محققان دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران، موفق به مدل‌سازی، بهینه‌سازی و طراحی برنرهای پرایمری (مشعل‌های اولیه) برای تأمین انرژی گرمایی مورد نیاز واکنش گرماگیر تولید متانول از گاز طبیعی در صنعت پتروشیمی کشور با استفاده از تحلیل عددی شدند.
دکتر علیرضا جلالی، عضو هیئت‌علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران با بیان این‌که با اصلاح برنرها و نصب برنرهای جدید، هزینه مصرف گاز طبیعی پتروشیمی مرجان ۲۵ میلیارد تومان در ماه کاهش یافته است، اظهار کرد: تولید متانول به‌عنوان یک محصول پتروشیمی با انجام واکنش‌های پی‌درپی شیمیایی از گاز طبیعی حاصل می‌شود.
وی توضیح داد: واکنش‌های تولید متانول از گاز طبیعی از نوع گرماگیر هستند و گرمای این واکنش‌ها در کوره‌های حرارتی و با احتراق سوخت‌های موجود در محل با استفاده از اکسنده‌های متفاوت از جمله هوای محیط در داخل برنرها(مشعل‌ها) انجام می‌شود.
این عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران ادامه داد: با توجه به اهمیت تأمین گرما و کنترل دقیق حرارت در نقاط مختلف رآکتورها، برنرها(مشعل‌ها) یکی از ابزارهای اصلی در پیشبرد اهداف واحدهای شیمیایی هستند. در واحد پتروشیمی متانول، کیفیت تبدیل گاز طبیعی به‌صورت مستقیم به دمای داخل محفظه و پخش مناسب آن در تمام فضای کوره وابسته است.
جلالی گفت: در فاز نخست در طرحی پژوهشی به سفارش شرکت پتروشیمی مرجان و توسط من و دکتر احسان هوشفر، عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران انجام شد، برنرهای کوره پرایمری تولید متانول بازطراحی شدند.
وی هدف از این بازطراحی را تغییر ساختار برنرهای موجود به‌نحوی دانست که گازهای اضافی فرآیند که معمولاً به‌صورت آلاینده وارد جو می‌شوند، به برنر برگشت داده شده و به‌عنوان سوخت استفاده شود و خاطرنشان کرد: این کار علاوه‌بر کاهش مخاطرات زیست محیطی واحد تولید متانول، باعث صرفه‌جویی قابل ملاحظه در مصرف گاز طبیعی مجموعه و در نتیجه کاهش هزینه تولید می‌شود. برای انجام این مهم، با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی(CFD)، محاسبات کامپیوتری بسیار پیچیده که شرایط داخل کوره را شبیه‌سازی می‌کند، انجام شد.
این پژوهشگر دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران مبنای این محاسبات را شبیه‌سازی جریان گازها، انتقال حرارت و واکنش‌های احتراق در داخل کوره برشمرد و افزود: پس از اطمینان از صحت این شبیه‌سازی‌ها که با مقایسه نتایج شبیه‌سازی با شرایط واقعی موجود در کوره‌های واقعی متانول مرجان انجام شد، تغییرات ساختاری گوناگون برنر که امکان بهبود عملکرد را داشتند مورد مطالعه قرار گرفتند. در نهایت، یکی از طرح‌های پیشنهادی که کمترین تغییرات نسبت به برنرهای اولیه را داشت و ضمناً بهترین عملکرد را باعث می‌شد، به‌عنوان طراحی نهایی انتخاب شد.
دکتر جلالی با بیان این‌که این طرح نهایی گرمای یکنواخت لازم را برای واکنش‌ها با سوزاندن گاز طبیعی کمتر نسبت به شرایط اولیه تأمین می‌کند، تصریح کرد: برای این طرح نقشه‌های ساخت تهیه و نمونه اولیه ساخته شد و با موفقیت در شرایط واقعی نصب شد.
وی با بیان این‌که هم‌اکنون فرآیند تعویض ۵۷۶ عدد برنر(مشعل) در کوره‌های ریفرمر اولیه متانول مرجان در حال انجام است، گفت: تا بدین ترتیب این واحد به حداکثر بهره‌برداری و حداقل مصرف گاز طبیعی برسد. در فاز دوم این پروژه نیز یک نمونه مشعل جدید با طراحی روز دنیا بومی‌سازی شده و در این طرح که در آن مکانیزم احتراق به کلی با طرح اولیه متفاوت است، امکان سوزاندن گازهای اضافی فرآیند با بهره‌وری بالا و حداقل افزایش فشار خط سوخت امکان‌پذیر است.
این عضو هیئت علمی دانشکده مکانیک دانشگاه تهران یادآور شد: برای طرح نهایی این برنر جدید نیز محاسبات دقیق و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری به‌منظور اطمینان از عملکرد مناسب برنر و تحمل حرارتی کافی، انجام و نقشه‌های ساخت به کارفرما تحویل داده شد.
ایران یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان متانول در دنیاست. این محصول پتروشیمی با انجام واکنش‌های پی‌درپی شیمیایی از گاز طبیعی حاصل می‌شود. کاهش هزینه تولید و ارتقای بهره‌وری تولید متانول به افزایش ارزآوری واحدهای پتروشیمی در کشور منجر می‌شود.