Fabrieksschema van de bereiding van acethyleen uit benzine

(1)

(

I

!

I .

(

\ I

l

L

.

(

,

.i

7. ,

-,

FABRIEKSSCHEMA VAN

DE

BEREIDING

VAN ACETYLEEN UIT BENZINE

door J.H.van

Rij

Delft,Augustus 1949

~

(2)

·

,

J.H.van Rij.

FABRIEKSSCHIIA VAN DE BEREIDING VAN ACETYLEEN UIT BENZINE.

Ie Overzicht van de acetYleenprocesseftt

Men kan de acetyleenprocessen in twee hoofdprocessen onder-scheiden:

a.

Bereiding van acetyleen door hydratatie van calciumcarbide. b.

Bereiding van acetyleen door kraking van aliphatische kool-waterstoffen.

a.Het carbide-proces.

Dit proces is het oudst en wordt nog het meest toegepast.

Yen laat water inwerken op vast calciumcarbide, waarbij

volgens onderstaande reactievergelijking acetyleen vrijkomt:

CaC2 +2H20

=

Ca(OH)2 + C2H2

Het calciumcarbide is een sterk endotherme verbinding. Het wordt in electrische ovens uit kalk en cokes bereid bij een

.temperatuur van ca 20000 _C.Er_{zijn talrijke apparaten}

gepa-tenteerd voor een min of meer continue hydratatie van het

car-bide. Men streeft hierbij naar een zo volledig mogelijke

om-zetting van het carbide met een zo gering mogelijke overmaat water, zodat het calciumhydroxyde als bijproduct waarde heert. Als voor- en nadelen kan men van het proces noemen:

Voordelen:

Het acetyleen 1s vrijwel zuiver, zodat de apparatuur voor

verdere zuivering van geringe afmeting is.

In het carbide heeft men" acetyleen" in een compacte vorm, die vrijwel zonder gevaar in voorraad te houden is. Dit biedt vooral bedrijfstechnisch grote voordelen.

Nadelen:

De bereiding van hetcarbide uit cokes en kalk, die all~en

uit te voeren is in electrische ovens, kost veel

electri-sche energie. Vooral dit verbruik van electrelectri-sche energie, maakt de toepassing van dit proces voor Nederland weinig

aantrekkelij~. Deze factor is van groot belang bij de ver-gelijking met de nader te noemen processen.

beKrakingsprocessen.

Men kan acetyleen uit aliphatische koolwaterstoffen bereiden

door ~en bij hegere temperatuur.

Als bruto reactievergelijking kan men schrijven: De twee belangrijkste punten van deze reactie zijn:

1.De reactie is sterk endotherm.

2.Er treedt volumevermeerdering op •

• en kan dus zowel door temperatuursverhoging als door drukver-laging de acetyleenvorming bevorderen.

(3)

.... _ .• ~ "'1' .-' ~ .. """-'!"' r'y")C

r

~:+t')I"\c. '1[) r:',l_;}r ~11-'!," : rf'1Ól· ... :')., !s~fv~~~~ ~sv ~ t~fA~~l • "'''11'1 o;t~,!r..i S'" ... . -: -.~--l'tri - ' ) f\ r·i.,..s~ :! o:-;."'~ 4 t:; .. l ; \"-:"-'01 t:-"" ~i:-1 _1. .~d' -, '\."'; j -.',~ ... .• ') - r·-· .L CiÎ~ :> t '" '"1')0'1'/1 ~

ra

~~ r .-f'T R!~;: :" t' r'''' 16_ • I'" "''fr r i-_""!" ..., . .t. ~ _, ~ ~.! _..._{' .}~ "'rrf

r

_'T"'):t S"~ _-tss

r

I~"""~

: .. 1r-"t ... !'!... "1\1 l-fc:qJv.t.t'r)~ ".,'1r-~: . ,.,... .. ~r , • • L") ,.,..-; '~h"'" "t"'''':f> rI.') ;>n"I~ [ov

:t -;j<:)'" i r '~'f yrtvf ~-,,.., ',.,., .~ -!'\q'-'~ ,Ql o:;snq'c "," ',.,. ~.' -';f''', ,t~cf · .... f"! "'Ir:t(:.~H'TI,' ",crf'! _ ~ ~J ~~!:'I ~~

r -:

~ 0 ~ ~ '!) r r .~

r

r l ' . '""' '-t ,.":..~"rrrf "'''/1''' ~"'-It ~ r ""1(,·' .,' , . I'U . t1 "'~i'f ,'~ h .... i~ .. ·w I ")[rI lO'f('·

r.

f·.f '= r ~ ..,. r~rf -';"1t:'.I-!"'-';';: ~~f' • ~ 1 T':'! i"" ... . / "', "1 t ol ~.' ",'. -. ! . ' 11 .... ~ ... ,.. r·1 f -1 .... 'r. f -t. r' ;> r '')\r ~ ,-. (r.., i r- ~., r t~ Cf t ~ h-r .'..,,.~~ ':,: • . J "Y'TîC; ,~') ï:;V .,..rrr:tS'Tr;(l'!'!"~

& ~a" 1~1r ~n ftt~ n~Q ~onv h~99j~q'

t! ,.. "'; . : . ~ : <'[ '.: . ~ " ... " . , 'T j ~ '1 J'# 't l' • ~ ; \.f !

.,

, ,

r "~~;r r,"~ t&.tti jsbos f't.::;-tI:l~ï

'f ' ~q fr

r

Bn fI'" -'!f'OV -;.I .. :"

: fl"l.[ ':l fl,!OO \i ê, ~.''J'! '0 L '1r.:,~.f. y;:t q") staM :'~ ~.'T )V 1: J:~ 1,!""h.,.~v '" "' : "ot'~ n~ 3e:f '11 .. ')rJO f 'j' ~! .;'fCT.')'" I; v ., Cl r,;.,,!,'),; r "v' _...

1-.,..,

_.. ,I'f., ~ ....

• ~0r~h~oöv Q1~~~· i~~~'~" + ., 'l ' ' .. ,'~ '1 f _I_'!;;'TI)(W _:t_i'·'"_!-ti

."f'1~fJR "t f-·U.6'; I'fn, ~~40') j r . ' . \ f rr:. -_t'ftr'\~r,~ [9QV j::-o""f .~(·'f-",r0 '" :';'"')~ .... !"" .. ~ : C'f!-lI""~) 0'-+ c;. i f" • .:v Tlff i: h..tq'T~ ~ !": rr ''''''''0'' ~j j-tlr :('\t ":'''''1''1 ·"0""'.,.,1")"=\J 1 ' · u .rtre_.,!,:_,), _r ·"\ .... _n~1 _{. o l}_":-!'t<Vl'3 _~rl'!')~

;r"ftc"\\'I ~1~!;i'r9r qW 'T,')O'1 ""'~"y::r. t!_' '" ; '~~~qA~ n,~ j~~s~

-"!~V ~", i. ~"J T,~ ~ ~.i .~('lt;,l'. ;.::'" ,:) \. rrt', ~ 0" ~'-l _{• -::F.}_t_{~9'\(~"''T:ti!}_._I3C_.

