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PERFECTIONNEMENTS A LA PRODUCTION D'ATMOSPHERES-UTILISEES'DANS DES ,PROCEDES METALLURGIQUES ET AUTRES.
Cette invention est relative à la production d'atmosphères utili- sées en métallurgie et à d'autres fins et elle comcerne en particulier la pro- duction d'atmosphères non-oxydantes.
On a déjà proposé de produire des atmosphères non-oxydantes uti- lisées dans des procédés métallurgiques, par exemple pour le recuit et au- tres traitements thermiques, par la combustion d'hydrocarbures liquides ou gazeux, de gaz naturels et de gaz de houille dans une quantité insuffisante d'air. On obtient une atmosphère gazeuse contenant peu d'oxygène et une pré- dominance d'azote avec de l'anhydride carbonique et de l'oxyde de carbone.
On a aussi proposé de préparer des atmosphères non-oxydantes utilisées dans un procédé métallurgique par la combustion de l'ammoniac; ce procédé produit une atmosphère très pure qui est essentielle dans certains procédés mais qui est coûteuse.
Conformément à la présente invention,, on fournit un procédé per- fectionné pour la production d'atmosphères non-oxydantes utilisées dans des procédés métallurgiques qui comprend la combustion d'un combustible liquide ou gazeux contenant des hydrocarbures en présence d'un gaz contenant princi- palement de lazote avec de l'oxygène, l'enlèvement de l'anhydride carboni- que des produits gazeux, l'addition d'hydrogène aux dits produits et le pas- sage du:
mélange à température élevée sur un catalyseur propre à provoquer la formation d'eau avec l'hydro'gène ajouté et l'oxygène rêsiduel contenu dans les dits produits gazeuxo
On comprendra que la combustion doit être réalisée de telle maniè- re quune quantité aussi petite que possible d'oxygène libre reste dans les produits gazeux de la combustion de manière que la quantité d'hydrogène né- cessaire pour combiner l'oxygène résiduel soit maintenue à un minimum.
Néanmoins la quantité d'hydrogène ajouté dépendra des propriétés requises
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de l'atmosphère en préparation. Par exemple, s'il faut une atmosphère neutre, c'est-à-dire une atmosphère qui n'est pratiquement ni oxydante ni réductrice, on ajoutera la quantité minimum d'hydrogène nécessaire pour'la'combinaison avec pratiquement tout l'oxygène présent dans les produits gazeux de la com- bustion. Si d'autre part, il faut une atmosphère réductrice, la quantité d'hydrogène ajouté peut être considérablement plus élevée que celle requise par l'oxygène libre présent dans les produits gazeux de la combustion.
L'hydrogène à ajouter pendant la préparation de l'atmosphère peut être obtenu de n'importe quelle source adéquate. Par exemple, s'il n'y a que de petites quantités d'atmosphère à préparer ou si la quantité d'oxygène est minime, l'hydrogène peut être fourni en bouteilles. Cependant, il est com- mode de se procurer l'hydrogène par la décomposition de l'ammoniaque, par exemple comme décrit dans le brevet britannique n 462.531, ce qui produit, en plus de l'hydrogène, de l'azote pur qui convient fort bien pour être ajou- té aux atmosphères de four.
L'anhydride carbonique produit par le procédé de combustion peut être éliminé par n'importe quel moyen adéquat, par exemple, en traitant les produits de combustion avec des absorbants solide ou liquide de l'anhydride carbonique. On préfère traiter les produits de combustion avec un absorbant liquide pour éliminer l'anhydride carbonique et on utilise de -préférence des alcanolamines,par exemple des éthanolamines individuelles ou des mélanges de celles-ci. L'emploi des alcanolamines procure l'avantage important qu'en plus d'éliminer l'anhydride carbonique elles éliminent des produits de com- bustion d'autres constituants tels que les composés de soufre qui sont nui- sibles dans certaines opérations métallurgiques; par exemple, les composés de soufre produisent des taches sur certains métaux traités.
En général, l'air, grâce à son faible coût et à la facilité de l'obtenir, sera le gaz contenant principalement de l'azote avec de l'oxygène utilisé dans l'opération de combustion, mais si on le désire ou s'il est nécessaire, on peut utiliser de l'oxygène pur ou de l'air dilué avec un gaz inerte tel que l'azote.
Pendant la combustion, il se forme de l'eau. Une forte proportion de celle-ci peut être enlevée avant d'éliminer de l'anhydride carbonique car celui-ci,en général, sera éliminé à la température ordinaire et ainsi l'eau présente sera condensée pendant le refroidissement du gazà une température convenable pour l'élimination de l'anhydride carbonique. Si on le désire, on peut traiter le gaz pour éliminer l'humidité résiduaire avant d'ajouter l'hydrogène nécessaire pour combiner l'oxygène résiduaire.
Une petite quantité d'eau se formera au cours de la combinaison de l'oxygène résiduaire avec l'hydrogène. Cette eau peut être enlevée si on le désire avant d'employer l'atmosphère dans une opération métallurgique.
On l'élimine commodément en traitant le gaz par un absorbant solide de l'eau, tel qu'un gel de silice.
Les avantages du procédé sont que l'oxyde de carbone qui pourrait être une source possible d'anhydride carbonique au cours des opérations mé- tallurgiques, est converti en anhydride carbonique qui est éliminé des at- mosphères préparées. Un autre avantage est que le soufre présent dans les gaz est oxydé pour former un di ou trioxyde qui peut être facilement enlevé par des procédés connus, par exemple, par lavage.
Le procédé de l'invention fournit une atmosphère qui est meilleur marché que la plupart des autres atmosphères disponibles; on y. arrive en utilisant des matières que l'on peut se procurer facilement et on utilise un équipement portatif ordinaire et relativement peu coûteux.
REVENDICATIONS.
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IMPROVEMENTS IN THE PRODUCTION OF ATMOSPHERES-USED IN, METALLURGICAL AND OTHER PROCESSES.
This invention relates to the production of atmospheres for use in metallurgy and other purposes, and in particular relates to the production of non-oxidizing atmospheres.
It has already been proposed to produce non-oxidizing atmospheres used in metallurgical processes, for example for annealing and other heat treatments, by the combustion of liquid or gaseous hydrocarbons, natural gases and coal gas in insufficient air. A gas atmosphere is obtained containing little oxygen and a predominance of nitrogen with carbon dioxide and carbon monoxide.
It has also been proposed to prepare non-oxidizing atmospheres used in a metallurgical process by the combustion of ammonia; this process produces a very pure atmosphere which is essential in some processes but which is expensive.
In accordance with the present invention, there is provided an improved process for the production of non-oxidizing atmospheres used in metallurgical processes which comprises the combustion of a liquid or gaseous fuel containing hydrocarbons in the presence of a gas containing principally. - mixing nitrogen with oxygen, removing carbon dioxide from gaseous products, adding hydrogen to said products and passing:
mixing at high temperature over a catalyst suitable for causing the formation of water with the added hydrogen and the residual oxygen contained in said gaseous products
It will be understood that the combustion should be carried out in such a way that as little as possible of free oxygen remains in the gaseous products of combustion so that the amount of hydrogen necessary to combine the residual oxygen is maintained. to a minimum.
However, the amount of hydrogen added will depend on the properties required.
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of the atmosphere in preparation. For example, if a neutral atmosphere is required, that is to say an atmosphere which is practically neither oxidizing nor reducing, the minimum quantity of hydrogen necessary for the combination with practically all the oxygen will be added. present in the gaseous products of combustion. If, on the other hand, a reducing atmosphere is required, the amount of hydrogen added can be considerably greater than that required by the free oxygen present in the gaseous products of combustion.
The hydrogen to be added during the preparation of the atmosphere can be obtained from any suitable source. For example, if there are only small amounts of atmosphere to prepare or the amount of oxygen is minimal, hydrogen can be supplied in cylinders. However, it is convenient to obtain the hydrogen by the decomposition of ammonia, for example as described in British Patent No. 462,531, which produces, in addition to hydrogen, pure nitrogen which is suitable. very well to be added to oven atmospheres.
Carbon dioxide produced by the combustion process can be removed by any suitable means, for example, by treating the combustion products with solid or liquid carbon dioxide absorbents. It is preferred to treat the combustion products with a liquid absorbent to remove carbon dioxide and preferably alkanolamines are used, for example individual ethanolamines or mixtures thereof. The use of alkanolamines provides the important advantage that, in addition to removing carbon dioxide, they remove from the combustion products of other constituents such as sulfur compounds which are harmful in certain metallurgical operations; for example, sulfur compounds produce stains on some treated metals.
In general, air, thanks to its low cost and the ease of obtaining it, will be the gas containing mainly nitrogen with oxygen used in the combustion operation, but if desired or s It is necessary to use pure oxygen or air diluted with an inert gas such as nitrogen.
During combustion, water forms. A large proportion of this can be removed before removing carbon dioxide because this will generally be removed at room temperature and thus the water present will be condensed during the cooling of the gas to a temperature suitable for elimination of carbon dioxide. If desired, the gas can be treated to remove residual moisture before adding the hydrogen necessary to combine the residual oxygen.
A small amount of water will be formed during the combination of waste oxygen with hydrogen. This water can be removed if desired before using the atmosphere in a metallurgical operation.
It is conveniently removed by treating the gas with a solid water absorbent, such as silica gel.
The advantages of the process are that carbon monoxide which could be a possible source of carbon dioxide during metallurgical operations is converted into carbon dioxide which is removed from the prepared atmospheres. Another advantage is that the sulfur present in the gases is oxidized to form a di or trioxide which can be easily removed by known methods, for example by washing.
The process of the invention provides an atmosphere which is cheaper than most other atmospheres available; we. occurs using readily available materials and ordinary and relatively inexpensive portable equipment is used.
CLAIMS.
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