روشهای تولید امونیاک
روشهای تولید آمونیاک نويسنده : دانشجوی امروز مهندس فردا
ترکیبات
آمونیاک بخصوص کلرور آمونیوم هزاران سال پیش توسط بشر شناخته شده و عربها
از تقطیر ماده ای که از شاخ گوزن گرفته می شد محلول آمونیاک را بدون اینکه
شناختی از آن داشته باشند بدست آوردند .
در
سال 1773 فردی بنام Priestly گاز آمونیاک را از حرارت دادن کلرور آمونیوم
با اهک بدست اورد . گسترش واحد های تقطیر زغال سنگ در قرن نوزدهم این ماده
را بصورت صنعتی وارد بازار کرد و در سال 1912 هابر ، Harber و بوش ، Bosch
توانستند تولید آمونیاک را از طریق گاز سنتز ارائه دهند و جوایز نوبل ان
سالها را به خود اختصاص دهند.
هیدروژن
گاز سنتز تا سالهای جنگ جهانی دوم از تقطیر زغال سنگ بدست می آمد و با کشف
ذخایر نفت وگاز ، استفاده از خوراک های دیگر برای تولید آمونیاک رواج یافت
.
آمونیاک از ترکیب ازت هوا (منبع آن هوای محیط ) و هیدروژن (تهیه شده از یک منبع هید روکربنی یا الکترولیز آب و ...) در یک واحد صنعتی تولید می شود.
N2 + 3H2 → 2NH3 Δ H700 = – 52.5 kJ/mol
بطور معمول امروزه هیدروژن از خوراک های گاز طبیعی ، نفتا ، نفت سنگین آمونیاک تهیه شده و استفاده از خوراک هایی مانند کک و زغال سنگ ، الکترولیز اب و تهیه هیدروژن ، محصول فرعی هیدروژن از واحد های تولید کلرین از روشهای قدیمی تولید آمونیاک بوده اند
.
روشهای مختلف جهت تولید آمونیاک در جهان
- تولید هیدروژن از الکترولیز آب Electrolysis process
- اکسید کردن جزئی هیدروکربن ها Partial oxidation of hydrocarbons
- ریفرمینگ آدیاباتیک Adiabatic prereforming
- گاز سازی از زغال سنگ Coal Gasification Process
- ریفرمینگ متان Steam reforming
روشهای تهیه هیدروژن جهت تولید آمونیاک و در ادامه پروسس های نوین تولید آن در زیر آمده است :
- تولید هیدروژن از الکترولیز آب Electrolysis process
با افزودن هیدروکسید پتاسیوم برای افزایش رسانایی آب خالص شده ، در الکترولیز طبق واکنش زیر آب به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می شود و جداسازی هیدروژن و اکسیژن در واحد جداسازی هیدروژن و ترکیب آن با ازت هوا در بخش سنتز آمونیاک تولید می شود:
H2O → H2+1/2 O2
روش الکترولیز آب پروسس بسیار گرانی است . بطور معمول 4/3 کیلو وات ساعت برای هر متر مکعب هیدروژن و حدود 8600 کیلو وات برای هر تن آمونیاک برق مصرف می گردد. مصرف انرژی جهت واحد جدا سازی تولید ازت ، لوپ سنتز و .... را باید به این مقدار افزود که این مقدار را به 10200 کیلو وات برای هر تن آمونیاک یا 8/8 Gcal/MT آمونیاک افزایش می دهد . این پروسس جهت مناطق دارای برق ارزان مناسب است .
- اکسید کردن جزئی هیدروکربن ها Partial oxidation of hydrocarbons
در پروسس اکسیداسیون جزئی هیدروکربنها ( معمولا در نفتا و نفت سنگین بکار می رود ) اکسیژن به همراه هیدروکربن در مشعل بالای راکتور سوزانده می شود . بخار جهت کنترل دمای راکتور اضافه می گردد. در مشعل مقداری از هیدروکربنها سوخته و قسمتی دیگر به هیدروکربنهای دارای زنجیره کوتاهتر شکسته و ریفرم می شود. دمای نرمال مشعل 1500 – 130 درجه سانتی گراد بوده و باقی مانده متان در خروجی زیر 0.3 درصد در فشار bar 30 می باشد .
