热处理金属的方法技术

本发明专利技术涉及一种形成热处理气氛的方法，其中对含有少量氧气的富氮气体进行预热。将一种能和氧反应的气体（例如烃类气体）与富氮气体混合，而混合物在炉子外某温度反应，高于该温度就不会生成显著的烟炱。然后将所得到的热处理气氛送到炉子内进行热处理过程。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热处理金属的方法和装置，其中在炉子的外部在预热温度形成热处理气氛，在该预热温度下基本上不会发生烟炱。将富氮气体预热，并且只有在达到预热温度以后，才将被预热的富氮气体和能与氧反应的气体混合并在炉子外部形成热处理气氛。可以有选择地产生具有预选择的、不脱炭的，还原性的，不氧化的或惰性性能的热处理气氛并传送到炉子。以氮为基础的热处理气氛是广为人知的，可用于热处理金属。曾经有一段时间，这样的气氛是通过混合低温产生的氮气和烃类和/或氢而产生的，但近年来已使用非低温氮源。具体地说，非低温空气分离技术，诸如压力摆动吸附和膜分离，已可产生含有较少量氧气(即通常少于10％体积)的富氮气体。非低温产生的氮和烃类和/或氢已被使用，其中富氮气体中的氧气与氢或一种烃反应使氧气转变为水，二氧化碳和/或一氧化碳。热处理气氛的形成过去一直是在室温下将原料气体混合、然后将混合物注入到一般加热至超过600℃，更典型加热至高达1200℃的炉子内。按照这样的方法，热处理气氛是在炉子反应温度下当场在炉子内形成的。新近，已揭示了一种热处理方法，其中非低温生产的富氮气体被预热到200-400℃温度，然后与烃类气体混合。然后将所得到的混合物送至催化反应器，将富氮气体中的氧气转变为氢气、一氧化碳、水分和二氧化碳的混合物，再将所得到的反应器流出气流——包含氮气，水分，二氧化碳，氢气，一氧化碳和未反应的烃类——送至炉子内作为热处理气氛。这样的热处理方法的例子在授予D.Gary等人的下列美国专利中已有揭示U.S.Patent No.5,298,090，U.S.PatentNo.5,320,818和U.S.Patent No.5.417,774，这里引用这些专利作为参考。上述这些专利都揭示了将富氮气体预热到约200-400℃这样相对较低温度。预热温度要尽量降低，因为富氮气体中的氧气和烃类气体间的反应是放热反应，因此限制预热温度低于400℃对于避免烃类气体的热裂化和防止烟炱沉积在催化剂上是有益的。引发和维持氧气和烃类气体间的反应有赖于催化剂。贵金属催化剂被用于该反应中，它选自铂族金属，诸如铂，钯，铑，钌，铱，锇及它们的混合物。众所周知，贵金属催化剂是昂贵的，并且使用贵金属催化剂的催化剂系统增加了提供热处理气氛的费用。此外，因为连续依赖催化剂来引发和维持反应会导致催化剂的老化和反应动力学的效率变差，故此这样的系统都是不利的。形成热处理气氛的另一途径在授予Y.Rancon等人的U.S.Patent No.5,242.509中被揭示。在该方法中，将贵金属催化剂加热至400℃至900℃温度。再通入富氮气体和烃类气体的混合物与贵金属催化剂接触。’509专利加热催化剂并依赖被加热的催化剂来提高富氮气体和烃类气体的温度和引发其中的反应。’509专利所揭示的方法是不利的，因为，象U.S.Patent No.5,298,090所揭示的方法一样，催化剂(尤其是贵金属催化剂)是引发并维持反应所必不可少的。不使用贵金属催化时，这些方法都将导致明显的烟炱。如前面所指出的，贵金属催化剂的成本大大增加了热处理金属的成本。此外，加热催化剂不如直接加热气体有效。当加热催化剂时，通入与催化剂接触的气体将被加热，但只能加热至此催化剂本身低的温度。这一点对使用很高的流率的工业热处理方法尤其明显，高流率使催化剂冷却，这也降低了反应的效率。如果热处理气氛能在炉子外部形成而不显著生成烟炱，这在形成热处理气氛的技术中将是一个显著的进步，提供一种热处理方法使富氮气体中的氧气有效反应而不依赖于昂贵的催化剂来引发和维持反应将是该
