مدل‌سازي كوره ريفرمر به روش منطقه‌اي هاتل

Modelling and Simulation of a Reformer Furnace Using Hottel Zone Method

كوره‌ها از مهمترين تجهيزات موجود در صنعت‌اند كه در ميان آن‌ها كوره‌هاي شكست حرارتي و تبديل بخار- متان كاربرد بسياري دارند. بنابراين يافتن شرايطي كه حتي موجب شود 1 درصد بهره‌وري كوره بالاتر رود از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. در اين پژوهش، يك كوره ريفرمر صنعتي جهت محاسبه روند تغييرات دماي عايق، سطح بيرون لوله، سطح داخل لوله و گاز حاصل از احتراق و گاز فرآيندي درون لوله‌ها و تركيب اجزاي درون لوله‌ها مدل‌سازي شده است. انتقال حرارت تشعشعي درون كوره با استفاده از روش منطقه‌اي هاتل مدل‌سازي شده است و معادله‌هاي موازه جرم و انرژي به صورت عددي حل شده‌اند. دماي ناحيه‌ها تا جايي كه طول شعله ادامه پيدا مي‌كند افزايش و پس از آن تا انتهاي لوله كاهش پيدا مي‌كند. واكنش‌ها در خروجي لوله‌ها همواره نزديك به حالت تعادل‌اند و بيشترين ميزان تبديل متان در يك سوم ابتداي بالاي لوله اتفاق مي‌افتد.

Furnaces are one of the most important equipment in the industry and among them cracking and hydrogen production furnaces have many applications. Therefore it is important to obtain the optimum conditions which lead to the improvement of furnaces efficiency. In this work, a mathematical model of an industrial steam-methane reformer in one of the petrochemical bases in Iran is developed to calculate the temperature profiles for the refractory, outer-tube wall, inner-tube wall, furnace gas and process gas and composition of species in the reactors. Radiative-heat transfer on the furnace side is modelled using the Hottel Zone method. Energy and material balances are solved numerically. The results show that temperatures of the zones rise until the flame length and then decrease to the end of the tubes. Tube output reactions are always close to the equilibrium and highly conversion of methane is occured in one third of the tube length from the top of the furnace.