اوره

اوره یا کاربامید، که به عنوان CO(NH2)2 هم شناخته می‌شود، یک ترکیب شیمیایی آلی است. این ترکیب دارای دو گروه NH2- است که توسط یک گروه عاملی کربونیل (C = O) به هم متصل هستند. اوره یک جامد سفیدرنگ بدون بو است و در آب بسیار حل می‌شود و تقریباً غیر سمی است. محلول اوره در آب هیچ خصوصیت اسیدی یا قلیایی ندارد. این ترکیب در کودها به عنوان منبع نیتروژن (N) استفاده می‌شود و ماده اولیه مهمی برای بسیاری از صنایع شیمیایی به حساب می‌آید.

روش‌های تولید اوره

۱-روش‌های صنعتی برای تولید اوره:

برای استفاده از کاربامید در صنعت، کربونیل دی آمید از آمونیاک سنتزی و دی اکسید کربن تولید می‌شود. به دلیل تولید زیاد دی اکسید کربن در فرآیند تولید آمونیاک به عنوان محصول جانبی از هیدروکربن‌ها مانند گاز طبیعی یا مشتقات نفتی (گاهی اوقات از ذغال سنگ نیز)، کارخانه‌های تولید کاربامید معمولاً در نزدیکی این مکان‌ها واقع شده اند؛ جایی که آمونیاک تولید می‌شود. اگرچه گاز طبیعی به عنوان ماده اولیه مناسب‌ترین برای تولید آمونیاک است، اما نیروگاه‌های استفاده کننده از آن، برای تبدیل کل آمونیاک تولیدی به کربونیل دی آمید، دی اکسید کربن زیادی تولید نمی‌کنند. در سال‌های اخیر، فناوری‌های جدید برای بازیابی دی اکسید کربن از گازهای خروجی احتراق، که در کوره‌های اصلاح شده کارخانه گاز سنتز آمونیاک تولید می‌شوند، توسعه یافته است. این برنامه‌ها باعث بازیابی آمونیاک به عنوان یک محصول جداگانه می‌شوند و منجر به کاهش گازهای گلخانه‌ای خواهد شد

۲-روش تولید اوره از طریق سنتز:

فرآیند اصلی که در سال ۱۹۲۲ توسعه یافت، به نام کاشفان فرآیند سنتز CO(NH2)2 ، بوش-مایزر نیز نامیده می‌شود. فرآیندهای مختلف تولید تجاری کاربامید با شرایطی که این ماده تشکیل شود، در دسترس هستند.

این فرآیند شامل دو واکنش اصلی تعادلی، با تبدیل ناقص واکنش دهنده‌ها است. اولین واکنش، تشکیل کاربامات است: واکنش گرمازا و سریع میان آمونیاک مایع با دی اکسید کربن گازی (۲CO) در دما و فشار بالا برای تشکیل کاربامات آمونیوم به صورت زیر است:

۲NH3+ CO2⇌ H2N-COONH4

ΔH = -117kJ/mol (در ۱۱۰ اتمسفر و ۱۶۰ درجه سانتیگراد)

مرحله دوم، تبدیل کربونیل دی آمید است؛ این فرآیند تجزیه، کندتر بوده و گرماگیر است؛ کاربامات آمونیوم به اوره و آب تبدیل می‌شود:

H2N-COONH4 ⇌ (NH2) 2CO +H2O

ΔH = +15.5 kJ/mol (در ۱۶۰-۱۸۰ درجه سانتیگراد)

تبدیل کلی NH3 و CO2 به اوره گرمازا است؛ گرمای واکنش حاصل از اولین واکنش، عامل فرآیند دوم است. مانند همه تعادل‌های شیمیایی، این واکنش‌ها نیز طبق اصل لوشاتلیه رفتار می‌کنند و شرایطی که بیشتر به نفع تشکیل کاربامات هستند، تأثیر نامطلوبی بر تعادل تبدیل کاربامید دارند.

بنابراین، شرایط فرآیند یک “سازگاری” است: تأثیر عوامل نامناسب در اولین واکنش در دمای بالا (حدود ۱۹۰ درجه سانتیگراد)، با گرمای مورد نیاز برای مرحله دوم با انجام فرآیند تحت فشار بالا (۱۴۰–۱۷۵ بار) جبران می‌شود، که حامی اولین واکنش است.

