天然气制氢工艺在炼铜行业中的应用方案分析

【摘要】：天然气制取还原气工艺用于闪速吹炼制铜,包括两段蒸汽转化工艺和部分氧化转化工艺。两段蒸汽转化工艺是在催化剂的作用下,吸收外部热量完成转化反应。部分氧化转化工艺是天然气直接在转化炉内进行燃烧完成转化。论文通过综合分析比对,对两个方案的经济性、安全性等方面提出见解,确立了适用于1000Nm3/h造气装置的实施方案和转化炉的结构优化设计。 1、采用Lobo-Evans法进行炉膛内数值计算,对两段蒸汽转化炉的出口烟气温度、燃料和水蒸气耗费量、原料和水蒸气的最优配比关系等进行了分析讨论,并与部分氧化炉的各项设计数据进行对比。结果显示,部分氧化工艺更适用于本次技术改造。 2、对蒸汽转化工艺的一段转化炉辐射室、对流室、二段转化炉、转化炉管以及部分氧化工艺的氧化炉,进行了详细的结构设计,给出具体的尺寸数值,使得方案对比的结果具有一定的实用价值。 3、运用ANSYS对蒸汽转化炉炉管进行了强度计算和模拟分析,结合工程实际运行状况,进行了结构优化设计。结果表明：实际变形量小于自由膨胀时的变形量。 4、运用ANSYS FLUENT对部分氧化炉的内部的烟气流动和温度分布进行了数值模拟,并考察了火焰喷射情况对炉膛保温层的影响。分析结果表明：炉膛内部温度分布非常不均衡,球形拱顶处温度最高,接近1700℃,说明烟气存在回流情况严重,在球形拱顶处积聚,入口处局部温度过高；通过对两方案建设资金投入、日常消耗等方面的综合比较,最终选择部分氧化工艺进行制氢。 【关键词】：天然气 蒸汽转化 部分氧化 转化炉 方案比较
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ116.2;TF811
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 课题背景及研究意义14-15
• 1.2 文献综述15-20
• 1.2.1 天然气制合成气工艺的研究进展15-17
• 1.2.2 天然气两段蒸汽转化工艺的研究进展17-18
• 1.2.3 天然气非催化部分氧化工艺的研究进展18-20
• 1.3 课题研究内容20-22
• 第2章 天然气两段蒸汽转化法22-38
• 2.1 两段蒸汽转化工艺概述22-25
• 2.2 辐射室传热计算方法25-27
• 2.3 辐射室的热平衡计算27-32
• 2.3.1 燃料燃烧计算27-29
• 2.3.2 辐射段的热量供给29-30
• 2.3.3 辐射段的热量输出30-31
• 2.3.4 燃料用量31-32
• 2.4 出口烟气温度32-36
• 2.5 本章小结36-38
• 第3章 蒸汽转化装置关键设备设计38-58
• 3.1 一段转化炉辐射室38-40
• 3.2 一段转化炉对流室40-42
• 3.3 二段转化炉42-44
• 3.4 转化炉管44-50
• 3.4.1 炉管系统结构及选材44-46
• 3.4.2 转化炉管的强度计算46-50
• 3.5 顶部烧嘴50-56
• 3.5.1 引射器50-56
• 3.6 本章小结56-58
• 第4章 转化炉管系统计算分析58-70
• 4.1 转化炉管的模拟分析60-63
• 4.1.1 单根炉管的应力和变形情况60-62
• 4.1.2 单根炉管热通量分布62-63
• 4.2 猪尾管的模拟分析63-67
• 4.2.1 上猪尾管的应力分布63-65
• 4.2.2 下猪尾管的应力分布65-67
• 4.3 本章小结67-70
• 第5章 部分氧化转化工艺70-86
• 5.1 部分氧化转化法工艺概述70-74
• 5.2 转化炉设备设计74-78
• 5.3 部分氧化反应过程模拟计算78-85
• 5.3.1 反应过程分析78-79
• 5.3.2 反应动力学模型79-80
• 5.3.3 炉膛烟气流动过程分析80-83
• 5.3.4 炉膛计算网格与边界条件83-84
• 5.3.5 模拟结果分析84-85
• 5.4 本章小结85-86
• 第6章 结论与展望86-90
• 6.1 方案比较86-88
• 6.2 结论88-89
• 6.3 展望89-90
• 参考文献90-92
• 致谢92-93
• 作者和导师简介93-94
• 附件94-95

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