Файл: Эстрин, Б. М. Производство и применение контролируемых атмосфер (при термической обработке стали).pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 143

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Рис. 59. Технологическая схема получения особо чистого водорода из природного газа:

/ — печь

конверсии

природного

газа

с

паром;

2 — трубы

реактора,

заполненные катализатором;

3— теплообменник

для пара;

4— реакционный

аппарат

конверсии

окиси

углерода;

5 — ресивер;

6 — компрессор; 7 — х о л о д и л ь н и к для

балластного газа; 8

блок диффузионных ячеек;

9 — теплооб ­

менник;

10

электрогазоподогреватель;

/ / — холодильник

для особо

чистого

водорода; 12— холо­

дильник д л я

конвертированного

газа

 

 

 

 

 

 

 


да и снижения расхода электроэнергии на компремнрование можно из газа также удалить углекислоту (отмывом водным раствором моноэтанолампном). Однако это не обязательно и к такому удалению не всегда целесо­ образно прибегать. Газ, очищенный от окиси углерода

(77% Н2 , 23%

С 0 2 ) , направляется в ресивер и оттуда

через систему

фильтров в компрессор, где давление га­

за повышается до 30 ат. Далее, пройдя теплообменник и электрогазоподогреватель, газ поступает в блок диффу­ зионных ячеек. Чистый водород после ячеек охлаждает­ ся и подается к потребителю.

Балластный газ (содержит около 20% Н2 ) охлажда­ ется п направляется через регулятор давления типа «до себя» в свечу или утилизируется.

Диффузионные ячейки выполняют или на основе тон­ кой фольги (0,05—0,10 мм) пли их изготавливают из трубки диаметром 3 мм с толщиной стенок 0,15 мм.

Во всех случаях используют сплавы на основе пал­ ладия. Чистый палладий не применяют, поскольку фазо­ вый переход у него (при температуре 300—310° С) со­ пряжен с объемными изменениями, вызывающими хруп­ кость и преждевременный выход из строя. Наиболее распространенным сплавом палладия является сплав Pd—Ag, содержащий 23% Ag, в котором практически выравнены параметры решеток а- и р-фаз. Этот сплав де­ шевле чистого палладия, а его проницаемость при всех прочих одинаковых условиях почти в 2 раза выше.

Для того чтобы стойкость диффузионных ячеек не снизилась в результате попадания паров масла от ком­

прессора,

желательно применять

машины

с

сухим

уп­

лотнением

или

же предусмотреть

надежную

систему

фильтров

(см. ниже).

 

 

 

 

Производство

особо чистого водорода из аммиака.

Ус­

тановка для приготовления особо

чистого

водорода

из

диссоциированного аммиака разработана Центроэнергочерметом.

Сообразно технологической схеме диссоциированный аммиак из ресивера забирается четырьмя компрессора­ ми и при давлении 30 ат подается в блок диффузионных ячеек, пройдя предварительно систему специальных фильтров, теплообменник и газоподогреватель.

Блок состоит из десяти толстостенных муфелей, вы­ полненных из стали Х18Н10Т. Рабочая часть муфеля со­ ставляет примерно '/з от всей его длины. В каждом му-

162


феле имеется свой автономный электрообогрев с тремя самостоятельно регулируемыми тепловыми зонами. Бла­ годаря такому устройству создана возможность регули-

Балластный

Сырой

Узел Б

газ

газ

Рис. 60. Блок диффузионных

ячеек

ЦЭЧМ - VI:

 

 

 

 

 

/ —

штуцер;

2—верхняя

мембрана;

3—'нижняя

 

мембрана;

4

гибкая

проницаемая

прокладка;

5 — внут­

ренний контейнер

(коллектор

сыро­

го

газа);

6 — наружный

контейнер

(коллектор

 

чистого

водорода);

/ — вход

сырого

газа;

/ / — выход

 

 

Чистый

балластного газа;

/ / /

— выход

чи­

 

 

водород

 

стого водорода

 

 

 

 

 

рования температуры

в

рабочей

части

муфеля

с

точ­

ностью до ± 1 — 2

град.