اگرچه فشرده سازی دی اکسید کربن گازی در این فشار، ضروری است، آمونیاک از پالایشگاه به صورت مایع در دسترس است که می‌تواند با صرفه اقتصادی بیشتر، به سیستم پمپ شود. برای اینکه کاربامید به آرامی تشکیل شود و به تعادل برسد، فضای زیادی برای واکنش لازم است، بنابراین راکتور سنتز در یک پالایشگاه بزرگ اوره، یک مخزن تحت فشار است.

از آنجا که تبدیل این ترکیب، ناقص است، محصول باید از کاربامات آمونیوم، بدون تغییر جدا شود. در پالایشگاه تولید کاربامید، این کار با کاهش فشار سیستم به جو، انجام می‌شود تا کاربامات، دوباره به آمونیاک و دی اکسید کربن تجزیه شود.

در کل، چون فشرده سازی مجدد آمونیاک و دی اکسید کربن برای بازیابی، اقتصادی نبود، حداقل از آمونیاک برای تولید محصولات دیگر، به عنوان مثال نیترات آمونیوم یا سولفات آمونیوم استفاده می‌شود. (دی اکسید کربن معمولاً به هدر می‌رفت.) طرح‌هایی که بعداً ارائه شد می‌توانست آمونیاک و دی اکسید کربن را بازیابی کند.

در روش تولید اوره در پتروشیمی، محصول نهایی به صورت گرانول، گلوله‌ای، کریستالی و محلول حاصل می‌شود.

برای کاربرد اصلی کاربامید به عنوان کود، بیشتر به صورت جامد یا به صورت قرص یا گرانول به بازار عرضه می‌شود. مزیت پریل یا قرص این است که به طور کلی می‌توان آنها را ارزان‌تر از گرانول تولید کرد و این روش مدت‌ها قبل از اینکه یک فرآیند دانه بندی کاربامید، تجاری سازی شود، در روش صنعتی کاملاً ثابت شده بود.

با توجه به اندازه محدود ذراتی که با درجه کروی بودن، تولید می‌شوند، و با نظر به مقاومت کم آنها در برابر خرد شدن و ضربه، به طور کلی، عملکرد قرص جامد کاربامید هنگام ذخیره سازی، جابجایی و استفاده فله، کمتر از گرانول است.

اوره پریل از طریق فرایند اوره از گاز طبیعی به دست می‌آید. در این فرایند، گاز طبیعی با بخارآب و هوا واکنش داده و اوره تولید می‌شود. سپس اوره به‌صورت ذرات ریز پودری درمی‌آید. ولی  گرانول، به‌صورت دانه‌های بزرگ تولید می‌شود. این کود از طریق فرایند اوره اصلاح‌شده به دست می‌آید. در این فرایند، اوره با استفاده از مواد اصلاح‌کننده مانند سولفات آمونیوم یا سولفات پتاسیم، اصلاح می‌شود و به‌صورت دانه‌های بزرگ و گرانولی عرضه می‌گردد.

3-روش تولید کاربامید در آزمایشگاه:

از واکنش فسژن (Phosgene) با آمین‌های اولیه یا ثانویه در آزمایشگاه می‌توان اوره به دست آورد:

COCl2 +4RNH2 → (RNH) 2CO +2RNH3Cl

این واکنش‌ها از طریق یک واسطه ایزوسیانات ادامه می‌یابد. با واکنش آمین‌های اولیه یا ثانویه با ایزوسیانات می‌توان به کاربامیدهای غیر متقارن دسترسی داشت. همچنین می‌توان کاربامید را با حرارت دادن سیانات آمونیوم تا ۶۰ درجه سانتی گراد تولید کرد.

NH4OCN → (NH2)2CO

مشخصات فیزیکی و شیمیایی اوره

کاربردهای اوره

اوره در کشاورزی بیش از ۹۰٪ تولید صنعتی کاربامید در جهان برای استفاده به عنوان کود حاوی ازت در نظر گرفته شده است. کاربامید، بیشترین مقدار نیتروژن را در بین کلیه کودهای ازت جامد در مصرف‌های متداول دارد.

