《品质管理品质知识用净化后的天然气代替丙烷气渗碳的质量及经济效益》由会员分享，可在线阅读，更多相关《品质管理品质知识用净化后的天然气代替丙烷气渗碳的质量及经济效益（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、最新卓越 管理方案 您可自由 编辑 最新卓越 管理方案 您可自由 编辑 间的市场调研与技术分析，认为株洲的城 市天然气是国家西气东输的一部分，来源稳 定，价格低廉,使用方便,不需要单独建设储 气装置,安全隐患小,不但可以大大节约生 产成本,而且还能提高产品质量1-4、 缩短生 产周期、提高企业竞争力。 利用天然气进行渗碳，其工艺原理与使用丙 烷气相似。用天然气和丙烷气制备吸热式气 氛的反应式如下 （用镍作催化剂， 反应温度 1000）： CH4+2.38 空气CO+2H2+1.88N2(1) 品质管理品 质知识用净 品质管理品 质知识用净 化后的天然 气代替丙烷 气渗碳的质 量及经济效 益 化
2、后的天然 气代替丙烷 气渗碳的质 量及经济效 益 作者简介:马学文(1970.4.-)男，湖南洲株人，工程师，1991 年毕业于华南理工大学，获市级二等科技进步 奖一项，发表论文多篇。联系电话:,E-mail: 表 1 用不同原料气制备的吸热式气氛理论上的成分（体积分数,%)表 1 用不同原料气制备的吸热式气氛理论上的成分（体积分数,%)6 6 TablelTheoreticalpositionofendothermicatmospheresproducedbydifferentfeedgases( %) TablelTheoreticalpositionofendothermicatmosp
3、heresproducedbydifferentfeedgases( %)6 6 气体组成（体积分数）/%分类号 气氛种类制备气氛的化学反应 CO2COH2CH4H2ON2(JB/T9208) 吸热式气氛 甲烷制备 CH4+2.38 空气CO+2H2+1.88N2用 添加的 CH4 作富化气 微量20.738.70.8露点-4-2039.8XQ20 丙烷制备 C3H8+7.14 空气3CO+4H2+5.64N2 用添加的 C3H8作富化气 微量23320.4微量39.8XQ20 丁烷制备 C4H10+9.52 空气4CO+5H2+7.52N2 用添加的 C3H8作富化气 微量25330.4微量
4、39.8XQ20 从表 1 可知，天然气和丙烷气相比，两种 反应原理一致， 产生的气氛成分也相差不多， 只是通人的空气比例不同。因此改用天然气 后，设备改造和工艺调整的工作量较小，同 时有利于提高产品质量， 缩短生产周期1-4。 所以，株齿公司决定采用天然气全面代替液 化丙烷气，用于制备吸热式气氛的原料气 ； 气体渗碳的富化气1-4；渗碳设备的炉门 隔离火帘及废气排放的点火嘴消耗气等。 2 设备改造及调整2 设备改造及调整 株齿公司热处理现有的主要渗碳设备有： 一条 211 配置的哈克洛夫箱式炉生产线，一 条 211 配置的爱协林密封箱式炉生产线，两 台单推盘连续炉，一台带压淬的爱协林双推 盘
5、连续炉。配套有 3 台吸热式气氛发生器， 其产气量为：2 台 140m3/h，1 台 70m3/h。 要在上述设备中用天然气全面代替丙烷 气，事先需要做的工作有： 2.1 按照国家及地方有关安全管理规定， 完成输气管线设计及施工 2.1 按照国家及地方有关安全管理规定， 完成输气管线设计及施工 因为涉及到安全资质问题，这一部分工作 委托给了新奥燃气公司进行设计和施工，株 齿只对工作流量进行计算。丙烷气用量列于 表 2。 表 2 丙烷气的用量/m表 2 丙烷气的用量/m3 3hh-1 -1 Table2PropanegasconsumptionsfordifferentfurnacesTable
