در واحدهايي كه با گاز سنتز كار مي كنند مانند واحد هاي متانول ، آمونياك ، هيدروژ‍ن و ...... مي توان گونه هاي متفاوتي از كاتاليست ها يا جاذب ها را در پروسس انها مشاهده كرد .
شناخت عميقي از فاكتورهاي تبديل شيميايي در هر واكنش تبديلي و ايجاد شرايط بهينه براي آن باعث افزايش بازدهي و عملكرد واحد مي گردد. درك روابط مولكولي در كاتاليست و يا ماده جاذب ،پايه و اساس شناخت ما ازچگونگی انجام واكنش هاي شيميايي است كه در روي سطح كاتاليست انجام مي شود .
در واحد آمونياك بيشترين آمار ايجاد و تبديل مواد شيميايي در سطح كاتاليست را داشته و در زير نحوه چگونگي ايجاد اين واكنش ها و كنترل شرايط بهينه واكنش در سطح كاتاليست جهت توليد آمونياك شرح داده خواهد شد .

كاتاليست چيست و چه تاثیری در انجام واکنش دارد؟
در واحدهاي توليد گاز سنتز (syn gas) مانند واحد آمونياك ،متانول ،دي اكسيد كربن يا SNG و ..... اغلب كانورتورها از كاتاليست مورد نياز واكنش ها جهت شكستن گاز خوراك ،خالص سازي ،جذب و ..... استفاده مي كنند.
كاتاليست چيست و چه تفاوتي با ماده جاذب دارد ؟معاني زيادي براي كاتاليست ارائه شده است اما گويا ترين انها در ديكشنري انگليسي اكسفورد بوده كه كاتاليست را به صورت " يك ماده كه سرعت واكنش هاي شيميايي را افزايش داده بدون اينكه خود در انها شركت كند " تعريف كرده است .در حالي كه ماده جاذب "جسمي كه از طريق گرفتن چيزي رابطه شيميايي يا فيزيكي را انجام مي دهد" گفته مي شود .
قوانين ترموديناميك ثابت كرده اند كه براي هر سري از شرايط فشار ،دما ، غلظت مواد، وضعيت تعادل شيميايي ثابت مي باشد پس اگر مواد واكنش دهنده را در دما و فشار مورد نظر در كنار هم قرار دهيم و واكنش آزادانه انجام شود ،در اين حالت واكنش به سمت تعادل رفته و متوقف مي شود .
مواردي وجود دارد كه واكنش دهند ه ها در دما و فشار مورد نظر ، واكنش شيميايي آزادي انجام نداده و به نقطه تعادل نمي رسند و اين مواد واكنش دهنده انرژي كافي براي غلبه بر انرژي اكتيواسيون ، كه براي رسيدن به مرحله واكنش و تعادل مورد نياز است را ندارند . با قرار دادن این مواد در کنار کاتالیست در اين سيستم ها باعث كاهش سطح انرژي اكتيواسيون و انجام واكنش و رسيدن به تعادل را باعث خواهد شد .



در نقطه تعادل كه در يك سيستم بسته اتفاق مي افتد طبق قوانين ترموديناميك كاتاليست نقشي در تغيير نقطه تعادل نخواهد داشت و تنها با تغيير شرايط سيستم مانند فشار ،دما و غلظت مواد مي توان شرايط تعادل را براي واكنش تغيير داد .

در كارخانجات گاز سنتز جريان گاز از راكتورهاي مختلفي عبور كرده و با استفاده از كاتاليست مناسب مي توان به حالت تعادل در واكنش هاي مورد نظر دست يافت . اما در واقعيت رسيدن به تعادل تابعي از فعاليت كاتاليست (براي مثال انجام واكنش هاي جنبشي با افزايش سرعت واكنش ) ، تماس بين كاتاليست و گاز پروسس ، شرايط دما و فشار و .... در واكنش مي باشد . پس در بعضي موارد واكنش ها در بستر هاي كاتاليستي واحد به تعادل رسيده و در بعضي موارد نخواهد رسيد .
كاتاليست ايده ال نه تنها در واكنش مورد نظر نقش خود را ايفا مي كند بلكه در طولاني مدت اكتيو و فعال و بدون تغيير خواهد ماند . متاسفانه موارد فوق در عمل تحت تاثير شرايط گوناگوني قرار گرفته و كاهش بازدهي كاتاليست را شاهد هستيم .
واكنش هاي جانبي در اغلب موارد در كنار واكنش هاي اصلي اتفاق مي افتد براي مثال به مقدار جزئي متانول (‍‍CH3OH) در كاتاليست اهن در راكتور HTS بدليل حضور هيدروژن و بخار آب و منواكسيد كربن (Co) تشكيل مي شود در حالي كه هدف اصلي واكنش تبديل منو اكسيد كربن به دي اكسيد كربن (CO2) مي باشد اما كاتاليست در دو واكنش يكسان است .
واكنش هاي جانبي در شرايط عملياتي غير نرمال فشار ،دما و ..... بوجود مي آيند براي مثال كربن يا دوده مي تواند در دمايي غير نرمال درتيوبهاي كاتاليستي پرايمري ريفرمر تشكيل شود در حالي كه دماي نرما ل 780- 750 مي باشد .
كاتاليست استفاده شده در واحد هاي آمونياك در طولاني مدت فعال و اكتيو نيست و اين به دليل انجام فعاليت و حضور در واكنش نمي باشد بلكه به دلايل زير فعاليت ان كاسته مي شود:


  • 1- تغييرات فيزيكي كاتاليست در طول زمان كاركرد مانند سوبگذاری که كريستالهاي روي ساختار كاتاليست در شرايط نرمال دما مهاجرت كرده و بطور تدريجي در محل سطح فعال كاتاليست تجمع كرده و سطوح فعال جهت واكنش را كاهش مي دهند .



  • 2- مواد الوده كننده در گاز پروسس (سموم ) كه واكنش هاي نا مطلوبي را در روي سطح كاتاليست ايجاد كرده و سايت هاي فعال كاتاليست را كاهش مي دهند .
  • 3-افت فعاليت يا صدمه كاتاليست در اثر شرايط نامناسب مانند زماني در اثر از سوراخ شدن مبدلهاي Waste heat boiler قبل از HTS جرياني از آب و بخار مرطوب وارد كاتاليست شده و باعث شكسته شدن دانه هاي كاتاليست و يا له و خميرشدن ان مي گردد.

در اکثر واکنش های شیمیایی حضور کاتالیست شرایط بهینه ای را ایجاد کرده و انجام واکنش در این شرایط بهینه ، تولید و تبدیل در واکنش های شیمیایی را مقرون به صرفه خواهد کرد در بخش دیگر ، تعادل و نزدیکی به تعادل مورد بحث قرار خواهد گرفت.