لقد تلقيت مقالًا للتو، فليتحقق الجميع منه

Thread Content

ملخص: يتم إنتاج الأمونيا الاصطناعية عن طريق استخدام تقنية الامتصاص بالضغط المتغير لاستخلاص الهيدروجين، مع تحسين طرق استرداد الغازات الناتجة عن هذه التقنية. كما يتم استخدام خليط من الغازات الناتجة عن عملية الامتصاص وغازات الفرن الكوك لإنتاج الغاز، بالإضافة إلى استخدام تقنية PSA بشكل متوازٍ، وذلك بهدف الحصول على أمونيا سائلة من مصدرين للغاز. تم تحليل مزايا وعيوب العملية بأكملها. الكلمات المفتاحية: غاز الفرن العالي، الغاز المنبعث من عملية فصل الغازات بواسطة تقنية PSA، إعادة التدوير، الأمونيا السائلة.
مقدمة: يقوم جهاز استخلاص الهيدروجين من غاز الميثانول بإنتاج كميات كبيرة من الغاز المنبعث أثناء عملية إنتاج الهيدروجين عالي النقاء؛ حيث يشكل هذا الغاز حوالي 30% إلى 35% من إجمالي غاز الميثانول. وتتكون مكونات هذا الغاز من CH4 (11.09%)، H2 (24.11%)، CO (8.93%)، N2 (40.98%)، وCO2 (14.89%). إذا تم التخلص منه مباشرة في الغلاف الجوي، فإن ذلك لا يؤدي فقط إلى هدر الطاقة بل يسبب أيضًا تلوث البيئة، لذلك من الضروري إعادة تدويره. 1. تحليل الأجهزة الحالية 1.1 تحليل القدرة الإنتاجية للجهاز: تبلغ القدرة التصميمية لجهاز تصنيع الأمونيا 100 كطن/سنة، ويتم توفير الغاز الخام اللازم له من خلال جهازين لإنتاج الميثانول بقدرة 100 كطن/سنة في المنطقة الصناعية، أما النيتروجين فيتم الحصول عليه من عملية فصل الغازات في أجهزة إنتاج الميثانول. توفر كل وحدة لإنتاج الميثانول من 12000 إلى 14000 نيوتن متر مكعب في الساعة من غازات الميثانول الناتجة، أما الوحدتان معًا فتوفران من 24000 إلى 28000 نيوتن متر مكعب في الساعة. وبالتالي، يمكن الحصول على هيدروجين نقي بمعدل من 15600 إلى 18200 نيوتن متر مكعب في الساعة. نظرًا لإنشاء معدات جديدة لإنتاج اللاكتام في المنطقة الصناعية، ستتولى شركة PSA مهمة توفير الهيدروجين، وذلك لتنقية البنزين الخام، وإنتاج السيكلوهكسان عن طريق هدرجة البنزين، بالإضافة إلى استخدام الهيدروجين في تحضير بيروكسيد الهيدروجين؛ حيث يُحتاج إلى 14000 نيوتن·متر مكعب في الساعة. بعد التوازن، يتوفر فقط ما بين 1600 و4200 نيوتن·متر³/ساعة من الهيدروجين لاستخدامه في تصنيع الأمونيا، وبالتالي لن تكون وحدات تصنيع الأمونيا قادرة على تلبية احتياجات إنتاج اللاكتام. لذلك، هناك حاجة إلى إنشاء وحدات جديدة لإنتاج الهيدروجين والنيتروجين باستخدام خليط من غازات الفرن الكوك وغازات الإزالة بواسطة تقنية PSA. 1.2 شرح العملية الأصلية: يتم تنقية غاز الميثان الناتج عن وحدة إنتاج الميثان باستخدام عملية PSA، للحصول على هيدروجين عالي النقاء. ثم يتم دمج هذا الهيدروجين مع النيتروجين المضغوط القادم من وحدة فصل الغازات، وبعد ذلك يتم إرسال الخليط إلى وحدة التحويل الكيميائي حيث يتم تحويل غازي CO وCO2 إلى CH4. بعد ذلك، يتم رفع ضغط الغاز وإرساله إلى عملية التخليق. انظر الشكل 1. الشكل 1: مخطط توضيحي لعملية تصنيع الأمونيا الأصلية. بالإضافة إلى ذلك، فإن خطة استرداد الغازات الناتجة عن جهاز PSA تتمثل في استخدام هذه الغازات في عملية الاحتراق داخل غرف التكربن في الفرن، لكن بسبب التقلبات الكبيرة في الضغط، يتم التخلص من هذه الغازات عن طريق الاحتراق المباشر، مما يؤدي إلى هدر الموارد. 