Ist Erdgas ein brauchbarer Ersatz für Propan bei der Aufkohlung? In diesem Artikel wird das Potenzial von Erdgas als Ersatz für Propan beim Aufkohlungsprozess untersucht, wobei der Schwerpunkt auf Kosteneinsparungen, Sicherheit und Umweltvorteilen liegt. Sie erfahren etwas über die beteiligten chemischen Reaktionen, die erforderlichen technischen Anpassungen und die langfristigen Auswirkungen auf die Produktionseffizienz und die Kohlenstoffemissionen. Tauchen Sie ein und erfahren Sie, wie diese Umstellung den von der Aufkohlung abhängigen Branchen zugute kommen könnte.
Das Aufkohlungsverfahren ist ein spezielles Verfahren zur Herstellung von Lagern aus aufgekohltem Stahl.
Die Dauer des Verarbeitungszyklus und der Verbrauch von Speisegas beeinflussen die Kosten der Lagerproduktion.
Lange Zeit wurden die Lagerteile aus aufgekohltem Stahl in unserem Unternehmen mit Propangas aufgekohlt, was mit hohen Produktionskosten verbunden ist.
Die Verwendung von Erdgas in der Wärmebehandlungsindustrie mit kontrollierbarer Atmosphäre als Ersatz für das ursprüngliche Propangas- oder Propan-Decabutan-Gemisch für die Aufkohlung kann den Unternehmen nicht nur die Kosten für den Rohgasverbrauch ersparen, sondern auch das zunehmend ernste Energieproblem von heute lindern.
Die Forschung über die Verwendung von Erdgas als Aufkohlungsmittel für die Aufkohlungsbehandlung in China begann in den 1980er Jahren.
Nach mehr als 30 Jahren Entwicklung sind die entsprechende Atmosphärensteuerung und die Verfahrenstechnik im Wesentlichen ausgereift.
Gegenwärtig ist das Hauptanwendungsgebiet jedoch die Aufkohlung von Getriebeprodukten.
Obwohl einige Unternehmen damit begonnen haben, Erdgas als Aufkohlungsmittel für Lagerprodukte zu verwenden, hat sich diese Technologie in der Industrie noch nicht durchgesetzt.
Unsere Propantankstelle wurde in den 1980er Jahren gebaut.
Es gibt zwei 43m3 Propantanks und ein 10m3 Restflüssigkeitstank, ein Kompressorraum, zwei Vergasungsanlagen, zwei Sätze von Druckentlastungsvorrichtungen, etwa 2000 m (DN125) erdverlegte Außenleitungen und acht Propandruckentlastungskammern.
Der Gesamtgasverbrauch liegt bei 11,5 bis 24,5 t/Monat.
In den letzten Jahren ist das Pipelinenetz aufgrund von Korrosion während des Betriebs häufig undicht geworden, was ein Sicherheitsrisiko für das Unternehmen darstellt.
Gleichzeitig ist es angesichts der Entwicklung und des Produktionsbedarfs des Unternehmens und der wirtschaftlichen Entwicklung der umliegenden Gebiete dringend erforderlich, das Problem des Ersatzes von Wärmebehandlungsgas zu lösen.
Das Verfahrensprinzip der aufkohlenden Wärmebehandlung mit Erdgas ist ähnlich wie das mit Propangas.
Die wichtigste Reaktionsgleichung für die Herstellung einer endothermen Atmosphäre mit Erdgas lautet:
CH4＋2.38air→CO+2H2+1.88N2 （1）
In der Formel wird NiO2 ist der Katalysator, CH4 ist das angereicherte Gas, und die Reaktionstemperatur beträgt ≥ 1000 ℃.
Aus der obigen Formel geht hervor, dass das Verhältnis von aufgekohltem Erdgas zu Luft 1:2,38 beträgt, während die tatsächliche Situation im Allgemeinen 1:2,5 oder sogar noch höher ist, da Erdgas nicht nur Methan, sondern auch Propan und andere Verbindungen mit höherem Gehalt enthält. Kohlenstoffgehalt und schädliche Verunreinigungen.
Die Referenz für die Zubereitung der RX-Atmosphäre ist in Tabelle 1 aufgeführt.
Außerdem ist der Aufkohlungsmechanismus des Erdgases CH4 → Cad+H2 Cad Aktivkohle.