 

 

 

 

 

 

 

 

В рабочей части муфеля помещен узел

диффузион­

ных ячеек. Элемент ЦЭЧМ-VI* состоит

из

двух

гофри­

рованных тонких

дисков,

изготовленных из

сплава на

основе палладия,

между

которыми

проложена

гофриро­

ванная сетка

из

стали

X18IT10T. Диски

друг

с

другом

соединяются

сваркой.

Устройство

диффузионного

эле-

1 Авт. свнд.

Ш 289053. — «Бюл. нзобр. и

тов.

знаков»,

1971,

№ 1, с. 28.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11*

- 1 6 3


мента и узла схематично показано на рис. 60. Продиффундировавший через диски водород попадает в коллек­ тор, а из него водород, пройдя теплообменник и холо­ дильник, направляется к потребителю. Балластный газ,

.содержащий примеси N H 3 и около 30% Нг, покидает муфель, попадает в колектор, и оттуда, пройдя холо-

ЗАйО

,

м

!

Рнс. 61.

Технологическая

схема получения особо

чистого водорода

из аммиака:

1 — расходное хранилище

жидкого

аммиака; 2 — испаритель

высокого

давле ­

ния;

3 — диссоцнатор

высокого

давления;

4 — трубчатый

холодильник;

5 — фильтр; 6 — блок диффузионных

ячеек; 7—

холодильник

балластного'

газа;

8 — холодильник особо чистого водорода; 9 — вакуум - насос

 

 

 

дильник, направляется через узел регулирования давле­

ния на утилизацию.

 

 

Для поддержания стабильной проницаемости

нужно

не только регулировать давление и температуру

в муфе­

лях, но также обеспечивать определенную концентрацию

водорода

в балластном газе.

Поэтому регулирование

давления

в системе осуществлено с коррекцией по водо­

роду. При давлениях не выше

10 ат может быть

приме­

нен бескомпрессорный способ получения особо чистого водорода из аммиака. В этом случае используется «соб­ ственное» давление паров аммиака.

Рассмотрим этот способ более подробно (рис. 61). Жидкий аммиак из цистерны подается в испаритель с помощью сжатого азота. Теплоносителем в испарителе

164


\

служит горячая вода. Газообразный аммиак под давле­ нием 10 ат направляется в диссоциатор высокого дав­ ления.

Фирма «Ниппон Дзюи-Суйсо К°» (Япония) применя­ ет оригинальную конструкцию такого диссоциатора (см.

рис. 61). Он состоит

из футерованного внутри кожуха,

в котором

свободно подвешены восемь

нихромовых

труб,

заполненных катализатором. Трубы

в верхней части дис­

социатора

герметизируют. В этом

узле должна

быть

обеспечена

не только

плотность, но и

электроизоляция

труб от кожуха, так как нагрев труб осуществляется под­ водом напряжения непосредственно к верхней их части.

Внизу к трубам приварены нихромовые

перемычки, обес­

печивающие цепь. Питаниетруб

производится

от понизи­

тельного

автотрансформатора.

Дальнейшее

движение

газов аналогично описанному выше и

видно

из рис. 61.

Балластный газ содержит

около 35% Н2

и 6% N H 3

(остальное—азот). Это

обусловливает расход

67 кг ам­

миака на 100 м3 (при нормальных условиях)

особо чис­

того водорода. Несмотря

на неоспоримые достоинства

такого диссоциатора, он, однако, очень

сложен

по кон­

струкции и в эксплуатации. Большей

надежностью об­

ладают

диссоциаторы с

косвенным

электрообогревом

или газовым обогревом.

В последнем

случае

должны

быть использованы толстостенные жароупорные трубы центробежного литья.

Г л а в а VIII

 

 

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ, РАСЧЕТ

 

 

И ЭКСПЛУАТАЦИЯ КАМЕР

 

 

КАТАЛИТИЧЕСКОГО СГОРАНИЯ

 

 

Основным

звеном многих процессов

приготовления

защитного газа является частичное сжигание

газо-воз-

душной смеси

(при коэффициенте избытка

воздуха 0,5—

0,95), которое

осуществляется в специальных

камерах.

Сжиганию подвергаются различные сетевые газы (при­

родный, коксовый, городской), сжиженные газы

(про­

пан, бутан),

жидкое топливо (керосин, различные

мас­

ла), водород,

аммиак.

 

Как правило, противодавление в камерах бывает вы­ соким (500—1500 мм вод. ст.)..

165