~. f· -t' 1l' ,ry J )l r. ~ f .~:;;t:

. -,

. ,~~~~~o~~~~n!~6~~.d

rr"" ~ r ,'T'" ~ ';G)~1..,.t?'!f'"!" f;"~J ·"0~.i '),!~,., ~ -' c"l:' ~ r~: t [H :'lq'1rv:.t~!H-) CTin4 Cf') H

• 'T!r'!"" r~'i ,<~ ~ C"f "~Oi! I'. h! rr~ 'Ioof)

:n")v: f"'r.:,,;·, ';f''' "'j~.J p. 'rr;~I'H\U",;-j~Bt:t.,.' otw'ti p-JA

: f1r.

r, r~ft,,·~ ... .,. --',\'"l'1 .,,'~ t',,'r' ..,-+.., 'r- 1". ~'!~f9d 'Y' 'rt ~<I • ~.T ~ f , ... .; I i" r- ·f;,.... :? j', t,:) t t ~ ~=:~,. (·l·;r. t .'10 "') '," , r')-:r"·f",.').,~r·r()V -t~,qf)'I.t 'I3:.S

'\. ,. r rer . "f :"'_ ". ~., r () j ~ .... \~ ~. 'r iJ t r -t f I"'( :""t- ''! f"\ (' ~. r ... , .. r:l ~ -. ! r r, 11 !~ :{ r i ~ IJ!'

'1 : ... ~~ ... , . . r

(4)

2.

Processen.

1. Het kraken van methaan en homologen met behulp van een electrlsche vlamboog bij atmospherlsche druk.

Men voert hierbij een continue stroom van gasvormige

kool-waterstoffen door een electrische vlamboog. (temp.ca 20000

C).

Hierbij ontstaat acetyleen naast vele andere producten. De concentratie van het acetyleen in het reactiegas bedraagt ca 15 vol%. De isolatie van het acetyleen uit gasmengsel ge-schiedt door uitwassen van het gas met water onder een druk van ca 20 ata. en navolgende ontgassing van de verkregen op-lossing.

Dit proces werd gedurende de oorlog in Duitsland toegepast. Men gebruikte als grondstof een methaanhoudend gas, dat men verkreeg als bijproduct bij de steenkoolhydrogenering. Het proces biedt tav. Nederland geen voordelen boven het

carbide-proces, nl. het v.erbruik aan electrische energie is vrijwel

gelijk aan dat van het carbideproces,(Litt.~)n voorts hebben

we in Nederland geen overscf.1.?taan methaanhoudend gas.

2.Het kraken vam methaan, waarbij de hoge temperatuur verkre-gen wordt doorpartieele verbranding van de voeding met zuivere

zuurstof. Litt.

3,4,5.

Hoewel dit proces niet direet electrische energie verbruikt en daarom gunstig is tav. de eerder genoemde processen, biedt de toepassing ervan weinig voordelen. Het gebruik van zuivere zuur-stof is noodzakelijk voor het verkrijgen van de hogere tempera-tuur en de nodige reactiewarmte. Het reactiegas bevat slechts

8

vol% acetyleen, zodat het energieverbruik bij de isolatie

gro-ter is. Ook de afmetingen van de te gebruiken apparatuur zijn groter, dan bij het onder 1. genoemde proces.

3.Het kraken van methaan en homologen in een regeneratoroven

onder verminderde druk. Litt.

1,3.

Men voert hierbij ~asvormige koolwaterstoffen onder verminderde

druk (50 - 100mmHg) door een, van te voren op hoge temperatuur

gebrachte oven (1300 - 16000

c).

Hierbij krijgt men een

reactie-gas, dat ca 15 vol% acetyleen bevat. De isolering hiervan is gelijk aan die van de boven genoemde processen. De restgassen kan men gebruiken voor het verhitten van de ovens. Tegenover het voordeel dat dit proees geen electrische energie gebruikt voor de reactie, staat echter een groot verbruik aan mechanische ener-gie door de vacuumpompen en compressoren. Het werken onder vacuum

L .~ bij hoge temperaturen is bovendien uit technisch- en finantieel

~~. oogpunt weinig aantrekkelijk.

~~·

4.Het

kraken van aliphatische koolwaterstoffen in een

regenera-toroven met stoomverdunning. Litt. 1.

De gang van zaken bij dit proces is analoog aan het onder

3.

ge-noemde proces. Men bereikt hier een redelijke opbrengst aan ace-tyleen, door met stoom de partieele drukken van de reactiegassen te verlagen.

Voordelen van dit proces zijn oa.; de reactie geschiedt bij at-mospherische druk en de reactie verbruikt geen electrische ener-gie.

(5)

Nadelen van het proces zijn oa.; bij het werken met stoom moeten de ovens van een speciale bekleding voorzien zijn;

de hoeveelheid benodigde stoom voor de verdunning is vrij aanzienlijk, de ontwikkeling hiervan kost veel warmte.

5.Het kraken van aliphatische koolwaterstoffen met stoomver-dunning als een continue proces, waarbij de warmteoverdracht geschiedt door een losse contactmassa. Dit proces vertoont gr ote overeenkomst met het"Fluid Cat-Cracking" uit de pe-troleumindustrie. De te kraken gassen worden met de vereis-te stoomverdunning in een oven in contact gebracht met een losse hete contactmassa, die door middel van de gasstroming in een dwarrelende beweging wordt gehouden. De contactmassa wordt in een aparte oven op de vereiste temperatuur gebracht. Hoewel dit proces continue is en als zodanig aantrekkelijker is, dan het proces onder

4.

genoemd, zal de practische uit-voering ervan op veel grotere moeilijkheden stuiten, dan het laatstgenoemde proces. Men werkt namenlijk bij een tempera-tuur van ca 1200oC, hetgeen het gebruik van metalen cyclonen en leidingen voor de contactmassa vrijwel onmogenlijk maakt.

(zeker niet indien, zoals hier het geval is, de warmte

-eco-nomie een grote rol speelt). Het gebruik van met steen bekle-de buizedzal door de optredende erosie zeer kostbaar worden.

Litt.8.

Aan de hand van deze beschouwingen lijkt mij , dat het onder

4.

genoemde proces de meeste kans van slagen heeft tav. het carbide-proces. Dit proces wordt in het verslag behandeld.

II. Het proces.

A. Keuze van reactie-Omstandigheden en grondstof. 1. Temperatuur.

Of de ontleding van aliphatische koolwaterstoffen in acetyleen en waterstof met een behoorlijk rendement mo-gelijk is, hangt in eerste instantie af van de thermo-dynamische stabiliteit van de te kraken koolwaterstoffen en het acetyleen. In tabel No 1. zijn enige waarden van thermo-dynamische potentialen van koolwaterstoffen tussen 1200 en 13000_{C opgenomen. Uit deze tabel blijkt, dat in}

het gegeven temperatuurstraject de meesten van de

be-schouwde koolwaterstoffen metastabiel zijn tav. acetyleen. Voorts zijn alle koolwaterstoffen metastabiel tav. kool

-stof en water-stof. Houdt men rekening met de mogelijke ontleding van de koolwaterstoffen door stoom tot

kool-monoxyde en waterstof, dan blijkt dat deze evenwichten

vrijwel geheel aan de kant van koolmonoxyde en water

-stof liggen.

Dat het toch mogelijk is, dat bij kraking een behoorlijk rendement aan acetyleen verkregen wordt, ligt aan het verschil in de reactiesnelheden van deze reacties.

