بخشی از مقاله
چکیده
کودهاي شیمیایی بخش قابل توجهی از انرژي غیر مستقیم ورودي در بخش کشاورزي را به خود اختصاص داده اند. حدود 5 درصد از انرژي استفاده شده در بخش کودها به فرآیند تولید کودهاي فسفات مربوط میشود. سوپر فسفات ساده کودي است که تنها محتوي عنصر فسفر میباشد و به علت اینکه تمام فسفات موجود در این کود محلول در آب میباشد، یکی از بهترین منابع براي تامین فسفر مورد نیاز گیاه است.
اهداف از این مطالعه مشخص نمودن سهم هر نهاده از کل انرژي مصرفی و تخمین هم ارز انرژي کود سوپر فسفات ساده تولید شده در کارخانه اي واقع در شهر زاویه ي استان مرکزي میباشد. مقدار کل انرژي مصرفی به ازاي تولید 1170000 کیلوگرم کود سوپر فسفات ساده معادل 2264302 مگاژول به دست آمد. گاز طبیعی با 86/6 درصد بیشترین و اسید سولفوریک با -73/8 درصد کمترین سهم از انرژي مصرفی را به خود اختصاص دادند. هم ارز انرژي کود سوپر فسفات ساده معادل 1/93 مگاژول بر کیلوگرم به دست آمد.
مقدمه
کودهاي شیمیایی به طور وسیعی و به منظور حفظ حاصلخیزي خاك و افزایش محصول در کشاورزي مورد استفاده قرار میگیرند. کودهاي شیمیایی، کودهاي غیر ارگانیکی هستند که با غلظت و ترکیب مناسب از سه عنصر اصلی مورد نیاز گیاهان: نیتروژن - N - ، فسفر - P - و پتاسیم - K - تشکیل شده اند. نیترون به رشد برگها و فرم دهی و تشکیل کلروفیل و پروتئین کمک میکند. پتاس در رشد ساقه و ریشه و سنتز پروتئین نقش دارد. فسفر نقش مهمی در توسعه ریشه، گل و میوه دارد
بخش قابل توجهی از انرژي غیر مستقیم ورودي در بخش کشاورزي مربوط به کودهاي شیمیایی میشود - Glings and .parmenter, 2002 - حدود 81 درصد از انرژي استفاده شده در بخش کودها به فرآیند تولید کودهاي نیتروژن 71 - درصد - ، فسفات 5 - درصد - و پتاس 3 - درصد - مربوط میشود
سوپر فسفات ساده کودي است که تنها محتوي عنصر فسفر میباشد و به علت اینکه تمام فسفات - P2O5 - موجود در این کود محلول در آب میباشد، یکی از بهترین منابع براي تامین فسفر مورد نیاز گیاه است. جزء اصلی تشکیل دهنده سوپر فسفات ساده را خاك فسفات تشکیل میدهد. براي تبدیل خاك فسفات به سوپر فسفات ساده از اسید سولفوریک استفاده میگردد
جزء اصلی تشکیل دهنده خاك فسفات - یا فسفریت - ، آپاتیتهاي معدنی1 میباشد. معمولا غلظت فسفات خاك فسفات حدود 40-15 درصد میباشد . - Falck and Wymer, 2009 - تقریبا 30 کشور در سرتاسر جهان تولید کننده مقدارهاي قابل توجهی سنگ فسفات میباشند . - IAEA, 2003 - کل سنگ فسفات تولید شده جهان در سال 2005، 150 میلیون تن بوده است - Kelly and Matos, .2008 - در حالی که کل تولید سنگ فسفات ایران در همان سال 250 هزار تن گزارش شده است
فرآیند تولید اسید سولفوریک
فرآیند تولید اسید سولفوریک را میتوان در سه مرحله شرح داد . - Ramirez & Worrell, 2006;Salami et al., 2010 - مرحله اول- تولید دي اکسید سولفور این واکنش به وسیله رابطه زیر شرح داده شده است:
عنصر سولفور از فرآیند پالایش نفت خام بدست آمده است. این عنصر در دماي 140 درجه سلسیوس ذوب شده است و سپس سولفور ذوب شده براي حذف هرگونه ناخالصی - معمولا آهن یا ترکیبات آلی - فیلتر میشود. به منظور کاهش اسیدیته سولفور ذوب شده و خورندگی2 ناشی از آن مقداري آهک به آن اضافه میشود.
