Verslag processchema: Benzeen uit tolueen

) datum:

ho

.

ti

ad res :

L

Q h ,

q

BENZEEN W.J.BUE51NK NOVEM~ER_o •64 SCHA A L 1-50 1M 2M 3M i,M t -resid ue ':; i,Ji~; -T ·toorn !~.!~,- stoom

..

v

..

---V kw. .y \

r

-~---~~~---

-Laboratorium voor Chemische T

echnolo gie.

V

erslag

Processchema.

Benzeen uit tolueen.

W

. J . Bu e s i nk

Lange Geer

52,

Delft.

- - - ._- - - -_.._.

I

NHOUD

.

I

.I

NLEIDI NG

.

a) Algemeen. b) To ep a s s ing e n van benzeen. c) Ma r k t s i t u a t i e . d) Pl a a t s van vesti gi ng. 1 2 4

5

11.

B

ESCHRI J VIKG

VAN

H

ET PR

OCES

.

a) Het bedrijf als onderd e el van de

raf-finaderij .

7

b) Keuze uit de verschillende moge lijke

processen. 8

c) Beschrijving Va n het katalytische

dealkylatie proces. 10

d) Het pr o c e s s c h e ma .

15

e ) Veiligheid. 18

111. BEREK

ENINGEN

E

N AP

PARATUURGEGEVENS

.

a) Stof-enwarmtebalansen.

19

b ) Warmtewisselaars. 20

c) De reaktor. 22

d) De terrana-treater. 22

e ) Gasaf sc he i.d e r s . 22

f) Het fornuis en de stoomketel.

23

g) Destillatiekolommen. 24

h) Tanks, pompen en de compressor . 26

c) Constructie mat eri al en. 26

IV. FYSI SCHE GEGEVENS.

v

.

LI

TTERATUUR

.

Li j s t van ge b r u i k t e sy mbolen.

27

28

-1-I. $

NLEI DING.

a) Alge

meen.

Tot voor

k

or t

k

on

de st

e enkoo l i ndu st r i e in Euro

pa

rui

m

i

n

de

E

ur ope s e b

eho eft e

aa

n a

r omat e n voorzi

en.

E

c h te r door de snelle o

p ko mst

v

an

de

p

las t i c s ,

syn-thetisc

he

ru

bbers, k

u nstve ze ls e

tc

.

w

a a r b ij d

e

aro-ma

te n als essentiële

g

ronds t of f e n no

di g

zijn

, m

o e s t

een a

ndere

bron

w

orde n aan

geboord

n.l

.

aardolie

.

V66r

1

955

w

er d het

g

r oot st e

g

e d e e l t e

v

an de

aroma-ten i

n We

s t -Eur opa- - d i e

d

us

u

it steen

kool we

r de n

g

ewonne n- - ve r werk t in

mo to ~br and s t off en,

omdat de

vraag ernaar voor chemische doeleinden betrekkelijk

gering was

.

Naarm

ate

het gebruik van aro

maten

-en daarvan vooral b-enz

een

- in de chemische

indus-;v,-.!-.

trie steeg, nam het gebrui

k

ervan als toevoeging

>.~\""("~

.,$..,,·lÎ-

i n motorbrandstof af ( zie

f

i g . 1).

\\" . ~. ,,1.-\ ~(~\< ,. ..; r \i «'..1\' l" .-.' \,';'1 'd""

t

,

··,,-t

...

·

\

BENZEENVERBRUI KIN EURO PA 800

600 1000 TON

200

VERBRU IK INDE CHEMISCHE IN OUH RIE

liG,'

VERBRU IKINMOTO RBRAN DSTO F

19S7 19S9 _'96'

Er bestaat in Euro

p a

e

e

n a

anzi e nl i j k

t

ekor t a

a n

be

nz ee n dat d

oor i

nvoe r w

ordt

g

e d e

kt

,

g

e de

e

l

t e l

i j

k

v

anuit

l

ande n a

chte r

h

e

t IJ

zeren

Gor

dijn

.

Dit te

-kortne

emt b

ove ndie n

s

ne l to

e(zi e

fi

g

.2) ,

zo

d at

er

blij

kbaar

behoeft~

b

e s taat aan nieuw

e p

r oduc t i e

.' ;.~ :, .r: '••r• i . '....: ... _.-. •j~ " .:.' ...' .: .'. :'

-2

-BEN Z EEN PRODU KT IE EN VERBRUIKIN~

800 1000 rON

t

600 VER 8 RUl~: ~ ?ROOU' T1, F1G·l <ooL -- < - - - -- 4 -- - - + - - _ 19!:17 1'1S9 1961

b) Toepassingen van ben zee n .

Benzeen, C

6H6, is een vluchti g e, kl e u r l o z e en brand

-bare vloei bare ar oma t i sch e ko olwa t er s t of , die ecn

heel karak t er i sti e ke geur bez i t . Benzeen vor mt me t

wate~ een azeotropi sch meng s e l me t e~n mi n imum

kookpun t . ~et ko okpun t van benz ee n bij 760 mmHg

is 80,100 0 en de dichthei d bij 25° 0 bedraagt

0,8737 g/ml. Voor de kritische temperatuur en druk

wordt resp. 289,45°0 en 48,6 atm. opgegeven (1) .

Be n z e e n heeft vele toep a ssi ngsmo gelijkheden en wordt

in gr o t e hoeveelheden geb r u i k t me t name in de ku~t­

stof fenin dustrie. De gr o o ts t e verb rui ker van

ben-ze e n is we l de styreenindus trie (zie tabel 1).

.I" .' ~!"t· ,"./ ,:' c. ....'.:. .< i. '"I " •I \ .:' :

.

~\r .'

-3-S

ty r ee n

w

ordt ui

t be

nz e en

gem

a ak t en is e

e n

tussen-p

r odukt voo

r de

b

er ei di ng

v

an p

o lys t y r e

en

- e

en

v

a n

de m

ee s t v

erbrei de plas

t i cs (zie fi

g. 3).

Fi

g.3

V

e r d er word

t

sty

r eerl

i

n

indrukw

ekke nde

hoe

vee lhede n

ge

b r uikt i

n syn

thetische

rubbe

r ,

wa

armee o

ngeveer

d

e helft va

n d

e wer

e ldbeho ef t e

aan

rub

b er wo

rdt

ge-d

e k t .Een verdere toe

pass i ng

v

an

be

nze

e

n i

s

d

e

be

-rei

di ng

van

f

e no l .

Fen

o l i

s op

zij

n b

eur0 e

e

n g

r

ond-s

tof voor de bereidin

g v

a n versch

ei dene ku

ns tst of

-f

e n bijv

oorbe

eld

b

a ke liet e

n

ny

lon

6

.

F

e no l di

ent

oo

k als ui

egangs lli a teriaal

bij d

e

b

erei ding

v

an

as-p

i r i n e en

a

ndere

g

enee

smidd ele n ,

k

l e ur s t of f e n ,

h

ou t

-conserverin

gs middelen,

la

kken

enz

.

-.... .,,'

.

:

.

