天然气替代丙烷气制备可控气氛的研究

【摘要】： 可控气氛的制备是可控气氛热处理的一道重要工序。利用天然气在可控气氛热处理行业替代原有的丙烷气或者丙烷+丁烷混合气，既节约企业原料气消耗成本又缓解当今日益严重的能源问题。 针对吸热式可控气氛发生炉工艺参数的设定，以物料守恒、化学平衡条件为基础，建立气态烷烃制备吸热式可控气氛的产气成分数学模型，利用matlab对其进行计算求解，分析了在原料气改变之后，对产气成分的影响。 分析结果表明，原料气由丙烷气改为天然气，气氛中各成分均有一定的变化：CO和H_2的含量分别由23％和31％变化为20％和41％，CO_2含量由0.5～0.9％变为0.1～0.3％，H_2O含量由0.3～0.8％变为0.1～0.6％，同时CO_2和H_2O的含量随温度的变化而存在波动。在此基础上，论文结合碳势的控制原理及稳定性的要求，计算了同一温度下，不同工况下CO_2含量的变化情况，得出天然气制备吸热式可控气氛的最优工作温度范围：1050～1100℃。通过能量平衡计算，对原料气改变之后，发生炉的热效率进行分析，结果表明利用天然气为原料气时，热效率得到明显的提高，由45～68％提高到54～89％。 气态烷烃制备吸热式可控气氛成分分析的通用模型为利用天然气替代传统原料气应用于可控气氛热处理行业提供了理论依据和预测手段。 【关键词】：可控气氛 产气模型 天然气 丙烷气
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TG156.9
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 课题背景8
• 1.2 可控气氛热处理概况8-11
• 1.3 可控气氛热处理技术的发展概况11-12
• 1.4 可控气氛热处理的发展方向12-13
• 1.4.1 设备的发展12
• 1.4.2 可控气氛原料气的发展12-13
• 1.5 天然气应用于可控气氛热处理的必要性及途径13-15
• 1.5.1 天然气应用于可控气氛热处理的必要性13-14
• 1.5.2 天然气应用于可控气氛热处理的途径14-15
• 1.6 气态烷烃制备合成气技术概况15-17
• 1.6.1 气态烷烃制备合成气制备工艺15-16
• 1.6.2 气态烷烃制备合成气研究现状16-17
• 1.7 本文研究内容与意义17-18
• 第二章 可控渗碳气制备原理及模型的建立18-33
• 2.1 项目关键技术18-22
• 2.1.1 天然气净化装置的选择18-19
• 2.1.2 现场设备改造19-22
• 2.1.3 吸热式可控气氛发生炉及渗碳工艺参数设定22
• 2.2 气态烷烃制备合成气原理22-25
• 2.2.1 甲烷催化部分氧化制合成气23-24
• 2.2.2 甲烷催化部分氧化制合成气的反应机理24-25
• 2.3 数学模型的建立25-30
• 2.3.1 物料守恒26-27
• 2.3.2 化学平衡条件27-30
• 2.4 模型的求解30-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 可控渗碳气成分分析及优化33-55
• 3.1 产气成分计算33-42
• 3.1.1 丙烷气制备可控气氛成分计算33-38
• 3.1.2 天然气制备可控气氛成分计算38-42
• 3.2 计算结果分析42-50
• 3.3 炉气氛碳势的分析与最优炉温的选择50-54
• 3.4 本章小结54-55
• 第四章 能耗分析55-64
• 4.1 能量守恒模型的建立55-60
• 4.1.1 进出口端各气体的显热计算56-57
• 4.1.2 化学反应热57-59
• 4.1.3 电加热的热量59-60
• 4.1.4 加热炉热损失的热量60
• 4.2 能量平衡的计算与热效率分析60-62
• 4.3 本章小结62-64
• 第五章 结论与建议64-66
• 5.1 结论64-65
• 5.2 论文的创新点65
• 5.3 建议与展望65-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文70-71
• 致谢71

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