شایع‌ترین ناخالصی کاربامید سنتزی، بیوریت است که رشد گیاه را مختل می‌کند. کاربامید در خاک تجزیه می‌شود و آمونیوم را حاصل می‌کند. آمونیوم، توسط گیاه جذب می‌شود. در بعضی از انواع خاک، آمونیوم توسط باکتری‌ها اکسید می‌شود و نیترات تولید می‌کند؛ این ماده نیز از مواد مغذی مورد نیاز گیاه است.

از بین رفتن ترکیبات نیتروژن دار در جو و رواناب‌ها، هم زیان آور است و هم به محیط زیست آسیب می‌رساند. به همین دلیل، کود اوره، گاهی به منظور افزایش کارایی مصارف کشاورزی، پیش تصفیه یا اصلاح می‌شود.

یکی از فناوری‌ها در مصرف کود کاربامید، تبدیل کاربامید به مشتقاتی مانند فرمالدهید است که با سرعتی مطابق با نیازهای غذایی گیاهان، به آمونیاک تجزیه می‌شود.

اوره ماده اولیه برای ساخت چند گروه اصلی مواد است: رزین‌های اوره- فرمالدهید و اوره – ملامین- فرمالدهید که در تخته سه لایی استفاده می‌شوند.

از کاربامید در واکنش‌های کاهش غیر کاتالیستی انتخابی (SNCR) و کاهش کاتالیزوری انتخابی (SCR) برای کاهش آلاینده‌های NOx در گازهای خروجی حاصل از احتراق در موتورهای دیزلی، دوگانه سوز و گازهای طبیعی استفاده می‌شود.

به عنوان مثال سیستم BlueTec یک محلول کربونیل دی آمید با پایه آب به سیستم اگزوز تزریق می‌کند. آمونیاک تولید شده توسط هیدرولیز کاربامید با اکسید نیتروژن واکنش می‌دهد و در مبدل کاتالیزوری به نیتروژن و آب تبدیل می‌شود. کامیون‌ها و اتومبیل‌هایی که از این مبدل‌های کاتالیزوری استفاده می‌کنند باید مایعات خروجی دیزل، محلول اوره در آب را حمل کنند.

اوره در غلظت‌های ۱۰ میلی مولار یک پروتئین قدرتمند است. از این خاصیت می‌توان برای افزایش حلالیت برخی پروتئین‌ها بهره برد. مخلوط اوره و کولین کلرید به عنوان یک حلال یوتکتیک (DES)، ماده‌ای مشابه مایع یونی، استفاده می‌شود. هنگامی که اوره در یک حلال یوتکتیک استفاده می‌شود، پروتئین‌های محلول شده را تکثیر نمی‌کند.

کربونیل دی آمید در اصل می‌تواند به عنوان منبع هیدروژن برای تولید برق در سلول‌های سوختی عمل کند. از کاربامید موجود در فاضلاب می‌توان به طور مستقیم استفاده کرد (اگرچه باکتری‌ها به سرعت کاربامید را تخریب می‌کنند.)

از کاربامید با غلظت حداکثر ۸ مول بر لیتر می‌توان استفاده کرد تا بافت ثابت مغز در مقابل نور مرئی شفاف شود و در عین حال، سیگنال‌های فلورسنت از سلول‌های دارای برچسب، حفظ شود. این امر امکان تصویربرداری بسیار عمیق‌تر از فرآیندهای عصبی را فراهم می‌کند.

کرم‌های حاوی کاربامید به عنوان محصولات موضعی پوستی برای تقویت آبرسانی به پوست استفاده می‌شود. اوره ۴۰٪ در موارد پسوریازیس، خشکی، اگزما، کراتوز، کراتودرما، میخچه و پینه تجویز می‌شود.

آزمایش نیتروژن اوره خون (BUN) اندازه گیری میزان نیتروژن در خون ناشی از کاربامید است. این ماده به عنوان نشانگر عملکرد کلیه مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگرچه نسبت به سایر نشانگرها مانند کراتینین، مقدار آن پایین است؛ زیرا سطح این ماده در خون تحت تأثیر عوامل دیگری مانند رژیم غذایی و کمبود آب بدن قرار دارد.