6、2Propanegasconsumptionsfordifferentfurnaces 使用设备哈克洛夫箱式炉爱协林多用炉单推盘连续炉爱协林双推盘连续炉合计 RX 气210210245140170 富化气20.520.521.511.66.6 点火嘴21.021.051.031.012 火帘21.521.541.511.513.5 (1)根据反应式(2)，表 2 中制备吸热式气氛 的丙烷气消耗量：17012.5613.5m3/h 表 2 各种气氛消耗量折算为丙烷气的消耗 量约为 46m3/h。 (2)如果改用天然气，根据反应式(1),制备 Rx 气的消耗量:1704.8834.8m3/h。 考
7、虑到甲烷的碳当量比丙烷低，富化气消耗 可能会达到丙烷气的 3 倍，即 20m3/h。 点火嘴及火帘的消耗量与丙烷气相同，合计 约 80.3m3/h。因此，当时株齿公司向新奥 燃气公司申报的使用量为 100m3/h。 2.2 天然气净化2.2 天然气净化 天然气中除含无机硫 H2S 外，还含有大量的 有机硫、硫醇（如 CH3SH，C2H5SH 等）及少 量的 CH3S、CS2等约 26 种3。若天然气中 硫含量高，则腐蚀设备、使催化剂中毒， 而且污染环境1-4。因此，天然气要很好地 应用到热处理生产中，首要的问题是除硫。 对于热处理来说，天然气中的含硫量越低 越好6，含水量越低越好1-5。关于脱
8、硫方 法，文献3、4已有较详细介绍，本文只介 绍三种固态除硫方法。 天然气脱硫主要采用湿法和干法两种。湿 法脱硫是采用某种溶液或悬浮液，通过化学 反应或物理吸附，对流量大、含硫高的气体 进行脱硫。在热处理生产中，因为天然气用 量不大，一般不采用湿法脱硫。 干法脱硫是用固体吸附剂脱硫，最常用的 固体吸附剂有氧化铁和活性炭。 (l)氧化铁脱硫：Fe2O33H2O 2Fe(OH)3,2Fe(OH)3+3H2S、Fe2S3+6H20热量 再生：2Fe2S3+6H2O+3O24Fe(OH)3+6S 此种脱硫剂需要在湿碱环境下工作，含水 量 30%40%，pH 值 810。主要用于脱除天 然气中的 H2S
9、。 （2）活性炭在优质活性载体中添加多种 助剂经特殊处理制成，具有较大的表面积和 合适的孔结构，在常温常压下对多种有机硫 化物有良好的脱除效果，对 H2S 也有少量的 脱除效果。因此，活性炭主要用于脱除天然 气中的有机硫。 (3)采用国家发明专利技术制成的净化剂 一步法脱除有机硫、无机硫、水、石油。 2.3 三种脱硫设备2.3 三种脱硫设备 (l)常规的固态脱硫设备，采用两步脱硫法； (2)只脱无机硫并脱水的设备（天然气汽车 加气站使用）；(3)采用净化剂的一步法净 化设备（国家发明专利）。 2.3.1 两步脱硫法2.3.1 两步脱硫法 将氧化铁和活性炭两种脱硫剂按一定的比 例分段或混合装载到
10、脱硫塔中,利用氧化铁 脱除无机硫,活性炭脱除有机硫,从而得到 符合要求的天然气。 其工作流程如图 1 所示。 图 1 二步脱硫法的工作流程图 1 二步脱硫法的工作流程 Fig.1Operatingflowchartofdesulphorizingby usingtwostepprocess 干燥塔含水量要达到-40 露点（微 量水检测仪检测） 并须为两套交换使用或 暂停再生（如同汽车的天然气加气站）。 城市天然气与氧气混合后进人增湿塔， 在增湿塔内与软水逆流接触。 增湿后的天 然气进人两组并联的脱硫塔， 由上而下经 过两层脱硫剂层，进行脱硫反应，将天然 气中的 H2S 和大部分有机硫脱除，从而
11、得 到符合要求的天然气。 因为氧化铁脱硫剂需要在一定的湿度 下工作,置换反应还需要氧气参与，故在 脱硫塔之前设置了必要的增湿补氧设备， 而在脱硫之后，需要干燥设备去水。氧化 铁脱硫时， 对水的含量要求较严， 为 30 -40%,水分低则活性不足,水分高则使氧 化铁呈悬浮状态，都影响脱硫效果。置换 时需要的氧气含量也很严格,一般为 0.1-0.4(体积分数,%)。因此，采用氧化 铁脱硫， 不但流程长， 控制过程也很复杂， 用气量不大时，不适宜采用这种方式。而 且氧化铁和活性炭都有一个硫容量的问 题，所脱的硫在设备内出不来，会使脱硫 效果不断衰减。 当脱硫剂的硫容量达到一 定程度时，脱硫塔的压降非
