صفحه نخست » فناوری قابل عرضه » طرح های پیشنهادی » فناوری تولید آمونیاک

فناوری تولید آمونیاک

از تأسیس اولین واحد تولید آمونیاک ایران بیش از نیم قرن می­گذرد.در این مدت، هر چند با پیشرفت فناوری تغییرات زیادی در فرآیند تولید اعمال شده، لیکن بطور منطقی انتظار می­رفت نیازی به استفاده از حمایت و دانش فنی خارجی نباشد. با اعمال تحریم­های جهانی، نیاز به استفاده از زمینه­های تجربی و علمی- مهندسی داخل کشور برای تولید دانش فنی واحدهای پتروشیمی بیش از پیش احساس شد. هم اکنون همکاری مشترک و مؤثر دو شرکت پژوهش و فن آوری پتروشیمی و مهندسی و طراحی همپا انرژی منجر به ایجاد دانش فنی تولید آمونیاک بطور کاملاً مستقل و داخلی گردیده است.

بیشترین استفاده آمونیاک در تهیه کودهای شیمیایی بوده که بیش از نیمی از تولید جهانی آمونیاک را شامل می­شود. سایر مصارف آن دربخش­های صنعتی و تولید مواد دیگر به کار گرفته می­شود. آمونیاک کاربردهای مختلفی از قبیل: استفاده در کارخانجات یخ­سازی، تولید ترکیباتی نظیر: سولفات و فسفات آمونیوم، اسید نیتریک، اوره، هیدروکسیل آمین و هیدرازین اکریلونیتریل، الیاف سنتزی نیترو پارافین و نیترو سلولز دارد.

مشخصات فنی فناوری تولید آمونیاک

 

1- شرح فرایند

در فرآیندهای تولید آمونیاک از گاز طبیعی به عنوان خوراک اصلی، از بخار آب و هوا به عنوان دیگر خوراک­های عمده استفاده می­شود. مجتمع­های بر پایه این دسته از فناوری­ها مشتمل بر بخش­های ریفرمینگ، واکنش شیفت، جذب و دفع دی اکسید کربن، سنتز و سردسازی می­باشد.

·        بخش هیدروژناسیون و سولفورزدایی

گاز طبیعی پس از خروج ازK.O. Drum، به دو قسمت تقسیم می­شود: بخشی از گاز برای سوخت ریفورمر اولیه استفاده شده و پس از پیش گرم شدن در یکی از مبدل­های بخشConvection ریفورمر اولیه،با دیگر گازهای ارسالی از بقیه بخش­ها مخلوط می­شود. بخش دیگر و اصلی گاز پس از مخلوط شدن با مقدار کمی گاز حاوی هیدروژن، به سمت کویل گرم کننده خوراک ریفورمر اولیه ارسال شده و تا دمای 382درجه سانتیگرادگرم می­شود. گاز گرم ابتدا به راکتور هیدروژناسیون وارد شده و ترکیبات آلی گوگردی آن بهH2Sتبدیل می شود. سپس این گاز به سمت راکتور سولفورزدایی ارسال می­شود تاH2Sموجوددر آن، بر روی بستر کاتالیستی اکسید روی جذب گردد.هر بستر راکتور اکسید روی برای جذب گوگرد تا یک سال کارایی دارد. گاز خروجی این مجموعه کمتر از0.1ppmVگوگرد خواهد داشت.واکنش­های مربوط به این بخش از واحد به قرار زیرهستند:

      RSH + H2 → H2S + RH (Endothermic/ goes to completion)

      ZnO + H2S → ZnS + H2O (Endothermic/ goes to completion(

       بخش ریفورمر اولیه

گاز طبیعی پس از سولفورزدایی، با بخار مخلوط می­شود تا مقدار Steam/Carbon مخلوط نهایی به 9/2درصد مولی برسد. این مخلوط در کویل Mixed Feed تا دمای560 درجه سانتیگراد گرم شده و به سمت بخش  Radiant ریفورمر ارسال می­گردد. این بخش از ریفورمر با دریافت انرژی110.2MW واکنش ریفرمینگ گاز طبیعی برروی کاتالیست نیکل را به پیش برده و مقدارمتان را تا % 95/12 مول برمبنای گاز خشک کاهش می­دهد. واکنش­های بخش ریفورمینگ عبارتند از:

      CnHm + n H20 n CO + (n + m/2) H2 (Endothermic)

      CH4 + H2O → 3 H2 + CO (Endothermic/equilibrium)

      CO + H2O→ CO2 + H2 (Exothermic/equilibrium)

تعداد 336 تیوب کاتالیستی در 7 ردیف با قطر داخلی114.3mm و طول مفید12500 mm و همچنین تعداد 96 مشعل در نظر گرفته شده است. ریفورمر اولیه دارای بخش­های متعدد Convection نیز می­باشد.

       بخش ریفورمر ثانویه

گاز خروجی از ریفورمر اولیه با دمای 795 درجه سانتیگراد همراه با هوای گرم به ریفورمر ثانویه وارد شده و با جذب حرارت ناشی از سوختن هیدروژن با اکسیژن و عبور از بستر کاتالیستی، واکنش ریفرمینگ کاملی را ایجاد خواهد نمود. دمای گاز در ابتدای بستر کاتالیستی 1285 درجه سانتیگراد و در خروجی آن 969 درجه سانتیگراد می­باشد. مقدار متان خروجی از راکتور ثانویه به کمتر از 5/0 درصد مولی بر مبنای گازخشک خواهد رسید.

واکنش­هایی که در ریفورمر ثانویه انجام می­شود را می­توان بدین صورت دسته بندی کرد:

      H2 + ½ O2H2O (Exothermic)

      CH4 + H2O → 3 H2 + CO (Endothermic/equilibrium)

      CO + H2O→ CO2 + H2 (Exothermic/equilibrium)

       بخش واکنش شیفت

در این بخش طی یک واکنش گرمازا مونوکسیدکربن موجود در جریان فرآیند به دی اکسید کربن تبدیل می­گردد. واکنش در دو مرحله و در دماهای بالا و پایین برای بدست آوردن حداکثر تبدیل انجام گیرد. مبدل­های خروجی راکتورهای HT-Shift وShift -LT، هر دو برای گرم کردن آبBFW مورد استفاده قرار می­گیرد. نهایتاً گاز با دمای 195 درجه سانتیگراد به سمت بخش جذب دی اکسید کربن ارسال خواهد شد.

واکنش شیفت به صورت زیر است:

      CO + H2O→ CO2 + H2 (Exothermic/equilibrium(

       بخش جذب دی اکسید کربن

بخش جذب دی اکسید کربن واحد آمین برای جذب CO2 موجود درگاز سنتز و سپس ارسال آن به واحد اوره طراحی می­گردد که در آن از ترکیب انحصاری HMDEA برای جذب و دفع دی اکسیدکربن استفاده می­گردد.

       بخش متانیتور

در این بخش، مقدارCO و CO2 باقیمانده در گاز فرآیند که برای کاتالیست واحد سنتز مضرند بر روی بستر کاتالیستی نیکل، مجدداً به متان تبدیل می­شود. عکس فرآیند ریفورمینگ برای شروع واکنش، گاز ورودی راکتور متانیتور تا 300 درجه سانتیگراد گرم می­شود. دمای گاز خروجی از راکتور این بخش برای گرم کردن گاز ورودی استفاده شده است. در خروجی راکتور مجموع CO+CO2<5ppvاست. واکنش­های این بخش عبارتند از:

      CO + 3 H2 CH4 + H2O (Exothermic/equilibrium)

      CO2 + 4H2CH4 + 2H2O (Endothermic/equilibrium(

       بخش سنتز آمونیاک

گاز سنتز با فشار مطلوب به سمت راکتور سنتز Ammonia Converter ارسال می­شود. گاز پس از تبادل حرارت با جریان گاز گرم خروجی از راکتور، با دمای 215 درجه سانتیگراد به سمت راکتور منتقل می­گردد.

