O gás natural pode substituir o propano durante a cementação?

O processo de cementação é um processo especial na produção de rolamentos de aço cementado.

A duração do seu ciclo de processamento e o consumo do gás de alimentação afetam o custo de produção do rolamento.

Por muito tempo, as peças dos rolamentos de aço carburado de nossa empresa foram carburadas com gás propano como gás rico, que tem um alto custo de produção.

O uso de gás natural na indústria de tratamento térmico de atmosfera controlável para substituir o gás propano original ou a mistura de propano decabutano para carburação pode não apenas economizar o custo do consumo de gás bruto para as empresas, mas também aliviar o problema energético cada vez mais sério hoje.

A pesquisa sobre o uso do gás natural como agente cementante para tratamento de cementação na China começou na década de 1980.

Após mais de 30 anos de desenvolvimento, o controle de atmosfera relevante e a tecnologia de processo estão basicamente maduros.

Mas atualmente, o campo de aplicação comum é principalmente o tratamento de cementação de produtos de engrenagens.

Embora algumas empresas tenham começado a utilizar gás natural como agente de cementação para produtos de rolamentos, esta tecnologia não foi popularizada na indústria.

Nossa estação de propano foi construída na década de 1980.

São dois de 43m³ tanques de armazenamento de propano e 10m³ tanque de líquido residual, uma sala de compressores, dois dispositivos de gaseificação, dois conjuntos de dispositivos de alívio de pressão, cerca de 2.000 m (DN125) de rede elétrica enterrada ao ar livre e oito câmaras de alívio de pressão de propano.

O consumo total de gás é de 11,5~24,5t/mês.

Nos últimos anos, a rede de dutos frequentemente apresenta vazamentos devido à corrosão durante a operação, causando potenciais riscos à segurança da empresa.

Ao mesmo tempo, com o desenvolvimento e a procura de produção da empresa e o desenvolvimento comercial dos terrenos envolventes, é urgente resolver o problema de substituição do gás de tratamento térmico.

Preparação de atmosfera controlável por gás natural em vez de gás propano

1. Comparação de equações de reação química de dois gases de alimentação

O princípio do processo de tratamento térmico de cementação com gás natural é semelhante ao do gás propano.

A principal equação de reação para preparação de atmosfera endotérmica com gás natural é:

CH₄＋2,38ar→CO+2H₂+1,88N₂ (1)

Na fórmula, NiO₂ é o catalisador, CH₄ é o gás enriquecido e a temperatura de reação é ≥ 1000 ℃.

Pode-se observar pela fórmula acima que a proporção de gás natural carburado para ar é de 1:2,38, enquanto a situação real é geralmente de 1:2,5, ou até mais, porque o gás natural contém não apenas metano, mas também propano e outros compostos com maior teor de carbono e impurezas prejudiciais.

A referência da preparação da atmosfera RX é mostrada na Tabela 1.

Além disso, o mecanismo de cementação do gás natural é CH₄ →C_{de Anúncios}+H₂ C_{de Anúncios} carvão ativado.

A principal equação de reação para preparação de atmosfera endotérmica com gás propano é:

C₃H₈＋7,14ar→3CO+4H₂+5,64N₂ (2)

Na fórmula, NiO₂ é o catalisador, C₃H₈ é o gás enriquecido e a temperatura de reação é ≥ 1000 ℃.

Para atingir um maior potencial de carbono no forno de cementação, o gás de alimentação (alcanos gasosos, como propano ou metano) é adicionado ao forno como gás enriquecido.

Quando o propano é adicionado à atmosfera controlada endotérmica para enriquecimento, o propano reagirá imediatamente à temperatura de trabalho do forno de tratamento térmico (800 ~ 950 ℃):

C₃H₈→2(C)+CH₄+2H₂ (3)

CO₂H₂O, CO e H₂ na atmosfera endotérmica reage com o gás água:

CO + H₂O=CO₂+H₂ (4)

Durante a cementação, CO e H₂ são consumidos e CO₂ e H₂O são gerados.

CO+H₂=(C)+H₂Ó (5)

2CO=(C)+CO₂ (6)

Adicionando gás rico (CH₄) por sua vez consumirá CO₂ e H₂O, suplemento CO e H₂e promover a reação de carburação.

A fórmula da reação é:

CH₄+CO₂=2CO+H₂ (7)

CH₄+H₂O=CO+3H₂ (8)

Adicione gás rico (C₃H₈), o propano finalmente formará metano sob alta temperatura e então participará da reação de carburação.

