آشنایی با واحد آمونیاک وآرگون پتروشیمی شیراز

پتروشیمی شیراز در سال ۱۳۴۵ به صورت یک کارخانه تولید کود شیمیایی زیر نظر جهاد کشاورزی شروع به کار کرد و بعدها با اضافه شدن قسمتهای دیگر و گسترده تر شدن آن تحت نظر وزارت نفت به کار خود  ادامه داد.

مواد اولیه پتروشیمی شیراز از مواد بسیار ارزان بوده از قبیل سنگ آهک که تهیه آن از کوه مقابل پتروشیمی نمک از دریاچه نمک شیراز، هوا و آب از روخانه کر می باشد.

گاز متان یکی دیگر از مواد اولیه این مجتمع می باشد که در پالایشگاه گاز بیدبلند تصفیه می شود.

پتروشیمی شیراز

واحد آمونیاک ۱ (NH3):

یکی از واحدهای ما در پتروشیمی می باشد که آمونیاک تولیدی آن علاوه بر فروش مستقیم جهت واحدهای تولید کود شیمیایی (واحد اوره)-نیترات آمونیوم-اسید نیتریک نیز به مصرف می رسد. کاربرد آمونیاک در سیستم های سرمازا نیز قابل توجه است.

خوراک ورودی جهت تهیه آرگون از واحد آمونیاک ارسال می گردد بدین جهت برای توضیح و احد آرگون باید به نحوه تولید آمونیاک بپردازیم.

گاز متان ورودی دارای مقداری گوگرد S می باشد که این مقدار زیر ۳۰ppm می باشد ولی با توجه به حساسیت کاتالیست های پروسس نسبت به گوگرد این مقدار گوگرد هم بایستی از گاز سنتز آمونیاک جدا  گردد. حداکثر مجاز گوگرد در گاز نباید از ۰٫۵ppm بیشتر شود.

گاز پس از بدست آوردن شرایط مورد نیاز یعنی فشار ۴۲bar و دمای ۴۰۰oC وارد قسمت سولفورزدایی می گردد. در این قسمت در مرحله اول گاز وارد یک راکتور حاوی کاتالیستهای کبالت Co و مولیبدن M0 می شود تا در مجاورت هیدروژن تزریقی به این گاز گوگرد S به هیدروژن سولفوره H2S تبدیل گردد و سپس گاز متان به همراه H2S وارد راکتور دیگری که دارای جاذب اکسید نیکل ZnO می باشد تا توسط Zno، گاز H2S جذب گردد.

گاز سنتز آمونیاک شامل N2 و H2 می باشد و هدف بدست آوردن این گاز می باشد زیرا که

N2+3H2 -> 2NH3

گاز بدون گوگرد با بخار آمیخته وارد لوله های انباشته از کاتالیست اکسید نیکل در کوره ای به نام ریفرمر اولیه Primary reformer می شود و قسمت اعظم آن در حرارت ۸۵۰oc شکسته می شود.

CH4+H2o  -> CO+CO2+H2+8%CH4

فعل و انفعال فوق گرماگیر است و حرارت لازم آن توسط مشعلهایی که از سقف ریفرمر شعله ور می باشند و سوخت آنها نیز از گاز طبیعی تأمین می گردد.

گازهای خروجی سپس وارد راکتور دیگری به نام ریفرمر ثانویه Secondary reformer می شوند و از طرف دیگر هوای پروسسی که توسط کمپرسور هوا مکش شده و به فشار لازم رسیده به این راکتور تزریق می گردد و کاتالیست این راکتور نیز Nio می باشد اتفاقی که در این مرحله می افتد این است که اکسیژن هوا با هیدروژن موجود در محصول فوق واکنش داده و به آب تبدیل می شود و آب نیز با ۸ درصد متان خروجی محصول فوق واکنش داده و همان واکنش ریفرمر اولیه تکرار می شود و به محصولات واکنش فوق نیتروژن N2 نیز اضافه می گردد.

O2+N2+CO+CO2+H2+8%CH4  ->  N2+H2+CO+CO2

واکنش شکستن متان گرماگیر و واکنش سوختن اکسیژن و هیدروژن یک واکنش گرما زا می باشد بنابراین مقدار درصد متان را طوری تنظیم می کنند که مقدار تعدیل دماها با هم برابر باشد و دما در هما حدود oC900 باقی بماند که این مقدار متان تقریباً با ۸ درصد برابر است و به همین دلیل است که مقدار درجه حرارت ریفرمر اولیه را طوری تنظیم می کنند که ۸ درصد متان باقی بماند.

گازها سپس وارد دو راکتور با کاتالیست Fe2O3 که اکسید آهن می باشند می گردند که همان راکتورهای تبدیل Co به Co2 می باشند و پس از انجام این عمل به واحد جداسازی CO2 از گاز سنتز N2 و H2 فرستاده می شوند.

جداسازی CO2 از N2 و H2 به این صورت می باشد که گازها به برج جذب CO2 وارد و سپس از طرف دیگر محلول کربنات پتاسیم K2CO3 که به نام محلول بنفیلد معروف می باشد بر روی گاز ریخته می شود این محلول جاذب CO2 می باشد و پس از جذب CO2 از پایین برج جذب خارج می شود و گاز سنتز N2 و H2 از بالای برج خارج و به راکتور تبدیل CO و CO2 به متان فرستاده می شود.

گاز CO2 و محلول بنفیلد هم به برج دفع CO2 وارد و در آنجا CO2 جدا از قسمت بالای برج خارج و محلول بنفیلد هم دوباره به چرخه جهت ترکیب مجدد با CO2 باز می گردد.

عمل برج جذب در شرایط فشار زیاد و دمای پایین و عمل برج دفع CO2 در فشار پایین و دمای نسبتاً بالا انجام می گیرد.

گفتیم گاز سنتز پس از جداسازی CO2 به راکتور تبدیل CO و CO2 به متان ارسال می شود چون Co و CO2 از مسموم کننده های کاتالیست Fe2O3 که در قسمت های بعد با آن سروکار داریم می باشند.

متان موجود در گاز سنتز اثر نامطلوب ندارد به جز آنکه حجم کمی از گاز های اصلی هیدروژن و ازت را اشغال می کند. مخلوط خروجی این واحد شامل ازت و هیدروژن با نسبت ۱ به ۳ به نام گاز ستز است.

مرحله بعدی فشرده شدن این گاز تا فشار bar180 می باشد که توسط یک کمپرسور توربینی، در چهار مرحله انجام می گیرد. گازها پس از فشرده شدن در جریان گردش به طرف راکور سنتز که حاوی کاتالیست Fe2O3 قرار می گیرند.

دمایی که انجام واکنش تولید آمونیاک رخ می دهد بر مبنای oC375 می باشد چرا که در زیر oC300 واکنش انجام نمی شود و در oC550 نیز این واکنش برگشت پذیر می شود.

در هر گردش ۱۵ درصد حجمی از این گازها به آمونیاک به کمک کاتالیست تبدیل می شوند سپس از راکتور سنتز به سمت مبدلهای حرارتی جهت سرد شدن حرکت می کنند و پس از سرد شدن در چند درام، فلش شده و به مایع تبدیل می شود بقیه گازهای آمونیاک که به مایع تبدیل نشده مجداً جهت جبران  افت فشار به سمت کمپرسور سنتز و سپس راکتور سنتز روانه می شوند در حالیکه در این بین گازهای تازه تولیدی کمپرسور نیز به آن اضافه می شود و این روند مرتب و پیوسته تکرار می شود.

واحد آرگون Ar :

قسمتی از گازهای واحد آمونیاک که بیشتر شامل گازهای مرده ای می باشد که فقط حجمی از گاز آمونیاک را اشغال کرده است از جمع گازها توسط لوله ای خارج و به جای آن حجمی از گاز تازه ستز وارد می کنند. حال این گاز مرده که شامل ترکیبات زیر می باشد خوراک ورودی واحد آرگون محسوب می شود.