راکتور سنتز در این فناوری، یک راکتور اختصاصی است که به عنوان یک کار مشترک با شرکت یورو اسلات و منحصراً برای واحدهای تحت لیسانس این فناوری طراحی و ساخته می­شود. مسیرهای فرآیندی، چیدمان و کارکرد مبدل­های درون این راکتور کاملاً منحصر به فرد بوده و عملیات سنتز آمونیاک را به بهینه­ترین شکل ممکن انجام خواهد داد. راکتور از نوع عمودی بوده و با سه بستر و دو کولر داخلی طراحی شده است. جریان گاز بر روی بستر کاتالیست اکسید آهن مغناطیسی، بصورت شعاعی خواهد بود. واکنش سنتز در فشار 160 بار و در دمای 350 تا 500 درجه سانتیگراد انجام می­پذیرد.

      3H2 + N2 2NH3 (Exothermic/equilibrium)

مطابق شکل زیر گاز ورودی راکتور، به دو قسمتMain Feed و PettyFeed تقسیم می­گردد. 58 درصد وزنی گاز به عنوان MainFeed از جداره خارجی بخش Internal عبور کرده و آنرا خنک نگه میدارد. این گاز سپس به مبدل بالائی وارد شده و از لوله مرکزی آن به سمت پایین منتقل می­گردد.

42درصد از گاز ورودی راکتور تحت عنوان Petty Feed از مبدل پائینی که گاز خروجی از بستر دوم کاتالیستی را خنک می­کند عبور کرده و پس از گرم شدن در محفظه مبدل بالایی با Main Feed مخلوط می­شود. مخلوط گاز با عبور از لوله­های مبدل بالایی تا 380 درجه سانتیگراد گرم شده و به بستر اول راکتور وارد می­گردد. گاز نهایتاً با عبور از سه بستر کاتالیستی، با دمای 435 درجه سانتیگراد و فشار 158 بار راکتور را ترک می­نماید.

2- نمودار جریانی ساده فرایند

نمودار جریانی ساده فرایند برای تولید آمونیاک با ظرفیت 2050 تن در روز در ذیل نشان داده شده است.

[if !vml]f

شکل1-  نمودار جریانی ساده فرایند تولید آمونیاک

3- مشخصات خوراک، محصول و یوتیلیتی مصرفی

مهم­ترین خوراک مورد استفاده جهت تولید آمونیاک در دنیا گاز طبیعی است. گاز طبیعی شامل هیدرورکربن­های مختلفی است، متان 85 تا 95 درصد گاز طبیعی را تشکیل می­دهد. البته با توجه به مشخصات فنی میدان گازی (Non-Associated Gas) و نفتی-گازی (Associated Gas)، سایر ترکیبات هیدروکربوری از جمله اتان، پروپان، بوتان، پنتان، هگزان و حتی سایر ترکیبات سنگین­تر که به عنوان NGL نیز شناخته می­شوند، در گاز استحصالی میادین وجود دارد. به طور معمول گاز طبیعی دارای عناصر غیرآلی همچون نیتروژن، هلیم، کربن دی­اکساید و هیدروژن سولفاید نیز می­باشد که نیاز است قبل از انتقال به مبادی مصرف در مجتمع­های پالایشگاهی مورد تصفیه و فراورش قرار گیرد. جدول زیر مشخصات گاز طبیعی مورد نیاز در واحد تولید آمونیاک را نشان می­دهد.

جدول 1- مشخصات گاز طبیعی مورد نیاز در واحد تولید آمونیاک

Components

Unit

Design Gas

CO2

mol %

0.49

CH4

"

90.26

C2H6

"

3.32

C3H8

"

0.61

C4

"

0.24

C5

"

0.04

C6+

"

0.0

CO2

"

0.49

N2

"

5.03

H2O

"

0.0

Total sulphur

ppm

20

محصول مایع آمونیاک به دو صورت سرد یا گرم تولید می­شود. محصول سرد با درجه حرارت حدود 32 درجه سانتیگراد به مخازن ذخیره ارسال می­شود، در حالیکه محصول گرم با درجه حرارت 20 درجه سانتیگراد مستقیما به واحد اوره منتقل می­گردد.آمونیاک تولیدی در این فرایند دارای خلوص 100% است.

لیست یوتیلیتی مصرفی در واحد تولید آمونیاک به شرح جدول زیر می‌باشد

جدول2- لیست یوتیلیتی مورد نیاز در واحد تولید آمونیاک

Utility

Electric Power

Cooling Water

DM Water

Nitrogen

HP Steam