De volgende overwégingen zijn hier tav. de nevenreacties van belang:

a. De ontledingssnelheid van aliphatische koolwaterstof-fen in koolstof en waterstof neemt toe bij hogere tem-peratuur en stijgend molgewicht.(langere ketens).

(6)

--I

l

4.

Bij het gebruik van zwaardere benzinefracties moet men dus rekening houden met het feit, dat meer grondstof door volledige afbraak verloren gaat. Bij zwaardere fracties kan men echter een lagere temperatuur voor de acetyleen-kraking kiezen op grond van de thermo-dynamische potentialen. Alleen door proeven is te beslissen welke benzine de voorkeur heeft. Bij de berekeningen is het ge-bruik van een bemzine met een gemiddelde samenstelling van C6H14 aangenomen.

b.De ontleding van koolwaterstoffen door waterdamp is bij afwezigheid van katalysatoren weinig belangrijk in het beschouwde temperatuurstraject. Aluminiumoxyde- en

siliciumhoudende mineralen, materialen, die toch bij uitstek geschikt zijn voor de bekleding van ovens,

ver-snellen de stoomontleding katalytisch, en kunnen dus niet in de ovens worden toegepast. Een materiaal, dat wel te gebruiken is, is het siliciumcarbide •• Zelfs bij gebruik van dit materiaal treedt bij temperaturen boven 13000_{C een} _{aan~erkelijke}_{ontleding op. (zie tabel No 2).}

Op grond van bovenstaande beschouwingen, lijkt mij een temperatuur van 1200 tot 13000C gunstig voor het kraken. B. Contacttijd.

In nauw verband met de temperatuur staat de contacttijd. De gegevens omtrent de meest gunstige contacttijd, die afhan-kelijk is van de acetyleenkraking en de nevenreacties, zijn

schaars. In het algemeen wordt in Litt.1 en

J

opgemerkt, dat de reactieduur niet langer dan 0,1 sec. genoemn moet

worden in regeneratorovens. Bij het vlamboogkraken worden , zelfs nog aanmerkelijk kortere contacttijden toegepast.Litt.5.7. De snelheid van afkoelen zal ook een grote rol spelen,

Daar zijn vooral de snelheid van hydrogenenen en polymeri-seren van het acetyleen van belang.

Aangenomen werd een contacttijd van ca.0,1 sec in dat deel van de ovens, waar de temperatuur boven 12000C is. Tevens werd uitgegaan van de veronderstelling, dat een tijdsduur van ca.O,O? sec tussen het tijdsstip, waar de gassen de

/

ovens verlaten en dat, waar è~ in de ~uenëntoren komen, gepaard gaande met een afkoellng tot c~ 5000q geen nade-lige invloed zal hebben op de samenstelling van het gas-mengsel.

c.

Stoomverdunning.

Stoomverdunning heeft dezelfde uitwerking op de ligging van de koolwaterstof- acetyleenevenwiehten als drukverlaging. Het verlaagt de partieele spanning van de reagerende gassen en heeft dus een verschuiving naar rechts van de genoemde evenwichten ten gevolge.

Hoe stabieler de te kraken koolwaterstoffen zijn, hoe ster-ker men moet verdunnen. Hoewel berekeningen omtrent de even-wichtsligging bij stoomverdunning met behulp van thermo-dynamische potentialen zijn uit te voeren, hebben deze door de onbeken~heid van de reactiesnelheden weinig waarde. Men kan hierbij alleen op experimentele gegevens bouwen.

(7)

In verband hiermede werd een stoomverdunning van 5 aange-houden, zoals deze in tabel No 2. is vermeld.

De stoomverdunning is een zeer belangrijke post op de warmtebalans van het proces, vanwege de hoge verdampimgs-warmte van water. Men moet er dus naar stFeven deze ver-dunning zo laag mogelijk te houden. Zwaardere grondstof-fen zijn in dit opzicht gunstig.

4.

Grondstof.

Zoals als onder A. is opgemerkt wordt een benzine met een

gemiddelde samenstelling van C6H14 als gron~~tof genomen. Hasche wijst er in zijn artikel (Litt.1)GL.~ op, dat het

toevoegen van een of meer van de reactieproducten aan de

grond~tof vrijwel geen invloed heeft op de samenstelling

van het reactiemengsel. Hiermede rekening houdend, wordt een deel van het aethyleen uit het restgasmengsel onder druk in de benzinevoeding geabsorbeerd, waardoor een

aan-merkelijke grondsto~ en energiebesparing verkregen wordt.

B.

De materiaalbalans.

Het wordt mogelijk geacht, dat bij kraking onder de gegeven omstandigheden een reactiemengsel van de volgende samenstel-ling zal ontstaan:

acetyleen: aethyleen: methaan: benzeen: waterstof: koolmonoxyde: 14 vol% 17 vol% 23 vol% 1 vol% 40 vol% 5 vol%

Voor de koolstofbalans wordt 85 % aangenomen.

Voor 1000 m3 droog reactiegas onder normale omstandigheden

geldt dan ondetstaande tabel: m3 140 170 10 400 230 -2Q kg/m3 1 ,171 1,264 3,555

o

,

èl₈₉₈ 0,716 1 ,250

~~4

214

35,5

35,9

165

% c

92,4 85,7 92,4

-,-75,0 !±2,8 kg C 151

,5

185,4 32,8 kg H 12,5 30,6 2,7

35,9

4-1,2 --=-s.=-1000 ~_,5

b7b,9

122,9 ~ De hoeveelheid ko

3

lstof in de vorm van reactiegassen bedraagt sG.~

dus

51$

kg/1000 m • De hoeveelheid koolstQf in de grondstof

//8

~

moet dus 100/85 x 518 = 610 kg per 1000 mj reactiegas bedragen. "

Neemt men aan, dat het gevormde koolmonoxyde alleen ontstaan is door inwerking van water op 'koolstof, dan is dus 50

m3

water-stof niet afkomstig van koolwaterwater-stoffen.De hoeveelheid watèr-stof ~ afkomstig van de voeding bedraagt dus 118 kg.

9

Het totale gewieht aan koolwaterstoffen benodigd voor 1000 m

3 I

Het lijkt mij mogelijk ca.10% van het gevormde aethyleen in reactiegas bedraagt dus 728 kg. de grondstof terug te voeren, hetgeen dus ca.21 kg/1000 m3 is. Aan benzinevoeding is dus 707 kg/1000 m3 reactiegas nodig.

(8)

•

6 •

.

Bij een acetyleenrendement van 96% (Litt.5) is voor een produc-tie van 25 ton/dag, dus 158800 m3 reacproduc-tiegas/dag nodig.

De benzine nodig voor deze productie bedraagt dus 112,2 ton/dag.

c.

De warmtebalans.

a. Warmte benodigd in de ovens.

k?:..

:

1. Reactiewarmte.

--~ C9H~4

=

3 C

_g

H2 +

~~ ~

8 1 4 4 H2

~1

5 kgcaymol 453 kgca + 453 x 103kgcal.

'

I"

C6H14

=

3 C2H4 + H2

r

83,4

, 197,6 193 192 + 192 x 103

l

tV

~

C6H14 -

₌

C6H6 + 4 H2

;;

J

61,8

_I

₃ 39,2 35,5 28,1 f + 28,lx10 C6H14 + 5 H2 = 6 C H4

+-

59,0 147,8 165 101 ,2 101,2x103

-

-C6H14 + 6 H20

₌

6

co

+ 13 H2 r- 29,8 "32,0 62,5 111 ,0 + _111,Ox103 C6H14

=

6 C +

1

7

H2

-

;11' 47,0 110 92 60,0 + 60s0x103 + 7

4

3 x 103 kgcal.