  • کاربامید، عنصری در مایع خروجی اتومبیل‌هایی با سوخت گازوئیل (DEF) است که حاوی ۳۲.۵٪ کاربامید و ۶۷.۵٪ آب غیر یونیزه است. برای تجزیه گازهای انتشاری خطرناک NOx به نیتروژن و آب، DEF به جریان اگزوز وسایل نقلیه دیزلی، تزریق می‌شود.
  • کاربامید یکی از اجزای خوراک دام و منبعی نسبتاً ارزان از نیتروژن برای تقویت رشد حیوانات است.
  • کاربامید یک جایگزین غیر خورنده برای سنگ نمک در یخ زدایی جاده است. اگر چه نسبت به نمک سنتی یا کلرید کلسیم اثر کمتری دارد.
  • کاربامید، عامل رنگ قهوه‌ای در خوراکی‌های تولید شده در کارخانه است.
  • اوره، ماده اولیه در تهیه برخی از کرم‌های پوست، مرطوب کننده‌ها، نرم کننده‌های مو و شامپوها است.
  • اوره همراه با نمکهای دیگر یک عامل بارورسازی ابر به شمار می‌رود.
  • کاربامید، یک ماده ضد شعله است که معمولاً در خاموش کننده‌های شیمیایی خشک برای آتش سوزی استفاده می‌شود که شامل مخلوط بی کربنات، اوره و پتاسیم است.
  • کاربامید، عنصری در بسیاری از محصولات سفید کننده دندان است.
  • کربونیل دی آمید به همراه دی آمونیوم فسفات، به عنوان ماده مغذی مخمر، برای تخمیر قندها به اتانول استفاده می‌شود.
  • کاربامید به عنوان یک ماده افزودنی برای حلالیت و نگهدارنده رطوبت در حمام‌های رنگ برای رنگ آمیزی یا چاپ پارچه به کار می‌رود.

شرایط نگهداری اوره

باید محافظت و مراقبت از مخازن یا بسته بندی‌های حاوی اوره را در انبارهایی با تهویه مناسب به خوبی در نظر داشت. تولید و تجمع گرد و غبار حاصل از کاربامید جامد را به حداقل برسانید و از تنفس گرد و غبار، مه و بخارات این ماده پرهیز کنید. همچنین باید از تماس این ماده با پوست، چشم و لباس اجتناب گردد و باید از خوردن مواد غذایی یا سیگار کشیدن در انبارهای حاوی این ماده کاملاً خودداری نمایید.

همچنین باید به این نکته توجه داشت که مخازن و کیسه‌های حاوی کاربامید باید در جای خشک و خنک نگهداری گردند و حتماً باید در ظرف محکم و با درب بسته نگهداری شوند.

بسته بندی اوره

بسته بندی و حمل اوره به صورت جزئی در کیسه‌های ۵۰ کیلوگرمی و به صورت فله‌ای در کیسه‌های ۱ تنی انجام می‌شود. برای حمل این محصول برای صادرات از پتروشیمی، معمولاً از حمل فله‌ای استفاده می‌شود. بسته بندی‌های صادراتی به طور استاندارد در کیسه‌های ۵۰ کیلوگرمی انجام می‌شوند. بسته‌بندی کود کاربامید نیز مانند بسته بندی اوره صنعتی در کیسه‌های ۵۰ کیلوگرمی یا کیسه‌های جامبوبگ ۱۰۰۰ کیلوگرمی آماده می‌شود و با استفاده از کامیون‌ها یا تریلی‌های استاندارد به محل مقصد حمل می‌شود.

تولید کنندگان اوره

اوره توسط پتروشیمی‌های داخل کشور، از جمله:

پتروشیمی پردیس|Pardis petrochemical company،

پتروشیمی خراسان| Khorasan petrochemical company،

پتروشیمی شیراز| Shiraz petrochemical company،

پتروشیمی لردگان| Lordegan Petrochemical plant،

پتروشیمی مسجدسلیمان| M.I.S Petrochemical industries،

شرکت شیمیایی لاوان| Lavan chemical company،

پتروشیمی هرمز| Hormoz petrochemical company و

پتروشیمی کیمیای اندیمشک| Kimia Andimeshk petrochemical company