مقاله روشهای تولید آمونیاک

[mim-shimi 25,686]

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.

[h=3]N2 + 3H2 → 2NH3 Δ H700 = – 52.5 kJ/mol[/h] 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:

[h=3]H2O → H2+1/2 O2 [/h]

 

 

 

 

 

 

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%

 

 

 

[ دوشنبه ٢ امرداد ۱۳٩۱ ] [ ۱٠:٢٥ ‎ب.ظ ] [ دانشجوی امروز مهندس فردا ]

نظر مهندسان (0)

[maaahsaaa 10]

خیلی فایلی که اینجا گذاشتین عالیه . میشه به من یه مقاله معرفی کنید راجع به آمونیاک و نانو کاتالیست های که در این راکتورهای تولید آمونیاک استفاده میشه . من خیلی سر در گم هستم . راجع به این موضوع . این موضوع سمینارم هست . میشه یه لطفی بکنید اگه اطلاعاتی راجع بشه دارین به من بگین . بسیاااار سپاس