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，在球形拱项处积聚，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。

目录

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摘要

符号说明

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 文献综述

1．2．1 天然气制合成气工艺的研究进展

1．2．2 天然气两段蒸汽转化工艺的研究进展

1．2．3 天然气非催化部分氧化工艺的研究进展

1．3 课题研究内容

第2章 天然气两段蒸汽转化法

2．1 两段蒸汽转化工艺概述

2．2 辐射室传热计算方法

2．3 辐射室的热平衡计算

2．3．1 燃料燃烧计算

2．3．2 辐射段的热量供给

2．3．3 辐射段的热量输出

2．3．4 燃料用量

2．4 出口烟气温度

2．5 本章小结

第3章 蒸汽转化装置关键设备设计

3．1 一段转化炉辐射室

3．2 一段转化炉对流室

3．3 二段转化炉

3．4 转化炉管

3．4．1 炉管系统结构及选材

3．4．2 转化炉管的强度计算

3．5 顶部烧嘴

3．5．1 引射器

3．6 本章小结

第4章 转化炉管系统计算分析

4．1 转化炉管的模拟分析

4．1．1 单根炉管的应力和变形情况

4．1．2 单根炉管热通量分布

4．2 猪尾管的模拟分析

4．2．1 上猪尾管的应力分布

4．2．2 下猪尾管的应力分布

4．3 本章小结

第5章 部分氧化转化工艺

5．1 部分氧化转化法工艺概述

5．2 转化炉设备设计

5．3 部分氧化反应过程模拟计算

5．3．1 反应过程分析

5．3．2 反应动力学模型

5．3．3 炉膛烟气流动过程分析

5．3．4 炉膛计算网格与边界条件

5．3．5 模拟结果分析

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 方案比较

6．2 结论

6．3 展望

参考文献

致谢

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