17-09-2020, 12:39 PM
تولید صنعتی اوره (کاربامید) فقط از آمونیاک و دی اکسید کربن می باشد. به دلیل اینکه دی اکسید کربن در تولید هیدروژن از گاز طبیعی یا نفت خام، جهت استفاده در سنتز آمونیاک، به عنوان فرآورده جانبی تولید می گردد، از این رو واحد تولید اوره غالباً به یک واحد سنتز آمونیاک متصل می باشد.
در مرحله اول، از آمونیاک و دی اکسید کربن، کاربامات آمونیوم تشکیل می شود:
CO2(g) + 2NH3(l) → NH2COONH4(l)
در فشارهای بالا این واکنش جزئی است. کاربامات آمونیوم و آب در تعادل است:
NH2COONH4(l) ↔ H2NCONH2(l) + H2O(l)
در نسبت مولی آمونیاک به دی اکسید کربن 4 به 1، درجه حرارت 200 درجه سانتی گراد و فشار 200 بار، حدود 70% دی اکسید کربن به اوره تبدیل خواهد شد.
کاربامات آمونیومِ تبدیل نشده و آمونیاکِ واکنش نکرده باید از مخلوط واکنش حاصله (محلول آبی اوره، کاربامات آمونیوم و آمونیاک) خارج گردند. فرآیندهای صنعتی متعدد تولید این ترکیب شیمیایی به ویژه از لحاظ روش جداسازی و طریقه بازگردانی آمونیاک دی اکسید کربن با یکدیگر تفاوت دارند. به حداقل رساندن مصرف انرژی این واحدهای تولیدی بزرگ از اهمیت فراوانی برخوردار است.
تولید اوره به روش یک بار گذر:
در اولین کارخانه های ساخته شده که فرآیند “یک بار گذر” استفاده می شوند، مخلوط آمونیاک و دی اکسید کربن حاصل از آزادسازی فشار و تجزیه حرارتی کاربامات آمونیوم، به نیترات یا سولفات آمونیوم تبدیل شده و دی اکسید کربن به بیرون فرستاده می شد.
در کارخانه های مدرن، بازیابی کامل دی اکسید کربن و آمونیاک صورت می گیرد، به طوری که بازده آمونیاک به 99% می رسد. چون اتلاف قابل ملاحظه محصول در مرحله قرص سازی بعدی رخ می دهد، از این رو بازده واقعی واکنش حتی از این مقدار هم بالاتر می رود. روش های فعلی شامل موارد زیر هستند:
بازگردانی محلول
فرآیندهای بیرون کشی ( رسوب بری یا زدایش)
تولید اوره به روش بازگردانی محلول:
در این شیوه، فشار محلول سنتز در پی خارج شدن از رأکتور، کم کم آزاد و آمونیاک و دی اکسید کربن آزاد شده، تحت فشار مربوط به خودشان در یک دستگاه جذب کننده، در آب و یا به طور معکوس در محلول مادر اوره حل می شوند. فشار محلول جذب، مرحله به مرحله افزایش می یابد تا فشار سنتز دوباره برقرار گردد. توسط این نوع جذب فشاری معکوس، محلول غلیظی از کاربامات حاوی مقدار کمی آب تولید شده و بدین وسیله تعادل به سمت تشکیل اوره می روند. در آن دسته از فرآیندهای بازگردانی که مرحله اول تجزیه در فشار 60 تا 80 بار انجام می شود، گرمای کمتری مورد نیاز است.
تولید اوره به روش بیرون کشی:
در فرآیندهای بیرون کشی (رسوب بری)، محلول پس از خارج شدن از رأکتور، به بالای یک دستگاه تبخیر کننده لایه ای تزریق می گردد. در این دستگاه، محلول که به سمت پایین جریان یافته، با تمام دی اکسید کربن مورد نیاز فرآیند به صورت معکوس در تماس قرار می گیرد. گازهایی که از قسمت بالای تبخیر کننده خارج می شوند همراه با بخشی از آمونیاک اولیه، در محلول فشرده شده که از قسمت تجزیه کننده فشار پایین وارد شده، به صورت جزئی چگالیده می شوند و حاصل کار که مخلوطی از مایع و گاز می باشد، وارد رأکتور می شود.
چون حدود 85% کاربامات در محفظه رسوب بر تجزیه می شود از این رو یک واحد تجزیه کننده فشار پایین جهت تکمیل عمل تفکیک کافی است. گرمای تولید شده در چگالنده فشار بالا، به بخار تبدیل و برای به کار انداختن تجزیه کننده فشار پایین مورد استفاده قرار می گیرد. به جای رسوب بری با دی اکسید کربن می توان از آمونیاک نیز استفاده نمود. فرآیندهای رسوب بری از لحاظ انرژی تا اندازه ای مطلوب تر از فرآیندهای بازگردانی با تجزیه کننده های فشار بالا هستند.
