Способ получения азотноводородной газовой смеси

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОУСКОМУ С ВТИЛЬСТВУ Сфез Сфветскнк Социалистлчесннк Реслублнк(51)М. Кл. С 01 В 3/02 Государствеииый комитет СССР ио деаам изобретеиий и открытий(71 Заявите тральное производственно-техническое пре фЦентроэнергочермет 4) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТОВОДОРОДНОЙ 1 АЭОВОЙ СЕСИ 2).ь 1Изобретение относится к производству технологических газов и может бытьиспользовано при получении аэотоводородной газовой смеси, применяемойв качестве защитной и восстановитель"ной атмосферы в металлургии и в дру"гих отраслях промышленности,Известны способы получения аэотоводородных газовых смесей неполнымсжиганием аммиана и смешением раздельно получаемых электролиткческого водорода и технического азота (1),Укаэанные способы отличаются сложностью технологии, значительнымиэнергоэатратами и высокой стоимостью 15продукта.Наиболее близким к описываемомуизобретению по технической сущностии достигаемому результату являетсяспособ получения азотоводородной газовой смеси каталитической высоко- .температурной конверсией углеводородных газов при коэффициенте избытка воздуха 6.с 1 с последующей каталитической очистной продуктов конвер 25сии от окиси углерода и абсорбционной очисткой от других примесей вслое цеолитов, Сжигание углеводородов при этом производят при 9001000 С. В качестве катализатора ис- . 2пользуют никель, нанесенный на гранулированный носитель-глиноземУказанный способ связан с испол зованием катализаторов конверсии углеводородных газов, что огРаничивает возможность изменения производительности камеры каталитического сжигания в широких пределах. Допустимый температурный предел работы катализаторов (1200-1300 С) не позволяет получать смеси с низким .содержанием водорода и изменять его в значительных пределах. Сравнительно низкие температуры конверскк приводят н высокой концентрации вредных примесей в продуктах конверсии. Целью изобретения является уменьшение концентрации примесей, расширение пределов регулирования содержания водорода в азотоводородной смеси, а также повышение экономич ности процесса. Цель достигается описываемым способом получения аэотоводородной газовой смеси высокотемпературной конверсией углеводородных газов при коэффициенте избытка воздуха д,с 1 в слое зернистого огнеупорного материала прк 1600-1800 С. При этом в качестве огнеупорного ма 863511чего продукты горения проходят каталитериала используют преимущественно корунд, муллит, хромомагнезит.Технология способа состоит в сле" дующем.Смесь углеводородного сырья с воздухом при коэффициенте избытка воздуха 0,6-0,95 сжигают в зернистом слое огнеупорного материала, после тическую очистку от окиси углеродана низкотемпературном катализатореконверсии и совместную очистку отуглекислого газа и паров воды н стационарном слое цеолитов. В качествеогнеупорного материала, образующегозернистый слой, используют термостабильные окислы, например, корунд,муллит, периклаз, хромомагнезит, ввиде шарообразных гранул размером0,05-0,1 от диаметра камеры сжиганияи пористостью не более 30. Указанный предел н размерах гранул обеснечивает необходимую эффективность прохождения реакции гидрогениэации вредных примесей. Длк придания стойкости огнеупорного слоя и восстановительной атмосфере в используемые окислы вводят окись железа и двуокись кремния н количестве 0,12-0,15 вес. и 0,4- 0,5 нес соответственно. Регенерацию цеолитон при совместной очистке г у. екислого газа и паров воды . ронсдят беэ нагрена путем создания перепада давлений при адсорбции и ,гс-:нерации,Перепад давлений при адсорбции и регенерации создают вакуумиронанием регенерируемого адсорбера с одновременной подачей н него 5-10 очищенного газа иэ другого адсорбера.