پروسس تهيه آمونياك بر اساس تركيب گاز سنتز نيتروژن و هيدروژن طي واكنش شناخته شده هابر-بوش در حضور كاتاليست آهن استوار مي باشد. جهت تهيه گاز سنتز از گاز طبيعي ورودي به واحد كه منجر به تهيه آمونياك مي شود نياز به پروسسهاي ذيل مي باشد:
- پروسس تصفيه كاتاليستي گاز ورودي جهت حذف تركيبات گوگردي مضر براي تهيه گاز پروسس
- پروسس ريفرمينگ با بخار آب (Steam Reforming )جهت توليد گاز سنتز مورد نياز آمونياك سازي
- پروسس هاي Shift-Conversion , CO2 Removal و متاناسيون جهت خالص سازي گاز سنتز
- پروسس فشرده سازي گاز سنتز و سنتز آمونياك
- پروسس تبريد و جدا سازي آمونياك توليد شده
- پروسس تصفيه و بازيافت آبهاي حاصل از فرآيند توليد
|
 |
مرحله اول – تصفيه كاتاليستي گاز ورودي
گاز طبيعي در مجتمع پتروشيمي خراسان به عنوان خوراك و سوخت مورد استفاده قرار مي گيرد. عليرغم تصفيه گاز ورودي مجتمع در مبداء توليد يعني پالايشگاههاي گاز ، اين گاز همواره داراي مقادير كمي تركيبات گوگردي مي باشد كه بصورت سولفيد هيدروژن و يا مركاپتانها همراه جريان گاز وجود دارند. تركيبات گوگردي عموما" بعنوان مهمترين مسموم كننده هاي كاتاليست استيم ريفرمينگ واحد آمونياك شناخته مي شوند كه هم بصورت مستقيم باعث كاهش فعاليت اين كاتاليست شده و هم به تشكيل كربن روي سطح كاتاليست و كاهش فعاليت آن كمك مي نمايند كه به از بين رفتن تيوبها در اثر دماي بالا نيز منجر خواهد شد. بنابراين لازم است تا ميزان تركيبات گوگردي تا سطح مجاز كاهش يابد. اين عمل از طريق واكنتش هاي كاتاليستي در حضور كاتاليستهاي كبالت- موليبدن و كاتاليست اكسيد روي انجام مي پذيرد. بدين گونه كه ابتدا كليه تركيبات غير اشباع گوگردي در حضور هيدروژن و كاتاليست كبالت-موليبدن به سولفيد هيدروژن تبديل شده و سپس سولفيد هيدروژن در يك رآكتور ديگر جذب كاتاليست اكسيد روي مي گردد. شرح مفصل تر اين پروسس از اين قرار است كه ابتدا گاز طبيعي تا 370 درجه سانتيگراد گرم شده و به راكتوري كه از كاتاليزور كبالت – موليبدن پرشده فرستاده ميشود. دماي اين راكتور حدود 371 درجه سانتيگراد و فشار آن حدود 42 اتمسفر كنترل ميشود . دراين راكتور مركاپتانهاي موجود در گاز طبيعي به سولفيد هيدروژن تبديل شده و سپس سولفيد هيدروژن توسط اكسيد روي در دماي 360 درجه سانتيگراد جذب ميگردد . گازهاي عاري از تركيبات گوگردي سپس تا 620 درجه سانتيگراد گرم شده و همراه با بخار آب به ريفورمر اول فرستاده ميشود.
مرحله دوم – ريفرمينگ با بخار آب
گاز طبيعي خوراك واحد آمونياك مخلوطي از هيدروكربن هاي سبك و سنگين و ازت مي باشد كه قسمت عمده آن را متان تشكيل داده است. عناصر موجود در هيدروكربنهاي اشباع را هيدروژن و كربن تشكيل مي دهند كه هيدروژن بعنوان عنصر اصلي سنتز آمونياك و كربن به صرف توليد CO2 مورد نياز واحد اوره خواهد رسيد. تبديل گاز طبيعي به هيدروژن بطور عمده تحت واكنشي به نام ريفرمينگ با بخار آب انجام مي گردد. بنابراين با شكستن متان ، هيدروژن براي توليد آمونياك بدست آمده و نيتروژن مورد نياز توليد آمونياك نيز در مرحله بعدي به گاز اضافه مي شود. واكنشهاي پروسس Steam Reforming گاز طبيعي جهت تهيه گاز سنتز در راكتور ريفرمر اوليه ((Primary Reformer و ريفرمر ثانويه (Secondary Reformer) انجام ميشود. از آنجاييكه اين واكنشها گرماگير مي باشند , ريفرمر اوليه به صورت يك كوره طراحي شده است كه گرماي لازم براي واكنشها توسط برنر هايي كه با سوخت گاز طبيعي تغذيه مي شوند تامين مي گردد. در اين رآكتورها هيدروكربنها در حضور كاتاليست اكسيد نيكل به هيدروژن و اكسيدهاي كربن تبديل مي شوند. ازت لازم جهت توليد آمونياك نيز از طريق افزايش هوا به ريفرمر ثانويه تامين ميگردد. گرماي لازم جهت واكنش گرماگير استيم ريفرمينگ در ريفرمر ثانويه از واكنش گرمازاي اكسيژن هوا و هيدروژن گاز سنتز فراهم مي شود. گازهاي خروجي از ريفرمر ثانويه از دماي 995 درجه سانتيگراد تا 370 درجه سانتيگراد سرد شده و سپس به راكتورهاي تبديل منوكسيد كربن به دي اكسيد كربن فرستاده ميشود.
