تُعد عملية إنتاج الأمونيا من أهم العمليات الصناعية على الإطلاق،وتمر بـ 4 مراحل أساسية وغالباً ما تتم بالطريقة المعروفة باسم عملية هابر-بوش ، والتي تعتمد على تفاعل غاز النيتروجين والهيدروجين تحت ظروف قاسية من الضغط والحرارة وبوجود عامل حفاز.
ونسلط الضوء في هذا المقال بالتفصيل على مراحل إنتاج الأمونيا و الأهمية الاقتصادية لها كركيزة أساسية في مسيرة التنمية الصناعية المستدامة.
جدول المحتويات
مراحل إنتاج الأمونيا
1- تحضير المواد الأولية (الهيدروجين والنيتروجين)
يُعد الهيدروجين المكون الأساسي لعملية إنتاج الأمونيا، ويتم الحصول عليه عادةً من مصادر هيدروكربونية خفيفة مثل الغاز الطبيعي (الميثان)، وتمر هذه المرحلة بعدة خطوات:
-
إزالة الكبريت (Desulfurization): يجب أولاً إزالة مركبات الكبريت من الغاز الطبيعي لمنعها من تسميم وتدمير العامل الحفاز في المراحل اللاحقة.
- الإصلاح الأولي بالبخار (Primary Steam Reforming): يتم تسخين الميثان مع بخار الماء عند ضغوط عالية ودرجات حرارة تتراوح بين 700 إلى 900 درجة مئوية في وجود عامل حفاز (عادةً من النيكل) لإنتاج الهيدروجين وأول أكسيد الكربون.
-
الإصلاح الثانوي (Secondary Reforming): يتم حقن الهواء الجوي في هذا التفاعل، حيث يتفاعل الأكسجين الموجود في الهواء مع جزء من الهيدروجين لإنتاج حرارة إضافية (تفاعل طارد للحرارة) تدعم التفاعل، والأهم من ذلك، يتم إمداد الخليط بالنيتروجين اللازم لعملية التخليق النهائية.
2- مراحل تنقية الغازات
بعد تحضير خليط الغازات، تأتي المرحلة الثانية من عملية إنتاج الأمونيا حيث يجب تنقيته استعداداً لعملية المرحلة التالية :
- تحويل أول أكسيد الكربون (CO Conversion): يتم تحويل أول أكسيد الكربون ، وهو مادة سامة للعامل الحفاز، إلى ثاني أكسيد الكربون باستخدام بخار الماء في مفاعل التحويل (Shift Converter) عند درجات حرارة منخفضة:
-
إزالة ثاني أكسيد الكربون : يُزال ثاني أكسيد الكربون الناتج من الخليط باستخدام محاليل كيميائية خاصة أو تقنيات الامتصاص، حيث أن وجوده في حلقة التخليق يقلل من كفاءة التفاعل.
- التطهير (Methanation): يتم تمرير الغازات المتبقية (الهيدروجين، النيتروجين، وكميات ضئيلة جداً من أول وثاني أكسيد الكربون) فوق عامل حفاز من النيكل، حيث تتفاعل الأكاسيد المتبقية مع الهيدروجين لتكوين الميثان والماء، وذلك لضمان نقاء الخليط قبل دخوله مفاعل الأمونيا:
3- تخليق الأمونيا
تُعد هذه هي المرحلة الحاسم في عملية إنتاج الأمونيا عبر عملية هابر-بوش التي يتم فيها التفاعل الرئيسي ويتم ضغط مزيج الغازات بضغوط عالية جداً تتراوح بين 150 إلى 250 بار (أو أعلى في المصانع الحديثة)، وتسخينه إلى درجة حرارة تتراوح بين 400 إلى 500 درجة مئوية، ثم يُمرر الخليط عبر مفاعلالأمونيا الذي يحتوي على عامل حفاز من الحديد المسامي (مدعم بأكاسيد البوتاسيوم والألومنيوم) لتسريع التفاعل ونظراً لأن التفاعل انعكاسي (Reverse Reaction) ولأن رفع درجة الحرارة يقلل من الأمونيا (حسب مبدأ لوشاتلييه)، فإن نسبة الأمونيا الناتجة في كل دورة تكون منخفضة نسبياً (حوالي 15% إلى 20% في العادة).
4 -فصل وإعادة تدوير الأمونيا
-
التكثيف والفصل: يتم تبريد خليط الغازات الخارج من المفاعل بدرجة حرارة منخفضة جداً. تتحول الأمونيا إلى سائل عند درجة حرارة أعلى بكثير من الهيدروجين والنيتروجين، فإنها تتكثف وتُفصل على شكل أمونيا سائلة .
-
إعادة التدوير (Recycling): يتم سحب الغازات غير المتفاعلة (الهيدروجين والنيتروجين) وتضغط مرة أخرى وتُخلط مع غازات أولية جديدة وتُعاد إلى مفاعل التخليق لمواصلة التفاعل.
الأهمية الاقتصادية لعملية إنتاج الأمونيا : من الزراعة إلى طاقة المستقبل
يمتلك الأمونيا (NH₃) أهمية اقتصادية عالمية هائلة، وتتجاوز تطبيقاته الأساسية في الزراعة لتمتد إلى مجالات الطاقة النظيفة والصناعات الكيميائية، مما يجعله سلعة استراتيجية تدعم الأمن الغذائي والتحول الاقتصادي العالمي.
1. إنتاج الأمونيا الدعامة الأساسية للأمن الغذائي (الأسمدة)
يُعد هذا هو الاستخدام الأكبر والأكثر أهمية تاريخيًا واقتصاديًا من إنتاج الأمونيا:
-
النيتروجين المغذي: يُستخدم ما يقدر بنحو 70% إلى 75% من الإنتاج العالمي للأمونيا في قطاع الأسمدة. الأمونيا هي المصدر الأساسي لعنصر النيتروجين، وهو مغذٍ أساسي وضروري لنمو النباتات وتخليق البروتينات والكلوروفيل.
-
إنتاج اليوريا: الأمونيا هي المادة الخام الرئيسية لإنتاج اليوريا، وهي سماد صلب ومكثف النيتروجين يسهل تخزينه وتطبيقه.
-
زيادة المحاصيل: لولا الأسمدة القائمة على الأمونيا، لانخفض الإنتاج الزراعي بشكل كبير، حيث تُقدر الأسمدة النيتروجينية الاصطناعية بأنها مسؤولة عن دعم إنتاج الغذاء لحوالي نصف سكان العالم، مما يضمن محاصيل صحية ووفيرة.
-
تنوع المنتجات: تدخل الأمونيا في إنتاج مجموعة واسعة من الأسمدة النيتروجينية والمركبة (مثل فوسفات الأمونيوم)، مما يساهم في تلبية الاحتياجات الغذائية المتنوعة.
2. ناقل الطاقة النظيفة ووقود المستقبل
تتزايد أهمية إنتاج الأمونيا بشكل كبير كجزء من التحول العالمي للطاقة، خاصة الأمونيا الخضراء (المنتجة باستخدام الطاقة المتجددة):
-
حامل للهيدروجين: الأمونيا (NH₃) أسهل وأرخص في التخزين والنقل من الهيدروجين الأخضر نفسه، لا سيما عبر المسافات الطويلة. يمكن تسييلها وتخزينها تحت ضغط أقل من الهيدروجين، والاستفادة من البنية التحتية العالمية القائمة لتجارة الأمونيا.
-
وقود خالٍ من الكربون: يمكن استخدام الأمونيا كوقود خالي من الكربون في قطاعات النقل البحري والصناعة وتوليد الكهرباء. وعند حرقها بشكل صحيح، لا تنتج انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
-
تخزين الطاقة: توفر الأمونيا وسيلة لتخزين الطاقة المتجددة الفائضة (مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح) لفترات طويلة (تخزين موسمي أو طويل الأجل)، حيث يتم تحويل الكهرباء لإنتاج الأمونيا الخضراء، ثم يتم إطلاق الطاقة عند الحاجة.
3. الاستخدامات الصناعية المتنوعة
على الرغم من أن استخدامات إنتاج الأمونيا غير الزراعية تمثل نسبة أصغر، إلا أنها تدعم قطاعات صناعية حيوية:
-
الصناعات الكيميائية: الأمونيا هي مادة وسيطة أساسية في إنتاج حمض النيتريك (عبر عملية أوستوالد)، والذي يستخدم في صناعة المتفجرات والمواد الكيميائية الأخرى.
-
المتفجرات: يستخدم إنتاج الأمونيا في صناعة المتفجرات التعدينية لأغراض التعدين والبناء.
-
الأدوية والمنسوجات والألياف: تدخل في تصنيع المنتجات الصيدلانية، والأصباغ، والمنظفات، والألياف الاصطناعية، والمواد البلاستيكية.
-
التبريد: تُستخدم الأمونيا (كمبرد) في منشآت التخزين البارد الصناعية الكبيرة ومعالجة الأغذية، بسبب كفاءتها العالية.
4. تأثير إنتاج الأمونيا على الاقتصاد الكلي
-
الاستثمار الأجنبي المباشر: تجذب المشاريع الضخمة لإنتاج الأمونيا (خاصة الأمونيا الخضراء) استثمارات أجنبية ضخمة، مما يعزز الاقتصاد الوطني ويوفر فرص عمل.
-
تعزيز الصادرات: الدول التي تستثمر في إنتاج الأمونيا، خاصة الأنواع النظيفة، يمكنها تعزيز صادراتها وتحسين ميزان مدفوعاتها وتوفير العملة الأجنبية.
-
توطين التكنولوجيا: تشجع هذه الصناعة على نقل وتوطين التكنولوجيا المتقدمة، خاصة في مجال الطاقة المتجددة والتحليل الكهربائي.
وختاما يمثل إنتاج الأمونيا ركيزة اقتصادية عالمية، حيث يدعم الغذاء ويتحول ليصبح أحد ركائز خطط التحول الطاقي ولاعبًا رئيسيًامستقبل الطاقة النظيفة.
فيديو .. عملية إنتاج الأمونيا
المراجع :
- تطوير إنتاج الأمونيا من الهيدروجين – arena.gov
- إنتاج الأمونيا الخضراء في الصين – attaqa
- تصنيع و إنتاج الأمونيا – ar.tyhjgas
اقرأ أيضا :
- 7 مزايا لإنتاج الأمونيا الزرقاء تعرف عليها
- انبعاثات الأمونيا والبيئة : 5 مصادر رئيسية تهدد التوازن البيئي وصحة الإنسان
- 5 تقنيات حديثة لعملية تحويل الأمونيا إلى هيدروجين نظيف
- استخدامات الأمونيا الصناعية: 9 مجالات حيوية تُشكل حلول مستدامة للطاقة
- عملية هابر – بوش للأمونيا: 116 عام من الإنتاج إلي التحول المستدام
- محفزات إنتاج الأمونيا: 5 طرق حديثة لزيادة الإنتاج و نمو الاقتصاد
- سلاسل توريد الأمونيا: 4 مراحل رئيسية من المادة الخام إلى الاستهلاك العالمي
- سلامة منشآت الأمونيا: 3 أبعاد أساسية لدعم مسيرة التنمية الصناعية
- الأمونيا منخفضة الكربون : 3 قطاعات تدعم مستقبل الصناعات المستدامة
- تخزين ونقل الأمونيا : 6 طرق لضمان أقصى درجات السلامة والأمان
- الأمونيا في صناعة الأسمدة: 3 أنواع تشكّل العمود الفقري للأسواق العالمية
- تكنولوجيا تصنيع الأمونيا : 4 محطات تاريخية نحو صناعة المستقبل
- خزانات الأمونيا المبردة : 5 تطبيقات حيوية لدعم الصناعات المستدامة
- تحليل أسعار الأمونيا: 3 عوامل مؤثرة في استقرار الأسواق العالمية
- الأمونيا في صناعات التبريد: 4 مجالات حيوية صديقة للبيئة
- خصائص الأمونيا الكيميائية : 6 سِمات تَدفَع مستقبل الصناعة الحديثة
- مخاطر تسرب الأمونيا: 3 محاور رئيسية تتطلب إجراءات حماية فعّالة
- مشروعات الأمونيا في مصر: 7 كيانات نحو الأقتصاد الأخضر
- الأمونيا الخضراء : 6 تطبيقات محورية تُعيد تَشكيل قطاع الطاقة
- الأمونيا الزرقاء : 5 تطبيقات لتعزيز التحول الأخضر للطاقة والصناعة
- الأمونيا .. تطور تاريخي من القرن الـ 18 إلى آفاق الطاقة النظيفة
