مقاله آشنایی با توصیف فرآیندهای تولید اوره (قسمت دوم)

62 کارخانه اوره در اروپای غربی از سال 2000 مشغول به کار هستند. ظرفیت کل تولید کود اوره در سال 1999/2000 حدود 5.8 میلیون تن بود. فرآیند آب از هر فرآیند مورد بحث در این بخش با بازیابی اوره محلول، NH3 و CO2 که از طریق یک سیستم تراکم کاربامات کم فشار به بخش سنتز بازیافت می‌شوند، تصفیه می‌شود.

 

فرآیند حذف دی‌اکسید‌کربن

 NH3 و CO2 از طریق کاربامات آمونیوم در فشار تقریبا 140 بار و دمای 180-185 درجه سانتی‌گراد به اوره تبدیل می‌شوند. نسبت مولی NH3/CO2 اعمال شده در راکتور 2.95 است. این منجر به تبدیل CO2 حدود 60٪ و تبدیلNH3   41% می‌شود. پساب راکتور، حاوی NH3 و CO2 تبدیل نشده، با استفاده از CO2 به عنوان عامل سلب، تحت یک عملیات جداسازی در فشار اصلی راکتور قرار می‌گیرد. سپس NH3 و CO2 حذف شده تا حدی متراکم شده و به راکتور بازیافت می‌شوند. گرمای حاصل از این تراکم برای تولید بخار 4.5 بار استفاده می‌شود که برخی از آن می‌توانند برای اهداف گرمایش در بخش های پایین دست نیروگاه استفاده شوند. بخار مازاد 4.5 بار به توربین کمپرسور CO2 فرستاده می شود.

NH3 و CO2 موجود در پساب استریپر در مرحله تجزیه 4 بار تبخیر می‌شوند و متعاقبا متراکم می‌شوند تا محلول کاربامات را تشکیل دهند که به بخش سنتز 140 بار بازیافت می‌شود. غلظت بیشتر محلول اوره که از مرحله تجزیه 4 بار خارج می‌شود، در بخش تبخیر اتفاق می‌افتد، جایی که یک مذاب اوره 99.7 درصد تولید می‌شود.

فرآیند حذف آمونیاک

NH3 و CO2 از طریق کاربامات آمونیوم در فشار 150 بار و دمای 180 درجه سانتی‌گراد به اوره تبدیل می‌شوند. نسبت مولی 3.5 در راکتور استفاده می‌شود که تبدیل CO2  62% را می‌دهد. پساب راکتور وارد استریپر می‌شود که بخش بزرگی از آن تبدیل نشده است. کاربامات با عمل جداسازی NH3 اضافی تجزیه می‌شود. کاربامات باقیمانده و CO2 در پایین دست استریپر در دو مرحله متوالی که به ترتیب در 17 و 3.5 بار کار می کنند، بازیابی می شوند. بخارات NH3 و CO2 از قسمت بالای دستگاه با آن مخلوط می‌شوند. محلول کاربامات بازیابی شده از بخش های فشار بالا (HP)/فشار پایین (LP)، در کندانسور HP کاربامات متراکم شده و به راکتور تغذیه می‌شود. از گرمای میعان برای تولید بخار LP استفاده می‌شود.

محلول اوره که از مرحله تجزیه LP خارج می‌شود در قسمت تبخیر به یک مذاب اوره متمرکز می‌شود.

 

فرایند تولید اوره

شکل1- فرایند تولید اوره

فرآیند پیشرفته صرفه جویی در هزینه و انرژی (ACES)

 در این فرآیند بخش سنتز در 175بار با نسبت مولی 4 NH3/CO2  و دمای 185 تا 190 درجه سانتی‌گراد کار می‌کند. پساب راکتور در فشار اصلی راکتور با استفاده از CO2 به عنوان عامل سلب کنده می‌شود. مخلوط گاز سربار از استریپر به دو کندانسور کارباماتی به صورت موازی وارد می‌شود که در آن گازها متراکم شده و تحت نیروی گرانش به همراه محلول‌های جاذب اسکرابر و جاذب HP به راکتور بازیافت می‌شوند. گرمای تولید شده در کندانسور کاربامات اول برای تولید بخار 5 بار و گرمای ایجاد شده در کندانسور دوم استفاده می‌شود. کندانسور برای گرم کردن محلول که پس از کاهش فشار از کف استریپر خارج می‌شود استفاده می‌شود. مواد بی‌اثر در بخش سنتز برای بازیابی و بازیافت NH3 و CO2 به اسکرابر از بالای راکتور پاک می‌شوند.

محلول اوره که از ته استریپر خارج می‌شود در تجزیه‌کننده‌های HP و LP که در حدودا کار می‌کنند، خالص‌تر می‌شود. به ترتیب 17.5بار و 2.5 بار  NH3 و CO2 جدا شده از طریق جاذب های HP و LP برای سنتز بازیابی می‌شوند.

محلول آبی اوره ابتدا تا 88.7 درصد وزنی در یک غلیظ کننده خلاء و سپس به غلظت مورد نیاز برای دانه بندی یا دانه بندی تغلیظ می‌شود.

فرآیند بازیافت دوگانه ایزوباریک (IDR)

 در این فرآیند سنتز اوره در دمای 180-200 بار و 185-190 درجه سانتی‌گراد انجام می‌شود. نسبت NH3/CO2 تقریبا 3.5-4 است که تقریبا 70٪ تبدیل CO2 در هر گذر را ارائه می‌دهد. بیشتر مواد تبدیل ‌نشده در محلول اوره که از راکتور خارج می‌شوند، با حرارت دادن و جداسازی در فشار سنتز با استفاده از دو دستگاه استریپر که توسط بخار 25 بار گرم می‌شوند، جدا می‌شوند. در استریپر اول، کاربامات توسط آمونیاک تجزیه و از بین می‌رود و آمونیاک باقی‌مانده در استریپر دوم با استفاده از دی اکسید کربن به عنوان عامل سلب‌کننده حذف می‌شود.

در حالی که تمام دی اکسید کربن از طریق استریپر دوم به گیاه داده می‌شود، تنها 40 درصد آمونیاک به استریپر اول وارد می‌شود. باقی‌مانده مستقیما برای کنترل دما به راکتور می‌رود. بخارات غنی از آمونیاک از اولین استریپر مستقیما به آن وارد می‌شود. راکتور اوره بخارات غنی از دی اکسید کربن از جداکننده دوم از طریق کندانسور کاربامات به راکتور بازیافت می‌شود و با محلول کاربامات بازیافت شده از بخش کم فشار کارخانه آبیاری می‌شود.

گرمای چگالش به صورت بخار 7 بار بازیابی می‌شود که در پایین جریان در فرآیند استفاده می‌شود. محلول اوره که از حلقه IDR خارج می‌شود حاوی آمونیاک تبدیل نشده، دی اکسید کربن و کاربامات است. این باقیمانده‌ها در دو دستگاه تقطیر متوالی تجزیه و تبخیر می‌شوند و با بخار بازیابی شده با فشار کم گرم می‌شوند. پس از این، بخارات به محلول کاربامات متراکم شده و به حلقه سنتز بازیافت می‌شوند.

محلول اوره که تجزیه LP را برای غلظت بیشتر ترک می‌کند، به دو اواپراتور خلاء به صورت سری تغذیه می‌شود و مذاب اوره را برای دانه‌بندی و دانه‌بندی تولید می‌کند.

 

Pérez-Ramírez, J. (2007). Prospects of N2O emission regulations in the European fertilizer industry. Applied Catalysis B: Environmental, 70(1-4), 31-35.