制备热处理气氛的方法及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种热处理气氛的制备方法，该法使第一股含氧气体混合物（２／３）与第二股含烃气体混合物（４）于催化反应器内进行催化反应，旨在向至少一处用户现场（Ｆ↓［１］，Ｆ↓［２］，Ｆ↓［３］，２５）提供所述气氛，依照该方法：ａ）连续测量反应器出口所得热处理气氛的压力（１２）；ｂ）将步骤ａ）中测得压力与某一设定压力Ｐｃ进行比较；以及ｃ）根据步骤ｂ）中进行比较的结果，对第一气体混合物和／或第二气体混合物的相应气流量实施必要的反馈，以期在必要时使热处理气氛在反应器出口处的压力回复设定水平Ｐｃ。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热处理气氛领域。具体而言，本专利技术涉及一种含氧混合物与另一种含烃混合物在气体脱氧催化反应器中反应生成的气氛。“混合气1”一般由空气和深度致冷氮或是含残量浓度氧的非纯氮的混合物组成，所述非纯氮可产生于经渗透或吸收进行空分的场合。至于“混合气2”，大都为天然气，丙烷，或是烃的混合物组成。在生产实践中，若现场对气氛流量的需求多样，则气体发生器的操作控制是非常困难的。该问题源于两种场合a)发生器向一厂内几台热炉供热；b)发生器向一台热炉供热。场合a)此时，现场设多台热炉，运行期间，其中一台或几台的热炉常常在一天或一周内随时终止。这类停顿可以常规装置进行，人为方式可用热炉供气管网上设置的阀门，或举例而言，直接由气体发生器自身自动控制有关网线上电磁阀的关闭。无论采用何种装置，气氛发生器随之都会接到响应信号以降低输出(减去停供热炉的耗量)，如此则气氛发生器的总输出得以降低。若催化反应器的出口压力改变，也即关闭一台热炉台反应器出口压力降增加，则产生的输出相应降低。事实上，由于管网具有长度或是其上还存在阀门、流量计等附设等，故应考虑到每一管线还有其自身的压降，这样，相应仍运行热炉数而调节后的发生器输出或多或少受每一网线压降的影响，因之开通网线中的流通量也会产生偏离。故此，在实践中，对每一网线也即每一台热炉而言，输出分配并不能确保，常常是操作者还需人为地再调节每一热炉的流量，以便使其达到相应热炉所需的流量水平。场合b)以钟形炉为例说明。此时，发生器向单台热炉供热，气体需用流量可变。钟形炉的温度变化发生在几小时甚或数十小时期间，一般包括大致规律的升温、温度平稳段以及冷却阶段。一般在热稳定期间，用户的气流需用量呈台阶状递减。此外，钟形炉内还常保持一定的过剩压力(一般数量级为数十毫巴)，旨在限制空气流入炉内。在流量发生变化的特定条件下，维持相应的过剩压力非常困难，一般是人为地进行，实际上是借助阀门干预。因此，本专利技术的一个目的是提出一种生成如上定义气氛的改进方法，它可精确控制注入每一炉内的气氛量，而不必顾及现场使用多少台热炉。按照本专利技术，该法利用一种含氧气体混合物与另一种含烃的气体混合物在催化反应器内反应制备热处理气氛，目的是向至少有一台热处理炉的用户现场提供该气氛，步骤如下a)连续测量催化反应器出口处所得热处理气氛的压力；b)将步骤a)中测得压力与设定压力Pc进行比较；且c)依照步骤b)中进行比较的结果，针对催化反应器入口处混合气1和/或混合气2的气流量实施必要的反馈，如此则相应调整反应器出口热处理气氛的压力恢复至设定值Pc的水平。本申请人的研究结果表明，不论是多台热炉设置还是只向单台热处理炉供气，两种场合下存在的所述问题均可通过监控催化反应器出口的压力设定值获得解决。以三台连续热处理炉装置为例说明于后。在给定时间，用户停运第三号炉。由于第三供应管线关闭产生压降，故这个干预导致催化反应器出口压力增大。按照本专利技术，相应调节供应催化反应器的混合气1和混合气2的流量，以期在出口得到压力回复设定水平Pc的热处理气氛。因压力重新达到设定压力水平，且如前述每一管线压力固定，故在运行中输送至系统每一在线管线的流量固定在每一热炉的常规需用流量水平，这样运行中也就无任何干扰。反应器出口压力设定值Pc依用户现场的不同要求而定，它是有关现场最大需用流量和管网特定压降的函数。一般，设定值Pc介乎〔50毫巴，400毫巴〕之间。有关同时向三台热炉供热的场合的更多的细节例述于下文实施例中。按照本专利技术，混合气1的组分举例而言为含残量浓度氧的非纯氮气，这可由渗透或吸收进行空分得到，也可将空气和深度制冷氮相混得到。