SU863511A1

SU863511A1 - Method of producing nitrogen-hydrogen gas mixture

Info

Publication number: SU863511A1
Application number: SU762321256A
Authority: SU
Inventors: Борис Моисеевич Эстрин; Виктор Никитич Брызгалин; Владимир Евлампиевич Бахирев; Алий Васильевич Рощупкин
Original assignee: Центральное Производственно-Техническое Предприятие "Центроэнергочермет"
Priority date: 1976-01-30
Filing date: 1976-01-30
Publication date: 1981-09-15

Description

(54) СПСХ:ОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТОВОДОРОДНОЙ ГАЗОВОЙ СМЕСИ(54) ATP: ON THE PRODUCTION OF NITROGEN-HYDROGEN GAS MIXTURE

1one

Изобретение относитс к производст ву технологических газов и может быть использовано при получении азотоводородной газовой смеси, примен емой в качестве защитной и восстановительной атмосферы в металлургии и в других отрасл х промышленности.The invention relates to the production of process gases and can be used in the preparation of a nitric gas mixture used as a protective and reducing atmosphere in metallurgy and other industries.

Известны способы получени аэотоводородных газовых смесей неполным сжиганием аммиака и смешением раз- . дельно получаемых электролитического водорода и технического азота 1. Указанные способы отличаютс сложностью технологии, значительными энергозатратами и высокой стоимостью продукта.Methods are known for the production of aero-hydrogen gas mixtures by incomplete combustion of ammonia and mixing with different. separately produced electrolytic hydrogen and technical nitrogen 1. These methods are distinguished by the complexity of the technology, considerable energy consumption and high cost of the product.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату вл етс способ получени азотоводородной газовой смеси каталитической высокотемпературной конверсией углеводородных газов при коэффициенте избытка воздуха А.1 с последующей каталитической очисткой продуктов конверсии от окиси углерода и абсорбционной очисткой от других примесей в слое цеолитов. Сжигание углеводородов при этом производ т при 9001000°С . В качестве катализатора не-.пользуют никель, нанесенный на гранулированный носитель-глинозем 2. Указанный способ св зан с использованием катализаторов конверсии углеводородных газов, что ограничивает возможность изменени производительности камеры каталитического сжигани в широких пределах. Допустимый температурный предел рабо10 ты катализаторов (1200-1300 С) не позвол ет получать смеси с низким содержанием водорода и измен ть его в значительных пределах. Сравнительно низкие температуры конверсии при15 вод т к высокой концентрации вредных примесей в продуктах конверсии.The closest to the described invention to the technical essence and the achieved result is a method of obtaining a nitric gas mixture by catalytic high-temperature conversion of hydrocarbon gases at an air excess factor A. 1 followed by catalytic purification of the conversion products from carbon monoxide and absorption purification from other impurities in the zeolite layer. In this case, hydrocarbons are burned at 9001000 ° C. Nickel deposited on a granular carrier alumina 2 is not used as a catalyst. This method is associated with the use of catalysts for the conversion of hydrocarbon gases, which limits the possibility of changing the performance of the catalytic combustion chamber within wide limits. The allowable temperature limit for the operation of catalysts (1200–1300 ° C) does not allow one to obtain mixtures with a low content of hydrogen and to change it within considerable limits. Comparatively low temperatures of conversion with water to a high concentration of harmful impurities in the conversion products.