: ..~ "" .'. '-; ; '

-

4-E

e n

d

e r d

e

toe

p ass

in

g

van

ben

ze e n i

s de

p

r

o

du

k t

i

e

va n

nyl

on

6

6. N

o

g

and

e r e

to

e

p

a s s i ngen

z

ijn o.a. de

ber

e i dingvan

synthe

t is

che

w

a

smiddele n ,

p

o

l

ye

s

t e

r

-h

a r

s

e n en i

ns e

kt

ic i d e n.

c)

M

ar

k t

s

i t

u a t i e .

Ned

e r l a nd vor

mt

s

l e c

h

t s

e

e n g

e r

i ng

a

f zet g ebie d

voor

ar

o

mat

en. T

o l u e e n e

n

xyleen wor

den

in de

verfindus-trie wel als oplosmiddel

g

eb r u i kt , maar dit is van

g

e r i ng e betekenis in verhoudi

ng

met

d

e totale

Euro-pese vr

aag.

Evenmin is hier een grote

benzeenver-werkende industrie, doch in de naaste t&komst is

op dit punt aanzienlijke uitbreiding te verwachten.

B

i j

d

e Staatsmijnen wordt uit co

kes p

e r

jaar ca.

25.000 ton benzeen gemaakt. De aromatenîabriek van

de Esso in het

B

o t l ekg eb i e d , welke in september 1964

in bedrijf is

g

e s t e ld ,

p

r oduc e e r t per jaar 300.000

ton aromaten, waarvan ca.

1

50 . 000 ton benzeen. Deze

aromaten zijn voornamenlijk voor de ex

port

bestemd.

Hoeveel benzeen is er nu nodig?

Dow-Che

mical N

. V.

g

aat in Terneuzen een

styreenfa-briek bouwen met een ca

paciteit

van 100.

000

ton.

Deze

f

abr i e k z

al

eind 1965 kl

aar

zijn.

H

i e r voor

zal

da

n ca.

8

0 .QOO ton benzeen

p

e r

jaar nodig zijn.

Esso-

Nederland N

. V.

b

ouwt een cyclohexaan

fabriek,

welke be

gin

1965 klaar zal zijn,

m

e t een capaciteit

van 6

0.000

ton per ja

ar.

H

i e r vo or zal ca. 60.000 ton

benzeen

p

e r j

aar

no

dig

z

ij n. T

o l ue en dient als

grond-stof in de

f

e nolf ab r i e k , die de

Staatsmijnen-Dow-F

e nol N.V. in het

B

o t l ekg eb i ed gebou

wd

heeft.

D

e ze

f

abr i e k he

eft

een ca

paciteit

v

an

30.000 ton en hier

is ca. 30.000 ton tolueen

p

e r jaar voor nodi

g.

E

i nd 19

65

zal er dus in

N

ed e r l a nd voor de

pe t ro ~ he ­

m

i s c h e in

dustrie on

g

ev e e r 140.000 ton benzeen

p

er

j

a

a r no

dig

zij n ,

H

e t is

da

a r om niet

o

nd enkb a a r dat andere raf

finade-rijen

a

an hu

n

ins

tall

at ies

een

h

y drode a lkyl a t or

g

aan toevoe

gen

lli

e t

e

e

n c

a

paciteit

va

n

o

ngeveer

100.000

.,~"~. ~;}, .. " ..". .".i.~. ,; . ' . ~.'. ".. ..' ... .. ... v, . ...; .- '

.

.

" .~. _••Jo. ." :,.' ;.'.,. ' ). ..:. ... ..~,: .«, ;'.:: ..:..:. .., '..' ... ,-. .,,

J

',l

-5-Dez

e

capaciteit ku

nnen

we

niet

me

e r alleen b

aseren

op

de

binnenland

se markt

.

H

ie rb i j zal

mo

e t en wo

r den

nag egaan,hoe g

ro ot

de behoef te

aan be

n ze e n i

s

in

Eur opa en in

h

et

b

ij zonde r

binne n d

e Euro pes e

Ec

ono-m

i s ch e

G

emeenschap .

Vo

l

g

e

ns

de

l

a a t s t e gege

vens

i

s

er i

n

hu

ro p a ee

n

ver

-sc

h il

tussen

v

erb r uik

en p

r odukt i e van

ca.

200

.

0

00 t o n .

H

et li

j kt d

us nie

t on

g

e

r e chtv a a rd igd ee

n f

abri e k

t

e

bouwe n

met e

en

p

r oduk t i e van

7

5.000

ton be

nz een pe r

j

aar

.

d)

Plaat s van

vesti

g

ing

.

D

e l

oc atie

van d

e

fabriek i

s

b

ij zonde r

belang r i jk

.

H

et

i

s noo d z a

kelij

k da

t

h

et

bedri j f i

n d

e nabij

hei d

is

gel

eg e n v

an

de

g

r ond s t off e n t

olue en

en

w

at e r stof

.

Daaro

m

zal de f

a br i ek

veelal

een onderdeel z

ij n

van

een r

a

ffinaderij

.

Voor

een

r

a ffin a derij

i

s

het

Rot

-te

r d ams e indus

triege bied ideaa l

gel

eg e n

va

nweg

e

zijn

ope

n v

erbi nd i ng

naar de

ze

e

en ee

n z

e e r

go ede v

er

-bi

ndi ng n

aar het

b

i nne n land

.

Aardolie k

a n

m

e t

d

e

groo

tst e

,

mee

s t

e

co nomi

s

c

he

tanke

r s w

or

den

aan

g e

-vo

erd

.

D

e raf fi nagec ap a c i tei t

is buiten d

e

Ver en i g

-de

Stat en h

i e r he

t g

r ootst e

n

p

r o duk

t en kunnen hie

r

~

w

or de n v

ervaardi gd

o

p

e

e n p

l a at s die

c

e n t r a a l

g

e

-le

ge n

is

te

n opzich t e

va n

de drie

gro otste

land

e

n

van

N

e s t

-

Eur

op a

:

Frank r ijk

,

Duitsland

,

en

Enge

l a nd

.

Het i

s

alle

en de

vr

a a

g

of

e

e

n

o

peenst

a

pelin

g

v

an

c

h em

i s c

h

e b

e dr ijven

in

e

en

bepaalde

h

oe

k

van

N

ede r

-land wel z

o

aa

nbevele nswaardig

is.

H

ie r b i j

m

oe t

m

en

vooral denken aan

de

l

uchtverv

uilin

g

,

he

t aantre k

-ken v

an

arbe i d~ krachten ,

de

gr ondpr i j s ,

d

e

bepe

rk

-te

ui tb r e i d ing s

mog

eli j kheden en aan de pl

a

a t se l i jk

st

erk s

t ijgende

be

volkingsdichthe id .

Des

al

n

ie tt e

-m

i n is

lli

e n

w

e l

h

a a s t

ve

rp l i c

h

t

de b

enz eenf abrie k t

e

bou

wen

bij ee

n

raffi n a

d e

r i j

en

du s i

n

h

J

t B

o tl e

.• .•..:-:t ',' ", . .i. .: : , ;I), .;: ï~..._ :. ..: I.. " . ~

.

.

, '.' " " ..'.~ J.,-, ;-.'

.

<. -, :'. , .'.~ ;':':.'.-'. "

..