Per 1000 m3 reactiegas wordt dus 743 x 103 kgc 1. aan de ovens onttrokken door de reacties.

2.Warmteverlies aan reactiegassen.

Een mengsel van benzinedamp en stoom wordt bij 3000C aan

de reactoren toegevoerd. De gemiddelde temperatuur waarbij de

reactiegassen de oven verlaten wordt gesteld op 1250oC. De _

warmte-inhoud per 1000 m3 reactiegas bedraagt hiervoor tussen

300 en 12 50o

c:

493 x 103 kgcal. "

~ - "~

3.Warmteverlies aan stoom.

We nemen een stoomverdunning van 5, dus 5000 m3 stoom per

1000 m3 reactiegas, d.i. ca.3000 kg water/1000 m3

reactie-gas. De warmte-inhoud van 3000 kg stoom tussen 300 en 12500_C

bedraagt: 1567 x 103 kgcal. .

De totale hoeveelheid warmte, die per 1000 m3

de reactoren wordt onttrokken, bedr~gt dus:

reacties: 743 x 103 kgaal. reactiegassen: 493 ~ stoom: 1567 -:2~8-:-1 ~3-x-1:-:0=-3"'--:-k-g-c-a-::-l • reactiegas aan - - ----~ ...

(9)

b. Warmte benodigd buiten de ovens.

1. Warmte, nodig om de benzinevoeding van 15 op 3000_{C te brengen.}

Voor 728 kg voeding bedraagt dit: 252 x 103 kgcal.

2. Warmte, nodig voor het ontwikkelen van 3000 kg stoom van 3000_C

uit water van 15°C.

Deze warmte bedraagt: 2205 x 10

3

kgcal.

In het totaal is dus buiten de ovens nog een warmtetoevoer van ca.2460 x 103 kgcal./1000 m3 reactiegas nodig.

NB.Bij de berekening van de warmte-inhouden van de reactiegassen en van de stoom is gebruik gemaakt van de in Litt. genoemde waarden. Voor de soortelijke warmten zijn gemiddelden tussen de genoemde temperatuursgrenzen gebruikt. Bij de benzinevoeding is uitgegaan van zuiver n.hexaan. Voorts is er geen rekening gehou-den met het feit, dat de druk van de voedingebenzine en stoom) groter is, dan 1 ata.

D. Beschrijving van het schema.(zie tekening). Inleiding.

Een mengsel van stoom en benzinedamp wordt onder atmospherische druk geleid door heetgestookte regeneratorovens. De uittredende

gas-sen bevatten naast acetyleen nog vele andere producten, zodat ver-dere zuivering nodig is. Na het verlaten van de oven staan de gas-sen een d~ van hun warmte af aan een stoomketel en worden daarna door middel van ingesproeid koud water afgekoeld. Het verkregen gasmengsel wordt vervolgens ontdaan van eventuele hoogkokende kool-waterstoffen(benzeen) in een absorptiekolom. Daarna worden de

gas-sen tot ca.20 ata gecomprimeerd en uitgewassen met water. Het ace-tyleen lost in het water op en kan daaruit door expansie verkregen

worden, waarna het naar de azijnzuurfabriek getransporteerd wordt.

De resterende gassen bestaan voornamenlijk uit waterstof, methaan en aethyleen. Een deel van het aethyleen wordt uit deze gassen teruggewonnen door ze bij ca.19 ata in een absorptiekolom met de benzinevoeding te behandelen. De uit deze kolom teedende gassen worden gebruikt voor de verhitting van de krakingsovens.

1) De ovens.

Voor de productie van 25 ton acetyleen per dag werd besloten negen ovens te gebruiken. Er werd aangenomen, dat een reactiecyclus

4,5 sec. duurt, waarvan 3,0 sec voor de regeneratie en 1,5 sec

voor de reactie. Om deze reden werden de negen ovens ondergebracht in drie onafhankelijke groepen van drie. Deze opstelling heeft het

voordeel, dat per groep een onafgebroken stroom voeding kan worden toegevoerd. Deze toevoer geschiedt door een leiding naar een cen-traal punt onder de ovens, om van daar uit via een driewegkraan naar één van de ovens geleid te worden. De vulling van de ovens is geheel bekleed met siliciumcarbide. De afmetingen zijn geschat op: hoogte

4

m; doorsnede 1,2m.

2) De uit de ovens tredende hete reactiegassen worden met grote snelheid geleid langs de verticale buizen van een stoomketel(2).

Hierdoor wordt een deel van de warmte van de reactiegassen

terug-gewonnen. Per groep ovens is één ketel centraal aangebracht. (De schets aan de linkerbovenkant geeft de situatie van een ovencom-plex weer.)

(10)

, -

-quenchtoren(3) gevoerd. Hierin worden de gassen door in-spuiten van koud water, door middel van drie boven elkaar gelegen sproeiers, tot ca 300e afgekoeld. Dit vergt per uur ca 400 ton water van 15°e, indien de temperatuur van het uittredende water op 300_{e gesteld wordt.}

4) Nadat de gassen in de quenchtoren zijn afgekoeld worden ze door een cOkesfilter(lt) gevoerd. Dit dient om eventu-eel meegesleurde waterdruppels en koolstofdeventu-eeltjes tegen te houden. Tevens kan in het filter nog koelwater worden gesproeid, om volledige afkoeling van de gassen te ver-krijgen.

5) Na het cokesfilter komen de gasstromen van de drie groe-pen reactoren bij elkaar en worden door middel van de

Rootsblower(5) naar de benzeenabsorptiekolom(6) gevoerd. Deze blower is noodzakelijk, omdat de weerstand door de ovens en de daarop volgende apparatuur aan de gassen ge-boden anders te groot zou zijn.

6) De benzeenabsorptiekolom(6). In deze kolom worden de gassen onder atmosferische druk gewassen met een aliphati-sche absorptie-olie. Hierdoor worden benzeen en andere hoog kokende bestanddelen uit het gas verwijderd. Dit is noodzakelijk, daar men anders bij de navolgende compressie van de reactiegassen moeilijkheden zou ondervinden. De af-metingen van deze kolom zijn berekend.

7,8)De uit d~ absorptiekolom stromende olie wordt opgevangen in een tank(7). Vanuit deze tank wordt de olie door een centrifugaalpomp(R) naar de oliestripper gevoerd. De

af-9)

metingen van deze stripper zijn genomen op: hoogte 4m; doorsnede 0,5m. De uit de stripper tredende dampen worden 10) gecondenseerd en naar de vloeistofscheider(10) gevoerd,

alwaar het benzeen en het water gescheiden worden.

11) De gestripte olie wordt na koeling in de voorraastank(11) geleid, vanwaar de olie weer in de kolom gepompt wordt.

De tank is voorzien van een koelspiraal zodat de olie nog nagekoeld kan worden. Boven

tank(11~

is een tweede 12) tank(12) aangebracht, waarin zich de olie bevindt, die

voor aanvulling van de circulatie nodig is.

13) De reactiegassen worden na het passeren van de absorp-tiekolom door een tweede Rootsblower(13) naar de reactie-gashouder geperst. De reactiegassen worden uit de gashou-14) der(gashou-14) aangezogen door de viertrapscompressor(15) en

8.