同样作为例示，含烃的混合气2由天然气或是烃的混合物组成，但也可为一种更复杂的混合物，其中含工业生产现场某一过程产生的工业副产，该副产优选含氢、烃及CO混合物的比例较高一般至少占总量的50％。举例而言，本专利技术的催化反应器含一种贱金属(如镍或铜)基催化剂，或以贵金属(铂或钯)为基的催化剂。按照本专利技术的一种实施方案，所用催化反应器利用一种以贵金属如铂或钯为基的催化剂，混合气1与混合气2于该反应器内进行反应，温度介于400～900℃间。按照本专利技术的另一种实施方案，所用催化反应器利用一种贱金属(如镍)基催化剂，混合气1与混合气2于该反应器内进行反应时温度为800～1200℃。任何类型的数据处理单元均可用于监控在反应器出口测得的压力，将该压力与设定压力Pc进行比较，以及向进入反应器的物流实施反馈以保持压力水平Pc，其间，这类单元只接收在催化反应器出口测得的压力，它包括任何执行控制操作的装置，如流量控制装置(阀门、电磁阀等)。这类控制装置的执行方式有多种可供选择，例如，PID控制器或本领域中任何其它已知的控制器。举例而言，如将前述监测、比较及反馈操作以编程方式体现于数据处理单元中，则该单元也包括本领域中已知的任一种适选可编程计算器。例如，该单元可包括一台可编程自动控制器。反应器出口压力“连续”控制的概念应视作与所用装置的采样速率有关，以可编程自动控制器为例，数据更新一般在1秒内的各时段上进行。就本方明的一个方面而言，催化反应器的加热温度与产生气氛的流量为从属关系。例如，这种关系可通过以下方式达成按照用户现场所有操作变量确定需向用户提供的气氛流量，据此将反应器应产出气氛流量划分为若干区段，再将每一区段与一个催化反应器的加热温度设定值相关联。按照本专利技术方法可根据用户现场特定需求制备组成多样的热处理气氛，而且，氮基混合气1中初始残留氧浓度可适应不同类型的热处理环境，既可是保护性气氛也可是较活性气氛，例如脱碳气氛；氮基混合气中特别加入氢(优选1％～30％体积)，CO(优选0.5％～15％体积)，CO2(优选100体积ppm～2％体积)，以及水蒸汽(其露点优选-40℃～+20℃，甚或+30℃)。为确保所得气氛中基本无氧，优选操作条件下烃的化学计量比略为过量，以使所得气氛中尚余残留的烃。在此，我们将不赘述那些熟知本技术的人都能进行的有关计算，也即以氧和烃进行反应的化学计量比以及待产出气氛的给定参数(流量及组成，如CO和H2的浓度)为依据，确定原料混合气1中所需最小残留氧浓度，所用混合气1的流量以及含烃混合气2的流量并以此得出平衡化学计量比条件甚而是化学计量微过量条件。反应器出口气体压力水平P经记录后再传送至数据处理单元，该单元对P和设定值Pc进行比较并调整该压力，如此P回复至设定值Pc。这种调整系经调节产出气氛的总流量完成，也即将P与Pc的差值变换为对应气氛总流量的一个设定值，该值随后成为前所提及流量/浓度计算的基本数据。以下以使用可编程自动控制器为例，说明这种调整的实施方法—自动控制器接收压力测定信号P，该信号得自催化反应器的出口；—自动控制器将该测定信号转换为数字形式(介于0～Nmax)；—该数字值N发送至PID控制模块，由其实施一个控制并将表示该控制结果的N’值(举例而言，当控制器受翻转输出作用时，则压力越高而该值越低)以其输出形式送出；—自动控制器随后将压差P-Pc变换为流量设定值QC，规则有三PID输出………流量(Nm3/h)o oNmaxQmaxN’ QC其中QC＝(Qmax×N’)/Nmax，Qmax为装置所能产出的最大流量值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热处理气氛的制备方法，该法使第一股含氧气体混合物（２／３）与第二股含烃气体混合物（４）于催化反应器内进行催化反应，旨在向至少一处用户现场（Ｆ↓［１］，Ｆ↓［２］，Ｆ↓［３］，２５）提供所述气氛，依照该方法：ａ）连续测量反应器出口所得 热处理气氛的压力（１２）；ｂ）将步骤ａ）中测得压力与某一设定压力Ｐ↓［Ｃ］进行比较；以及ｃ）根据步骤ｂ）中进行比较的结果，对第一气体混合物和／或第二气体混合物的相应气流量实施必要的反馈，以期在必要时使热处理气氛在反应器出口处的压力回 复设定水平Ｐ↓［Ｃ］。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JC莫伦，P波尔塔莱特麦克斯温尼，P波伊诺特，
申请(专利权)人：液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]