Способы получения контролируемых атмосфер

 

Контролируемые атмосферы можно получить из твердого, жидкого и газо­образного сырья. Получение атмосфер из твердого сырья (например, газогене­раторный процесс с древесным или бурым углем) в настоящее время практиче­ски не производится. Из жидкого сырья в некоторых случаях получают контро­лируемые атмосферы, например, крекированием керосина, синтина или триэтаноламина в муфельных шахтных печах типа СШЦМ.

Однако в связи с развитием газодобычи изготовление атмосфер проводят, применяя только газообразное сырье.

Атмосферы, получаемые на основе азота и продуктов частичного сжигания углеводородных газов, применяют в основном в машиностроении. В металлур­гии чаше используются атмосферы на основе технического азота. В лаборато­рии как защитные атмосферы используют сжатые газы (водород, аргон н дру­гие) с очисткой от влаги и прочих примесей.

— Атмосфера, получаемая путем диссоциации аммиака.

Аммиак транспортируется в цистернах или баллонах в жидком виде под давлением (6... 12)*10⁵ Па.

Из одного килограмма жидкого аммиака образуется 1, 32 м³ газообразного. Для перевода аммиака из жидкого состояния в газообразное необходим внешний подвод тепла, составляющий около 1140 кДж* кг.

При нагревании газообразный аммиак диссоциирует по реакции: 2NH₃=N₂+ ЗН₂                                                                                                (6.17)

Процесс диссоциации аммиака осуществляется в диссоциаторах в интервале температур 450…700 °С с применением катализаторов ПС, КДА. Расход тепла на диссоциацию аммиака составляет около 2, 72 МДж/ кг.

Из одном кубического метра жидкого аммиака образуется 2, 4 кубических иетра газа, содержащего 75% Н₂ и 25% N₂. Содержание водяного пара в соста­ве диссоциированного аммиака зависит от влажности исходного продукта.

Реакция частичного сжигания диссоциированного аммиака:

3H₂+ N₂+ n(O₂+ 3, 8N₂)= (3-2n)Н₂+ (l+3, 8n)N₂+2nH₂0      (6.18)

где n - коэффициент, определяющий требуемое количество водорода в за­щитной атмосфере.

Диаграмма частичного сжигания диссоциированного аммиака представлена на рис. 6.7.

— Атмосферы, получаемые путем частичного сжигания углеводородных га­зов.

К углеводородным газам относятся природный, светильный, сжиженные пропан-бутановые смеси.

Получение атмосферы производится путем сжигания перечисленных газов с коэффициентом расхода воздуха α ˂ 1, с последующей очисткой полученного газа от диоксида углерода (в некоторых случаях и от оксида углерода) и осуш­кой.

Диаграмма неполного сжигания метана представлена на рис. 6.8.

При полном сжигании углеводородного газа с коэффициентом α =1 образо­вание атмосферы СО₂ – H₂O - N₂ происходит по реакции:

СН₄+ 2(O₂+ 3.8N₂)= СО₂+ 2H₂О+7, 6N₂. (6.19)

Как видно из диаграммы, при уменьшении коэффициента расхода воздуха продукты сжигания обогащаются газами-восстановителями - СО и Н₂ (при α ˂ 0, 3 остается еще метан), а содержание газов-окислителей уменьшается. При этом образуется атмосфера СО - Н₂ – N₂.

Из этой же диаграммы следуют такие понятия как бедный и богатый экзо- газ. Бедным называется газ, сжигаемый с коэффициентом расхода воздуха α =0, 80…0, 95 и имеющий в своем составе мало газов- восстановителей. Обозна­чение бедного зкзогаза таково: ПС-09, ПСС-09, ПСО-09, где цифра - это коэф­фициент α.

Богатым называется экзогаз, обогащенный СО и H₂, сожженный с коэффициентом расхода воздуха α = 0, 45...0, 60. Обозначение богатого экзогаза ПС-О6, ПСО-06, ПСС-06.

Практически используются атмосферы трех основных типов:

1. Экзогаз - продукты неполного сжигания газов с α =0, 45...0, 6. Так как теп­ловой эффект реакции, протекающей при α =0, 45 мал (около 40 МДж), зачас­тую нужно подводить тепло извне. Поэтому из экономических соображений газ сжигают при α =0.6 (реакция идет с достаточно большим выделением тепла), и полученная атмосфера обозначается ПС-06.

2. Экзогаз - продукты неполного сжигания газов с α =0, 8...0, 95. Чаще всего газ сжигают с коэффициентом α =0.9 (ПСО-0, 9), так как дальнейшее его увеличение может привести к появлению кислорода в продуктах реакции.

3. Экзогаз (КГ-α ) – продукты неполного сжигания газов с α =0, 25…0, 35. Более подробно схемы получения атмосфер в зависимости от исходного сырья, способа получения и их составы рассмотрены ниже.

 

Рис. 6.7. Диаграмма сжигания аммиака.

Рис. 6.8. Диаграмма сжигания метана.

 

⇐ Предыдущая28293031323334353637Следующая ⇒

Поделиться: