تصنيع الاسمدة النيتروجينية

الأسمدة النيتروجينية

تعتبر الأسمدة النيتروجينية هى أكثر الأنواع التى يتم إنتاجها واستخدامها فى مصر.

وتضم عدة أنواع مثل نترات الأمونيوم وكبريتات الأمونيوم ونترات الكالسيوم واليوريا، ويتم إنتاج الأمونيا ـ والتى تعتبر مادة خام أساسية للأسمدة النيتروجينية ـ داخل المصنع نفسه .

ويتم إنتاج الأمونيا عن طريق تفاعل محفز للهيدروجين والنيتروجين. ويمكن إنتاج الهيدروجين عن طريق التحلل الكهربى للماء ( محدود جداً)، أو من الإصلاح البخارى للغاز الطبيعى والأكسدة الجزئية للنافثا والمازوت(Fuel oil) .

ويتم الحصول على النيتروجين من الهواء.

--------------------------------------------------------------------------

أ) الأمونيا المخلقة ( NH3 )

كما هو موضح بالشكل (7) يتم تخليق الأمونيا ـ من الغاز الطبيعى عن طريق تفاعل الهيدروجين مع النيتروجين.

ويتطلب الأمر ست خطوات عملية من أجل إنتاج الأمونيا المخلقة باستخدام طريقة الإصلاح البخارى المحفز (Catalytic steam reforming) كما يلى :

1- عملية إزالة الكبريت من الغاز الطبيعى

وفى هذه العملية، يتم خفض محتوى الكبريت (أساساً كبريتيد الهيدروجين H¬2S) إلى أقل من 280 ميكروجرام/م3 لمنع تسمم العامل المساعد المستخدم فى خطوة إصلاح البخارى.

وتحدث عملية إزالة الكبريت عن طريق امتزاز (adsorbent) غاز كبريتيد الهيدروجين على سطح أكسيد الزنك أو الكربون النشط. ويعد تنشيط عامل الامتزاز (adsorbent) عن طريق فصله بالبخار المحمص. ويتم مسبقاً تسخين غاز التغذية إلى 350 -400 درجة مئوية ثم يتم معالجته فى وعاء إزالة الكبريت حيث يتم هدرجة مركبات الكبريت إلى H2 S باستخدام عامل مساعد الموليبديوم والكوبالت( CoO & MoO3) ويتم امتزازه على أكسيد الزنك .

2- الإصلاح البخارى المحفز (Catalytic Steam Reforming)

يجرى تسخين أولى للغاز الطبيعى، الذى تم إزالة الكبريت منه، عن طريق المزج مع بخار محمص (إلى 500 – 600 درجة مئوية) ثم يدخل جهاز الإصلاح الأولى بالبخار ويمر فوق العامل المساعد النيكل ( Ni ) حيث يتم تحويله إلى هيدروجين و أول أكسيد الكربون وثانى أكسيد الكربون طبقاً للمعادلة التالية: Ni
CH4 + H2 O CO + 3 H2
790-820 C

CO + H2O ↔ CO2 + H2

ويعد التفاعل ماصاً للحرارة بدرجة كبيرة، ومطلوب حرارة إضافية لرفع درجة الحرارة إلى 780 – 830 درجة مئوية فى منفذ جهاز الإصلاح الأولى حوالى 30-40% من الميثان فقط يتم تغذيته إلى جهاز الإصلاح الأولى.

ويتم عندئذ إرسال الغاز الخارج من جهاز الإصلاح الأولى إلى جهاز الإصلاح الثانوى حيث يتم مزجه بهواء ساخن مضغوط عند حوالى درجة 600 درجة مئوية ويمر فوق عامل مساعد النيكل. ويتم إضافة هواء كافى لإنتاج غاز امونيا نهائى به هيدروجين إلى نيتروجين بنسبة جزئية 3 إلى 1.

ويتم تبريد الغاز الخارج من جهاز الإصلاح الثانوى (H2, N2 , CO, CO2 and H2 O) حتى درجة 360 درجة مئوية فى غلاية استرجاع طاقة (WHB) قبل أن يتم إرسالها إلى محول أول أكسيد الكربون .

CH4 + O2 + 2N2 CO + 2H2 + 2N2

3- محول أول أكسيد الكربون (Converter)

وبعد التبريد يدخل الغاز ـ الذى يحتوى على 12 – 15 % على أساس غاز جاف ـ محول أول أكسيد الكربون عالى درجة الحرارة (350 – 400 درجة مئوية) يتحول أول أكسيد الكربون إلى ثانى أكسيد الكربون باستخدام عامل مساعد أكسيد الحديد وأكسيد الكروم لبدء التفاعل ويحدث التفاعل التالى :

CO + H2 O CO2 + H2

وعندئذ يتم تبريد الغاز الخارج فى مبادل حرارى قبل إرساله إلى محول ذو حرارة منخفضة، حيث يتم تحويل أول أكسيد الكربون إلى ثانى أكسيد الكربون عن طريق عامل مساعد أكسيد النحاس / أكسيد الزنك .

ويصل محتوى أول أكسيد الكربون المتبقى فى غاز المحوِّل إلى 0.2 ـ 0.4% (على أساس غاز جاف) ولمحتوى أول أكسيد الكربون أهمية من أجل كفاءة العملية .

4- إزالة ثانى أكسيد الكربون Carbon dioxide Removal

يتم تبريد الغاز الناتج عن المحول من 210 إلى 110 درجة مئوية، ويتم تكثيف البخار وفصله عن الغاز.

ويتم تنقية غاز المحول، من ثانى أكسيد الكربون، فى عملية امتصاص كيميائية أو فيزيائية. والمذيبات المستخدمة فى الامتصاص الكيميائى.

هى محاليل أمينية مائية (أحادى ايثانول أمين (MEA) وثنائى ايثانول أمين (MDEA) أو محاليل كربونات البوتاسيوم الساخنة. والمذيبات الفيزيائية هى أثير ثنائى المثيل جليكول كربونات بروبلين وغيرها.

ويتم استخدام خامس أكسيد الفاناديوم كمانع للتآكل. وتستهلك عملية الامتصاص بواسطة MEA كميات طاقة كبيرة لإعادة الشحن ، ولا تعتبر كعملية أفضل تكنولوجيا متاحة (BAT).

ويحتوى البخار المكثف على أمونيا، ميثانول، كمية صغيرة من الأمينات حامض الفورميك ، حامض الاستيك ، الصوديوم ، الحديد ، النحاس ، الزنك ، الألومنيوم والكالسيوم.

ويتم إرسال المتكثف إلى برج الفصل. ويمكن إزالة المعادن الموجودة بنسبة صغيرة والمتبقية فى متكثفات العملية فى محطات معالجة مياه الصرف عن طريق التبادل الأيونى .

ويتم استرجاع المذيب عن طريق التسخين الأولى والفصل بالبخار. ويتم تدوير المتكثفات المنفصلة فى طرق BAT.

5- عملية إنتاج الميثان (Methanation)

يتعين إزالة ثانى أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون المتبقيين فى الغاز المخلّق (Synthesis gas) ، عن طريق عملية إنتاج الميثان المحفزة باستخدام عامل مساعد النيكل بدرجة حرارة 400 – 600 درجة مئوية طبقاً للتفاعل التالى :

CO2 + H2 CO + H2 O

CO + 3H2 CH4 H2 O

والميثان هو غاز خامل بالنسبة إلى العامل المساعد فى تفاعل الأمونيا، بينما يمكن أن يسمم ثانى أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون العامل المساعد.

6- تخليق الأمونيا (Ammonia Synthesis)

ويعد الغاز الخارج من جهاز إنتاج الميثان نقياً تقريباً. وتكون النسبة الجزئية لتحويل الهيدروجين والنيتروجين إلى امونيا هى (3 : 1) طبقا للتفاعل التالى :

N2 + 3H2 2 NH3

أولاً ، يتم ضغط الغاز من 30 ضغط جوى إلى 200 ضغط جوى، ويتم تسخينه فى مقابل الغاز الخارج من المحول ويدخل المحول الذى يحتوى على عامل مساعد حديدى.

يؤدى ذلك إلى تحويل جزء من الغاز إلى أمونيا (15 %) والذى يتم تكثيفها وفصلها فى جهاز فصل (Liquid vapor separator) ويتم إرسالها إلى جهاز فصل خفضى الارتفاع (Let-down separator) .

ويتم ضغط الغاز المخلّق غير المحول مع تسخينه إلى درجة 180 درجة مئوية قبل دخول المحول الذى يحتوى على عامل مساعد أكسيد الحديد. وقد تم مؤخراً تطوير عامل مساعد لإنتاج الامونيا، والذى يحتوى على روتينيوم مدعم بالجرافيت ويعطى نشاط أعلى لكل وحدة من الحجم وله قدرة على زيادة التحول وضغوط تشغيل أقل.

ويتم تكثيف غاز الأمونيا الناتج عن المحول ويتم فصله وإرساله إلى جهاز فصل خفضى الارتفاع (Let-down separator) حيث يتم تنفيث جزء صغير من الغاز العلوى من أجل منع تكوُّن غازات خاملة مثل الأرجون فى نظام دورة الغاز .

ويتم تبخير الأمونيا تبخيراً مفاجئاً للتخلص من الغاز المذاب. ويتم غسل (Scrubbed) هذه الغازات لإزالة آثار الأمونيا المتبقية فى شكل هيدروكسيد الأمونيوم ويتم استخدام هذه الغازات كجزء من وقود جهاز الإصلاح البخارى الأولى. ويمكن تخزين الأمونيا السائلة تحت ضغط أو فى خزان تحت ضغط جوى ذو عزل مزدوج ومبرد تبريداً شديداً .

» تصنيع الاسمدة الفوسفاتية
» 14-كتالوج اجهزة معمل تحاليل المياه والهندسة الصحية النظرى(المركبات النيتروجينية)
» منظومة فلتر الزيوليت كمعالجة بيولوجية للصرف الصناعى لازالة المركبات النيتروجينية والامونيا
» دراسة بيئية لمصنع انتاج وتعبئة وخلط الاسمدة (تقييم الاثر البيئى-الرصد البيئى- السجل البيئى)
» دراسة بيئية لمصنع خلط وتعبئة الاسمدة البودرة-بنى سويف-المنطقة الصناعية