.'.~ . !T· ..' ._~•I -.~s, , -s, '. .;:...;, '.' .~ " .'~.. ." • • '.1 , ,., t· ~.

-6

-Tengevolge van de voort gaande vermi n d e r i ng van de

douaneta rieven, zoal s va stgele g d in het verdrag van

de Eu r op e s e ~c o nom i s c he Gemeenschap, behoeft de in

-dustrie in een bep aa ld land zich voor haar afz e tge

-bi ed niet langer tot dat land zelf te bepalen. Daar

-om ook is de l ig ging van het bedr i j f aan open water

van groot belang.

Resumerend : De be n zee n f a b r iek prod uce ert 75.000

ton pe r jaar en de aanb e vo l en pl a a t s

van vestigen i s het Bo t lekg e b i e d bij

. " ',' ~.:",~ . -. . , .' . ", .....' .. .r .r','. .~. ~:.' .;. - - -

--7

-11. BESCHBIJVING VAN Hj~T PROCES.

a) Het bedrijf als onierdeel van de raffinaderij.

De verwerking van aardo lie in ee n raf finaderij is

ee n te ingewikkel de mate r i e om in he t bestek van

dit verslag go e d te word en beh a n d e l d . Als voornaamst e

onderdelen van ee n algemene raffinaderij behoren de

volgende bewerkingen: des t i l l e r e n , kraken, r efor

-me r e n en zuiveren. Het reformeren wordt toege past

om de klopvastheid

v

an

benzines te verhogen. Hier

-U U.-' , I'

bij wordt een gr o o t ge d e e l t e van de niet-arornatische hJ.fM,!v.t)

bestanddelen i n de oli e omgez e t in aromaten.Daarbij

worden vooral tol u ee n en xyleen ge v o r md en slechts

ger i ng e ho e v e e l h e d e n benzeen. Een recente v

_--

inding 'q~v

-is het " p l a t fo rmi ng" wa a r b i j een platinahoudende

katalysator wordt geb ru ikt . Denog resterende niet

-aromaten worden met behulp van een extractie pr o

-ces verwijder d. De vlo e i stof wo r d t daartoe be werkt

me t ee n extractie-middel, wa a r i n de aromaten wè l

en de niet-aroma t en nièt oplossen. Op deze wijze

is een ui t s t ek e n d e sc h e i d i ng t e verkr ij gen. Do o r

de s t i l l a ti e kan IDen het extractie middel op zijn

beurt we e r scheid en

va

n

de aro maten. Het nu ver kr e

-ge n ar oma te n me ngs e l bev at hoo fd zakelij k tolueen

en xyl een. Do o r de sti l l a t i e is tolueen nu af te zon

-der e n van ~71een. He t tol ue en word t nu gebr uik t als

gr o nds tof

voor

de hydrodealkyl ator verd er aangeduid

als H D A.

De

voor

de deal~y le ring benod i g d e wa te r s t of wo r d t

betro kken

van

de katalytische reformer. De beschik

-baarheid

van

de z e wa t e r s t o f is

van

gr o o t belang wat

betreft de i nv estering s- en bedr i j f sko s t e n

van

de

HDA. Al s de wa t e r s t o f afzond erlijkmoet worden ge

pro-du ce e rd dan stijge n de ko s te n de r dealkyl ering aan

-zi e n l i j k. Veel raf fina derij e n zullen da a r om alleen

een HDA in hu n be d r i jf opnem e n wa n n e e r de z e zo mi n

moge l ijk wat e r s tof verbr uikt. Met deze omst and i g h e i d

-"~" ': '-." :-. -", } ." ... " ;. .:. ~:~ "",: v ,. :.\ ---

--8

-der rekening gehou

d en

.

Fig

.

4 toont een der moge

-lijkheden o

m

het dealkyl

eringsproces

in een bestaand

raffinaderij schema o

p

te nemen

.

_ _ ; - Hy""o...."T~~$il)

I !W'S""S''''''

I

~

---o~:~';J.

li~~~LAG(

!

~A8G4

S

HYDAO_(~APHTHAI·TREATER . EXTRAIl:TIOJrw

[ f

'

-.

~ ~'----c:J-

--

-

-

-

MHIOL

I ,

• , HYDROEHTAlKYll [ RUNG

Abb.ó .Integrationder Entalkylierun g mit einem Raffinierschema

-

--fig

.4 .

./,M.I.-I!"I:.'

(i"V I

b) Keuze uit verschillende?mogelijke

!

proce ssen

.

1

.

Ther

mische

dealkylatie zonder t

oevoe

ging

van

waterstof

.(2)

Gebleken is

d

a t bij a

fwezigheid

van waterstof

p

o

-ly

cyclische

c

ondensatieprodukten

worden

g

evor md

.

Voor de a

ctiverin

gsenergie

is

77

à90kcal/

mol

ge

-vonden

;

het

i

s

g

e e n konstante maar stijgt

m

e t de

te

mperatuur

.

M

en heeft

h

i er te

m

ak e n

m

e t een eerste

o

rde

reaktie in tolueen

.

Voor een

t

e c hni s c he to

epassing k

omt dit proce

s

niet

in aanm

erking,

omd

at

er veel bijprodukten ontstaan

,

die bovendien

d

e a

pparatuur

snel v

ervuilen

.

2

.

Ther

mische

hydrodeal

kylering

(2

,3,4 ,5) .

Het rea

ktiemechanism-e

kan

op b~JfEeBde

wij

ze

wor

-den beschreven met be

h ulp

van het in ta

bel

2

g

e g ev e n

s

c

h ema

van

radicaalreakties.

Kettenr eak ti onen

H" + C,H. H"+ C, H. CH. " + H. CH. " -+- C.II. -. C.H," + H. C.H."+C.H. --"> C.H," + C,H. - -C.H,"+ eH. -~

Übersichtstaîel2. Thermi sche llydroenJalkylienmg 00/1 Toltwl; Schemader Hadi kalreakti onen

- - - -- ._ - _.

Ansatz- und Ket tenabschlu ûreak ti on : H. ~2 H" '

Gleichge wich tskonstante:K "7 Pil'!

V

PH.

- - -- - - - Kineti sche-

-Konst ante : --rH~+-(~H . " ------ - k-,- -C.II. + CH," k, CH. + u- k. C,H. +H· k. C.II.+ H" k. C"II ,o+ H· k. ('"H,o+- cn,: k, i (',H. -+- H" k.

I

Definiti onen Kk, == o : k.f/,. ~= {J' k.lks = y; k.lk, =

Ó:;

k;)k, .: ó~ ; k.'_k_,_=_c5_,_.~. __

J

T

a b e l 2

.

- - - -- - - -_ ._ -.'.: ..:: .".< .'..... ,',: .:.

- - -

--

9-Het gegeven " kinetisch model" l e i d t tot de vo l g e n-de reaktiesnelheid s vergelijking.

d Toluol rrr:

."( f t - = - CL

TI

'

H.

De konstanten uit deze vergelijking heeft men door

" trial -and-erro r " bere kening en kunnen opl o s s e n.

Het resultaat hi e r v a n is in t abel

3

opge nome n.

Zahlenta(el 2. Kin etische Kons/all/en (ü r die therm ische, Hydro-en/alk ylieru ngs- Reak/io nvon Toluol

I

Kinetische Konstante

I

Tempera~ur [OCI

I

(moljl)-'/'sec-_' __ 750 I 800*1 850 I 900 ; IX 0,203 I 0,70< I 2,36 I 7,25 , IX (1+B) 0,477 I 1,57 I 5,19 , 15,75 ' Tabel

3

.

I

Verhältnisse I I

I

kinetischer Konstam-u II

I

I _ft 1.35 \ 1,25 1,20 1,175 1.."1') 1,50 1,45 1,40 ,),

.

.

...

0.70 0,80 0,90 ,), I'

I

t11 ~ 0,175 0,25 I Ó, 1.1':1 II.' 0,95 0,90

Hiermee is de invloed van de reak t i e oms t and ighe d e n op de co nv e r s i e en de selectiviteit volledig vast

-gelegd. Alleen bij zeer lage conversies en hog e wa

-terstof/tolueen verhoud ingen wo rdt een redelijke selectiviteit be r e ikt .

Voor lag e conv ersi es en bi j aanwezi ghei d van ov e r

-maat waterstof kan de reaktiesne l h e i d s v e rg e l i jki n g vereenvouiigd worden t ot:

dT dt

=

k= A. e met k=: 0« 1 + ~).

k wordt ge geven

De temperatuurafhank elij kheid van

doo r de ~rrhenius-vergelijking:

B

RT

waar i ~ de activeringsenergie E

=

56

,0

kcal/mo l en

, 1 1 - _1 _ 1

..",:..

-10-3

.

Ka

t a l y t i s che

hyd

r odeal

k

y lat i e .

He

t li

gt

voor

de hand

,

da

t

me

n dit

p

r oce s

k

a ta

l

y

-ti

sch

wil Qitvo

eren, tene

inde bi

j een

l

a

g ere

r

eak-tie

t e

m

p erat Qur en ee

n

ho

gere

co

nversi e een

s

e l ec ti ef

v

erl oop

t

e

b

e we r k s t

el

lig en.

De kat

aly sato r

m

o

et

de radica

a l reaktie s

6

e v

or

d

e r

e

n ,

r

e g e n er e erb a

ar,

r

obuu s t en n

ie t

te

duur zi

jn

o

m

het

p

r

oc

e

s

e

c

o

nolli

i

s ch v

erantwoo

rd t

e make

n i

n

v

er

g

e-li

j ki

n

g me

t

het

t

he r

mi

s ch e

p

r oc

e s

.

Hydro

g ene

r in

gsk

atalysato.cen

k

Olli e n

h

i

e r

v

oor

i

n aan

-m

e

r

k

i

n

g .

De a

c t i v iteit

m

ag

nie~

t

e

g

_{: : . . - -}

root

z

ijn ,

d

a a r

anders de aro

maa

tringen

g

ehydr oge ne e

r

d worden

.

Je

a

ct i vit eit

lli

oe

t echt

er

v

ol doende

zi

j n o

m

de con

den

-

----sati

e

reak ti

es te

o

nder dru kk e

n.

~e

a

fz e

ttin

g

van

co

n-

I

d

e

ns

ati eprodukt e

n

op

d

e k

a

ta

l

y s a t

or ka

u

v

er

m

e d en

wor-de

n door

een g

ro te ov

erma

a

t wa

te rs tof

ond

e

r

d

r u k

t

o e

t

e passen

.

U

i t d

e proeven

(

2) blee

k

een d

u idel ijke in

v l o e d

v

a n

de

wa t e r s t o fpa~ i aal druk :

V

oo r

de activ

e

rin

gsenergie we

rd 45 k

cal/

mol

ge

vonden .

B

ij

5

80

° 0

en e

e n

wa

terstofdruk

va

n 15

A

29

at

m.

w

erd

bi

j ee

n c

o n versi

e

va

n

5~6

een s

el

ecti

v

i

te it

van

9

7

%

---be

re ik t .

~~~P(\:

Het ka

t

a

l

yt

ische

dea

lkyla t ie

p

ro c

e

s

w

o r d t

geko ze n .lJ>l'~

'

,v

J

-,J

c)

B

e s

ch

r i

j

v i

ng van he

t

ka

tal y t i s che

de alkylati ep~oc es.

D

e

a

lgeme ne r

eak ti ever

g

eli j ki ng k

an

w

or de n

ge

sch re ve n

als:

C

7

H8 + H2 L&ff.,s.CJ.\..;,

---;..

OcH,... + CH 4 o 0

.

, .' .-...~ ;._~. ;... c.: :_3 , ...• ;

.

.:;. .' .'.~. '..:''., ;.-::~ ',-. -,':..

"

. '..:'...' ,.'..:

-11-geb r u i k t illen een pub l i ce e r t niet

Ui t ee n i nformatie pr o ce s (2)

De kine tie k en het re a kti e mec ha ni s me zijn hie rb o

-ven r e eds be s proke n.

De kataly sator.

Bij het Shell-Bextol

ges c h ik te katalys at or, maar men

welke; ook niet in ee n octrooi.

BH"l(

van Shell-Ned erland"N.V. is alleen bekend, dat de

kat a l y s a t o r van he t type der ontzwavelingskataly

-sat o r e n is. Er zijn echt er ui tg e b r e i d e onderzoekin

-ge n verricht, die we l ge p ub l i c e e r d zijn

(6

,7 ).

Naar

aanleiding daarvan nemen we ee n co b a l t molybdaat .

katalysator.

fDe katalysator wo r d t als volgt bereid (6 ): Geact

i-veerd alumina wordt ge imp r egn e er d met waterige o

p-los si ng en van zouten. He t ge a c t i v e e r d e al umi n a i s gegranuleerd en voor de impregnatie 4 uren gec al

- "---ci n e e r d bij

600

00

.

De gebr u ikt e chemi c a l i ë e n zijn cobalt n i traat , anuaoni.ummoLybdaa f en naurLumnydr-cxLd e,

De katalysator wordt na de impre gnatie weer 6 uren

gec a l ci ne e r d en gedr oog d bij

100

00. De kat alys ator

bevat dan

3

%

cobaltoxide,

8

,

7%

molybdeentriox~de

en 0,5% natriumhydroxide. De kat a l y s a t o r p i l l e n Zijn-J

3-4 mm groot.

De waterstofdruk heeft een gunstige i n v l o e d op de

stabilite i t

v

an

de kat a l y s a t o r . Bij het Bexto l pro

-ces (2) bleef de katalysatoractiviteit bij 29 atm .

waterstof 2000 uren nageno eg onveranderd, t erwijl

bi j 15 atm. de t emp eratuur, om de omz e t t i n g konstant t e houden, na een aanvankelijk stabiel e pe r i o d e,

steeds weer verhoogd moest worden, zod a t, uitg aan

-de van 580°0 , na 2000 uur ee n temperatuu r van

6

20

00

bereikt was. De ka ta l y s a t or is oxydatief volledig

regener eerb aar gebl e k e n. Er traden bij deze kata

-lytische me t hod e geen verstoppingen op in de reak

.''" . -' " -" • c -,. -.~Ó,, ,..1 _J. ~. ,, ..-~. '..'.' .~

.

.

', ."~. -

.

~. .'. -,~.' ':;.. ~.! ... " ". '. .... .', " .'j -,. ..:::.J. i. .' ,'.; ,'.

-12-De ~e mp er atuur i n de vast b ed r e aktor moet onder de

64 00C bl i j v e n om "coke" vorming te vermi j d en; er

behoeven dus ge e n al te dure constru~materialen

t e wo r d e n geb r u i k t .

Do o r de adiab atisc h e t e mp eratuurstij ging in de re actor

kle i n t e ~oud e n wor d t bere ikt da t de katalysat or

gel i jkmat ig belas t en ge d es a c t i vee r d wordt; verder

ka n de ge midd e l de tempera t u u r op g evo erd wo r de n om

in de loop van de tijd de de s a c t i ve r i ng van de k

a-I .

talysator t e comp ens er en, waardo o r een l a ngere le

-vens duu~ van de katalysator bere ikt wo r dt .

De t emp eratu ur sti jgi ng i n d e regcto r wo rdt bepaald

door de reakti e w arm~ e, de ve rhoudi ng wat erst o f / t o

-lu e e n, de wate r s tofconcentr at ie in het recircul

atie-gas en de re a k t i e warmte van de nevenr e a k t i es. De

i nvlo e d van de verhouding wa t e rs t of / t o l ue e n en de

sa me nstelling van he t reci r cu l a t i egas z~t me n in

.E'i g· 5

Het waterstofverbruik.

Daar het proces, zoals vermeld, bij relatief hog e wa t e r

-stofdrukken moet word e ~.uitgevoerd, is een groot

wa-terstofverbruik onverm~dbaar, behalve wanneer me n een

deel van het ga s , na dQ condensat ie:van de aromaten,

recirculeert. Onderzoeki ngen (2) hebben ge l e e r d , dat

het ga s zonder verder e zu i v er ing kan wo rde n terug

. .~"... !: '; ,: .-~. '..'

..

' ": .:. ., ".'~ ...:

.

...

:. : r : ....( ~" ':.' \ :", ...~.. \ .' " .~••' . 1 .

.

;" r , r,

\

;

\

I,

-13-de temperatuurstoename in de adiabatische reactor

bi j verdunning me t i ne r t ma t e r i a a l , in dit gev a l

_h o o f d z ake l i j k me thaa n , l aag kan wo rd e n geh o u d e n .

De ga s s e n wo r de n ge s che i de n in een wasolie p lant

waarbij een waterstofri j k estroom wordt gere c y c l e d

en een waterstofarme stroorn,waarmee voornamelijk

Jh t,~,-,I

de in het proces gev o rllid e lichte koolwaterstoffen ~

-de fabriek ver laten. Deze me t h od e is

goed~oper;en:

/

ge s c hi k t om op eenvoudige wij ze de ge we n s t e /w'at e r

-stofpartiaaldruk in de reaktor in te stellen. Deze

methode is beter dan andere ve r r i j k i n g s s y s t e me n ,

zoals moleculair zeven of die p

koel~

De wasolieplant.

Het omloopgas bevat ook het bij de reaktie ge v o r

m-de .methaan, en opdat het methaang ehalte niet te

sterk stijgt, moet een deel van het gas «at uit de

hogedrukafscheider komt , worden afgevoerd.

In de eerste afsch ei d er, de hoge drukafscheider,

lost een deel van het methaan in de vloeistof op.

In de volgende afscheider, die bij l a g e r e druk werkt,

en daarom lagedrukaf scheider genoemd wordt, wordt

dan een methaanrijk ga s afge s c h e i d e n zonder dat daar

-bij veel waterstof verloren ga a t . De efficiency van

dit systeem wordt nog verhoogd, wanneer men de me

-thaanarme vloeistof àit de lagedrukafscheider in de

hogedrukafscheider terugv oert. Deze methode berust

op het feit dat waterstof bij lage temperatuur min

-der goed in olie oplost.

Fig.6 laat de afhankelijkheid zien tussen het water

-stofverlies, de vloeistofrecycle in de wasolieplant

en de druk in de lage drukafscheider. Een lage waarde

van deze druk en een hog e r eaktor druk bewerkstel

-ligen bij een constan te recy cle een mi n i mum aan

" " ' ;, ,; :I •,;. " ' " '" -.'. ~.", ,,: '.'.~: .-:1· ..,. :-,. " i.

- - - -- - ._-- -

--14

-wASSERSTOfF~RLUSTEMIT DE'" ASGAS.

lMOLJf1OOMOL~NZa.J 'zo

l!l 20 ArAIMNtEDERORUCKABSCHEIOER

ft t t4

Fig.6. ~~

Het stijgen der ka p i t aal s k os t e n met de reaktordruk

en het stijgen van het benzeenverli es met het

af-gas bij s 0eeds lagere dr u k in de lagedrukafscheider

stelt hieraan een gr e n s.

Fig.? laat zien, hoe de bedrijfskost en van het

was-oliespsteem en het benz een v e r l ies me t het afg a s de

b

enzeenprij~einVlo

~

-

~

-.-

H~ t

optimum wordt bereikt

bij ee n verbruik van ?~g~_mol. w ate r s t of voor elke

gepr o d u cee r de mo l be n z e en.

w

~"

ldA

t{ ·

2

Fi g . ?

Abb.9. Kosten ant cil der Waschölanlage.

\

~

"''''''o.

"'

><"~~~'''''''[

'.l'

~,."

~

:

...

.

"

t'l'tuC..,/lil"'(Cl("Ol'uek,6 l!lSCH(IO(lt"'T~

Het ge c o ndens ee r de r e a kti eprodUk t wo r d t na verwij

-dering va n de overgebl even ga s s e n in een stabilizer

en na behan deling met terrana door destillatie ge

e, , • L"

':....

'I I ' .• _

", -. 0 '

warmtewi.ssel a ars gebr uikt worden.

Procesgegevens.(2) .

De waterstofdruk in de reaktor is 50 atm. Deze druk

is aang enemen waarbij

re

ke ~ing

i; ge h o u d e n me t ee n

'

~ ~:l t lcI Q?

waterstofpartiaaldruk van c5 atm. en 50% waterstof -;\

in het reaktiemengsel.

"~

I (

~I"",)It

'Y

I

De conversie

=

50%

7

.:

~:

i

;

'(,(~'

De sel e ctivi t eit

=

96,9%

;

C{

C

'it-v~

Totale H

2-verbruik(mol/mol benzeen)

=

2,04 (

Ka t a l y s a t o r v e r b ru i k (t!100t benzeen )

=

0,05 )

Terranaverbruik (t/100t benzeen) = 0,1 6

d) Het pro c e ss chema .

Cl

r15

-Wa r mt e economie.

De reaktieprodukten komen me t 58000 uit de reaktor

en mo e t e n tot 4000 gekoe l d wo rd e n. Een gr o o t deel

van de af te voeren warmte wordt ge b r u i k t VGor het

verhitten van de voedi ng van de reaktor. Va nweg e

de ge r i ng e temperatuurst ij ging in de reaktor ka n de

warmte uitw i ss e ling nie t tot het_, ui te r s t e word e n

doorgevoerd. Bovend ie n moet , om een go e de proces

-regeling mog e l i jk te mak e n , 15 tot 25% van de wa rm

-te vanuit een onafhanke lij ke verhitter worden toe

-gev o e r d; deze is ook nodig om de fabr ie k te starten .

I

Daar bij de katalytische dealkyla tie gee n ex treme

l

temperatuur voor ko me n en in de reaktieprodukten

zo-l

wel cokes als teer afwezig zijn, kunnen no r-maLe

tf'l-

v1/i ,/ CA. &<.J

i

\

\

i :

De verse waters t o f wo rd~ tesamen met het recircu- 1~<t ,(:, (lC'! 4

1a ti eg as-(!'iï dr i

ê

'"

t r app è n d o

0

r

"

'mij~d'e 1 van c oII..pré~

;-sor 0

1 ge comp r ime e r d tot 50 atm. Na de eerste en

de tweede trap wordt IDe t ko e l wa t e r gekoeld tot 4000.

Dit ga s wordt opgelost in de tolueenstroom, die door

pl u n j e r p o mp P

1 wordt opgepompt. Pl u n j erp omp P1 krijgt

het tolueen toe gevo erd ui t de me n g t a nk T

1, waarin

vers tolueen loopt naast de ge r e c y c l e d e tolue en

",' ._.~.

.

" ,.~ ,. '» ":.. , t,.: -".

.

" .1_'

.

: :.., ", " s, " -.:-~",:' '..:. ".

-16-°

van de waterstof een temperatuur van 95 0

tengevol-ge van het comprimeren van het waterstofgas en ten

-ge v o l g e van de warmteinhoud van de tolueenrecycle .

De vloeistofstroom wordt nu in de voorwarmer w.w .1

°

opgewarmd tot 108 O. Daarna komt de vloeistof in

verdamper w.w .2 , die verwarmd wordt met stoom van

150~

,

welke in het pr o c e s wo r d t geproduceerd. De

gas stroom komt dan in twee ga s wa r mt e wi s s el a a r s w. w. 3

en w.w .4 , waar de voeding tot re s p. 240°0 en 366° 0

wordt opgewarmd door de productst ro om . De gasstro om

wordt in een buizenoven verder opgewarmd tot 550° 0 ,

waarna de voeding boven in de reaktor wordt gevoerd .

Dit heeft het voordeel da t op deze wijze de kataly

-sator niet uit het bed wordt ge b l a z e n. De druk in

de reaktor is 50 atm. De temperatuur loopt op van

550°0 tot 580°0. De gas v o rm i g e reaktieprodukten

wor-den in eerste instantie af ge koeld tot 1700g en wel

zo, dat 0 ,4

e

deel van het ga s de La Mo n t stoomketel

voedt, die op zijn beurt de verdamper w.w .2 verwarmd; ." 1

. ~{....J

0,6e deel warmt de voeding op in w.w.3 en w.w .4 . /)~;.&"v'

De temperatuur van het pr o d u k t g a s tussen w. w.3 en .

Á;

,

/!r

w.w .4 is 375° 0 . Het produktgas wordt nu, nadat de j L.,iL..... :

... . J,..

t-twe~asstromen weer bi j e l k a a r zi j n gekomen in con- 1iV)~.I)~il

densor w.w .5 afgekoeld en gecondenseerd van 170°0

tot 90°0. De vloeistof wordt in vloeistofkoeler w.w .6

verder gekoeld tot 40°0. De vloeistof die onder een

druk staat van 50 atm. zal nu bij 40°0 in de hoge

-drukafscheider een waterstofrijk gas afscheiden, dat

in de verhouding 1:2 via pl u n j e r p o mp P2 wordt terug

-gevoerd naar de persleiding van de compr e s s o r of

wordt ge s p u i d. De vloeistof, die de hogedrukafschei

-der on-der ver laat, wordt on t spannen tot 5 atm. en in

de lagedrukafscheider gev o e r d. Daar wordt een me t ha a n

-rijk gas afgescheiden, ter wi j l de vloeistof afloopt

naar tank T

.

'

-

. , ,.' ,', " ... ..' . ' ,", , \ ,:' .>. :: : .. _. .' , ' './..' " ' ,, . l . ... '.' :.: ' . 1 ' .~ . --. . .~. " , '

,

-';.'

,

.

.\.. c,•• ..:..' .~;, '.''': :.' -j .-", ".~. .''. .,~:

- - ---~~ - - - - ~

verhouding 6:1 terug naar de hGgedrukafscheider met

behulp van plunjerpomp P3 of naar de stabilizer met

behulp van centrifugaalpomp

P4

.

De produktstroom

komt met 40°0 en

5

atm. in de stabilizer. De

sta-bilizer is een ge p a k t e kolom, die de verwijdering

moet bewerkstelligen van de nog steeds aanwezige lichte komponenten in het benzeen-tolueen mengsel,

zoals methaan, ethaan en propaan. De voeding wordt

boven het midden van de kolom ingevoerd. Op de bodem lw>.tJ,A,{,

,.-

-van de kolom wordt warmte gesuppleerd aan een

re-boiler w.w.7, die als windiryen onder in de kolom is

uitgevoerd. De lichte bestanddelen verlaten de kolom over de top bij 40°0 en vormen tezamen met de spui van de hogedrukafscheider en de damp uit de

lagedruk-afscheider het af6as. De produktstroom verlaat de

kolom via de bodem op 45°0 en wordt dan in

warmte-wisselaar w.w.9 opgewarmd tot 79°0. De vloeistof

komt nu in een terrana-treater, een gepakt bed,

waar-van er twee zijn getekend, zodat er steeds een

bui-ten bedrijf kan zijn om ge r e g e n e r e e r d te worden.

Terrana is een zeer aktieve bleekaarde, wat uit het

mo n t mo r i l l o n i e t van Hallertau in Beieren (Duitsland)

gewonnen wordt.Het wordt gefabriceerd door Südchemie.

Het benzeen-tolueen mengsel wordt met terrana

be-handeld om de kleur en de stabiliteit te bevorderen

door verwijdering van sporen onstabiele of

gekleur-de produkten(8).

De klei heeft veelal een speciale zuurbehandeling ondergaan om zijn aktiviteit als absorbens op te

voeren. Dit gebeurt dikwijls bij hogere temperatuur,

tussen 150°0 en 300°0.

De vloeistofstroom wordt vervolgens ontspannen tot

1 atm. en komt met 79°0 tussen de 18e en 1ge

scho-tel in de destillatiekolom. Het topprodukt, 8000,

wat vrijwel zuivere benzeen is wordt gecondenseerd in de totale condensor w.w.10. De refluxverhouding is 5. De warmte voor de kolom wordt toegevoerd in

. t ." ~

.

..

.

,..:.

.

_'\\ .; .-' . ~v-, :':1 :~;.:. •~.J ,:. .,~: ,', ..:' ,, ," " ,: "

"

.

,.... >, Ó -Ó,

,

' '; '1. ,. ",I.: .. " ~.:I ..; , ., :'.. 1, ',1 ,

.

.v;"

-18-de reboiler w.w. 11. Het residue, wat voornamenlijk uit C

8-aroE}aten (44 ge w. %) en bif~nyl (35 gew.%) bestaat, verlaat de kolom via de bodem. Het tolueen verlaat de kolom boven de derde schotel en komt dan in een partiele condensor w.w.12. Hierin wordt de helft van het tolueen ge c o n d e n s e e r d en als vloei-stof teruggevoerd naar tank T_{1 , terwijl de andere}

helft gasvormig blijft en boven de 21e schotel in de kolom wordt gevoerd. De condensor is hiervoor uitgerust met speciale regelapparatuur. Ten eerste een niveaumeter en ten tweede een flowmeter, die het koelwaterniveau in de condensor nauwkeurig kan regelen.

e) Veiligheid.

Bij deze fabriek moet men naast de gebruikelijke veiligheidsvoorschriften, welke in een raffinaderij,

worden toegepast, extra aandacht schenken aan de veiligheid.

Benzeen is giftig, want het wordt opgenome~n vast-gehouden in het beenmerg en tast zodoende de bloed-vorming aan. De maximaal toelaatbare concentratie is voor benzeen 25 ppm.

voor tolueen 100 ppm. voor benzine 500 ppm.

De giftigheid van benzeen is dus 20 maal groter dan die van benzine.

IryVerband hiermee moet men een aantal extra veilig-heidsmaatregelen toepassen:

1. Door tanks met drijvende daken te gebruiken be-schermt men de omgeving tegen giftige stoffen. 2. Het personeel moet aan een regelmatig

bloedon-:d e r z o e k worden onderworpen.

3. Bij het nemen van monsters dient direkt contact met de huid te worden vermeden.

4. Bij het buiten gebruik stellen van onder druk staan-de installaties zal staan-de damp moeten worstaan-den afgela-ten via een gesloafgela-ten systeem.

, I 'j " -;:. .~; L."• s : ,'. .:~ r ." ,I' .,~-: ..l ... .\' "" .;.' .: ,: '

.

.

,' .;fj'.~. \

.

.

..

i•~. .".. : • .!Î,

.

'. ," .•. c-i.l.·'. :" '.:~;:( .-. ': _.:»: .'1", • •. ..~ ':' .:_.... ',-f•. -

.

-19-lIl. Berekeningen en apparatuurgegevens.

Vooraf dient opgemerkt te worden, dat deze fabriek

niet is berekend voor

75.000

ton benzeen per jaar,

I

maar voor

37.500

ton per jaar, daar anders de fabriek

I

al te grote afmetin

gen

zou krijgen.

a) Stof- en warmtebalansen.

Bij de stofbalans worden de volgende afkortingen

gebruikt

:

_C1

=

methaan.

~2

=

ethaan. enz.

B

=

benzeen.

T

=

tolueen.

CS-ar

=

CS-aromaten

.

R

=

residue

.

~~,f>-.6,(_ r..~~ ~t~,

etc-De volgorde van de b

alansen

is in de richting van

de hoofdstroom; de massastromen zijn gegeven in kg/h,

de warmtestromen in kW.

De stofbalans is in tabel I weerge

geven.

Deze

cij-fers werden gevonden uit een berekening gebaseerd

op

. "gegevens

van het Bextol-proces (2)

.

Deze tri

al

-and

-error

berekening houdt in het schatten van be

-paalde hoeveelheden, terwijl daarbij rekening w

ordt

gehouden met bepaalde ge

gevens.

Deze gegevens zijn

:

1

.

Het uitgangsmateriaal en de produkten (2)

.

2

.

De verhouding recycle waterstof-spui

.

3

.

De wasolieverhoudin

g.

De H.D

.A.

x

en L

.D .A .

xX

zijn diverse keren door mid

-del van een evenwichtsdestillatie berekening door

-genomen en de geschatten waarden zijn telkenma.le.weer

veranderd, totdat de

ze

berekeningen met de geschatte

XH

.

_D

•

_A

•

=

ho

gedrukafscheider.

.,-. , ,'" ",ii . ,.'- " • ~I ~,~.' _. i :' -Ó, ; ,': ' ' : '..: ... ..~. .. \.:' '".-} "

-20-hoeveelheden nagenoeg overeenkwamen. Als voorbeeld diene de laatste berekening van de H.D.A . in tabel 11.

~!Hi e r i n zijn de k-waarden van benzeen en tolueen be

-K'

·

rekend uit de dampspanningen k= Pi (1); de andere

/> -,\ k-waarden zij n ge v o n de n in (9) . p

~. ;

\ De verhouding spui tot recycle waterstof is 2.

/ ti

, Fig. 6 is gebruikt om de wasolieverh0uding te be

-I

_'

_'I

_{palen. We verliezen 1,48 ton H}

2/100 t on benzeen of 58 mol/100 mol B.

Als we een druk in de L.D.A . nemen van 5 atm. is dus de wasolieverhouding gelijk aan 6.

Bij de berekening van de st abilizer is aangenomen dat alle C

1,C2 en C

₃

on t wi j k t ; terwijl bij de destilla -tiekolom is aangenomen dat alle benzeen over de top gaat. De kolom is berekend op 99 , 5% benze~n in het destillatieprodukt.

De warmtebalans is weerg e geven in tabel 111. Als temperatuurbasis is aangenomen 400C; de waterstof

en de tolueen worden ook geacht bij 400C het systeem

binnen te treden. De koelwatertemperatuur is aa n-genomen op 200C. De warmteinhoud va n de vo e d i ng i s afkomstig van de warme terugg evoerde tolueen en va n het waterstofgas dat na de derde trap in de compres

-sor niet me e r ge k o e l d wordt.

b) Wa r mt e wi s s e l a a r s .

De warmtewisselaars zijn berekend door t en eerste de benodigde warmte te bepalen m.b.v . fysische sto f

-gegevens (10,11) en daarna een warmteoverdrachts

-coëfficient aan te ne men. Als voorbeeld nemen we de voorwarmer w.w.1 .

·' -. j~'#. ..", .', .' : " : " .: ... ..

r

-,

I - - -- -- - - ---

-

-21-De vloeistof wordt opgewarmd van 95°C tot 108°C.