A fórmula da reação é:

C₃H₈=2(C)+2H₂+CH₄ (9)

C₃H₈=(C)+2CH₄ (10)

2. Comparação de produtos de dois gases

Pode-se observar na Tabela 2 que comparado ao gás propano, o gás natural e o gás propano têm o mesmo princípio de reação, e a composição da atmosfera produzida não é muito diferente, exceto que a proporção de ar introduzido é diferente.

Portanto, após a mudança para o gás natural, a carga de trabalho de transformação de equipamentos e ajuste de processos é menor, o que contribui para melhorar a qualidade do produto e encurtar o ciclo de produção.

Os resultados mostram que quando o gás natural é utilizado como gás de alimentação, a eficiência térmica é significativamente melhorada, de 45%~68% para 54%~89%.

Portanto, decide-se utilizar o gás natural para substituir o gás propano liquefeito como atmosfera endotérmica na produção de tratamento térmico.

A Tabela 2 mostra o consumo da fonte de gás necessário para diferentes produções de gás.

Tabela 1 Dados de referência da preparação da atmosfera RX

Observações:

• Temperatura de produção de gás: 1000~1040 ℃;
• Gás natural: ar=1: 2,4;
• Ponto de orvalho: – 2~5 ℃.

Tabela 2 Composição do gás endotérmico preparado a partir de diferentes gases de alimentação (fração volumétrica) (%)

Tratamento térmico de peças com cementação a gás natural

O gás natural é usado para tratamento térmico de cementação.

O ciclo de alimentação do forno de carburação a gás contínuo é de 46 minutos e o material é G20CrNi₂MoA.

O processo é mostrado na Tabela 3. Os resultados da inspeção de amostras físicas de peças carburadas (amostras cortadas de ponteiras) são mostrados na Tabela 4.

Pode-se observar na Tabela 4 que todos os indicadores do gás natural após a carburação atendem aos requisitos técnicos.

Tabela 3 Parâmetros do Processo de Carburização

Tabela 4 Dados de Inspeção de Amostras Físicas

Comparação de conservação de energia e redução de emissões entre propano e gás natural

1. Efeito de poupança de energia

O preço do gás propano é de cerca de 4.000 yuans/t (fornecido pela ENN Gas), e a taxa de gaseificação é de cerca de 550Nm³/t, equivalente a 7,27/Nm³.

O preço do gás natural deverá ser de 2,88 yuan/Nm³e o preço convertido em propano de acordo com a taxa de substituição é de 6,05 yuan/Nm³.

O consumo anual de propano de nossa empresa é de 220 toneladas e o custo é de 220 × 550 × 7,27 = 879.670 yuans.

Se o gás propano for substituído por gás natural, o consumo anual de gás natural será de 220 × 550 × 2,1 = 254100Nm³custa 254.100 × 2,88 = 731.808 yuans, e o custo anual do gás economizado é de 879.670-731.808 ≈ 148.000 yuans.

E com a constante tensão dos recursos petrolíferos, o preço tem uma tendência de aumento contínuo.

Portanto, do ponto de vista da composição do consumo de gás de alimentação, o uso de gás natural como fonte de gás para a preparação de gás de cementação controlável pode reduzir bastante o custo do consumo de gás de alimentação.

2. Efeito de redução de emissões e segurança

A combustão do gás propano emite 3,1kg de dióxido de carbono por quilograma, e a combustão do gás natural emite 2,3kg de dióxido de carbono por quilograma.

A utilização de gás natural para tratamento térmico de cementação reduz as emissões de dióxido de carbono em cerca de 25% em comparação com o gás propano.

Além disso, em caso de vazamento, o gás natural não se acumulará no solo quando flutuar para o céu, o que provavelmente não causará riscos potenciais à segurança.

O limite de explosão do gás natural é superior ao do gás propano.

Conclusão

O gás natural é usado para substituir o gás propano original na indústria de tratamento térmico de atmosfera controlável para carburação.

Seu trabalho de transformação de equipamentos e comissionamento de processos é pequeno, o que não só economiza o custo do consumo de gás bruto do empreendimento, mas também ameniza o cada vez mais sério problema energético da atualidade.

Ao mesmo tempo, pode reduzir os custos humanos e materiais para proteção da segurança, salvar os terrenos planejados e melhorar a construção civilizatória da empresa nas áreas circundantes.