12、常大，脱硫指 标很低，如果此时外界压力低，一般为 0.2MPa 以下,使出口压力低于一定值（一 般为0.04MPa),该工艺过程将会停止。 而且这种脱硫剂的再生操作很复杂， 在一 般的生产车间难以完成。因此，这类设备 的供应商都是提供一次性的脱硫剂， 在使 用中脱硫效果不停地衰减， 一般 2 年就整 体更换脱硫剂。 脱硫十脱水法的原理同上。 2.3.2 一步净化法2.3.2 一步净化法 天然气净化后的指标为：有机硫 3mg/m3,无机硫lmg/m3,无石油，水份 -40(露点,采用微量水份检测仪转换）。 由于此种净化剂的再生操作非常简单,可 以在车间定期再生,因此当外界压力很低 时（最低可达
13、0.01MPa),该脱硫法不会出 现因压降大而停产的现象。 当天然气含硫 量出现异常时（如在重庆地区,就已出现 两次天然气气矿脱硫设备发生故障,天然 气含硫量高达 1100mg/m3的情况）,只要 缩短再生周期,不会停产。净化剂使用寿 命（指服役能力）10 年以上,最长的已经 服役了 22 年。 因此，株齿公司选择了一步净化法来 净化天然气,购买了 3 台采用属国家发明 专利的天然气净化设备,每台净化能力为 20m3/h。表 3、表 4 是天然气净化前后的 对比。 表 3 净化前株洲市天然气成分（体积分数，%)表 3 净化前株洲市天然气成分（体积分数，%) Table3Compositiono
14、funpurifiednaturalgasintheCityofZhuZhou（%)Table3CompositionofunpurifiednaturalgasintheCityofZhuZhou（%) 组分甲烷乙烷丙烷CO2N2总硫检测单位 比例97.110.570.101.40.8212.56mg/m3长岭炼化中心实验室 （2006-02-16) 表 42006 年净化后的天然气的总含硫量/mgm表 42006 年净化后的天然气的总含硫量/mgm-3 -3 日期8.28.38.48.78.98.118.138.15检测单位 1#0.1050.2240.3760.9221.3971.733
15、-株齿化验室 2006-08 2#-0.1400.2500.4070.6631.44 3#0.6160.8541.2582.127-0.2320.417 注：3 台净化罐的工作顺序是：2 台工作,1 台再生备用。每台工作时间为 10 天左右。再生时间约 10 小时， 由于管路某一时间段天然气含硫太高，我们曾再生了 72 小时，总算吐清了净化剂中吸的硫 2.4 改造设备2.4 改造设备 株齿公司原来使用丙烷气的压力为 0.1Mpa，现在使用的城市天然气压力低于这 个数值。根据新奥燃气提供的数据，公司天 然气入口处的压力范围为 0.02-0.07Mpa 压 力变小后，相同管道内气体流量减少，对于
16、原来的设备（主要是吸热式气氛发生器）就 需要改动。 2.4.1 吸热式气氛发生器 利用丙烷做原料气时 ： 原料气密度，管径， 原料气压力；利用天然气为原料气时：原料气 密度，管径，原料气压力。 根据已知条件，原料气可视为不可压缩气 体，其管内流动的总流方程为： （3） 方程左端为气源压力， 右端第一项为位能损失 ； 第二项为气流动能；第三项为沿程阻力损失， 其中为沿程阻力系数，通常；第四项为局部阻 力损失，为局部阻力系数。 根据现场情况，在实际计算中，可忽略 （3）式中位能损失及局部阻力损失的影响， 因此，（3）式可简化为：（4） 因此，原料气改变前后的关系式可视为： 即（5） 取，并将已知条件带入（3）式得：。 又由流量计算公式可得： 不同压力下，DN50mm 管道内的天然气流 量与 DN25mm 管道内 0.1MPa 丙烷气流量的比 值如表 5 所示： 表 5 不同条件下天然气流量与丙烷气流 量的比值 表 5 不同条件下天然气流量与丙烷气流 量的比值 Table5Flowratiosofnaturalgastopropa negasunderdifferentc