مرحله سوم- تبديل اكسيدهاي كربن
واكنشهاي استيم ريفرمينگ عمدتا" به توليد هيدروژن و اكسيدهاي كربن منجر مي شود. اين اكسيدهاي كربني براي كاتاليستهاي بخش سنتز آمونيام مضر بوده و لازم است كه از سيستم حذف گردند. محلول بنفيلد بعنوان جاذب مناسبي براي حذف دي اكسيد كربن همراه گاز شناخته مي شود. منتهي لازم است كه ابتدا تا كل منوكسيد كربن همراه گاز خروجي ريفرمر ثانويه به دي اكسيد كربن تبديل شود. اين عمل به نام واكنشهاي شيفت دماي بالا و پايين مطرح بوده و در رآكتورهايي با همين عنوان انجام مي پذيرد. رآكتور شيفت كانورتور دما بالا حاوي كاتاليست اكسيد آهن و راكتور شيفت كانورتور دما پايين حاوي كاتاليست اكسيد مس ميباشد، در اين رآكتورها كه بصورت سري طراحي گرديده اند در دو محدوده دمايي متفاوت قسمت اعظم منوكسيد كربن به دي اكسيد كربن تبديل مي گردد. غلظت منواكسيدكربن خروجي از اين بخش 0.3 درصد مولي است.
مرحله چهارم - جذب گاز دي اكسيد كربن
محلولي كه بوسيله جذب فيزيكي – شيميايي ميزان دي اكسيد كربن همراه گاز سنتز را كاهش مي دهد به نام محلول بنفيلد معروف بوده و حاوي كربنات پتاسيم و دي اتانول آمين و تركيبات ضد خوردگي مي باشد. جذب دي اكسيد كربن در سيستم CO2 Removal شامل برجهاي جذب و دفع انجام مي پذيرد. در اين مرحله گازهاي خروجي شيفت كانورتورها با محلول بنفيلد ( كربنات پتاسيم 30-25 درصد وزني – دي اتانول آمين 4-3 درصد وزني – پنتااكسيد واناديوم 8/.- 7/.درصد وزني ) در دماي حدود 110-72 درجه سانتيگراد جهت جذب دي اكسيد كربن از مخلوط گازها شسته شده و سپس مخلوط گازها تا 300 درجه سانتيگراد گرم شده و به مرحله بعدي ارسال مي گردند. دي اكسيد كربن جذب شده بوسيله محلول بنفيلد در استريپر اين بخش آزاد شده و جهت توليد اوره به اين واحد ارسال مي گردد.
مرحله پنجم- واكنشهاي متاناسيون
عليرغم حذف منوكسيد كربن توسط واكنشهاي شيفت و حذف دي اكسيد كربن در سيستم بنفيلد هنوز مقدار كمي از مخلوط اين گازها همراه گاز سنتز وجود دارد كه جهت كاتاليستهاي بخش سنتز آمونياك مضر بوده و باعث مسمويت اين كاتاليستها مي گردند. حذف كامل اكسيدهاي كربني در يك رآكتور كاتاليستي و طي واكنش متاناسيون انجام مي پذيرد. در اين رآكتور اكسيدهاي كربن باقيمانده حضور كاتاليست اكسيد نيكل با هيدروژن تركيب شده و توليد متان ميكنند. متان توليد شده به عنوان يك گاز بي اثر مشكلي را براي بخش سنتز آمونياك ايجاد نخواهد نمود. گازهاي خروجي از رآكتور متاناسيون شامل 74درصد ازت ، حدود 25 درصد وزني هيدروژن و مقداري بخار آب ، متان ، آرگون به مرحله بعدي ارسال مي گردند.
مرحله ششم - سنتز و جداسازي آمونياك
توليد آمونياك در بخش سنتز و طي يك واكنش كاتاليستي در حضور كاتاليست اكسيد آهن صورت مي پذيرد. اين واكنش در فاز گاز انجام شده و گرمازا مي باشد. همچنين به دليل كاهش مولي در طي واكنش افزايش فشار نقش مهمي در افزايش راندمان واكنش دارد. بنابراين اين مرحله گازهاي سنتز شامل نيتروژن و هيدروژن پس از عبور از يك دستگاه كمپرسور وارد رآكتور سنتز شده و توليد آمونياك با درصد تبديل نسبتا" پاييني انجام مي شود. جهت افزايش آمونياك سازي پس از تبريد و جدا سازي آمونياك توليد شده ، گاز سنتز مجددا" به كمپرسور ارسال و ضمن مخلوط شدن با گاز ورودي جديد اين بخش به سيكل سنتز وارد مي گردد. فشار راكتور سنتز حدود 140 اتمسفر و دماي ورودي آن حدود 380 درجه سانتيگراد كنترل ميگردد .
همانطور كه ذكر شد آمونياك توليد شده به همراه گازهاي تركيب نشده از راكتور خارج و گازها مجدداً از طريق كمپرسور به رآكتور بازگشت داده ميشوند. آمونياك توليدي پس از سردشدن از گاز سنتز خروجي كمپرسور جدا شده و بدو صورت آمونياك گرم با دماي 32 درجه و فشار 24 اتمسفر به واحد اوره و آمونياك سرد و با دماي منفي 34 درجه سانتيگراد به مخازن نگهداري ارسال ميگردد .
