مشخصات فنی فناوری تولید آمونیاک

 

 

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:

•      C_nH_m + 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 O₂→ H₂O (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 + 4H₂→ CH₄ + 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.

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]

شکل1-  نمودار جریانی ساده فرایند تولید آمونیاک

 

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

 

 

 

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

 

جدول2- لیست یوتیلیتی مورد نیاز در واحد تولید آمونیاک