Целью изобретени вл етс уменьшение концентрации примесей, расширение пределов регулировани содержани водорода в азотоводородной смеси, а также повышение экономичности процесса. Цель достигаетс описываемьЬл способом получени азо25 товодородной газовой смеси высокотемпературной конверсией углеводородных газов при коэффициенте избытка воздуха d.l в слое зернистого огнеупорного материала при 1600-1800 С. При этом в качестве огнеупорного материала используют преимущественно корунд, муллит, хромомагнезит. Технологи способа состоит в следующем . Смесь углеводородного сырь с воз духом при коэффициенте избытка воздуха 0,6-0,95 сжигают в зернистом слое огнеупорного материала, после чего продукты горени проход т катал тическую очистку от окиси углерода на низкотемпературном катализаторе конверсии и совместную очистку от углекислого газа и паров воды в стационарном слое цеолитов. В качестве огнеупорного материала, образующего зернистый слой, используют термостабильные окислы, например, корунд, муллит, периклаз, хромомагнезит, в виде шарообразных гранул размером 0,05-0,1 от диаметра камеры сжигани и пористостью не более 30%. Указанный предел в размерах гранул обеспечивает необходимую эффективность про хождени реакции гидрогенизации вред ных примесей. Дл придани стойкости огнеупорного сло в восстановительно атмосфере в используетлле окислы ввод т окись железа и двуокись кремни в количестве 0,12-0,15 вес,% и 0,40 ,5 вес.%, соответственно. Регенерацию цеолитов при совместной очистке :У; у т екислого газа и паров воды .ц т без нагрева путем создани перепада давлений при адсорбции и оагенерации. Парепад давлений при с1дсорбции и регенерации создают вакуумированием регенерируемого адсорбера с одновременной подачей в него 5-10% очищенного газа из другого адсорбера. Пример. К смесителю камеры сжигани подвод т углеводородный гфиродный) газ, предварительно очищенный от сернистых соединений, и сжатый воздух. Расходы углеводородного газа и воздуха контролируют расходомерами и устанавливают в необходимее соотнесении , соответствую щем коэффициенту избытка воздуха ci 0,6-0,95. Подготовленную газо-воздушную смесь подают в конический диффузор камеры сжигани , где происходит ее сгорание. Зернистый слой огнеупора позвол ет поддерживать температуру в верхней зоне зернистого сло , равной 1600-1800°С, и достигнуть теплонапр женности камеры 5-10 ккал/м. Значительна поверхность контакта продуктов горени с огнеупором обеспечивает снижение температуры на выходе из камеры до 700-950 С без применени специальных охладителей. Дальнейшее снижение температуры продуктов горени происходит в водоохлаждаемой трубе, соедин ющей выход камеры сжигани с конвертором окиси углерода. Концентраци кислорода в продуктах горени не превышает 0,001%, окислов азота - 0,0003%. На вход конвертора окиси углерода подают вод ной пар, который смешивают с продуктги ш горени . Соотношение Пар - газ устанавливают равным 0,30 ,5, Парогазовую смесь при 200°С направл ют в конвертор окиси углерода, заполненный катализатором. Остаточна концентраци окиси углерода в газе на выходе из конвертора составл ет менее 0,005%. Одновременно в конверторе газ проходит очистку от кислорода и окислов азота, концентрации которых на выходе из конвертора не превышают соответственно 0,0003 и 0,0001%, Температура во всех зонах конвертора не превышает 250°С, После конвертора окиси углерода газ провод т через трубчатый вод ной холодильник, где вод ной пар конденсируют и отвод т из системы. Из холодильника газ с температурой не выше +30°С подают в один из двух адсорберов системы сушки и очистки от углекислого газа. Адсорберы, заполненные цеолитом, работают попеременно в режиме адсорбции и регенерации в течение 5-10 мин,Переключение с адсорбции на регенерацию осуществл ют вакуумными вентил ми и управл ют автоматически с помощью специального устройства. При регенерации адсорбента соответствующие вентили отключают его от рабочей линии и соедин ют с вакуумным насосом. Одновременно в регенерируемый гщсорбер подают 5-10% очищенного газа. Полное давление в сщсорбере при регенерации не превышает 20 мм рт. ст. Увеличение давлени приводит к значительному снижению эффективности регЪнерации , Концентраци углекислого газа на выходе системы очистки не превышает 0,005%, паров воды -0,002%. Одновременно газ очищаетс от окиси углерода до остаточной концентрации не более 0,001%, Дл сглаживани пульсации давлени при переключении адсорберов, на выходе системы очистки устанавливают ресивер. Сжигание смеси углеводородного газа с воздухо в зернистом слое огнеупора по предложенному способу обеспечивает высокую полноту сгорани . Проскок исходной горючей смеси через зернистый слой практически исключен благодар большой поверхности контакта газа с поверхностью, нагретой до высокой температуры. Температура в верхней части зернистого сло достигает 1600-1800с, Наличие зоны с темперавурой, близкой к адиабатической, позвол ет значительно увеличить глубину регулировани производительности камеры, способствует снижению остаточной концентрации углеводородных газов, обеспечивает стабильность концентрации основных компонентов, вход щих в состав продуктов горени (COjCOg, Нцг 2 Благодар высокой температуропроводкости зернистого сло обеспечиваетс интенсивное охлаждение продуктов горени , что существенно снижает габарисгы камеры и создает благопри тные услови дл снижени концентрации вредных примесей.The aim of the invention is to reduce the concentration of impurities, to expand the range of regulation of the hydrogen content in the nitric mixture, as well as to increase the efficiency of the process. The goal is achieved by the method of producing a hydrogen-hydrogen gas mixture by high-temperature conversion of hydrocarbon gases with an excess air ratio d.l in a layer of granular refractory material at 1600-1800 C. In this case, corundum, mullite, chromomagnesite are used as a refractory material. The technology of the method is as follows. A mixture of hydrocarbon raw materials with air at an air excess factor of 0.6-0.95 is burned in a granular layer of refractory material, after which the combustion products are catalytically cleaned of carbon monoxide on a low-temperature conversion catalyst and combined purification from carbon dioxide and water vapor in stationary layer of zeolites. Thermostable oxides, for example, corundum, mullite, periclase, chromomagnesite, are used as a refractory material forming a granular layer in the form of spherical granules with a size of 0.05-0.1 of the diameter of the combustion chamber and a porosity of not more than 30%. This limit in the granule size provides the necessary efficiency for the passage of the hydrogenation reaction of harmful impurities. To make the refractory layer durable in a reducing atmosphere, iron oxide and silicon dioxide are added to oxides in an amount of 0.12-0.15 wt.