П р и м е р 1. К смесителю камеры сжигания подводят углеводородный ,природный) гаэ, предварительно очищенный от сернистых соединений, иосжатый ноэдух. Расходы углеводородного газа и воздуха контролируют расходомерами и устанавливают в необходимом соотношении, соответствующем коэффициенту избытка воздухац,=0,6-0,95. Подготовленную газо-воздушную смесь подают н конический диффуэор камеры сжигания, где происходит ее сгорание. Зернистый слой огнеупора позволяет поддерживать температуру н верхней зоне зернистого слоя, равной 1600-1800 С, и достигнуть тепло- напряженности камеры 5 10 ккал/м, Значительная поверхность контакта продуктов горения с огнеупором обеспечивает снижение температуры на выходе иэ камеры до 700-950 С без приоменения специальных охладителей.Дальнейшее снижение температуры продуктов горения происходит в водоохлаждаемой трубе, соединяющей выход камеры сжигания с конвертором окиси углерода. Концентрация кислорода в 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 65 продуктах горения не превышает 0,001, окислов азота - 0,0003.На вход конвертора окиси углерода подают водяной пар, который смешивают с продуктами горенияСоотношение пар - гаэ устанавливают равным 0,3- 0,5. Парогаэовую смесь при 200 С направляют в конвертор окиси углерода, заполненный катализатором. Остаточная концентрация окиси углерода в газе на выходе иэ конвертора составляет менее 0,005. Одновременно н конверторе газ проходит очистку от кислорода и окислов азота, концентрации которых на выходе иэ конвертора не превышают соответственно 00003 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 н один из двух адсорберон системы сушки и очистки от углекислого газа. Адсорберы, заполненные цеолитом, работают попеременно в режиме адсорбции и регенерации н течение 5-10 мин .Переключение с адсорбции на регенерацию осуществляют вакуумными вентилями и управляют автоматически с помощью специального устройства. При регенерации адсорбента соотнетстнующие вентили отключают его от рабочей линии и соединяют с вакуумным насосом. Одновременно в регенерируемый адсорбер подают 5-10 очищенного газа. Полное давление в адсорбере при регенерации не превышает 20 мм рт, ст. Увеличение давления приводит к значительному снижению эффективности регенерации. 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 воздухси 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 1600-1800 С. Наличие зоны с температурой, близкой к адиабатической, позволяет значительно увеличить глубину регулирования производительности камеры, способствует снижению остаточной концентрации углеводородных газов, обеспечивает стабильность концентра"863511 Формула изобретения Составитель М. СавельеваТехред А, Савка Корректор В. Бутяга Редактор Т. Девятко Тираж 508 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5Заказ 7684/33 Филиал ППП Патентф, г. ужгород, ул. Проектная, 4 ции основных компонентов, входящих в состав продуктов горения (СО,СО Н, Н), Благодаря высокой температуропроводьэсти зернистого слоя обеспечивается интенсивное охлаждение продуктов горения, что существенно снижает габарнаы камеры и создает благоприятные условия для снижения концентрации вредных примесей.Совместная очистка азотоводородной газовой смеси от углекислого газа и паров воды на. цеолитах обеспечивает удаление примесей до остаточных концентраций менее 0,005 об.Ъ по СО 1 и 0,002 по НО, благодаря чему существенно расширяется область применения смеси.15 1. Способ получения азотоводородной газовой смеси высокотемпературной конверсией углеводородных газовпри коэффициенте избытка воздуха1о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью уменьшения концентрации вредных примесей в продуктах сгорания.и повьиаения экономичности процесса,конверсию газовоэдушной смеси ведутв слое,зернистого.огнеупорного материала при 1600-1800 С,2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й я тем, что в качетсве огнеупорного материала используют преимущественно корунд, муллит, хромомагнеэит. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Андреев Ф.А., Каргин С.И. Технология связанного азота. М., Хиьвяеф, 1966, с. 18-62.2. Эстрин Б,М. Производство и применение контролируемых атмосфер. М.,фМетаплургия, 1973, с. 105-208.