مجله بین‌المللی انجمن آهن و فولاد ایران

مجله بین‌المللی انجمن آهن و فولاد ایران

شبیه‌سازی ریفورمر و سیستم بازیابی حرارت با استفاده از نرم‌افزار Aspen HYSYS

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
چکیده
در این پژوهش، یک مدل شبیه‌سازی برای طراحی جدید ریفورمر و سیستم بازیابی حرارت (HRS) در واحد احیای مستقیم شرکت فولاد خوزستان در ایران توسعه داده شده است. واکنش‌های گرماگیر ریفرمینگ در لوله‌های ریفورمر، و همچنین احتراق گاز طبیعی و گاز سوخت در مشعل‌ها در نظر گرفته شده‌اند. بخشی از انرژی حاصل از احتراق در محفظهٔ ریفورمر توسط لوله‌های ریفورمر جذب می‌شود و باقی‌ماندهٔ آن با دمای ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد وارد سیستم بازیابی حرارت می‌گردد. گاز سوخت خروجی از HRS با دمای ۳۲۵ درجه سانتی‌گراد وارد دودکش می‌شود. معادلات انرژی، جرم و مومنتوم به‌صورت هم‌زمان در نرم‌افزار Aspen HYSYS حل شده‌اند. پروفیل‌های دما، فشار و درصد اجزای مختلف در گاز ریفورم و گاز سوخت به‌دست آمده‌اند. نتایج نشان می‌دهند که بهبود طراحی HRS می‌تواند بازدهی ریفورمر را افزایش داده و دمای گازهای خروجی از دودکش را کاهش دهد، همچنین عملکرد مواد نسوز را بهبود بخشد. HRS در حالی که سطح انتقال حرارت خود را دو برابر کرده است، میزان اتلاف انرژی از بدنه را به نصف رسانده است. با افزودن مجموعه لوله‌ها در انتهای HRS، دمای گاز سوخت از ۴۸ به ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد افزایش یافته است. همچنین دمای گازهای خروجی از دودکش از ۳۱۱٫۵ به ۲۶۱٫۳ درجه سانتی‌گراد کاهش یافته است. با افزایش انرژی ورودی به محفظه احتراق ریفورمر، می‌توان نرخ جریان گاز طبیعی را تا ۲۰٪ افزایش داد که این امر موجب افزایش ۷ درصدی تولید گاز احیاکننده می‌شود. این افزایش در میزان گاز احیاکننده می‌تواند تولید تن گندله احیاشده را از میانگین ۱۰۳ تن در ساعت به ۱۱۰ تن در ساعت برساند. با این حال، میزان دی‌اکسیدکربن گاز دودکش نیز به میزان ۷٫۲۹٪ کاهش یافته است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

 [1] Bony S, Colman R, Kattsov V, Allan R, Bretherton C, Dufresne J, et al. How well do we understand and evaluate climate change feedback processes? Journal of Climate. 2006; 19: 3445.
[2] Ravenscroft C, Reducing the world steel industry’s carbon footprint through, Midrex. 2012; 1st quarter.
[3] Finlayson C.M, Climate Change: United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) and Intergovernmental Panel for Climate Change (IPCC). In: Finlayson CM, Everard M, Irvine K, McInnes RJ, Middleton BA, van Dam AA, et al., editors. The Wetland Book: I: Structure and Function, Management andMethods. Dordrecht: Springer Netherlands; 2016: 1-5.
[4] Münster H, Sabourin M, Fisera P, The Kyoto protocol and greenhouse gas emissions - Implications for mechanical pulping. 2004: 21-3.
[5] Jayaraman T, Analysing the Paris Agreement (1). 2015.
[6] Association for Iron and Steel Technology, World DRI Statistics. 2017.
[7] Mohsenzadeh F.M, Payab H, Abdoli M.A, Abedi Z.J, An environmental study on Persian Direct Reduction (PERED®) technology: comparing capital cost and energy saving with MIDREX® technology. 2018; 27(106): 959-67.
[8] Chandler D.L, One order of steel; hold the greenhouse gases. 2013.
[9] Mittel D, Gas-based direct reduction process. 2015:46-8.
[10] Fakeeha A, Alfatish A, Soliman M, Ibrahim A, Effect of changing CH4/CO2 ratio on hydrogen production by dry reforming reaction. 2006.
[11] Roy M, Basu S, Pal P, Examining the driving forces in moving toward a low carbon society: an extended STIRPAT analysis for a fast growing vast economy, Clean Technol Environ Policy. 2017; 19(9): 2265-76.
[12] Ravenscroft C, Reducing the world steel industry’s carbon footprint through Direct Reduction & C, Midrex. 2012.
[13] Mahlia T.M.I, Lim J.Y, Aditya L, Riayatsyah T.M.I, Pg Abas A.E, Nasruddin, Methodology for implementing power plant efficiency standards for power generation: potential emission reduction, Clean Technol Environ Policy. 2018; 20(2): 309-27.
[14] Tans P, Keeling R, Trends in atmospheric carbon dioxide, NOAA/ESRL & Scripps Institute of Oceanography. 2014.
[15] Kuhl K.P, Hatsukade T, Cave E.R, Abram D.N, Kibsgaard J, Jaramillo T.F, Electrocatalytic conversion of carbon dioxide to methane and methanol on transition metal surfaces, J Am Chem Soc. 2014; 136(40): 14107- 13.
[16] Olajire A.A, Valorization of greenhouse carbon dioxide emissions into value-added products by catalytic processes. J CO2 Util. 2013; 3: 74-92.
[17] Mahlia T.M.I, Lim J.Y, Aditya L, Riayatsyah T.M.I, Pg Abas A.E, Nasruddin, Methodology for implementing power plant efficiency standards for power generation: potential emission reduction, Clean Technol Environ Policy. 2018; 20: 309-27.
[18] de Freitas S.M.A.C, Diniz P, Martins M.E, Assis P.S, Steel slag and iron ore tailings to produce solid brick, Clean Technol Environ Policy. 2018; 20: 1087-95.
[19] Tsuji T, Shinya Y, Hiaki T, Itoh N, Hydrogen solubility in a chemical hydrogen storage medium, aromatic hydrocarbon, cyclic hydrocarbon, and their mixture for fuel cell systems, Fluid Phase Equilib. 2005; 228: 499-503. 
 [20] Mohsenzadeh F.M, Payab H, Abedi Z, Abdoli M.A, Reduction of CO 2 emissions and energy consumption by improving equipment in direct reduction ironmaking  plant, Clean Technol Environ Policy.2019: 1-14.
[21] Atsushi M, Uemura H, Sakaguchi T, MIDREX® processes, Kobelco Technol Rev. 2010; 29: 50-7.