Файл: Несенчук А.П. Пламенные печи для нагрева и термообработки металла учеб. пособие.pdf

охлажденных и частично осушенных таким образом дымовых газов после скруббера подается в реактор на конверсию. Остальная часть, являющаяся бедным неочищенным экзогазом, поступает непосред­ ственно в печи для химико-термической обработки (например, для продувки, снижения углеродного потенциала и т. д.) или подвергает­ ся более глубокой осушке. До поступления в реактор к дымовым газам подмешивается определенное количество метана. В резуль­ тате каталитической конверсии метана углекислотой и водяными парами в соответствии с эндотермическими реакциями

С02+С Н 4^ -2С 0+2Н 2, Н20 + С Н 4^ С 0 + З Н 2

образуется атмосфера, состоящая примерно из 17—20% СО, 20—23% Н2 и 60—63% N2. Реакция протекает на никелевом ката­ лизаторе (типа ГИАП-3) при температуре 880—950° С. Необходимое для протекания реакции тепло передается из камеры сжигания через стенки реторты. Таким образом, в отличие от эндогенераторов в дан­ ной конструкции полученные при обогреве реторты дымовые газы не выбрасываются, а используются как технологическое сырье для получения экзогаза (конверсия осуществляется за счет тепла, выде­ ляемого при приготовлении реагентов). Из'реторты продукты реак­ ции поступают в холодильник, где их температура снижается до 50— 100° С, а затем направляются в печи для хнмико-термической обработки. Получаемая атмосфера эквивалентна эндогазу, но де­ шевле, так как для ее приготовления в сумме затрачивается меньше тепла. Кроме того, снижение содержания водорода, по сравнению с эндогазом, способствует повышению прочностных характеристик обрабатываемых изделий. Генератор снабжен системой автоматиче­ ского регулирования состава атмосферы, осуществляемого по содер­ жанию С 02 в готовом экзогазе.

Как и в эндогенераторах, в аппаратах данной конструкции вследствие эндотермичности процесса конверсии и необходимости подвода большого количества тепла целесообразно проводить реак­ цию в кипящем слое катализатора. Для этого реактор снабжается газораспределительной решеткой и заполняется мелкодисперсным сферическим катализатором. Схема такого генератора с кипящим слоем приведена на рис. 9.6. Камера сжигания расположена снару­ жи реактора, что создает благоприятные условия для его обогрева. Такая схема целесообразна для генераторов производительностью до 100— 120 нм3/ч. При большей производительности возникают за­ труднения с подводом необходимого количества тепла, так как по­ верхность теплообмена лимитируется размерами реторты. В этом случае целесообразно муфелировать не реактор, а пламя, и сжига­ ние топлива вести в жаропрочных трубах [102, 103]. Такой реактор изображен на рис. 9.7. Поверхность трубного пучка значительно больше поверхности реторты. Производительность таких установок может достигать 300—350 нм3/ч.

242

В последнее время появились новые предложения [104], позво­ ляющие практически неограниченно расширить производительность реакторов богатого очищенного экзотермического и эндотермическо­ го газа. Идея этих предложений основана на свойствах кипящего слоя: плохом перемешивании газовой и хорошем перемешивании твердой фазы. Если стенку реторты (вертикальную перегородку между реактором и камерой сжигания) снабдить перепускными

Неочищенный

отверстиями для прохода мелких частиц, то они будут непрерывно циркулировать и вносить из камеры сжигания в реактор необходи­ мое количество тепла (значительно большее, чем можно передать через стенку).

Ниже приводится пример расчета одной из конструкций гене­ ратора богатого очищенного экзогаза.

9.3.1. Произвести расчет генератора для приготовления богатого очищенного экзогаза производительностью 100 н л і 3 / ч .

Исходные данные: рабочая температура (задается исходя из условии стой­ кости жароупорных материалов) в реакторе 900; в камере сжигания 1100° С; тем­ пература охлажденных в скруббере продуктов сгорания — минус 25° С; форма частиц теплоносителя и катализатора — сферическая; порозность свободно насы­ панного слоя (ео): катализатора 0,4; теплоносителя 0,4; плотность (кажущаяся): катализатора 2000; теплоносителя 3000 кг/м3; средний размер частиц катализатора

и теплоносителя — 1 им«; тип катализатора — алюмонпнелевый; топливо и техно­ логическое сырье — природный газ с теплотворной способностью 8200 к к а л / н м 3 .

Р е ш е н и е . Принимаем конструкцию генератора с кипящим слоем катализатора (рис. 9.6). Реактор с катализатором размещаем в реторте из жароупорной стали. Снизу реторта снабжена газораспределительной решеткой, верхняя часть ее рас­ ширена с целью уменьшения скорости продуктов горения и предотвращения уноса катализатора. Кольцевая камера сжигания расположена вокруг реторты. Для интенсификации теплообмена сжигание производится в кипящем слое огнеупор­ ного теплоносителя. Тепло в реактор переносится через стенку реторты. Чтобы не допустить избыточного содержания кислорода в продуктах горения, газ сжигаем при коэффициенте избытка воздуха а = 0,95.

Производим расчет горения топлива и составляем материальный баланс. Результаты расчета состава продуктов сгорания топлива сведены в табл. 9.1.

Т а б л . 9.1. Состав продуктов горения топлива

Содержание составляющих

Также расчетным путем получены данные:

Весовой состав влажных продуктов горения

Сп20= 1,593; Gco2=l,69; GN :=8,55; GH2= 0,008

и

Geo = 0,133 к г / н м 3 .

Суммарный объем дымовых газов будет

G ;= 11,974 к г / н м 3 .

І= і

То же, но сухих дымовых газов

У ) G =10,381 к г / н м 3 .

І = 1

244

Производим расчет охлаждения и частичной осушки газов в скруббере. По і — d-диаграмме для влажного воздуха на 1 к г сухого газа при 25° С приходится 20,5 г паров воды. Количество оставшейся в дымовых газах влаги

Овод= 20,5 • 10-3 ■10,381=0,213 к г / н м 3

Количество влаги, оставшейся в скруббере (сконденсировавшейся),

Оцод= ОН20—Овод= 1,593—0,213= 1,38 к г / н м 3 .

Состав газов после скруббера приведен в табл. 9.2.

Т а б л . 9.2. Состав продуктов горения топлива после скруббера

газа. При этом получится 21,04+3,26=24,3 н м 3 СО и 21,04+10,78=31,82 н м 3 Н2. С учетом СО и Н2 в исходном газе смесь (очищенный экзогаз) после конверсии будет иметь состав, приведенный в табл. 9.3.

245.

Т а б л . 9. 3. Состав готового экзогаза, очищенного от НгО и С02 методом каталитической конверсии

и охлажденных в скруббере дымовых газов, а также метана для конверсии в коли­ честве 9,7 н м 3 / ч определяется по формуле ■

246