Die Hauptreaktionsgleichung für die Herstellung einer endothermen Atmosphäre mit Propangas lautet:
C3H8＋7.14air→3CO+4H2+5.64N2 （2）
In der Formel wird NiO2 ist der Katalysator, C3H8 ist das angereicherte Gas, und die Reaktionstemperatur beträgt ≥ 1000 ℃.
Um ein höheres Kohlenstoffpotenzial im Aufkohlungsofen zu erreichen, wird dem Ofen Speisegas (gasförmige Alkane wie Propan oder Methan) als angereichertes Gas zugeführt.
Wenn Propan zur Anreicherung in die endotherme kontrollierte Atmosphäre gegeben wird, reagiert es sofort bei der Arbeitstemperatur des Wärmebehandlungsofens (800~950 ℃):
C3H8→2[C]+CH4+2H2 （3）
CO2, H2O, CO und H2 in endothermer Atmosphäre mit Wassergas reagieren:
CO+ H2O=CO2+H2 （4）
Bei der Aufkohlung werden CO und H2 verbraucht werden und CO2 und H2O erzeugt werden.
CO+H2=[C]+H2O （5）
2CO=[C]+CO2 （6）
Die Zugabe von Fettgas (CH4) verbrauchen ihrerseits CO2 und H2O, Ergänzung CO und H2und fördern die Aufkohlungsreaktion.
Die Reaktionsformel lautet:
CH4+CO2=2CO+H2 （7）
CH4+H2O=CO+3H2 （8）
Fettes Gas hinzufügen (C3H8), bildet Propan bei hohen Temperaturen schließlich Methan und nimmt dann an der Aufkohlungsreaktion teil.
Die Reaktionsformel lautet:
C3H8=2[C]+2H2+CH4 （9）
C3H8=[C]+2CH4 （10）
Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, dass Erdgas und Propangas im Vergleich zu Propangas das gleiche Reaktionsprinzip haben und sich die Zusammensetzung der erzeugten Atmosphäre nicht wesentlich unterscheidet, außer dass der Anteil der zugeführten Luft unterschiedlich ist.
Daher ist nach der Umstellung auf Erdgas der Arbeitsaufwand für die Umrüstung der Anlagen und die Anpassung der Prozesse geringer, was zur Verbesserung der Produktqualität und zur Verkürzung des Produktionszyklus beiträgt.
Die Ergebnisse zeigen, dass bei der Verwendung von Erdgas als Einsatzgas der thermische Wirkungsgrad erheblich verbessert wird, von 45%~68% auf 54%~89%.
Daher wird beschlossen, Erdgas anstelle von verflüssigtem Propangas als endothermische Atmosphäre bei der Wärmebehandlung zu verwenden.
Tabelle 2 zeigt den für die verschiedenen Gasproduktionen erforderlichen Gasquellenverbrauch.
Tabelle 1 Referenzdaten der RX-Atmosphärenherstellung
| Gasproduktion/m3. h-1 | 25 | 32 | 37 | 42 | 56 | 61 | 66 |
| Erdgas/m3. h-1 | 5.0 | 6.5 | 7.5 | 8.5 | 11.5 | 12.5 | 13.5 |
| Luft/m3. h-1 | 12 | 16 | 18 | 2.1 | 28 | 30 | 33 |
Bemerkung:
Tabelle 2 Zusammensetzung des aus verschiedenen Einsatzgasen hergestellten endothermen Gases (Volumenanteil) (%)
| Art der Atmosphäre | CO2 | CO | H2 | CH4 | H2O | N2 |
| Naturgas | 0.3 | 20.7 | 38.7 | 0.4 | 0.6 | 39.8 |
| Propan | 0.3 | 23 | 32 | 0.4 | 0.6 | 39.8 |
Für die aufkohlende Wärmebehandlung wird Erdgas verwendet.
Der Beschickungszyklus des kontinuierlichen Gasaufkohlungsofens beträgt 46 Minuten, und das Material ist G20CrNi2MoA.
Das Verfahren ist in Tabelle 3 dargestellt. Die Prüfergebnisse der physischen Proben der aufgekohlten Teile (aus den Aderendhülsen geschnittene Proben) sind in Tabelle 4 dargestellt.
Aus Tabelle 4 geht hervor, dass alle Indikatoren des Erdgases nach der Aufkohlung den technischen Anforderungen entsprechen.
