可控气氛制备方法:(2)吸热式气氛


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  吸热式气氛是应用最多的一种可控气氛。其主要优点是易于实现碳势控制。吸热式气氛一般用来作为渗碳时的稀释气体(载气)或中、高碳钢加热时防止氧化脱碳的保护气体,亦可用来施行钢材和钢制件的复碳。  
  吸热式气氛的制备过程是将气体燃料(天然气、液化石油气、城市煤气等)与空气(完全燃烧程度20%一40%)混合,在有催化剂(一般用镍催化剂)作用的条件下,借外部加热反应而生成。反应温度高达1000—1050℃。图2.4-54所示为各种气体碳氧化物在不同燃烧程度下的气体组成。  
  吸热式气氛分为一般吸热式和净化吸热式两类。净化吸热式气是将以上述方法制备的气体再次和水蒸气混合,在催化荆作用下使其中的CO转化CO1,然后再经过吸收C02、冷冻、干燥后所得到的气体。图2.4-55所示为这两种气氛的制备过程。  
 
图2.4-54所示为各种气体碳氧化物在不同燃烧程度下的气体组成
图2.4-55所示为这两种气氛的制备过程
图2.4-56所示为吸热式气氛发生炉结构示意图
 
  普通吸热式气氛的缺点是容易引起铬的氧化,和空气混合时在低温易发生爆炸,在低温易形成炭黑。大多数不锈钢都不宜用它施行加热时的保护。  
  用主要含饱和烃的液化石油气、天然气为原料制备的吸热式气氛,其化学反应通式为
 
 
2.4-28
 
  天然气、丙烷、丁烷和空气混合后,在发生炉反应罐中的反应为  
 
2.4-29,2.4-30,2.4-31
 
  图2.4-56所示为吸热式气氛发生炉结构示意图。制备吸热式气氛的流程示于图2.4-57。表2.4-18所列为用各种原料气制备的吸热式气氛成分及气体发生量。  
 
制备吸热式气氛的流程示于图2.4-57
图2.4-58所示为在直通式发生炉反应罐催化剂层内、罐壁和中心温度分布以及气体成分变化情况
 
  吸热式气体的反应并非完全地吸热,而是包含着放热。此反应分两步骤进行。首先部分燃料气体和空气混合燃烧,这属于放热反应;第二步为剩余的燃料和最初形成的水分与二氧化碳反应得到氢和一氧化碳,这才是吸热反应,故使气体反应完全,获得尽可能低的甲烷、水蒸气和二氧化碳含量,就还需要较高的反应温度和高效能的催化剂。图2.4-58所示为在直通式发生炉反应罐催化剂层内、罐壁和中心温度分布以及气体成分变化情况。  
 
表2.4-18所列为用各种原料气制备的吸热式气氛成分及气体发生量
 
  由于气体中含有大量一氧化碳,在缓慢冷却过程( 704~ 482℃)中会发生形成炭黑和二氧化碳的逆反应,即
 
  2CO→C+C02 (2.4-32)
 
  这对于保证气氛的碳势和发生炉的正常工作都是不利的。因此从发生炉罐出来的气体应在水冷套冷却器中迅速冷却至315℃以下。
 
  维持催化剂的清洁和活性是保证气氛露点和碳势合乎要求的极为重要的问题。在实际生产过程中,发生炉罐内完全不产生炭黑是不可能的,尤其是使用品位较低的丙烷或丁烷时更是如此。所以通常在周末要对发生炉进行一次烧去炭黑的操作。为此可将发生炉温度降至850~900℃,然后通入空气1~2h,直至排出气体中的二氧化碳降到最低为止。
 
     
   
     
 
 
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