گاز خروجی از راکتور در WHB گرمای خود را از دست داده و اسکرابر کربن گاز را که 3-1 درصد وزنی هیدروژن است جدا می کند .با جداسازی اکسید های کربن و تزریق ازت گاز سنتز حاصله در کانورتور تولید آمونیاک می کند.
مزیت این روش نسبت به ریفرمینگ گاز با بخار به صورت زیر است :
& به جداسازی گوگرد در خوراک نیاز ندارد.& از کاتالیست ریفرمر استفاده نکرده و در یک مرحله تمامی ریفرمینگ انجام می شود.
& به خوراک و میزان آن وابسته نیست و می توان انواع خوراک مایع یا گازی و حتی NG یا سوخت های سنگین را استفاده کرد.
& مقدار سوخت و هیدروکربن کل را برای پروسس پایین آورده است .
& گاز سنتز خالص تری تهیه می شود.
معایب این روش بصورت زیر است :
& اکسیژن یا گاز با درصد بالای اکسیژن مورد نیاز است که باید از N2 جدا گردد.& گاز تولیدی در مقایسه با ریفرمینگ با بخار دارای درصد بالاتری از CO به H2 می باشد.
& واحد جداسازی ازت و اکسیژن مورد نیاز است.
- ریفرمینگ آدیاباتیک Adiabatic prereforming
در این روش از تبخیر خوراک نفتا و تجزیه آن به هیدروکربنهای کوچکتر مانند متان و H2 ، CO ، CO2 استفاده می شود. نفتا تبخیر شده و با بخار آب مخلوط شده و در دمای 490 درجه از ریفرمر اولیه با کاتالیست نیکل عبور می کند .این کاتالیست دارای 25 درصد نیکل و 11 درصد AL2O3 و MgO می باشد. در این ریفرمر واکنش های گرماگیر ریفرمینگ با واکنش های گرمازای تشکیل متان و واکنش های تبدیل CO به CO2 با هم انجام شده و واکنش کلی در راکتور گرمازا می باشد . گاز جهت تکمیل مراحل ریفرمینگ وارد پرایمری و سکندری می گردد.
در پری ریفرمر آدیاباتیک کاهش لود حرارتی پرایمری ریفرمر را به همراه داشته و طول عمر کاتالیست و تیوبهای پرایمری بیشتر می شود.پیش ریفرمر نیز به عنوان یک گارد سولفور برای کاتالیست پرایمری ایفای نقش می کند.
- گاز سازی از زغال سنگ Coal Gasification Process
- تولید گاز سنتز با استفاده از زغال سنگ با سه روش انجام می شود:
- 1- بد ثابت Fixed bed with Lurgi Process
- 2- بد شناور Fluidised bed with Winkler Process
- 3- بد مرحله ای Entrained bed with Koppers-Totzek (KT)Process
- 1- بد ثابت Fixed bed coal gasification process with Lurgi Process
دانه
های زغال در اندازه های 50-30 میلی متر از بالای گاز ساز وارد و بخار از
پایین وارد می شود . با پایین آمدن دانه های زغال ابتدا خشک و گرم شده ،
سپس کربونایز و در نهایت با بخار و اکسیژن تبدیل به گاز می شود. خاکستر
باقی مانده از پایین بستر خارج شود. بدلیل جریان مخالف زغال با بخار و
تبادل حرارت باعث افزایش بازدهی شده و نسبت به دیگر روشها اکسیژن و حرارت
کمتری نیاز دارد و می توان اکسیژن با خلوص 90 درصد یا کمتر نیز بکار برد.
گاز
با دمای 450 درجه خارج و پس از سرد و شستشو جهت خارج کردن قطران
،هیدروکربنهای سنگین ،گرد و غبار و .... با ترکیبی از CO ، H2 ، CO2 و CH4 و
هیدروکربنها وارد ریفر مربا بخار ، راکتور های شیفت CO و بخش جداسازی H2S و
CO2 می شود. گاز حاصل پس از شستشو با نیتروژن و ارسال متان به ریفرمر ،
آماده تزریق ازت و ارسال به کمپرسور سنتز و تولید ،آمونیاک از کانورتور می
باشد .