15) gecomprimeerd tot ca 20ata. De koeling tussen de verschil-lende compressietrappen is van het grootste belang, niet alleen vanwege het mechanisch rendement van de compressor, maar ook wegens het explosiegevaar, dat acetyleenhoudende

~asmengsels bieden. In verband met dit explosiegevaar zijn alle buizen, waarin acetyleenhoudend gas onder druk getrans-porteerd wordt voorzien van een speciale vulling.(Litt)3,4,5) 16) De koeling van de laatste trap is uitgevoerd als

sproei-koeler(16). Het water van deze koeler wordt rondgepompt in 17) een gesloten circuit(17).

18) De acetyleenabsorptiekolom(1R). De gecomprimeerde gassen worden naar de acetyleenabsorptiekolom gevoerd. Deze kolom is uitgevoerd als zeefplaten. De afmetingen zijn gekozen in verhouding tot de in Litt.5 aangegeven kolom. Afmetingen: hoogte 30m; doorsnede 2m; aantal zeefplaten 60. De water-circulatie bedraagt ongeveer 500m3/hr. Als absorptiewater wordt het afgekoelde quenchwater gebruikt.

(11)

Het water wordt in de kolom gepompt door een

hogedruk-centrifugaalpomp(20), die wordt aangedreven door een electromoto motor. Op dezelfde as is een turbineÖ9) gemonteerd, waardoor het water, dat uit de kolom stroomt gevoerd wordt. Hierdoor wordt een deel van de energie, benodigd om het water op hoge druk te brengen, teruggewonnen. De vloeistofspiegel in de

ko-lom wordt op constante hoogte gehouden door een automa~sche

afvoerklep.

Het uit de kolom stromende water wordt naar vier, in serie geplaatste expansievaten gevoerd, waarin door steeds verdere drukverlaging de opgeloste gassen vrij komen. De druk in de

ketels bedraagt resp. 2,8ata, 1~Oata, 0,15ata en 0,05ata voor

de ketels (21), (22), (23), (24). Het gas, dat uit de eerste

ketel(21) ontwijkt bevat slechts 40

%

acetyleen. Dit gas

wordt na expansie weer naar de acetyleencompressor(15) ge-vmerd. De gassen uit de andere ketels bevatten ca.95

%

ace-tyleen en worden onder een druk van 1ata naar de vinyl-methyl aetherbereiding gevoerd. Het handhaven van de lage druk en de compressie tot 1ata wordt bij de twee laatste

expansieke-tels(23) en (24), uitgevoerd door Nash ringpompen.(25) en (26). Alle ketels zijn voorzien van automatische inricht'ngen voor de controle van de druk en van de vloeisto~spiegeli. Het water uit de laatste expansieketel wordt via een centrifpgaalpomp

(~?) naar een reservoir gevoerd, vanwaaruit het als quench-water in de quenchtoren gebruikt wordt. Het is niet raad-zaam het water direct weer als absorptievloeistof te gebrui-ken, daar men dan een ophoping van ongewenste bestanddelen krijgt(Litt.5 en 6).

De gassen uit de acetyleenabsorptiekolom worden door een vloeistofafscheider(28) afgevoerd en na expansie door een automatische klep tot ca 19ata naar de aethyleenabsorptie-kolom geleid(29). In deze aethyleenabsorptie-kolom worden de gassen, die

be-staan uit waterstof, methaan, aethyleen en koolmonoxyde, in contact gebracht met de benzinevoeding. Een deel van het

aethyleen lost in de benzine op, waardoo~ men een besparing

van grondstof en warmte verkrijgt. De benzine wordt in de ko-lom gepompt door de hogedrukpomp(30). Na de pomp is een koeler

(31) aangebracht om het effect van de absorptie te verbeteren. De uit de kolom stromende benzine wordt opgevangen in de hoge-druk-reservoirs(32).

Vanuit de reservoirs(32) stroomt de benzine door de vloei-stofmeters(33) naar de verdampers(34) van de reactorgroepen. Vanuit de verdampers wordt de benzinedamp in de toevoerlei-ding van de ovens geinjecteerd. In deze toevoerleitoevoerlei-ding wordt de benzinedamp gemengd met oververhitte stoom, waarvan de temperatuur zo hoog 1s, dat de temperatuur van het mengsel ca 3000C bedraagt. De druk van dit dampmengsel moet zo hoog zijn, dat de weerstand van de ovens overwonnen kan worden. Deze overdruk wordt op ca 0,5atm geschat.

De gassen, die uit de aetyleenabsorptiekolom komen worden na expansie naar de verbrandingsgashouders(3?) gevoerd.

Vanuit de gashouder(3?) stroomt het gas via automatische regelkleppen naar de branders(39) in de ovens. De lucht, die voor de verbranding in de ovens nodig is, wordt aange-zogen door blowers en gevoerd door één van de twee windver-hitters, die bij elke groep geplaatst zijn en waarin de lucht tot ca 6000c wordt verhit. De hete lucht wordt dan naar de centrale afsluiter boven de ovens geleid. De

dose-ring voor de ovens wordt geregeld door smoor~leppen, die

gekoppeld zijn met Venturii-buizen. De uit de ovens komende hete verbrandingsgassen staan een deel van hun warmte af aan de windverhitters en worden dan door de schoorsteen

(12)

gevoerd.

Verklàring van de cijfers in de tekening.

1 .Krakingsoven s. 2.Afvalwarmtestoomketel. 3.Quenchtoren. Y-.Cokesfilter. 5.Rootsblower. 6.Benzeenabsorptiekolom. 7.Reservoir voor rijke olie. R.Centrifugaalpomp.

9.Benzeenstripper. 10.Vloeistofscheider.

11.0pvangtank voor

gestripte olie.

12.Tank voor reserve olie. 13.Rootsblower. 1Y-.Reactiegashouder. 15.Acethyleencompressor. 16.Sproeikoelee. 17.Koelercirculatie. 18.Acethyleenabsorptiekolom. 1 9. Turbine. 20.H.D.-centrifugaalpomp.

21.Expansieketel. Druk= 2,8ata. 22.Expansieketel. Druk=1,0 ata.

23.Expansieketel. Druk= 0,15 ata.

24. Expansieketel.Druk= 0.05 ata. 25 en 26. Nashpompen. 27.Centrmfugaalpomp. 2R.Vloeistofafscheider. 29,Aetyleenabsorptiekolom. 30.H.D.-centrifugaalpomp. 31. Koeler. 32.H.D.-benzinetanks. 33.Vloeistofmeter. 34 .Benzineverdamper. 36.Driewegkraan. 3$'.Stoomtoevoer. 3?Gashouder. 38.Gasmeters. 39.Branders. 40.Windverhitters. 10.

(13)

,

111. Berekening van de benzeen-absorptiekolom.

Litt.

9.

A. Inleiding.

Het doel van deze berekening is, de afmetingen van de benzeen-absorptiekolom te be~alen. Deze afmetingen zijn afhankelijk van vele factoren, de belangrijkste hiervan zijn:

a. de oplosbaarheid van de op te lossen stof in de absorp-tievloeistof.

b. de snelheid van oplossen.

c. de hoeveelheid van het te behandelen gas en de concentra-tie van de op te lossen stof in het gas.

d. de hoeveelheid te circuleren absorptievloeistof.

ad a. Als absorptievloeistof wordt een aliphatisch koolwater-stoffenmengsel gebruikt. Voor de oplosbaarheid van het benzeen kan hierbij worden aangenomen, dat de wet van Raoult geldt.

Van belang zijn dus de volgende factoren:

1. de temperatuur.

2. het mol.gewicht van de absorptie-olie.

Hoe lager de temperatuur, hoe groter de oplosbaarheid. (hoe lager de dampdruk van benzeen). Temperatuursver-laging zal dus gunstig zijn voor de capaciteit van een kolom. Nadelen van temperatuursverlaging kunnen echter zijn: grotere kosten voor de koeling en een toename van de viscositeit van de olie. Dit laatste is ongunstig voor de snelheid, waarmede het benzeen oplost(zie ad c). Verlaging van het mol.gewicht van de olie zal gunstig zijn tav. de concentratieverhoudingen. Hier tegenover staat echter, dat de vluchtigheid van de olie groter wordt bij lager mol.gewicht, hetgeen de verliezen bij het strippen zal vergroten.

ad b. De snelheid van overgang van het benzeen uit het gas naar de olie kan men aangeven door de overgangscon-stante Kg .(Litt.2 en

9).

Deze constante geeft aan hoeveel mols/per tijdseenheid, per eenheid van con-tactoppervlak van de ene fase naar de andere overgaan, onder invloed van een bepaald concentratieverschil tussen de beide fasen. Het concentratieverschil kan in dit geval worden uitgedrmkt als het verschil tussen de partieele druk van het benzeen in het gas en de

evenwichtsdruk van het benzeen boven de absorptie-olie, ter plaatse van het gekozen oppervlak. (dimensie Kg kgmols/hr.m2 .atm.)

De grootte van het contactoppervlak is bij kolommen met vaste vulling in het algemeen niet te berekenen. Daarom voert men een nieuwe constante a in, die een correctie-factor is voor het werkelijk oppervlak. Deze constsBte

geeft aan, de grootte van het oppervlak per volume-een-heid van de kolom. (dimensie a: m~/m3.)

(14)

12.

Door combinatie van beide constanten komt men tot een nieuwe constante Kga. (dimensie Kga: kgmo1s/hr.m3 .atm) Hoegroter Kga, hoe sneller de overgang van de ene fase naar de andere, dus hoe kleiner het benodigde kolom-volume bij overigens gelijke omstandigheden.

De volgende factoren hebben invloed op Kga:

1. aard van de reagerende stoffen. 2. aard van de vulling.

3. gassnelheid.

4.

vloeistofsnelheid.

5.

temperatuur.

6.

druk.

Wat de aard van de reagerende stoffen betreft, hieraan is in het algemeen weinig te veranderen. De viscositeit van de vloeistof is hier nog te noemen. Verlaging van de viscositeit heeft in het alhemeen een vergroting van K a ten gevolge. Men zal er dus naar moeten streven,

eên olie te kiezen, waarvan de viscositeit zo laag moge-lijk is zonder dat de vluchtigheid te groot wordt.

De invloed van de vulling komt vooral tot uiting in de factor a. In het algemeen gaat een verfijning van de vulling gepaard met een vergroting van a, en dus ook met de vergroting van K a. Bij de keuze van de vulling heeft men echter niet a~leen rekening te houden met de invloed op Kga, doch ook met andere factoren.B.v. de omstandighedèn, waaronder de vulling moet worden ge-bruikt(zuurvast ed.), het drukverlies in de kolom en de kosten van de vulling. Het is zeer moeftijk met be-slistheid een keuze te doen.

Naast de reeds genoemde factoren treedt de gassnelheid

(

,wel het meest op de voorgrond. Hoe groter de snelheid,

~~ Ihoe groter Kga.(hoe sneller zal nl.het diffusieproces

~~ • ~ I vanuit de gasmassa naar de vloeistof verlopen, ten

. ~~ gevolge van de grotere turbulentie).Verhoging van de

~ gassnelheid maakt echter, dat er meer kans is voor het optreden van flooden, in ieder geval neemt het energie-verlies toe per m3 te behandelen gas door toename van het drukverval in de kolom.

De vloeistofsnelheid is in dit geval van weinig belang, in vergelijk met de gassnelheid. Hetzelfde geldt voor de druk.

De invloed van de temperatuur doet zich gevoelen in de viscositeit van de fasen. Hoe lager de viscositeit, hoe gemakkelijker turbulentie kan ontstaan en dus hoe groter Kga. De invloed hiervan op de keuze van de temperatuur

is secondair aan de invloed van de oplosbaarheid.

ad c. Na hetgeen over de gassnelheid is gezegd, zal het duide-lijk zijn, dat de hoeveelheid te behandelen gas van groot belang is bij de bepaling van de doorsnede van de kolom. De concentratie van de op te lossen stof in het gas en de hoeveelheid stof, die men uit het gas wenst te verwij-deren zijn daarentegen van belang bij de bepaling van de lengte van de kolom.

(15)

ad d.

De grens voor de concentratieverlaging van het gas, wordt bepaald door het gehalte aan opgeloste stof van de absorptie-olie en de evanwichtsdruk. Deze grens ,i s echter alleen in theorie te bereiken door een

oneindig-lange kolom. Hoe groter het concentratieverschil tussen

het gas en de absorptievloeistof genomen kan worden., hoe

/

korter men de kolom kan maken. Dit vereist echter een hogere circulatie van absorptievloeistof.

De invloed van de hoeveelheid te circuleren vloeistof is bij de absorptiekolom gering tav. de diameter~ de invloed op de lengte is echter zeer groot. Bij verho- I

ging van de circulatie kan men de kolom korter nemen.

De concentratie van de op te lossen stof in de gestrip~

te olie is voorts van groot belang, hierop is onder \

ad c al gezinspeeld. Geeft een verhoging van de circu- '

latie een besparing op de kosten van de absorptiekolom, :

het heeft echter een verhoging van de kosten voor het strippen ten gevolge. Voo~ het strippen is nl. meer \

stoom nodig en voorts kan het noodzakelijk zijn, dat \

de diameter van de stripkolom groter genomen moet worden.\\

Hoe verder het gehalte aan te absorberen stof in de olie \

is verlaagd, hoe groter zal het verschil zijn tussen de ~

evenwichtsdruk en de partieele gasdruk. Het oplossen zal '

sneller verlopen, hetgeen een kortere kolom mogelijk

maakt. Verlaging van het gehalte aan te absorberen stof ~ kost echter meer stoom bij het strippen en/of maakt een verlenging van de stripkolom noodzakelijk.

Uit het bovenstaande blijkt wel, dat alleen indien men een kostenberekening maakt voor de gehe~ installatie men tot een rationele kolomlengte kan komen. Om toch tot een enigermate beknopte berekening te komen zijn enige aannamen gedaan~

B. Gegevens en aannamen.

a. De samenstelling van het te behandelen gas wordt per 1000m3 aangenomen op: m3

_1~~

mo12~ew. k~mols . Acetyleen 140 _,~O Aethyleen 170 214 28 7, 5 Benzeen 10 35,55 78 0,455 Waterstof 400 35,9 2 17,95 Methaan 230 165 16 10,30 Koolmonozyde

_---2.Q

_{62 3}

2

28 23 2

3

1000 676,9 44,43 677

Er wordt aangenomen, dat de druk van het gas 1 ata bedraagt, dat de temperatuur van het gas 300

_e

_{is en dat het gas}

verza-digd is met waterdamp. De hoeveelheid waterdamp bedraagt

onder deze omstandigheden 2,34 kgmols/1000 m3 gas. (het volumen van de aanwezige wat~rdamp wordt verwaarloosd). Het totale aantal kgmols/1000 mJ gas bedraagt dus 46,77. Dit werd af-gerond op 47 kgmols/1000 m3. .

Voor de productie van 25 ton acetyleen per dag moet een gas-volume van 6620 m3/hr door de kolom behandeld worden.

'. ,-" r \,. " !', I \ r 1 I !

(16)

/

l4~

Dit is 4480 kg/hr of 310 kgmols/hr.

b. Gassnelheid~ De gassnelheid is genomen op 0,6 m/sec.(le~ kolom). Deze snelheid is hoger,dan in het algemeen wordt toegepast (ca 0,3 m/sec) , dit houdt verband met de

mogelijkheBd, dat een v~ de groepen reactoren buiten werking gesteld kan zijn.

c. Het moleculairgewicht van de olie bedraagt 250: De olie-circulatie wordt aangenomen op 10000 kg/br, dus 40 kgmols/hr.

d~ Als kolomvulling zijn Raschig-ringen genomen.In de beschik-bare litteratuur waren geen bruikbeschik-bare waarden voor de

over-ganscoefficient K a belend. Wel zijn er waarden van K a bekend voor klein~ kolommen met Raschig-ringen vullin~,deze kunnen echter niet op grotere kolmmen toegepast worden.

Er is in dit geval gebruik gemaakt van een waarde van K a verkregen uit de gegevens van een technische kolom. g Deze waarde was echter bepaald aan een kolom met een ander soort vulling,man kan dit dus als een aanname beschouwen. Als K a was opgegeven :

g K a

=

0,60 lbmols/hr.cuft.atm. .

B~j een gassnelheid van 240 lbs/br.sqft.

en een oliecirculatie van 680 lbs/hr.sqft. Litt.9 pag.l?? e. Er wordt aangenomen, dat de temperatuur in de gehele kolom

30°C bedraagt en dat de ,druk constant is door de gehele kolom en Iata. bedraagt.

f. Door grafische interpolgtie van gegevens van de dampspan-ning van benzeen bij 30 C ,werd de dampspandampspan-ning van,

benzeen bij die temperaruur op 140 mmHg vastgesteld.

e

0 184 ata} .Litt.2

De dampspanning van benseen bij 300C en een totale gasdruk van 20 ata werd op 6,01 ata. gesteld.(hiervoor werd de waarde van n-he~an gebruikt).

g. Het benzeengehalte van de gestripte olie werd op 0,5 mol%

gesteld.

Uitgaande van de eis,dat het benzeen niet mag condenseren in de acetyleen-absorptiekolom,hetgeen te verwachten is indien de partieele druk van het benzeen in het te beh an-delen gas groter dan 0,01 ata is (zie f.),werd voor de partiele druk van het benzeen in het gas.dat de

benzeeB-absorptiekolom verlaat op 0,005 ata gesteld.

h. Er wordt aangenomen,dat alleen het benzeen Qnderdeze omstandigheden uit het gas in de olie oplost.

(17)

15.

c.

Berekening.

a. Diameter van de kolom.

De gassnelheid in de lege kolom was aangenomen op 0,6 m/sec. Daar de te behandelen hoeveelheid gas 6620 m3/hr bedraagt, zou dit leiden tot een kolomdiameter van 1,97 m. Dit is afgeron~

op 2 m. De oppervlakte van de doorsnede bedraagt dan 3,14 m •

b. Berekening van de overgangscoefficient K a.

Bij de berekening van Kga is gebruik gpmaakt van de empirische relatie, die tussen Kga en de gashoeveelheid bestaat.

Deze relatie luidt:

8

Kga = c.GO, Hierin is Kga de overgangscoeff. in lbmols/hr.cuft.atm. G de gashoeveelheid in lbs/hr.sqft.

en c een constante. Aangenomen is, dat de waarde van Kga = 0,60 lbmols/hr.cuft.atm. bij een gashoeveelheid van 240 lbs/hr.sQft mok bij deze kolom geldt.

De gashoeveelheid 3101bs/hr.sqft.,

bedraagt in dit geval ca 1520 kg/hr.m 2 of zodat Kga = 0,h.(310/240)0,8

-' = 0,73 lbmols/hr.sqft.atm. of Kga =11,7 kgmols/hr.m3.atm. is. c. De materiaal-balans van de kolom.

Betekenis van de gebruikte letters. G gashoeveelheid in Vgmols/hr.

L hoeveelheid benzeenvrije adsorptie-olie in kgmols/hr.

X1 en X2 benzeenconcentraties in de olie in kgmols benzeen/ kgm01s olie(benzeenvrijl)

Y1 en Y2 benzeenconcpntraties in het gas in kgmols benzeen/

kgmols benzeenvrij gas, resp. onder en bovenin de

kolom.

Ye gasconcentraties, die in evenwicht zijn met de vloeistof. Uit de aannamen volgt:

G : 310 kgmols/hr. L: 40 kgmols/hr. X 1: onbekend X2: 0,00500 molfr. Y1: 0,00975 atm. Y2: 0,00500 atm.

N.B. Daar aangenomen is, dat de druk in de gehele kolom gelijk een atm. is, kan men de molfracties ook als atmosferen schrijven. Voor de gehele toren geldt:

G(Y 1 - Y2) = L(X 1 - X2)

Na invullen van de gegeven waarden volgt hieruit X1: 310(0,00975 - _{0,00500)= 40(X 1} - 0,00500)

(18)

/' I

l6.

d.De lengte van de kolom.

De lengte van de kolom kan nu berekend worden met de formule: G(Yl - _{Y2) = Kga.S.1.DYgem •}

Hierin is S het oppervlak van de doorsnede van de kolom in m2 •

1 de lengte van de kolom in m,

en DY gem is het logar1thm1sche gemiddelde van het verschil tussen de partieele drukken van het benzeen in het gas en de even -wichtsdrukken van het benzeen boven de olie, boven- en ondenin de kolom.

Deze formule kan hier toegepast worden, daar aangenomen is, dat de wet van Raoult geldt, "dat de temperatuur en de druk in de gehele kolom constant zijn en omdat de concentraties van de op te lossen stof zowel in de gas-, als in de vloeistoffase gering zijn.

Daar de dampdruk onder de gegeven omstandigheden 0,184 atm bedraagt, worden de evenwichtsdrukken:

Yel = 0,184 Xl = 0,184 0,041 8 = 0,00770 atm. Ye2 = 0,184 _{X2 = 0,184} • 0,00500= 0,0009 2 atm. (y _Ye)J!

₌

_0,00975 _0,00770

₌

_{0,00205 atm.}

(y _{Ye )2 = 0,00500} _0,00092

₌

_{0,00408 atm.}

Hieruit volgt DY e

=

0,00294 atm.

Door invullen vaR ~ë aangenomen en berekende waarden in de bovenstaande formule kan dan de kolomlengte berekend worden:

G(Yl - Y2) = Kga. S. 1. _{DY gem •}

310(0,00975 - 0,00500)= 11,7. 3,14. 1. 0,00294

1 = 13,6 m

afgerond 1 = 14,0 m

De hoogte van de kolom moet dus onder de gegeven omstandigheden 14 m zijn.

(19)

o'

e.Daar het mogelijk is, dat een van de groepen tijdelijk buiten werking gesteld kan zijn, zal berekend worden, hoe groot de olie-circulatie in dat geval zal moeten zijn, om de vereiste benzeen-concentratie in het behandelde gas te bereiken.

De gashoeveelheid bedr.aagt onder deze omstandigheden ca 1000 kgf /m2 .hr. (207 lbs/hr.sqft.)

De overgangscoefficient bedraagt dus 0,53 lbmols/hr.cuft.atm. of 8,5 kgmols/hr.m3.atm.

Met behulp van de formule voor de kolomlengte kan nu de vereiste circulatie berekend worden. Dit geschiedt het gemakkelijkst

door bij verschillende ciculatie hoeveelheden de vereist~ kolom-hoogten te bepalen en grafisch uit te zetten, waarna de circu-latie voor een gegeven lehgte bepaald kan worden. Deze bereke-ningen zijn geheel analoog aan de reeds uitgevoerde, daarom zal volstaan worden met de vermelding van de uitkomsten in onderstaande tabel. L kgmols/hr 30 26 25 24 22 X1 molfr. 0,037R 0,04-25 0,044

3

0,0459 0,0

4

97 Yel =0,1,~4 X1 atm. 0,00695 0,00782 0,00815 0,00R4 5 0,00914 Yl - Yel atm. 0,00280 0,00193 0,00160 0,00130 0,00061 DYgem • atm. 0,00376 0,00284 0,00264 0,00244 0,00183 1 m 9,80 12,97 13,95 15,10 20,50 Door grafische interpolatie vindt men dan, dat bij een kolom-lengte van 14 m bij de verminderde gashoeveelheid , een olie-circulatie van 25 kgmols/hr noodzakelijk is.

Nabeschouwing.

Hoewel in het begin van dit verslag reeds op de voor en nadelen van dit proces gewezen is, is het niet mogelijk een definitieve uitspraak te doen, zonder een meer gedetailleerde kostprijs-berekening uit te voeren.

Het staat echter wel vast, dat, wil dit proces kans van slagen hebben, de kosten van de energie lager moeten zijn, dan .die van de electrische processen. Dit geldt vooral tav het carbide

proces, daar bij dat proces de kosten voor de zuivering van het acetyleen in elk geval lager zijn, dan bij dit proces.

Volgens de berekeningen is per 1000 m3 reactiegas in de ovens ca 2810.103 kgcal nodig en buiten de ovens voor het op tempe-ratuur brengen van de voeding nog ca 2460.103 kgcal/1000 m3. Per kg acetyleen worden de warmtehoeveelheden resp. 17,9 en

15,7.103 kgcal. .

De eerste hoeveelheid moet geheel geleverd worden door de verbranding van de restgassen in de ovens.

(20)

18.

Deze gassen ZlJn ongeveer gelijk te stellen aan stadsgas en hiervan kan gebruik gemaakt worden om dit energieverbruik te vergelijken met dat bij het carbide proces.

Volgens de litteratuur bedraagt het energieverbruik per kg ,

acetyleen bereid volgens het carbide proce~

9,5

-

10 ~Vh,Litt.L

omgerekend in kgcal wordt dit ®,2 -

0,6)10

j _kgcal/kg.

Volgens een private mededeling is de verhouding tussen de prijs per warmte-eenheid van gas en electricit~it, die in Nederland geboden kan worden 1 : 3,3. /' (~<-t; I

Het gasverbruik van de ovens is dus volg~s deze gegevens gelijk te stellen met

5,4.103

kgcal/kg~Hierbij is echter

het thermisch rendement van de gasverbranding in de ovens buiten

beschouwing gelaten. Bij het Wulffproces (ontleding van

koolwaterstoffen in vacuum) varieren de opgaven van de deskun-digen tussen 90 en 30%. Neemt men aan, dat de hoogste waarde bereikbaar is, dan bedraagt het reëele verbruik, omgerekend naar electrische calorien

6,0

kgcal/kg acetyleen.

Wil het proces kunnen concurreren met het carbide proces, dan zal de warmtehoeveelheid buiten de oven gedekt moeten worden door

8,2

-

6,0

=

2,2.103

kgcal/kg aan electrische energie. Men zal dus energiebronnen moeten gebruiken, waarbij de kostenverhouding per warmte-eenheid tav de electrische energie 15,7/2,2 of 1 : 7,1 bedraagt.

Dit is oa te verwezenlijken door het gebruik van de afval-warmte stoomketel, door afgewerkte stoom uit het bedrijf,etc.

(21)

TABEL I.

• Thermodynamische potentialen van enige koolwaterstoffen, uitgedrukt in cal per koolstofatoom, berekend met behulp van het artikel van A.W.Francis. A.W.Francis Ind.Eng.Chem.20, 281 (1928). TemperatuuroC. Methaan Aethaan Octaan Aethyleen Acetyleen Benzeen Waterstof Koolstof

NB. Alle waarden in deze

1100 1200 1300 16100 18700 21300 22eOO 25600 28000 26200 28900 31200 13900 14400 15000 19400 18800 18200 10700 11300 11800

°

tabel zijn positief. TABEL II. van R.C.Hasche.Chem&Met.Eng.~, lichte benzine. 1266 4,5 91 ,6 1290 1300 5,0 4,8' 90,4 91,3 1400 23900 20600 33800 15600 17600 12400

°

No7, 78-83 (1942). 1310 4,8 92,5 Overgenomen uit het artikel

a) Het kraken van Temperatuur °C. Stoomverdunning Koolstof-balans% Gassamenstelling Kooldioxyde Acetyleen Aethyleen van reactiegas 0,4 14,5 18,3 in volume-procenten. 0,4 0,4 Propeen Benzeen Waterstof Koolmonoxyde Methaan Stikstof. 1 ,

°

0,8 37,7

J,O

23,1 0,4 TABEL II. b) Het kraken van propaan. Temperatuur oc. 1190 1225

Stoomverdunnin~ 6,5 6,5 Koolstofbalans 96,1 96,1

Gasaamenstelling van reactiegas

Kooldioxyde 0,2 0,4 Acetyleen 13,0 14,8 Aethyleen 20,3 15,4 Propeen 1,4 0,9 Benzeen 1 ,2 1 , 1 Waterstof _39,0 43,5 Koolmon9xyde 2,0 2,7 Methaan 21 ,1 20,4-Stikstof 0,3 0,2 < 15,4 15,4 17,0 18,5 0,5 0,9 0,8 1,1 39,0 38,5 3,3 3,3 22,8 21,4 0,3 0,4 1250 1275 1300 6,5 6,5 6,5 94 ,2 92,8 92,5 in volume-procenten. 0,4 0,6 0,6 15,8 15,9 16,4 13,3 11,2 8,9 0,6 0,4 0,2 1,0 45,7 47,8 1 , 1 49,8 0,9 3,2 3,9 5,7 19,9 18,6 17,0 0,1 0,4 0,4 0,6 15,3 15,2 0,3 0,6 40,1 5,3 21 ,1 0,6 1325 6,5 91,5 0,7 15,3 8,3 0,7 51 ,7 7,2 15,7 0,3