۷%  NH3 ، ۵۶% H2 ، ۱۳% CH4 ، ۴% Ar ، ۲۷%  N2 که اگر آمونیاک آنرا جدا کنیم مجموعاً ۱۰۰%خواهند شد.

مقدار Ar موجود در هوا کمتر از ۱% می باشد ولی در طی فشرده شدن و جدا شدن بخش اعظم هیدروژن و اکسیژن موجود در هوا در طی تولید گاز سنتز مقدار آرگون موجود در آن نسبت به گازهای خارج شده از مسیر حجم آن به ۴% می رسد که با جداسازی این مقدار آرگون، تولید آرگون به مقدار ۱۵ تن در شبانه روز می رسد.

آرگون با عدد اتمی ۱۸ در جدول تناوبی یک گاز نجیب می باشد و تولید آن در حقیقت بازیافت آن از گاز مرده واحد آمونیاک می باشد. تک تک اجزاء اینگاز که به ترکیبات آن اشاره شد و این واحد از هم جدا و هر کدام به مصرفی می رسد بنابراین واحد آرگون یک واحد بازیافت می باشد نه واحد تولید.

برای جدا کردن اجزاء ابتدا به سراغ آمونیاک آن می رویم که انحلال آن در آب بی نهایت است و شیوه جدا کردن آن به این صورت است که گاز ورودی ما ابتدا به وسط یک تاور (برج) جذب وارد شده و آب از قسمت بالاتر به صورت دوش بر روی گاز می ریزد و آمونیاک موجود در گاز را در خود حل می کند و به صورت محلول آمونیاکی به سمت واحد بازیافت آمونیاک از پایین برج خارج می شود و گاز بدون آمونیاک از قسمت بالای تاور خارج شده و به سمت دو راکتور که در پایین شرح داده خواهند شد می رود.

دماهایی که در قسمتهای بعد با آن سروکار داریم از oC150-سردتر می باشند و چون نقطه انجماد آمونیاک oC77- می باشد  آمونیاک نباید به آنجا راه یابد و گرنه آمونیاک یخ می زند و مسیرها دچار گرفتگی می شوند حتی در حد ppm. به همین جهت در قسمت بعد گاز عاری از آمونیاک از دو راکتور که دارای ۲ جاذب آلومینا و مولکولارسیو هستند عبور کرده و همین مقدار کم آمونیاک یا محلول آمونیاکی نیز با استفاده از پدیده جذب سطحی جدا می شود البته لازم به ذکر است که همیشه یکی از راکتورها در سرویس می باشد و دیگری در حال احیاء جاذبهای اشباع شده می باشد و زمان کارکرد هر راکتور ۸ ساعت می باشد پس از احیاء راکتور، راکتور احیاء شده جایگزین راکتوری که سرویس بوده می شود و راکتوری که در سرویس بوده از سرویس خارج و احیاء آن شروع می شود. پس در این قسمت دیگر به طور کامل آمونیاک گاز ورودی جدا شد.

حال گازها برای رفتن به قسمت های بعد و برجهای تقطیر باید به شرایط دمایی مطلوب برسد. که این کار در ۳ مبدل حرارتی یا exchanger انجام می شود و گاز ورودی که گرم می باشد با سیالات خروجی که سرد می باشند تبادل دمایی انجام داده و بنابراین خودش سرد و سیالات دیگر خروجی گرم می شوند.

این مبدل های حرارتی و همچنین قسمت های بعد که نامبرده خواهند شد در جعبه ای مکعب مستطیل شکل و عایق حرارتی به ابعاد تقریبی ۱۸۴۴ متر به نام Cold box قرار دارند.

حال نوبت به جداسازی هیدروژن از گاز می شود که در این مرحله گاز وارد یک تاور به اسم تاور شستشوی ازت شده و کمی بالاتر از محل ورودی گاز، یک نیتروژن دوفازی گاز و مایع سرد بر روی گاز خوراک ریخته و همه ترکیبات به جز هیدروژن را در خود حل می کند یعنی متان و آرگون و نیتروژن در این نیتروژن سرد حل شده و فقط هیدروژن به دلیل نقطه میعان بسیار پایین در این حلال حل نمی شود و به سمت یک درام رفته در آنجا به آن هیدروژن به نسبت ۳ به ۱ به آن نیتروژن تزریق شده و تبدیل به گاز سنتز H2 و N2 شده و به سمت کمپرسور سنتز آمونیاک جهت تولید آمونیاک حرکت می کند.

