Amonyak Kırıcılar

13 Ocak 2023

Amonyak, gübre ve kimyasal temizlik maddelerinin üretimi ile soğutma ve endüstriyel fırın endüstrisi gibi farklı sektörlerde tercih edilmektedir. Amonyak, birim hacim başına sıvı hidrojenden 1,7 kat daha fazla hidrojen içermektedir. Son yıllarda çıkan yakıt hücresi teknolojisi ile yüksek enerji yoğunluğundan dolayı enerji üretimi konusunda da umut vadeden bir akışkan olduğu bilinmektedir. Amonyak kırıcılar endüstriyel fırın sektöründe koruyucu veya proses atmosferi olarak kullanılmaktadır. Söz konusu başlıca prosesler aşağıda maddeler halinde verilmiştir:
➣ Sert Lehimleme,
➣ Sinterleme,
➣ Deoksidasyon,
➣ Nitrasyon,
➣ Paslanmaz Çelik Tavlama,
➣ Metal Tozlarının Tavlanması,
➣ Bimetal Ürünlerin Tavlanması

Temel fonksiyonları amonyağı hidrojen ve azota parçalamak olan amonyak kırıcılarda gerçekleşen ana reaksiyon aşağıda verilmiştir.

Amonyak Kırıcılarda Gerçekleşen Ana Reaksiyon Formülü

Formül incelendiğinde 2 mol gaz girişine karşılık 4 mol gaz çıktısı (çıkan
gaz akımı sentez gazı olarak adlandırılmaktadır) olduğu gözlemlenmektedir. Sentez gazı teorik olarak %75 hidrojen ve %25 azottan oluşmaktadır. Amonyağın parçalanma hızı basınca, sıcaklığa, beslenen debiye ve kullanılan katalizör tipi ile şekline bağlıdır. Bu yayın kapsamında parçalanma hızına etki eden parametreler ayrı ayrı mercek altına alınmıştır.

Amonyak kırıcılarda en düşük çalışma sıcaklığı için teorik sınır, ayrışma
reaksiyonunun kimyasal dengesi tarafından verilir. Şekil 1’de farklı basınçta amonyak kırıcıya beslenen amonyağın parçalanma oranları verilmiştir. Şekilden görüldüğü üzere kırıcıya beslenen amonyağın basıncı arttıkça parçalanma veriminin artırılması adına reaksiyon sıcaklığının da artırılması gerekmektedir. Amonyağın parçalanması için atmosferik basınçta yaklaşık
430°C’lere çıkılmasının yeterli olduğu Şekil 1’den gözlemlenebilir.
Ancak bahsi geçen sıcaklık mertebesi mükemmel bir katalizöre sahip
büyük reaktörler için geçerli olmaktadır. Amonyak kırıcıların boyutları
küçük olduğundan ve katalizör veriminin mükemmel olmamasından kaynaklı sıcaklık mertebesinin artırılması gerekmektedir.

Amonyak Kırıcılarda Giriş Basıncının Parçalanmaya Olan Etkisi

Amonyak kırıcılarda daha düşük reaksiyon sıcaklıklarında parçalanmayı sağlama maksadı ile katalizörler kullanılmaktadır. Bu kapsamda endüstride en çok tercih edilen katalizör tipi nikel esaslı katalizörlerdir. Nikel esaslı katalizöre platin, paladyum, lantan oksit ve rutenyum gibi element ve bileşiklerin katkısı ile katalitik etkinin ve dolayısıyla sabit sıcaklık ve basınçta dönüşüm Amonyak debisinin artmasıyla birlikte dönüşüm oranını maksimumda tutmak için reaktör sıcaklığının artırılması gerektiği daha önce TEKNİK MAKALE (parçalanma) oranının artırılması yönünde birtakım bilimsel çalışmalar yapılmıştır. Elde edilen bulgular Şekil 2’de verilmiştir. Şekil 2’de görüldüğü gibi dönüşüm oranına en büyük katkı rutenyum elementinin katalizöre dahil edilmesi ile elde edilmiştir. Dikkat çeken sonuçlardan bir tanesi ise %100’e yakın dönüşüm oranının elde edilmesi için nikel esaslı katalizör ile rutenyum belirtilmişti. Şekil 3’te bu durumu yansıtan bir grafik verilmiştir. Şekilde 0-100 l/h arası amonyak beslemesinin sıcaklığı polinomal, katkılı nikel esaslı katalizör arasında 100 K sıcaklık farkının olmasıdır. Rutenyumun az bulunması ve bu sebeple katalizör maliyetinin nikel esaslıya nazaran fazla olması sebebi ile endüstride rutenyum katkılı nikel esaslı katalizör yerine aynı verimi sağlama maksatlı daha yüksek reaktör sıcaklıkları tercih edilmektedir.

Katalizor Türünün Dönüşüm Oranına Olan Etkisi

Amonyak debisinin artmasıyla birlikte dönüşüm oranını maksimumda tutmak için reaktör sıcaklığının artırılması gerektiği daha önce TEKNİK MAKALE (parçalanma) oranının artırılması yönünde birtakım bilimsel çalışmalar yapılmıştır. Elde edilen bulgular Şekil 2’de verilmiştir. Şekil 2’de görüldüğü gibi dönüşüm oranına en büyük katkı rutenyum elementinin katalizöre dahil edilmesi ile elde edilmiştir. Dikkat çeken sonuçlardan bir tanesi ise %100’e yakın dönüşüm oranının elde edilmesi için nikel esaslı katalizör ile rutenyum belirtilmişti. Şekil 3’te bu durumu yansıtan bir grafik verilmiştir. Şekilde 0-100 l/h arası amonyak beslemesinin sıcaklığı polinomal, katkılı nikel esaslı katalizör arasında 100 K sıcaklık farkının olmasıdır. Rutenyumun az bulunması ve bu sebeple katalizör maliyetinin nikel esaslıya nazaran fazla olması sebebi ile endüstride rutenyum katkılı nikel esaslı katalizör yerine aynı verimi sağlama maksatlı daha yüksek reaktör sıcaklıkları tercih edilmektedir. daha yüksek debilerde beslenmesi durumunda lineer olarak artırması elde edilen önemli bulgulardan bir tanesidir.

Gerekli Olan Reaktör Sıcaklıkları

Amonyak Kırıcılar hakkında daha fazla bilgi sahibi olmak ve dergimizi incelemek için tıklayın: INDUSTRIAL FURNACES 7. SAYI

Bu yazımız da ilginizi çekebilir: Enerji Verimliliği ve Yeşil Mutakabat