آمونیاک به عنوان یکی از مهترین محصولات زنجیره ارزش هیدروژن و ساده‌ترین ترکیب هیدروژنه اتم نیتروژن شناخته میشود. آمونیاک در کود‌ها به طور قابل توجه به نیاز‌های غذایی موجودات زنده در زمین کمک میکند، همچنین یکی از عناصر سازنده بسیاری از محصولات دارویی و محصولات پاک کننده بهداشتی است. آمونیاک به عنوان یکی از مواد پایه پر تقاضا در بخش تولید کود‌های شیمیایی در صنعت پتروشیمی شناخته میشود.
سالیانه حدود 170 میلیون تن آمونیاک در مناطق مختلف دنیا تولید و مصرف میشود. محصول کود اوره با سهم 55 درصدی بیشترین میزان تقاضا بین مشتقات مختلف زنجیره ارزش آمونیاک را به خود اختصاص داده است. پس از اوره، محصولات آمونیم نیترات، اسید نیتریک با 10 درصد و آمونیوم فسفات با 6 درصد در رتبه بعدی تقاضا آمونیاک قرار دارند. آمونیوم سولفات، آمونیوم بی‌کربنات، آمونیوم کلراید، آکریلونیتریل، کاپرولاکتام، هیدروژن سیانید و متیل آمین‌ها نیز سایر مواد موجود در زنجیره ارزش آمونیاک محسوب می‌شوند.
آمونیاک تولید شده در واحد‌های فرایندی مختلف در ساسر دنیا از ترکیب گاز هیدروژن و نیتروژن طی فرایند هابر تولید میشود که نیتروژن از طریق هوا و هیدروژن نیز عمدتا از گاز سنتز تامین میشود. گاز سنتز نیز طی فرایند‌‌های مختلف متناسب با دسترسی به خوراک و همچنین هزینه تمام شده از منابع مختلفی از جمله گاز طبیعی، ذغال سنگ و سایر مواد هیدروکربنی تولید میشود. در ایران نیز به دلیل وجود منابع گاز طبیعی، گاز سنتز مورد نیاز واحد‌های تولید آمونیاک مشابه واحد‌های تولید کننده متانول و همچنین سایر محصولات زنجیره گاز سنتز در صنعت پتروشیمی و سایر صنایع با استفاده از خوراک گاز طبیعی تامین میشود.
واحد‌های فرایندی تولید آمونیاک-اوره شامل پنج بخش اصلی؛ واحد تولید گاز سنتز (فرایند ریفرمینگ)، واحد خالص سازی گاز سنتز (خالص سازی هیدروژن)، واحد سنتز آمونیاک، واحد خالص سازی آمونیاک و واحد سنتز اوره است که در ادامه به فرایند سمنتز آمونیاک-اوره شرح داده خواهد شد.
جهت مطالعه مقاله “فرایند تولید هیدروژن از گاز سنتز با هدف تولید آمونیاک” اینجا کلیک کنید.
واحد سنتز و خالص‌سازی آمونیاک
گاز سنتز خالص شده که حاوی نسبت مطلوب نیتروژن و هیدروژن برای سنتز آمونیاک است، در کمپرسور متراکم میشود. جریان گاز پس از تبادل حرارتی با گاز خروجی از راکتور سنتز آمونیاک با دمای ℃ 258 و فشار 142 بار وارد رآکتور سنتز آمونیاک میشود. آمونیاک درون رآکتور افقی با یک مبدل درون آن در bar 140 مطابق واکنش گرمازای زیر (واکنش هابر) سنتز میشود.
3H2 + N2 ↔ 2 NH3
رآکتور سنتز متشکل از بستر کاتالیستی (قابل جدا کردن) است که درون پوسته تحت فشار قرار دارد. علاوه بر بسترهای کاتالیستی، این رآکتور مجهز به یک مبدل حرارتی درون بستری نیز است.
در بخش خالص سازی آمونیاک، سیستم تبرید آمونیاک در چهار مرحله، تبرید کندانسهای آمونیاک موجود در چرخه سنتز، بازیابی آمونیاک از گازهای ونت شده و خنک کردن گاز جبرانی تزریق شده کمپرسور گاز سنتز را فراهم میکند. در نهایت آمونیاک خالص شده جهت سنتز اوره به واحد تولید اوره ارسال میشود.
واحد سنتز اوره
اوره در دو مرحله به وسیله واکنش آمونیاک و CO2 مطابق واکنش زیر تولید میشود:
2 NH3 + CO2 ↔ NH2COONH4 (-119 kJ/mol)
NH2COONH4 ↔ NH2CONH2 + H2O (+25 kJ/mol)
هر واکنش در محدوده فشار 135 تا 145 بار و در دمای بین ℃ 170 و ℃ 185 انجام میشود. پیشرفت واکنش آمونیاک و کربندیاکسید برای تولید کربامات آمونیوم سریع و گرمازاست، در حالیکه واکنش تبدیل کربامات آمونیوم به اوره و آب، کند و گرماگیر است. بيوره مهم ترين و ناخواسته‌ترين فراورده جانبي واكنش توليد اوره است. نيتروژن بيوره جذب خاك نميشود و باعث آلوده شدن خاك میشود. به همين دليل بيوره، سم اوره نام گرفته است. واكنش توليد بيوره مطابق واکنش زیر است.
2 NH2CONH2 ↔ NH2CONHCONH2 + NH3
بيوره بيشتر در غلظت هاي بالاي اوره، در اثر زمان ماند بيشتر و دماي بالاتر تشكيل مي‌شود.
مراحل تولید اوره بر اساس فرآیند پیشنهادی شامل موارد زیر است:
- تراکم آمونیاک و کربن دی اکسید
- سنتز و بازیابی در فشار بالا
- بخش بازگردانی فشار پایین
- پیشتبخیر، ذخیرهسازی اوره و تبخیر
دیاگرام جریانی فرآیندی واحد تولید اوره در شکل زیر نشان داده شده است.
