырехретортные и одноретортные генераторы разной про­изводительности),

Экзо-, эндогруппа. К этой группе атмосфер относятся газы, которые сначала сжигаются с коэффициентом избытка воздуха а = 0,9-5-1,0 по экзотермической реакции, а затем пропускаются через реторту с раскаленным древесным углем, при температуре 1000—1200° С, где происходят эндотермические реакции С0₂ + + С —* 2СО и Н₂0 + С —< СО + Н₃. Примером могут быть газы ПС-Э и ПСС-Э (продукты сжигания углеводородных газов или генераторного газа) с последующей очисткой. Химический состав этих газов приведен в табл. 14.

Таблица 14 Химический состав газов

 

 

 

Газ	Химический состав в %	Точка росы в "С
СО,	со	н,	Н,0	N,
ПС-Э ПСС-Э	0,5 0,2	30 20		0,25 0,06	51,7 74,74	—10 —24

Газ ПС-Э применяется при нагреве для закалки углеродистых и легированных сталей, кроме быстрорежущей, для отжига средне-и высокоуглеродистых сталей и для цементации с добавкой бога­того газа.

Газ ПСС-Э (продукты