- 2- بد شناور Fluidised bed coal gasification process with Winkler Process
دانه های زغال در گاز ساز با سایز حدود 15 میلی متر با جریانی از بخار و اکسیژن از پایین و یک همزن ، یک بستر شناور را ایجاد می کنند . دمای این بستر تا 1000 رسیده که در این شرایط خروجی تنها CO و H2 و کمتر از 1 درصد متان وجود دارد.
پس
از خنک سازی مانند پروسس lurgi مراحل تولید گاز سنتز و آمونیاک ادامه می
یابد . در گاز ساز Winkler فشار پایین 1 تا 3 اتمسفر می باشد و با هر گرید
از خوراک زغال سنگ کار می کند و تنها عیب روش تحت فشار بودن سیستم می باشد .
- 3- بد مرحله ای Entrained bed coal gasification process with Koppers-Totzek (KT) Process
اکثر
واحد های تولید آمونیاک با این روش امروزه فعال می باشند . زغال سنگ خشک و
به دانه های حدود مش 200 خرد شده و با بخار و اکسیژن از پایین گاز ساز به
دو مشعل پاشیده می شودو از نازل های برنر نیز بخار تزریق می شود . در دمای
1200 – 100 درجه زغال به گاز تبدیل می گردد .
پس
از جداسازی خاکستر گاز خروجی شامل 31 درصد هیدروژن ، 56 درصد Co2 ،یازده
درصد Co و کمتر از 0.1 درصد متان دارد . پس از سرد و جداسازی خاکستر گاز
سنتز مراحل دو روش قبل را جهت تولید آمونیاک طی می کند. عیب این روش خاکستر
کردن زغال سنگ و فشار سیستم 1 تا 3 اتمسفر و مصرف بالای اکسیژن نسبت به
دیگر روشها می باشد.
- ریفرمینگ متان Steam reforming
گاز متان یا نفتای بدون گوگرد با بخار در ترمال ریفرمر در دمای حدود 800 درجه و فشار 28-40 bar وارد تیوبهای بلند پرایمری ریفرمر با کاتالیست نیکل می شود. واکنش ک%
موضوع مطلب : مهندسی شیمی / آمونیاک
مطالب مشابه :
روشهای تولید امونیاک
بخار جهت کنترل دمای راکتور اضافه می مزیت این روش نسبت به ریفرمینگ گاز با بخار به صورت زیر
جذب كلرايد و H2S با جاذب اكسيد روي
چگونه متان در مجاور كاتاليست شكسته مي شود؟ تکنولوژی ریفرمینگ بخار از سالهای 1920 به بعد
کاتالیست
در كاتاليست اهن در راكتور hts بدليل حضور هيدروژن و بخار آب در ریفرمینگ بخار گاز به
ریفرمینگ خودگرمازا گاز طبیعی به گاز سنتز
ریفرمینگ خودگرمازا گاز طبیعی به گاز لوله هاي حرارتي و ديگ بخار تقطير و
روشهاي توليد آمونیاک
بخار جهت كنترل kaap از مبد لهای فشار بالا برای ریفرمینگ با بخار و لوپ سنتز با فشار پایین
پتروشیمی زاگرس
ریفرمینگ در تامین انرژی مورد نیاز خود استفاده نموده ضمن آنکه حدود ۲۰۵ تن در ساعت بخار
تاریخ 4 میلیون ساله آمونیاک !
های دانشمندان آمونیاك و تركیبی از گازهای متان ،آمونیاک ،ئیتروژن، بخار ریفرمینگ
تاریخ 4 میلیون ساله آمونیاک
مشکلات احتمالی دیگ بخار چگونه گاز از تركیبات نفت و گاز و ریفرمینگ این تركیبات جهت
پشم شیشه،تولید پشم شیشه،خطرات پشم شیشه
- به دلیل عدم مقاومت پشم شیشه در مقابل رطوبت و بخار، در صورت کاتالیست فرایند ریفرمینگ
برچسب :
ریفرمینگ بخار