مرحله دوم- تبدیل به تري اکسید سولفور سولفور دي اکسید بوسیله واکنش با اکسیژن و در حضور کاتالیزور به ترياکسیدسولفور تبدیل میشود.
مرحله سوم- جذب تري اکسید سولفور به فرم اسید سولفوریک گاز تري اکسید سولفور تا جایی که غلظت سولفوریک اسید به %99-98 برسد به داخل جریان آب فرستاده میشود. کل واکنش
در رابطه 3، جایی که تري اکسید سولفور با آب و به منظور تولید اسید سولفوریک واکنش میدهد، شرح داده شده است:
اسید سولفوریک اغلب اوقات به عنوان پسماند صنایع شیمیایی باقی میماند - ١٩٩٤ . - Worrell et al., به دلیل اینکه فرآیند تولید اسید سولفوریک یک فرآیند گرماده است و بیشتر از انرژي که از تلفات گرمایی بویلرها میگیرد، گرما ایجاد میکند، هم ارز انرژي آن منفی میباشد - ١٩٩٩ . - Schumacher and Sathaye, هدف از این مطالعه مشخص نمودن سهم هر نهاده از کل انرژي مصرفی و تخمین هم ارز انرژي کود سوپر فسفات ساده میباشد.
مواد و روشھا
موقعیت جغرافیایی محل مورد مطالعه
مطالعه در کارخانه اي واقع در شهر زاویه انجام گرفت. شهر زاویه در شمال استان مرکزي بین عرض جغرافیایی 34 درجه و 45 دقیقه تا 35 درجه 34 دقیقه عرض شمالی و 49 درجه و 15 دقیقه تا 50 درجه و 56 دقیقه طول شرقی واقع شده است. این شهر با تهران 70 کیلومتر، با ساوه 45 کیلومتر و با قم 70 کیلومتر فاصله دارد
هم ارز انرژي نهادهها
منابع انرژي که در کارخانه کود سوپر فسفات ساده استفاده میشدند عبارتند از: گاز طبیعی، الکتریسیته، گازوییل و انرژي انسانی. مواد خام مورد استفاده نیز خاك فسفات و اسید سولفوریک و آب بودند. هم ارز انرژي نهادههاي استفاده شده در جدول1 آورده شدهاند.
جدول.1 هم ارز انرژي نهاده ها در تولید کود سوپر فسفات ساده
فرآیند تولید کود سوپر فسفات ساده
در ابتدا خاك فسفات به منظور جدا سازي ذرات بزرگتر از 1 میلیمتر الک میشد، سپس خاك فسفات را با آب مرطوب کرده و بوسیله تسمه وارد مخلوط کن افقی نموده و اسید سولفوریک را به آن اضافه میکردند. این عملیات به طور میانگین حدود دو ساعت در روز انجام میگرفت که حدود 40 تن خاك فسفات، 20/5 تن اسید سولفوریک %98 و 8 تن آب با یکدیگر مخلوط میشدند.
بعد از عمل اختلاط و قبل از گرانوله سازي ، خاك فسفات آغشته به اسید سولفوریک به منظور کاهش رطوبت و اسید اضافی به درون استوانه اي ریخته و با استفاده از یک مشعل حرارت داده میشد. درون استوانه شبکه مشبکی قرار گرفته بود تا از بهم چسبیدن و توده شدن ذرات خاك فسفات قبل از گرانوله سازي جلوگیري شود. سپس خاك فسفات آغشته به اسید سولفوریک بوسیله یک تراکتور مجهز به بیل مکانیکی و کمک کارگرها به سمت گرانوله ساز ها منتقل میشدند.
فرآیند گرانوله سازي، یک فرآیند مهم و ضروري میباشد که جابهجایی و کاربرد کود سوپر فسفات ساده را آسان میسازد. فرآیند گرانوله سازي با استفاده از سه استوانه گرانوله ساز انجام میگرفت. حرکت چرخشی استوانه ها و حرارت مشعل ها باعث گرانوله شدن کود سوپر فسفات ساده میشود.
بعد از عمل گرانوله سازي عمل خنک سازي و جدا سازي گرانوله ها انجام میگرفت. گرانوله ها بوسیله تسمه به داخل محفظه افقی استوانه مانندي وارد میشدند. در طرف مقابل ورودي گرانوله ها دمندهاي باد خنک را به داخل هدایت میکرد.