در مرحله اول، از آمونیاک و دی اکسید کربن، کاربامات آمونیوم تشکیل می شود:
CO2(g) + 2NH3(l) → NH2COONH4(l)
در فشارهای بالا این واکنش جزئی است. کاربامات آمونیوم و آب در تعادل است:
NH2COONH4(l) ↔ H2NCONH2(l) + H2O(l)
در نسبت مولی آمونیاک به دی اکسید کربن 4 به 1، درجه حرارت 200 درجه سانتی گراد و فشار 200 بار، حدود 70% دی اکسید کربن به اوره تبدیل خواهد شد.
کاربامات آمونیومِ تبدیل نشده و آمونیاکِ واکنش نکرده باید از مخلوط واکنش حاصله (محلول آبی اوره، کاربامات آمونیوم و آمونیاک) خارج گردند. فرآیندهای صنعتی متعدد تولید این ترکیب شیمیایی به ویژه از لحاظ روش جداسازی و طریقه بازگردانی آمونیاک دی اکسید کربن با یکدیگر تفاوت دارند. به حداقل رساندن مصرف انرژی این واحدهای تولیدی بزرگ از اهمیت فراوانی برخوردار است.
تولید اوره به روش یک بار گذر:
در اولین کارخانه های ساخته شده که فرآیند “یک بار گذر” استفاده می شوند، مخلوط آمونیاک و دی اکسید کربن حاصل از آزادسازی فشار و تجزیه حرارتی کاربامات آمونیوم، به نیترات یا سولفات آمونیوم تبدیل شده و دی اکسید کربن به بیرون فرستاده می شد.
در کارخانه های مدرن، بازیابی کامل دی اکسید کربن و آمونیاک صورت می گیرد، به طوری که بازده آمونیاک به 99% می رسد. چون اتلاف قابل ملاحظه محصول در مرحله قرص سازی بعدی رخ می دهد، از این رو بازده واقعی واکنش حتی از این مقدار هم بالاتر می رود. روش های فعلی شامل موارد زیر هستند:
بازگردانی محلول
فرآیندهای بیرون کشی ( رسوب بری یا زدایش)
تولید اوره به روش بازگردانی محلول:
در این شیوه، فشار محلول سنتز در پی خارج شدن از رأکتور، کم کم آزاد و آمونیاک و دی اکسید کربن آزاد شده، تحت فشار مربوط به خودشان در یک دستگاه جذب کننده، در آب و یا به طور معکوس در محلول مادر اوره حل می شوند. فشار محلول جذب، مرحله به مرحله افزایش می یابد تا فشار سنتز دوباره برقرار گردد. توسط این نوع جذب فشاری معکوس، محلول غلیظی از کاربامات حاوی مقدار کمی آب تولید شده و بدین وسیله تعادل به سمت تشکیل اوره می روند. در آن دسته از فرآیندهای بازگردانی که مرحله اول تجزیه در فشار 60 تا 80 بار انجام می شود، گرمای کمتری مورد نیاز است.
تولید اوره به روش بیرون کشی:
در فرآیندهای بیرون کشی (رسوب بری)، محلول پس از خارج شدن از رأکتور، به بالای یک دستگاه تبخیر کننده لایه ای تزریق می گردد. در این دستگاه، محلول که به سمت پایین جریان یافته، با تمام دی اکسید کربن مورد نیاز فرآیند به صورت معکوس در تماس قرار می گیرد. گازهایی که از قسمت بالای تبخیر کننده خارج می شوند همراه با بخشی از آمونیاک اولیه، در محلول فشرده شده که از قسمت تجزیه کننده فشار پایین وارد شده، به صورت جزئی چگالیده می شوند و حاصل کار که مخلوطی از مایع و گاز می باشد، وارد رأکتور می شود.
چون حدود 85% کاربامات در محفظه رسوب بر تجزیه می شود از این رو یک واحد تجزیه کننده فشار پایین جهت تکمیل عمل تفکیک کافی است. گرمای تولید شده در چگالنده فشار بالا، به بخار تبدیل و برای به کار انداختن تجزیه کننده فشار پایین مورد استفاده قرار می گیرد. به جای رسوب بری با دی اکسید کربن می توان از آمونیاک نیز استفاده نمود. فرآیندهای رسوب بری از لحاظ انرژی تا اندازه ای مطلوب تر از فرآیندهای بازگردانی با تجزیه کننده های فشار بالا هستند.