فرآیند تولید آمونیاک و اوره
اوره (NH2CONH2) به عنوان یک کود غنی از نیتروژن برای صنعت کشاورزی اهمیت زیادی دارد. در پتروشیمی آمونیاک تولید و سپس بیشتر آن را به اوره تبدیل می کنند. مابقی برای مصارف صنعتی به فروش میرسد. آمونیاک از هیدروژن (از گاز طبیعی) و نیتروژن (از هوا) سنتز می شود. گاز طبیعی حاوی ترکیبات گوگردی است که به کاتالیزورهای مورد استفاده در این فرآیند آسیب می رساند. اینها با واکنش آنها با اکسید روی حذف می شوند.
در فرآیند تولید آمونیاک و اوره، بیشتر آمونیاک در محل برای تولید اوره استفاده می شود. اوره به عنوان یک کود غنی از نیتروژن استفاده می شود و به همین دلیل در کشاورزی، یکی از صنایع اصلی، از اهمیت زیادی برخوردار است. همچنین به عنوان یک جزء در ساخت رزین برای پردازش چوب و در ساخت مخمر استفاده می شود.
فرآیند تولید آمونیاک
آمونیاک در فرآیندی به نام فرآیند هابر تولید می شود که در آن نیتروژن و هیدروژن در حضور یک کاتالیزور آهن واکنش می دهند و آمونیاک تشکیل می دهند. هیدروژن از واکنش گاز طبیعی و بخار در دماهای بالا تشکیل می شود و نیتروژن از هوا تامین می شود. گازهای دیگر (مانند آب و دی اکسید کربن) از جریان گاز خارج می شوند و نیتروژن و هیدروژن از روی کاتالیزور آهن در دما و فشار بالا عبور می‌کنند تا آمونیاک تشکیل شود. مراحل تولید آمونیاک به شرح زیر است:
مرحله 1 – تولید هیدروژن
هیدروژن از واکنش متان با آب تولید می شود. با این حال، قبل از انجام این کار، تمام ترکیبات گوگردی باید از گاز طبیعی حذف شوند تا از مسمومیت کاتالیزور جلوگیری شود. اینها با حرارت دادن گاز تا دمای 400 درجه سانتیگراد و واکنش آن با اکسید روی حذف می شوند:
ZnO + H2S → ZnS + H2O
پس از این، گاز به ریفرمور اولیه برای رفرمینگ بخار ارسال می شود، جایی که بخار فوق گرم همراه با متان وارد ریفرمر می شود. مخلوط گاز با گاز طبیعی و گاز تصفیه شده تا دمای 770 درجه سانتیگراد در حضور کاتالیزور نیکل گرم می شود. در این دما واکنش های تعادلی زیر به سمت راست هدایت می شوند و متان را به هیدروژن، دی اکسید کربن و مقادیر کمی مونوکسید کربن تبدیل می کنند.
مرحله 2 – افزودن نیتروژن
گاز سنتز کمی تا دمای 735 درجه سانتیگراد خنک می شود. سپس به سمت اصلاح کننده ثانویه جریان می یابد و در آنجا با مقدار محاسبه شده هوا مخلوط می شود. واکنش بسیار گرمازا بین اکسیژن و متان هیدروژن بیشتری تولید می کند.
مرحله 3 – حذف مونوکسید کربن
در اینجا مونوکسید کربن به دی اکسید کربن (که بعداً در سنتز اوره استفاده می شود) در واکنشی به نام واکنش تغییر گاز آب تبدیل می‌شود:
CO + H2O ↔ CO2 + H2
این در دو مرحله به دست می آید. ابتدا جریان گاز از روی کاتالیزور Cr/Fe3O4 در دمای 360 درجه سانتی گراد و سپس روی کاتالیزور Cu/ZnO/Cr در دمای 210 درجه سانتی گراد عبور داده می شود. واکنش یکسان در هر دو مرحله رخ می دهد، اما استفاده از دو مرحله تبدیل را به حداکثر می رساند.
مرحله 4 – حذف آب
مخلوط گاز بیشتر تا دمای 40 درجه سانتیگراد خنک می شود و در این دما آب متراکم و خارج می شود.
مرحله 5 – حذف اکسیدهای کربن
سپس گازها از طریق یک جریان متضاد محلول UCARSOL (یک محلول MDEA )پمپ می شوند. دی اکسید کربن در UCARSOL بسیار محلول است و بیش از 99.9 درصد از CO2 موجود در مخلوط در آن حل می شود. CO2 باقی مانده (و همچنین هر CO2 که در مرحله 3 به CO2 تبدیل نشده است) با استفاده از کاتالیزور Ni/Al2O3 در دمای 325 درجه سانتیگراد به متان (متاناسیون) تبدیل می شود.
آبی که در این واکنش ها تولید می شود با تراکم در دمای 40 درجه سانتیگراد به صورت فوق خارج می‌شود. دی‌کسید کربن از UCARSOL جدا و در تولید اوره استفاده می‌شود. UCARSOL خنک می شود و برای حذف دی اکسید کربن دوباره استفاده می‌شود.
مرحله 6 – سنتز آمونیاک
مخلوط گاز اکنون خنک شده، فشرده و به حلقه سنتز آمونیاک وارد می شود. مخلوطی از آمونیاک و گازهای واکنش نداده که قبلاً در اطراف حلقه بوده اند با جریان گاز ورودی مخلوط و تا دمای 5 درجه سانتیگراد خنک می‌شوند. آمونیاک موجود حذف می‌شود و گازهای واکنش نداده تا دمای 400 درجه سانتی گراد با فشار 330 بار گرم می‌شوند و از روی کاتالیزور آهن عبور می‌کنند. در این شرایط 26 درصد از هیدروژن و نیتروژن به آمونیاک تبدیل می‌شود. گاز خروجی از مبدل آمونیاک از 220 تا 30سانتیگراد خنک می‌شود. این فرآیند خنک‌سازی، نیمی از آمونیاک را بیشتر متراکم می‌کند و سپس از آن جدا می‌شود.
برای مطالعه ادامه فرآیند تولید آمونیاک و اوره به مقاله زیر مراجعه کنید.
دانلود فایل pdf تولید آمونیاک و اوره