Tabelle 3 Parameter des Aufkohlungsprozesses
| Aufkohlungszonen | Heizzone | Stark durchlässige Zone 1 | Stark durchlässige Zone 1 | Diffusionszone | Kühlzone für die Abschreckung |
| Temperatur/℃ | 920 | 930 | 930 | 925 | 880 |
| Kohlenstoffpotenzial (%) | – | 1.3 | 1.3 | 1.2 | 0.90 |
Tabelle 4 Inspektionsdaten der physikalischen Proben
| Laufende Nummer | Tiefe der gehärteten Schicht/mm | Kohlenstoffgehalt auf der Oberfläche (%) | Grobkarbid auf Oberfläche/Sorte | Oberfläche Netzwerk Karbid/Sorte | Tiefe der Entkohlung Schicht/mm |
| 1 | 2.4 | 0.85 | 1 | 1 | 0 |
| 2 | 2.4 | 0.85 | 1 | 1 | 0 |
| 3 | 2.3 | 0.8 | 1 | 1 | 0 |
| 4 | 2.4 | 0.85 | 1 | 1 | 0 |
| 5 | 2.5 | 0.85 | 1 | 1 | 0 |
| 6 | 2.4 | 0.85 | 1 | 1 | 0 |
| 7 | 2.4 | 0.85 | 1 | 1 | 0 |
| 8 | 2.5 | 0.85 | 1 | 1 | 0 |
| 9 | 2.3 | 0.8 | 1 | 1 | 0 |
| Technische Anforderung | 2.3~2.9 | 0.80~1.05 | 1~2 | 1~3 | ≤0.06 |
Der Preis für Propangas liegt bei etwa 4000 Yuan/t (bereitgestellt von ENN Gas), und die Vergasungsgeschwindigkeit beträgt etwa 550 Nm.3/t, entsprechend 7,27/Nm3.
Der Preis für Erdgas wird voraussichtlich 2,88 Yuan/Nm betragen.3und der in Propan umgerechnete Preis gemäß dem Substitutionsverhältnis beträgt 6,05 Yuan/Nm3.
Der jährliche Propanverbrauch unseres Unternehmens beträgt 220 t, und die Kosten belaufen sich auf 220 × 550 × 7,27 = 879670 Yuan.
Wenn das Propangas durch Erdgas ersetzt wird, beträgt der jährliche Erdgasverbrauch 220 × 550 × 2,1=254100Nm3, Kosten 254100 × 2,88=731808 Yuan, und die jährlich eingesparten Gaskosten betragen 879670-731808 ≈ 148000 Yuan.
Und mit der ständigen Anspannung der Ölressourcen steigt der Preis tendenziell immer weiter an.
Daher kann die Verwendung von Erdgas als Gasquelle für die Herstellung von steuerbarem Aufkohlungsgas die Kosten für den Verbrauch von Aufkohlungsgas erheblich senken, wenn man die Zusammensetzung des Speisegases betrachtet.
Bei der Verbrennung von Propangas werden 3,1 kg Kohlendioxid pro Kilogramm und bei der Verbrennung von Erdgas 2,3 kg Kohlendioxid pro Kilogramm freigesetzt.
Die Verwendung von Erdgas für die aufkohlende Wärmebehandlung reduziert die Kohlendioxidemissionen um etwa 25% im Vergleich zu Propangas.
Außerdem staut sich das Erdgas im Falle eines Lecks nicht auf dem Boden, wenn es in den Himmel aufsteigt, was keine potenziellen Sicherheitsrisiken mit sich bringen dürfte.
Die Explosionsgrenze von Erdgas ist höher als die von Propangas.
Erdgas wird als Ersatz für das ursprüngliche Propangas in der Wärmebehandlungsindustrie mit kontrollierbarer Atmosphäre zur Aufkohlung verwendet.
Der Aufwand für die Umrüstung der Ausrüstung und die Inbetriebnahme des Prozesses ist gering, was nicht nur die Kosten für den Rohgasverbrauch des Unternehmens senkt, sondern auch das heute zunehmend ernste Energieproblem lindert.
Gleichzeitig können die Personal- und Materialkosten für den Sicherheitsschutz gesenkt, die geplanten Flächen eingespart und der Zivilisationsbau des Unternehmens in der Umgebung verbessert werden.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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