از این پس با برج های تقطیر سروکار داریم. ابتدا باید متان را جدا کنیم از میان ۳ ترکیب آرگون ازت و متان، متان دارای نقطه جوش بالاتری می باشد به طوری که در oC162- می جوشد ولی نقطه جوش آرگون oC186-و ازت oC195- می باشد. گاز وارد یک برج تقطیر که به برج تقطیر جداسازی متان معروف است وارد می شود در آنجا شرایط دمایی را چنان کنترل می کنیم که متان در آن دما به صورت مایع درآید ولی آرگون و ازت به صورت گاز باشند که دماهای مورد نظر دماهای oC175- و oC165- هستند. متان در این دماها به صورت مایع از پایین برج تقطیر خارج شده و به وسیله پمپ به سمت مبدلهای حرارتی و سپس به سمت ریفرمر اولیه واحد آمونیاک جهت سوخت مشعلها روانه می شود و آرگون و ازت به صورت مخلوط گازی از بالای برج  تقطیر به سمت برج تقطیر آرگون حرکت می کنند.

آخرین جداسازی مربوط به جداسازی آرگون می باشد که نقطه جوش آن از نقطه جوش ازت یا نیتروژن بالاتر می باشد و این مرحله هم دقیقاً شبیه برج تقطیر متان در مرحله قبل می باشد به صورتیکه با ورود خوراک یعنی آرگون و ازت مخلوط به برج تقطیر جداسازی آرگون شرایطی را بوجود می آوریم که آرگون به صورت مایع از پایین خارج و به وسیله پمپ به مخزن ذخیره آرگون فرستاده شود و ازت هم به صورت گاز از قسمت بالای تاور تقطیر خارج شده و به طرف مسیر ازتها و سپس به درام ذخیره ازت ارسال گردد.

از ازت برای سرد کردن و بدست آوردن دماهای مورد نیاز استفاده زیادی می کنیم تا جائیکه لول درام ذخیره ازت برای ما حائز اهمیت می باشد.

یکی دیگر از مصارف ازت برای تخلیه مسیرهایی که قرار است جوشکاری شوند استفاده می شود زیرا یک گاز بی اثر یا خنثی می باشد.

لازم به ذکر است در ابتدای راه اندازی واحد آرگون که هنوز سیال سردی برای تبادل دمایی اولیه و سرد نمودن دمای سیالات نداریم از یک توربین به نام اکسپندر با دور rpm 38000 استفاده می کنیم که با ایجاد افت فشار نیتروژن از Bar 7 به Bar1، ایجاد سرما کرده ومرتباً با سیالات دیگر در مبدلها گردش و تبادل دمایی انجام می دهد، تا سیالات به دمای لازم برسند.

آرگون را از تانک ذخیره آرگون به دو صورت :

۱-مستقیماً بوسیله پمپ و به صورت مایع برای بارگیری تانکرها خارج می کنند و یا پس از تبادل دمایی با یک مبدل حرارتی که با هوا تبادل دمایی دارد به صورت کپسول آرگون در می آورند و جهت مصارف جوشکاری  آرگون مورد استفاده قرار می دهند.

از مصارف دیگر آرگون استفاده در صنایع لامپ سازی، شرکت های ذوب فولاد و عمل کرایو در بیمارستانها می باشد که با سوزاندن بافتهای مورد نظر بوسیله آرگون سرد مورد استفاده قرار می گیرد.

میزان خلوص آرگون پتروشیمی شیراز درجه ۶ می باشد یعنی ۹۹۹۹/۹۹ که در صورتی که مقدار ppm5/0 متان داشته باشد تولید آن تا رسیدن به خلوص ۶ مجدد متوقف می شود. آرگون تقریباً گرانترین محصول پتروشیمی شیراز می باشد.

نویسنده مطلب: مدیر

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *