天然氣制氫工藝在煉銅行業(yè)中的應(yīng)用方案分析

【摘要】：天然氣制取還原氣工藝用于閃速吹煉制銅,包括兩段蒸汽轉(zhuǎn)化工藝和部分氧化轉(zhuǎn)化工藝。兩段蒸汽轉(zhuǎn)化工藝是在催化劑的作用下,吸收外部熱量完成轉(zhuǎn)化反應(yīng)。部分氧化轉(zhuǎn)化工藝是天然氣直接在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)進(jìn)行燃燒完成轉(zhuǎn)化。論文通過綜合分析比對,對兩個(gè)方案的經(jīng)濟(jì)性、安全性等方面提出見解,確立了適用于1000Nm3/h造氣裝置的實(shí)施方案和轉(zhuǎn)化爐的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。 1、采用Lobo-Evans法進(jìn)行爐膛內(nèi)數(shù)值計(jì)算,對兩段蒸汽轉(zhuǎn)化爐的出口煙氣溫度、燃料和水蒸氣耗費(fèi)量、原料和水蒸氣的最優(yōu)配比關(guān)系等進(jìn)行了分析討論,并與部分氧化爐的各項(xiàng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。結(jié)果顯示,部分氧化工藝更適用于本次技術(shù)改造。 2、對蒸汽轉(zhuǎn)化工藝的一段轉(zhuǎn)化爐輻射室、對流室、二段轉(zhuǎn)化爐、轉(zhuǎn)化爐管以及部分氧化工藝的氧化爐,進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),給出具體的尺寸數(shù)值,使得方案對比的結(jié)果具有一定的實(shí)用價(jià)值。 3、運(yùn)用ANSYS對蒸汽轉(zhuǎn)化爐爐管進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算和模擬分析,結(jié)合工程實(shí)際運(yùn)行狀況,進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果表明：實(shí)際變形量小于自由膨脹時(shí)的變形量。 4、運(yùn)用ANSYS FLUENT對部分氧化爐的內(nèi)部的煙氣流動(dòng)和溫度分布進(jìn)行了數(shù)值模擬,并考察了火焰噴射情況對爐膛保溫層的影響。分析結(jié)果表明：爐膛內(nèi)部溫度分布非常不均衡,球形拱頂處溫度最高,接近1700℃,說明煙氣存在回流情況嚴(yán)重,在球形拱頂處積聚,入口處局部溫度過高；通過對兩方案建設(shè)資金投入、日常消耗等方面的綜合比較,最終選擇部分氧化工藝進(jìn)行制氫。 【關(guān)鍵詞】：天然氣 蒸汽轉(zhuǎn)化 部分氧化 轉(zhuǎn)化爐 方案比較
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TQ116.2;TF811
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第1章 緒論14-22
• 1.1 課題背景及研究意義14-15
• 1.2 文獻(xiàn)綜述15-20
• 1.2.1 天然氣制合成氣工藝的研究進(jìn)展15-17
• 1.2.2 天然氣兩段蒸汽轉(zhuǎn)化工藝的研究進(jìn)展17-18
• 1.2.3 天然氣非催化部分氧化工藝的研究進(jìn)展18-20
• 1.3 課題研究內(nèi)容20-22
• 第2章 天然氣兩段蒸汽轉(zhuǎn)化法22-38
• 2.1 兩段蒸汽轉(zhuǎn)化工藝概述22-25
• 2.2 輻射室傳熱計(jì)算方法25-27
• 2.3 輻射室的熱平衡計(jì)算27-32
• 2.3.1 燃料燃燒計(jì)算27-29
• 2.3.2 輻射段的熱量供給29-30
• 2.3.3 輻射段的熱量輸出30-31
• 2.3.4 燃料用量31-32
• 2.4 出口煙氣溫度32-36
• 2.5 本章小結(jié)36-38
• 第3章 蒸汽轉(zhuǎn)化裝置關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)38-58
• 3.1 一段轉(zhuǎn)化爐輻射室38-40
• 3.2 一段轉(zhuǎn)化爐對流室40-42
• 3.3 二段轉(zhuǎn)化爐42-44
• 3.4 轉(zhuǎn)化爐管44-50
• 3.4.1 爐管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及選材44-46
• 3.4.2 轉(zhuǎn)化爐管的強(qiáng)度計(jì)算46-50
• 3.5 頂部燒嘴50-56
• 3.5.1 引射器50-56
• 3.6 本章小結(jié)56-58
• 第4章 轉(zhuǎn)化爐管系統(tǒng)計(jì)算分析58-70
• 4.1 轉(zhuǎn)化爐管的模擬分析60-63
• 4.1.1 單根爐管的應(yīng)力和變形情況60-62
• 4.1.2 單根爐管熱通量分布62-63
• 4.2 豬尾管的模擬分析63-67
• 4.2.1 上豬尾管的應(yīng)力分布63-65
• 4.2.2 下豬尾管的應(yīng)力分布65-67
• 4.3 本章小結(jié)67-70
• 第5章 部分氧化轉(zhuǎn)化工藝70-86
• 5.1 部分氧化轉(zhuǎn)化法工藝概述70-74
• 5.2 轉(zhuǎn)化爐設(shè)備設(shè)計(jì)74-78
• 5.3 部分氧化反應(yīng)過程模擬計(jì)算78-85
• 5.3.1 反應(yīng)過程分析78-79
• 5.3.2 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型79-80
• 5.3.3 爐膛煙氣流動(dòng)過程分析80-83
• 5.3.4 爐膛計(jì)算網(wǎng)格與邊界條件83-84
• 5.3.5 模擬結(jié)果分析84-85
• 5.4 本章小結(jié)85-86
• 第6章 結(jié)論與展望86-90
• 6.1 方案比較86-88
• 6.2 結(jié)論88-89
• 6.3 展望89-90
• 參考文獻(xiàn)90-92
• 致謝92-93
• 作者和導(dǎo)師簡介93-94
• 附件94-95

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