中更进一步的发展。本专利技术涉及热处理金属的方法，其中热处理气氛是以经济和有效的方式在炉子外部形成。在本专利技术的一个方面，热处理金属的方法包括(a)将富氮气体组成的气体预热至预热温度；(b)将能与氧反应的气体加至被预热的富氮气体中，在反应温度下形成反应混合物，其中并不显著生成烟炱；(c)在所述的反应温度和没有催化剂条件下，使反应混合物反应生成热处理气氛；(d)将该热处理气氛转移至炉子内，并(e)在所述的热处理气氛存在的条件下热处理金属。本专利技术的另外一个方面，形成热处理气氛的步骤是在预热温度在400℃以上，较典型是在500℃以上，更好是在约600-1200℃范围内单独预热富氮气体，然后将预热的富氮气体以及与氧反应的气体混合生成反应混合物，并在存在或不存在催化剂条件下使该反应混合物进行反应生成热处理气氛。在炉子外部形成热处理气氛通常是通过单单预热富氮气体并将其以及能与氧反应的气体混合生成具有某温度的反应混合物，超过该温度不会产生显著的烟炱。该过程是在没有催化剂的条件下进行的，虽然也可以用催化剂来提高反应的效率。按照本专利技术，热处理气氛是有效并经济地形成的，而且可以将它调节得适合具体的热处理过程，所述的热处理过程可能需要一个还原，非还原，非脱炭或基本惰性的气氛。下面的附图是本专利技术实施方式的说明，但它们并不是用来限制本专利技术，本专利技术的范围是由构成本申请一部分的各权利要求来限定的。附图说明图1是适于形成按照本专利技术热处理气氛的设备示意图；图2是图1设备中所使用的加热室的横向剖视图；图3是表示用含有2％(体积)氧气的富氮气体与不同百分比的甲烷形成热处理气氛过程中所产生的碳(烟炱)量的曲线图；图4是表示用含有2％(体积)氧气的富氮气体与不同百分比的丙烷形成热处理气氛过程中所产生的碳(烟炱)量的曲线图。本专利技术涉及一种对金属进行热处理的方法，其中热处理气氛(它可能是还原性的或非还原性的气氛)是在炉子外部形成的，只有富氮气体被预热。然后将被预热的富氮气体与一种能和氧气反应的气体在某温度下混合形成热处理气氛，高于该温度时，烟炱基本上不会产生。然后热处理气氛被送至炉子中，较好在不被冷却的条件下，其中金属通常是在高达约1200℃的温度进行热处理。按照本专利技术，预热步骤中仅仅将富氮气体加热至其温度超过现有技术中直接加热富氮气体且需催化剂引发反应的预热过程所用的温度。本专利技术需要预热富氮气体，这也与现有技术直接加热催化剂是不同的。预热富氮气体通常在400℃以上进行，典型的是在500℃以上。较好的预热温度至少是600℃，最好是约在600℃至1200℃范围内。形成热处理气氛的反应体是富氮气体和能与氧气反应的气体。“富氮气体”这里定义为含氧量不多于10％(体积)，较好的是含氧量不多于5％(体积)，最好的是含氧量不多于2％(体积)。富氮气体可以来自任意的气体来源。较好的气源是空气，空气已经过压力摆动吸附或膜分离而除去了包含在其中的氧气的实质性部分，压力摆动系统和膜分离系统在本
内是众所周知的。如这里所用的，“能与氧气反应的气体”是指能与氧发生反应的气体。较好的能与氧反应的气体包括氢气，烃类(包括低级烷烃例如甲烷，乙烷，丙烷，丁烷及其混合物)；醇类(例如甲醇，乙醇，丙醇，丁醇及其混合物)；液化石油气(LPG)等，以及它们的混合物。存在于富氮气体中的氧气和能与氧气反应的气体的摩尔比可以在一个范围内变化，以产生由高度还原性变化至非还原性的热处理气氛。氧气对能与氧反应气体的比例的最大值和最小值可以由氧化反应的平衡来计算。当该摩尔比接近最小值时，富氮气体(即其中所含有的氧气)和能与氧反应的气体的反应将产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热处理金属的方法，其特征在于它包括：（ａ）预热由富氮气体组成的气体至预热温度；（ｂ）将能与氧反应的气体加至已被预热的富氮体中以在反应温度下形成反应混合物，在该反应温度下没有显著的烟炱生成；（ｃ）在所述的反应温度使反应混合物进 行反应，在不存在催化剂条件下形成热处理气氛；（ｄ）把热处理气氛转移到炉子；以及（ｃ）在上述炉子内，并在所述的热处理气氛存在下对金属进行热处理。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：HS纳亚尔，小JJ德怀尔，爱德华张，
申请(专利权)人：波克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]