2. تحليل الجهاز بعد التعديل 2.1 تحليل القدرة الإنتاجية بعد التعديل يعمل جهاز إنتاج الغاز الجديد بشكل جيد في الوقت الحالي، حيث يصل تدفق غاز الكوك إلى 17500 نم3/ساعة، أما الغاز المنقى فيتم إرساله إلى وحدات التخليق بمعدل حوالي 26000 نم3/ساعة، مما يعادل حوالي 9 أطنان من الأمونيا في الساعة. وبذلك، يتم تحقيق هدف الإنتاج الكامل عند دمجه مع العمليات القائمة. 2.2 شرح العملية: يدخل غاز الفرن الكوكي وغازات PSA الناتجة إلى خزانات الغاز، حيث يتم ضغطها باستخدام مضخات مشتركة لغاز الفرن الكوكي والغاز المنقى، ثم يتم إرسالها إلى عملية إزالة الكبريت بدقة. ويتم إزالة الكبريت من غاز الفرن الكوكي عن طريق التحويل الهيدروجيني باستخدام الحديد والموليبدينوم، بالإضافة إلى استخدام مادة أكسيد الزنك كمادة لإزالة الكبريت. يتم إضافة البخار الخاص بالعملية وفقًا لنسبة الماء إلى الكربون إلى فرن التحويل ذو نظام التبادل الحراري، ثم يتم إضافة الهواء الغني بالأكسجين وفقًا لمتطلبات العملية، ليدخل إلى فرن التحويل في المرحلة الثانية لإكمال عملية التحويل. يتم استرداد الحرارة من غازات التحويل عالية الحرارة، وذلك لتسخين الغازات الأولية والسوائل الناتجة عن العملية، ثم يتم إجراء تفاعل التحويل المنخفض والمتوسط الحرارة للكربون monoxide. يتم السيطرة على نسبة الكربون monoxide لتكون ضمن الحدود المطلوبة، بعد ذلك يتم إرسال الغاز إلى عملية إزالة الكربون باستخدام تقنية MEDA. بعد ذلك، يتم زيادة ضغط الغاز في قسم التنقية باستخدام مضخات الضغط المشتركة لغازات الفرن والغازات المنقاة، ثم يتم إرسال الغاز إلى عملية تحويله إلى ميثان، حيث يتم دمجه مع الهيدروجين الناتج عن تقنية PSA، ثم يتم ضغط الخليط في فرن التحويل إلى ميثان ومضخات الضغط المشتركة لإرساله إلى عملية التصنيع. انظر الشكل 2. الشكل 2: العملية الحالية لوحدة تصنيع الأمونيا
2.3 المشاكل التي ظهرت أثناء تشغيل العملية المعدلة
1. يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون الناتج كمنتج ثانوي من الوحدة (حوالي 4000 نم³/ساعة) في الغلاف الجوي مباشرةً، مما يؤدي إلى هدر الموارد. والآن، من المقرر إضافة معدات ضغط لتوجيه هذا الغاز إلى وحدة إنتاج الميثانول كمصدر للكربون، بينما سيتم استخدام الكمية المتبقية من ثاني أكسيد الكربون في إنتاج الثلج الجاف. 2. استنادًا إلى تحليل مؤشرات العمليات الحالية في التشغيل وتوازن الحرارة، لا يزال إدخال الأكسجين المركز في الوحدة بحاجة إلى إثبات. في المرحلة الحالية، يتم إدخال الأكسجين النقي فقط عندما يكون كمية الهيدروجين التي توفرها وحدة PSA قليلة، وهو ما يختلف كثيرًا عن التصميم الأصلي ； لم يتم تضمين ميزة تغيير التردد في تصميم مضخات الأكسجين السائل، وعند استخدام الأكسجين السائل، يتم التخلص من الكمية الزائدة مباشرة في الموقع، مما يؤدي إلى هدر كبير. 3. نظام إزالة الكربون، بسبب عدم تشغيله لفترة طويلة بعد التنظيف، فإنه رغم غسله عدة مرات قبل بدء العمل، إلا أن هناك شوائب صلبة في محلول النظام بعد إضافة المواد، ولذلك من الضروري تنظيف مضخة المحلول بشكل دوري ； تعاني بعض مبردات أنظمة إزالة الكربون من استخدام مبادلات حرارية من النوع اللوحي التي تتسبب في الانسداد، مما يتطلب تنظيفها بشكل مستمر. 