可控气氛制备方法:(5)用氨制备的气氛


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  用氨制备的气氛可分为氨加热分解和燃烧制备两大类。后者又可分为近完全燃烧和部分燃烧两种。表2.4-21所列为这几种气体的成分。
 
 
 
  氨制备气体在可控气氛中属于较贵的一种。其优点是质地纯洁,制备过程简单,比瓶装气体容易净化,对各种碳含量的钢都呈中性(在足够低的露点时)。其缺点是制备成本高,可燃范围广(完全燃烧气体除外),有残余未分解氨,对炉子构件有轻微渗氮作用。  
  1)氨加热分解气,制备氨分解气氛的原料是液态氨。
 
  液氨气化后,在800~900℃会发生如下的催化热分解反应
 
  催化热分解反应式  
  在20℃,0.1 MPa下,lkg的液氨可气化成1.39m3的气体。把这些气体通过氨分解装置可得到2.78m3的分解气体。  
  氨在320℃实际上即已开始分解。分解的速度随温度升高而增加。氨分解的最高温度可达980~1 000C。这是根据分解速度要求和反应罐寿命而综合考虑的。分解温度越高,对氨的完全分解越有利。当分解温度为900一1000℃时,残余氨可降到0.025%(体积分数)以下。  
  图2.4-61所示为氨分解装置的流程。液态氨通过蒸发器转化为气体。当氨的温度低于-12℃时,蒸发器也是维持气体压力的热源。在- 12℃,液氨密度为0.66kg/L,气化后的压力可达1100 kPa。把氨蒸气减压后通入热分解炉罐中(内盛镍或铁催化剂),于900~980℃进行分解。分解出来的气体先通人蒸发器作为液氨蒸发的热源,气体本身也同时得到冷却。最后将气体再次冷却和干燥到所需露点后即可用管道通往用气点。  
 
图2.4-61所示为氨分解装置的流程
 
  2)氨燃烧制备气氛,氨燃烧气氛的制备可采取两种方式:氨预先分解和氨直接燃烧。  
  氨和18℃的空气混合的燃烧范围(体积分数)下限为16.1%,上限为26.4%。混合气体的着火温度约为780℃。由于燃烧范围小,着火温度又高,发热值又较低(14003kJ/m3),不能维持高的燃烧温度。这就给直接燃烧制备法带来困难。因此,在生产中多采用氨预先分懈燃烧的方法。  
  分解氨中含有ψ(H2 )75%和ψ(N2)25%,具有很宽的燃烧范围:下限为4.0%(体积分数),上限为74.2%(体积分数)。因此,当空气和氨分解气的比例变动时仍会保持稳定的燃烧,启动时也容易点火。  
  氨直接燃烧的完全燃烧反应为  
  式2.4-38  
  氨预先分解和空气混合完全燃烧的反应为  
  式2.4-39、40、41  
  由此可以计算出各种燃烧程度的气体成分。  
  图2.4-62所示为在各种情况下的干燥气体成分和湿气体成分以及燃烧产物体积。  
  图2.4-63所示为氨预先部分燃烧气氛的制备工艺流程。液氨蒸发后在分解炉中分解成H2和N2,再与空气混合,在燃烧室中进行接近完全燃烧或部分燃烧,最后施行燃烧产物的冷却和干燥。由燃烧室出来的气体温度可达l200~1300℃,经冷却水套冷至500~ 600℃,再在管状冷却器中冷到20—25℃。与20℃露点相对应的水分含量为0.7%(质量分数)。进一步干燥可使用硅胶、分子筛等吸收剂,使水分含量降至0.01%(质量分数)以下,相应的露点为- 40~- 50℃。  
 
图2.4-63所示为氨预先部分燃烧气氛的制备工艺流程
图2.4-64所示为制备氨直接燃烧气氛的工艺流程
 
  图2.4-64所示为制备氨直接燃烧气氛的工艺流程。氨与一定量的空气混合,在有催化剂的燃烧炉中燃烧,燃烧温度约为820℃。  
     
   
     
 
 
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