%, 0.40, 5 wt.%, Respectively. Zeolite regeneration during joint cleaning: Y; Water and gas vapors are not heated by creating a pressure differential during adsorption and oageneration. Parepad pressures during s1 adsorption and regeneration are created by evacuating the regenerated adsorber with simultaneous supply to it of 5-10% purified gas from another adsorber. Example. Hydrocarbonic hydrogen gas, previously purified from sulfur compounds, and compressed air are supplied to the combustion chamber mixer. The flow rates of the hydrocarbon gas and air are controlled by flow meters and are set in the necessary correlation, corresponding to an excess air ratio ci of 0.6-0.95. The prepared gas-air mixture is fed to the conical diffuser of the combustion chamber, where its combustion takes place. The granular layer of the refractory material allows the temperature in the upper zone of the granular layer to be maintained at 1600–1800 ° C and the chamber reaches 5–10 kcal / m heat density. The significant contact surface of the combustion products with the refractory reduces the temperature at the outlet of the chamber to 700-950 ° C without the use of special coolers. A further decrease in the temperature of the combustion products occurs in a water-cooled pipe connecting the outlet of the combustion chamber with the carbon monoxide converter. The oxygen concentration in the combustion products does not exceed 0.001%, nitrogen oxides - 0.0003%. Steam is fed to the inlet of the carbon monoxide converter, which is mixed with the combustion products. The ratio of vapor to gas is set to 0.30, 5; the vapor-gas mixture at 200 ° C is sent to a carbon monoxide converter filled with catalyst. The residual concentration of carbon monoxide in the gas at the outlet of the converter is less than 0.005%. At the same time, the gas in the converter passes purification from oxygen and nitrogen oxides, whose concentrations at the converter output do not exceed 0.0003 and 0.0001%, respectively. The temperature in all converter zones does not exceed 250 ° C. After the carbon monoxide converter, the gas is passed through water cooler where water vapor is condensed and removed from the system. From the refrigerator, gas with a temperature not higher than + 30 ° C is fed to one of the two adsorbers of the drying system and carbon dioxide purification. The adsorbers filled with zeolite work alternately in the mode of adsorption and regeneration for 5-10 minutes. Switching from adsorption to regeneration is carried out with vacuum valves and is controlled automatically using a special device. When the adsorbent is regenerated, the corresponding valves disconnect it from the working line and connect it to a vacuum pump. At the same time, 5-10% of the purified gas is fed to the regenerated gs sorber. The total pressure in the adsorber does not exceed 20 mmHg during regeneration. Art. The increase in pressure leads to a significant decrease in recovery efficiency. The concentration of carbon dioxide at the outlet of the purification system does not exceed 0.005%, water vapor -0.002%. At the same time, the gas is cleaned of carbon monoxide to a residual concentration of no more than 0.001%. To smooth the pressure pulsation when switching adsorbers, a receiver is installed at the outlet of the cleaning system. Burning a mixture of hydrocarbon gas with air in the granular layer of refractories by the proposed method provides a high degree of combustion. The breakthrough of the initial combustible mixture through the granular layer is practically excluded due to the large surface of gas contact with the surface heated to a high temperature. The temperature in the upper part of the granular layer reaches 1600-1800s. The presence of a zone with a temperature close to adiabatic allows a significant increase in the depth of control of the chamber's performance, helps reduce the residual concentration of hydrocarbon gases, ensures the stability of the concentration of the main components of the combustion products (COjCOg , Нцг 2 Due to the high thermal diffusivity of the granular layer, intensive cooling of the combustion products is provided, which significantly reduces the dimensions of the chamber It creates favorable conditions for reducing the concentration of harmful impurities.

Совместна очистка азотоводородной газовой смеси от углекислого га за и паров воды на цеолитах обеспечивает удгшение примесей до остаточных концентраций менее 0,005 об.% по СО и 0,002% по Hjp, благодар чему существенно расшир етс область применени смеси.The combined purification of the nitric gas mixture from carbon dioxide and water vapor on zeolites ensures that impurities are reduced to residual concentrations of less than 0.005% by volume in CO and 0.002% in Hjp, thereby greatly expanding the range of application of the mixture.

Claims

1. A method of producing a nitric gas mixture by high-temperature conversion of hydrocarbon gases with an excess air ratio of i 1, characterized in that, in order to reduce the concentration of harmful impurities in the combustion products with -I and improve the efficiency of the process, the conversion of the gas-air mixture is carried out in a layer of granular. refractory material at 1600-1800 C.

2. The method according to p. 1, distinguished about the fact that corundum, mullite, chromomagnesite are used mainly as fire resistant material.

Sources of information taken into account in the examination

1, Andreev, F.A., Kargin, S.I. Bound nitrogen technology. M ,, Himi, 1966, p. 18-62.

2. Estrin B.M. Production and use of controlled atmospheres. M., Metanurgi, 1973, p. 105-208.