4. أفران التسخين في النظام الجديد هي ثلاثة أفران تستخدم مدخنة واحدة، وهذا غير آمن وغير ملائم للتشغيل عند بدء العمل. 5. يؤدي دمج عملية استخلاص السائل المكثف مع سلسلة العمليات إلى زيادة حجم العمل في الاتجاه المعاكس أثناء عملية التشغيل الأولية ورفع درجة الحرارة. 6. التصميم محافظ؛ حيث أن حجم بعض المعدات صغير، وكمية الحفاز المستخدم قليلة. 7. تخطيط الجهاز غير مناسب، مما يعيق عمليات الصيانة واستبدال المحفز. 8. استخدام مكان واحد لأخذ العينات مع جهاز تبريد واحد، أدى إلى حدوث أخطاء كبيرة في نتائج التحليل. 9. يجب تركيب سد مائي في عملية الإزالة بالضغط الجوي لمنتج MEDA، ولا ينبغي استخدام مضخات السوائل. 10. يجب وضع أجهزة الختم المائي لمداخل ومخارج خزانات الغاز تحت سطح الأرض، وهو ما يعيق تصريف الماء المكثف؛ لذا يجب وضعها فوق سطح الأرض مع تفعيل نظام التصريف الأوتوماتيكي. 3. مزايا وعيوب إنتاج الأمونيا المركبة باستخدام مصدري غاز 3.1 المزايا 1. يتم استرجاع الغاز الناتج عن عملية PSA إلى خزانات الغاز، مما يحل مشكلة تصريف هذا الغاز مباشرة في الغلاف الجوي، كما يتم استرجاع غازات CH4 وH2 وCO وN2 التي تُستخدم في إنتاج الأمونيا، مما يزيد من إنتاج وحدات إنتاج الأمونيا. 2. يتم تحويل غاز الفرن الكوكي باستخدام عملية تحويل مرحلتين، مما يقلل من استهلاك الأكسجين النقي ويزيد من كفاءة تحويل غاز الميثان. 3. يتم دمج جهاز استخلاص البخار من سوائل التكثيف مع جهاز إنتاج الهيدروجين، مما يسمح باستغلال حرارة الجهاز بشكل كامل؛ فهو ينتج بخارًا إضافيًا وفي نفس الوقت يقوم باستخلاص البخار من سوائل التكثيف، مما يقلل من كمية المياه العادمة التي تحتوي على الأمونيا. 3.2 العيوب: 1. يكون هناك تقلب كبير في ضغط وتركيبة الغاز المستخرج، مما يمنع خلطه بشكل كامل مع غاز الفحم في الخزانات، وهو ما يؤثر على استقرار الإنتاج لاحقًا. بالإضافة إلى ذلك، عندما يكون حجم غاز الفحم المستخدم صغيرًا (أقل من 6000 نم3/ساعة)، فإن إضافة الغاز المستخرج يؤدي إلى تقلبات كبيرة في النظام. 2. نتيجة لاسترداد غاز الاستخلاص، ارتفعت نسبة النيتروجين في خزان الغاز، وأصبحت قدرة مضخة غاز الفرن غير كافية، مما أدى إلى زيادة استهلاك الطاقة في المنشأة. 3. طريقة التحكم في دخول الغاز المنفصل في خزان الغاز خلال عملية PSA غير مناسبة، ويجب استخدام صمامات تحكم برمجية للتحكم وفقًا لجدول زمني PSA، مما يساعد على التحكم المستقر في نسبة الهيدروجين إلى النيتروجين. 4. الخلاصة: يُعد هذا المجمع لإنتاج الأمونيا الاصطناعية أول مجمع من نوعه في البلاد يستخدم غازات الميثانول الناتجة كمصدر لإنتاج الهيدروجين، حيث يتم دمج غازات التفكيك مع غازات الفرن الكوكي لإنتاج الهيدروجين، وبالتالي إنتاج الأمونيا الاصطناعية باستخدام مصدرين للغاز. وبناءً على حالة تشغيل المنشأة في الوقت الحالي، فقد نجحت وحدة إنتاج الهيدروجين الجديدة في التكامل مع وحدة إنتاج الأمونيا الأصلية، ومع توفير كميات ثابتة من غاز الفرن وغاز الميثانول، يمكن تحقيق هدف إنتاج 300 طن من الأمونيا السائلة يوميًا، مما يؤدي إلى تحقيق أهداف الإنتاج الكامل وتقليل الانبعاثات. كما تم تحليل المشاكل الموجودة في الجهاز، وذلك لوضع أساس لإجراء أعمال الصيانة والتحديث الكبيرة للجهاز في المستقبل.