CN103771416B - 一种实时制备co气体的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种实时制备CO气体的方法及装置。所述实时制备含量为2～10%CO气体的装置包括筒体、支板、接管、收缩段、支盘和硅酸铝纤维毡。筒体的下端有锥度为30度的收缩段，筒体的上端端口焊接有支盘。装料管的一端穿过支盘上的过孔，装入筒体内。排气管的一端穿过支盘上的过孔，装入筒体内。进气管的一端穿过支盘上的过孔，装入筒体内。在制备所述CO气体时，为防止超高强度钢热处理氢脆，解决现有热处理保护气氛中的含氢问题，本发明采用CO气体取代了H2，实现了产品在可控气氛中的无氧化热处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种可控气氛热处理用的无氢氮基保护气氛中实时制备CO气体的方法及装置。
背景技术
为使高强度钢和超高强度钢发挥高强度和优异塑性和韧性的要求，通常这些材料都需要经过热处理才能发挥出材料本身优异的性能。热处理的发展方向为少无氧化热处理，真空热处理和氮基气氛保护热处理是研究的重点。目前有文献报导的氮基可控气氛热处理均采用氮气加还原性气体H2作为保护气氛，以消除气氛中的残余氧气，达到无氧化热处理的目的。但超高强度钢因整体强度较高，对氢脆很敏感，所以在生产和使用中应避免接触含氢介质及气氛，防止氢脆的产生。为此，以CO气体取代含氢气氛作为热处理的保护气氛。
目前国内生产CO气体主要采用气体分离的方法。CO气体作为一些工业燃烧或裂解反应的多余产物，通过使用一些催化剂来分离出CO气，从而得到纯度较高的CO气体。但所述气体分离方法不能实时生产，须将生产的CO存储在压力容器中以备使用。由于CO无色无味，有毒，存储使用中有较大的安全隐患，给使用带来诸多不便。
发明内容
为克服现有技术中存在的存储使用中有较大的安全隐患的不足，本发明提出了一种实时制备CO气体的方法及装置。
本发明包括筒体、支板、排气管、收缩段、支盘和硅酸铝纤维毡。
所述筒体的下端焊接有收缩段，该收缩段内表面的锥度为30度；所述筒体的上端端口焊接有支盘。装料管的一端穿过支盘上的过孔，装入筒体内。排气管的一端穿过支盘上的过孔，装入筒体内。进气管的一端穿过支盘上的过孔，装入筒体内。所述装料管、排气管和进气管在支盘上的位置呈三角形分布。支板位于筒体内1/5处，并固定在装料管的端口上；所述支板上有出料孔，并且该出料孔的中心与装料管的中心重合。所述排气管位于的筒体内的孔口位于与支板上方，并与所述支板上表面之间有间隙；所述排气管的孔口与所述支板上的气孔相对应。进气管位于的筒体内一端穿过支板上的过孔至筒体内。在支板上表面与支盘下表面之间的空隙处填充有硅酸铝纤维毡。
所述排气管包括弯管和均布有通气孔的直管。所述直管上通气孔的孔径为2～3mm，在直管每个圆周截面上均布有10个孔，相邻孔轴向的中心距为10mm。
本发明还提出了一种所述实时制备CO气体的装置，实时制备含量为2～10％的CO气体的方法，包括以下步骤：
步骤1，添加活性炭。所述的活性炭用木炭或椰壳制成，将活性炭由CO反应罐的进料口中加入CO反应罐内，直至将所述CO反应罐加满。
步骤2，CO反应罐加热。将CO反应罐进行加热至800～850℃。向CO反应罐内通入膜制氮产生的工业氮气。所述氮气的流量为5～10m3/h；所述氮气的浓度为98.5～99.0％。通入氮气后，CO反应罐内的活性炭与氮气中的微量氧反应生成CO和氮气的混合气。
步骤3，过滤。对得到的CO和氮气的混合气进行过滤，去除CO和氮气的混合气的粉尘。将经过过滤的CO和氮气的混合气排出至有冷却水套的管路中。
步骤4冷却。通过有冷却水套的管路对经过过滤的CO和氮气的混合气进行冷却，得到含量为2～10％的CO。冷却中，冷却水套中循环水的压力为0.3～0.5MPa，流量为1.5m3/h。经过过滤的CO和氮气的混合气出口的压力为0.4～0.6MPa，流量为5～10m3/h。
为防止超高强度钢热处理氢脆，解决现有热处理保护气氛中的含氢问题，本发明提供了一种无氢氮基保护气氛，采用CO气体取代了H2。为提供CO气体，设计制造了一种CO气体实时制备装置。采用该装置不仅实现了CO气体的现场制备，还提供了一种热处理用无氢氮基保护气氛，实现了产品在可控气氛中的无氧化热处理。
本发明采用耐热不锈钢制作罐体，离心铸造而成，经过压力容器设计单位详细计算，即保证了耐高温的要求，又解决了罐体承压的问题，顺利产出了CO气，其流量和气氛浓度均能够满足生产需要。
附图说明
图1为实时制备CO气体装置的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为排气管的示意图，其中图3a是主视图，图3b是图3a中的A-A向示意图；
图4为本发明与炉体的配合示意图。其中：
1.法兰；2.法兰盖；3.收缩段；4.筒体；5.支板；6.排气管；7.支盘；8.法兰盘；9.平盖板；10.硅酸铝纤维毡；11.排气口；12.装料口；13.进气口；14.排渣口；15.热电偶；16.电阻丝；17.炉体；18.装料管。
具体实施方式
实施例一
本实施例是一种实时制备CO气体的装置，包括筒体4、支板5、排气管6、收缩段3、支盘7和硅酸铝纤维毡10。
所述筒体4的下端焊接有收缩段3，所述筒体4的上端端口焊接有支盘7。装料管18的一端穿过支盘7上的偏心过孔，装入筒体4内；在所述装料管18的装料口12处安装有法兰盘8。排气管6的一端穿过支盘7上的偏心过孔，装入筒体4内；在所述排气管6的排气口处安装有法兰1。进气管19的一端穿过支盘7上的偏心过孔，装入筒体4内。所述装料管18、排气管6和进气管19在支盘7上的位置呈三角形分布。支板5位于筒体4内1/5处，并焊接在装料管18的端口上；所述支板5上有出料孔，并且该出料孔的中心与装料管18的中心重合。所述排气管6位于的筒体4内的孔口位于与支板5上方，并与所述支板5上表面之间有5mm的间隙；所述排气管6的孔口与所述支板5上的气孔相对应。进气管19位于的筒体4内一端穿过支板5上的过孔，至筒体4内2/3处。在支板5上表面与支盘7下表面之间的空隙处填充有硅酸铝纤维毡10。
筒体4的下端固连有收缩段3。所述收缩段3内表面的锥度为30度。收缩段3的出口固定有法兰盖2。
所述排气管6包括弯管和均布有通气孔的直管。所述直管上通气孔的孔径为2～3mm，在直管每个圆周截面上均布有10个孔，相邻孔轴向的中心距为10mm。本实施例中，排气管6的孔径为2mm。
进气管的管径为20mm，装料管的管径为40mm。
使用时，将所述筒体4安装在炉体17内。
实施例二
本实施例是利用所述实时制备含量为CO气体的装置，实时制备含量为2～10％的CO气体的方法，包括以下步骤：
步骤1，添加活性炭。所述的活性炭用木炭或椰壳制成，本实施例中采用木炭制成。将活性炭由CO反应罐的进料口12中加入CO反应罐内，直至将所述CO反应罐加满。将CO反应罐的进料口密封。
步骤2，CO反应罐加热。通过加热炉将CO反应罐进行加热至800～850℃。向CO反应罐内通入膜制氮产生的工业氮气。所述氮气的流量为5～10m3/h；所述氮气的浓度为98.5～99.0％。通入氮气后，CO反应罐内的活性炭与氮气中的微量氧反应生成CO和氮气的混合气。本实施例中，所述氮气的流量为5m3/h；所述氮气的浓度为99.0％。
步骤3，过滤。对得到的CO和氮气的混合气进行过滤，去除CO和氮气的混合气的粉尘。将经过过滤的CO和氮气的混合气排出至有冷却水套的管路中。
步骤4冷却。通过有冷却水套的管路对经过过滤的CO和氮气的混合气进行冷却，得到CO含量为2～10％的保护气体。冷却中，冷却水套中循环水的压力为0.3～0.5MPa，流量为1.5m3/h。经过过滤的CO和氮气的混合气出口的压力为0.4～0.6MPa，流量为5～10m3/h。本实施例中，冷却水套中循环水的压力为0.4MPa，流量为1.5m3/h。经过过滤的CO和氮气的混合气出口的压力为0.6MPa，流量为5m3/h。
本发明还提出了其他实时制备CO气体的实施例3～5，其具体过程与实施例一的过程相同。各实施例中，制备参数如表所示：
Claims (4)
1.一种实时制备CO气体的装置，其特征在于，包括筒体、支板、排气管、收缩段、支盘和硅酸铝纤维毡；
所述筒体的下端焊接有收缩段，所述筒体的上端端口焊接有支盘；装料管的一端穿过支盘上的过孔，装入筒体内；排气管的一端穿过支盘上的过孔，装入筒体内；进气管的一端穿过支盘上的过孔，装入筒体内；所述装料管、排气管和进气管在支盘上的位置呈三角形分布；支板位于筒体内1/5处，并固定在装料管的端口上；所述支板上有出料孔，并且该出料孔的中心与装料管的中心重合；所述排气管位于筒体内的孔口位于支板上方，并与所述支板上表面之间有间隙；所述排气管的孔口与所述支板上的气孔相对应；进气管位于的筒体内一端穿过支板上的过孔至筒体内；在支板上表面与支盘下表面之间的空隙处填充有硅酸铝纤维毡。
2.如权利要求1所述实时制备CO气体的装置，其特征在于，所述筒体下端的收缩段内表面的锥度为30゜。
3.如权利要求1所述实时制备CO气体的装置，其特征在于，所述排气管包括弯管和均布有通气孔的直管；所述直管上通气孔的孔径为2～3mm，在直管每个圆周截面上均布有10个通气孔，相邻孔轴向的中心距为10mm。
4.一种利用权利要求1所述实时制备CO气体的装置，实时制备含量为2～10％的CO气体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，添加活性炭；所述的活性炭用木炭或椰壳制成，将活性炭由所述实时制备CO气体的装置的装料口中加入筒体内，直至将所述筒体加满；
步骤2，筒体加热；将筒体加热至750～900℃；向筒体内通入膜制氮产生的工业氮气；所述氮气的流量为5～10m3/h；所述氮气的浓度为99.0～99.9％；通入氮气后，筒体的活性炭与氮气中的微量氧反应生成CO和氮气的混合气；
步骤3，过滤；对得到的CO和氮气的混合气进行过滤，去除CO和氮气的混合气的粉尘；将经过过滤的CO和氮气的混合气排出至有冷却水套的管路中；
步骤4冷却；通过有冷却水套的管路对经过过滤的CO和氮气的混合气进行冷却，得到含量为2～10％的CO；冷却中，冷却水套中循环水的压力为0.3～0.5MPa，流量为1.5m3/h；经过过滤的CO和氮气的混合气出口的压力为0.2～0.6MPa，流量为5～10m3/h。
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