Hiervoor is per uur aan warmte nodig:

(aantal kgzh x Cp x 11 T

=

aantal kc al/h)

H 2 272,5)( 3,40

=

926 C 1 220,5 l( 0,57

=

126 C 2 66 ~ 0,52

=

34 C 3 27 "0,51

=

14 C4 14

x

0, 50

=

7 C 5 72,5 XO,48

=

35 T 11..257,5 ),0,41

=

4.590 C 8-ar. : 335,5 xO,41

=

137 5.869 x 13

=

76.200 kcal/ho dat is: 76.200 x1 ,163

=

88.500 Natt.

De voorwarmer wordt ge v o e d met stoom van 1300C(zie

fig.8). De stoom condenseert om de buizen; de vloei

-stof stroomt door de buizen. ~e e m een U aan va n

+,o80C. 600 W/m 2 °C . I

°

i

--~

S

too

Wl

~

T1 = 22 oC

~

s

Tl = 28°C . l"?lo°C, ti T 2

=

35 C .m,

Het uitwisselend oppervlak

A= _ _~___ = ~.500_ =

5,25 U)( ti.Tl_•m. 600 )( 28

Uit het uitwisselend oppervlak,

het ge k o z e n type p~jpen en de

vl o e i s t o f s n e l h e i d voor het verkrijgen van een Rey

-noldsgetal groter dan 10.000 is nu de warmtewisse

-laar te berekenen, zowel wat lengte en diameter als aantal passes betreft.

Tuitdiameters zijn te berekenen uit een aanname vo o r

vloeistoi- en ga s s n e l he i d ; in dit geval:

gassnelheid v

=

10 mis ( stoom 130°0 )

vloeistofsnelheid v

=

3

mis (

vloeistof en co n d e n s )

De gegevens betreffende de warmtewisselaars zijn sa

-mengevat in tabel IV. Als koelwatertemperatuu r is

steeds 20°0 genomen.

2 rn.

. ,i

-

22-c) De reakt o r .

De voeding wo rdt boven in de re a k t o r gev oe r d. De

reaktiedruk is 50 at m. De ingangst e mperatuur is 550° C en de uitgangstemp eratuur is naar aanleiding va n

fig.5 . 580°C geno men. Ui t dit t e mperatuursvers chi l

is de reaktiewarmte berekend. Deze is 234 kWatt e

Ui t een informat ie van Shell-Nederland N.V . is b e-kend, dat de space ve lo c i t y bij het Bex t ol -p r o ce s

ligt tussen 0,5 en 1. De space veloci ty

=

~

waa r

-in ~

=

voeding (kg/h) en N is de hoeveelheid kata

-lysator (kg). De reakto r is berekend voor een spa c e

velocity

=

0,5 . ~

=

12.265 kg/h dus N

=

24.520 kg.

Het gemiddelde soortelijk ge wi c h t van de katalysat o r (z i e te r u g ) = 4,08 kg/l. Volume katalysator = 6000 1.

Stel de porosi teit van het bed = 0,4 , dan is het

totale volume van de reaktor

=

10 m

3

.

De afmeting en zijn: hoogte

=

3,0 0 m

di ame t e r 1,45 m.

d) De terrana-treater.

De ze is op deze lfde manier berekend als de re aktor. De sp ac e velocity is 1 genomen. Het soor te lijk ge

-wicht van de terrana is 2,7 kg/l . De afmet ingen zijn :

hoogte

=

3,10 m ; diameter

=

1,25 m.

De temper atu ur is 79°C; de dr uk is 5 atm.

e) Gasafscheiders.

Er zijn twee gasa f sch e i d e r s : de hogedrukaf s c h ei d e r

(H.D .A . ) en de l a g e d r u k a fs c h e i d e r (L.D .A .) . De te m-peratuur in beiden is 40°C. De druk in de R.D .A . is 50 atm. en de druk i n de L.D.A. 5 atm. De doorsnede

van de lagedruka fscheider is berekend door de sti j g-snelheid van de vl o e i s t o f op het ver damp i ngso p p

er-vl a k ge l i j k te stellen aan 3 cm/s ec. De diame te r

werd dan 1,50 m; de hoogte is 4,0 0 m genome n .

-...'

12oo"c..

-2

3-De diameter van de H.D.A. is 1 m en de hoogte 4 m

genomen . In de H.D .A . zi j n nog extra schotels aan

-gebracht om een beter contact te doen plaats vi n den

tussen de wasvl oeistof en de opst ijgende wate r st of .

f) Het fornu is en de stoomketel .

Het uit wis s e l e n d oppervlak en het aanta l bui z en va n

het fo rnuis en de stoomketel zi j n op an a l oge wijz e

berekend als bij de war futewissel a ars. De ge g eve ns

zijn samengev at in t ab el V. Al s voorbeeld zal het

fornuis worden berek e nd (zie fig.

9

.

)

:

0

w = 1345·000

w

;

U :

20 W/m 200 . o ATI = 250 0 __ 7 6.T = 49000 AT2. = 834oe 1.m,

Het uitwissel end opp erv l a k A_--

1

2~2~QQ§_

_{20 490} = 137 _m2_.

t

8o~~

We geb r u ike n bui ze n met inw.

I

1

1

pijpdiam . = 32 mmo De z e hebben

I .

!

2 / ~ 0,1005 m op perv l a k pe r me -t b · ~ . d 137 '1 5S,,'c- er UlS. l!Jr lS US:₀,100 5 ; -. -- -'7" = 1365 m bu is nodig. Pe r se c .

komt er 0, 0 4 m3 gas binne n.

N

e

nemen een sn elh ei d aan

van 5 mjs. Dus een benod igd

o

04 2

op pe rv l ak = ~ 0,008 m •

f ig .9 De bui z e n hebb en een doo r sned e

= 0,08 0 5 dm2. Aantal secties naast elkaar =

§

'~805

= 10.

. . 13 62-. , .

Aa nt a l me t e r s pe r bUlS lS dus :

10

= 136,5 ID.

St e l de buizen zijn 3 m lang, da n

1

3~~

= 45 buizen

bo ven elkaar . De hoogte van de buizen = 45 80 mm =

3,60 m. De diepte = 10 sec t ies 100 mm

=

1 me ter.

De ro o kga s s e n, die ee n temperatuu r va n 8000e he bb e n ,

ga a n naar de raf finaderij om verd er ge brui kt t e

'. .' . ' . '. . . . .~ . '

'j

I

I

-24-g) Destillatiekolo mmen.

Het pr o c e ss ch ema be v a t twee des t i l l a t i e k o l omme n: de

st abiliz er en de be nzeenk o lo m.

In de st a b il i z e r moe te n C

1, C2 en C

3

gescheide n

wor-den van het benzeen-tolueen me ngs e l . De druk hierin is op

5

atm. ge s t e ld, zodat de ga s se n gemakkelijk in het ga s n e t van de raffi naderij op genomen kunnen worden.

Bij de berekening kie z e n we als sleutelcomponenten

C

3

en B. De evenwichtscurve wordt bepaald met behulp

van de relatie v e vl u c h t i g h e d e n van C

3

en B. de desti l

-latie wo r d t nu graf i s c h berekend volgens de Mc Ca b e -Thiele methode. He t resultaat is 2 th e o re t i s c h e scho

-tels; bij een effi oie ncy van 30% worden dit

7

schotels.

Van de benzeenkolom, waar benzeen van tolueen en

tolueen va n residue wordt ge s c h e i d e n, wordt het bov

en-ste deel berekend als een benzeen-tolueen kolom en het onderste de e l als een t ol u e e n- r esi d u e kolom. De druk

) '. i \ in de kolom is 1 atm. ,,- vV

J

'1- J

\1

9

'

/~,{ ~,./ \:;L. I He t bovenste de el : x F= 0,4 1. We nemen aan da t xD= 0,9 9? '

\~

i ~

en x

B

=

0,005 . De evenwichts lijn in fig. 10 is get e ken d

volgens gege v e n s in lito 12. r;'

In het algemeen neemt men de re f l ux

2

,

5

maal de mini

-mumr e f l ux om de destillatie zo economi sch mogelijk te doen zijn (1 3) . De mi n im a l e reflux is hier: 1,37; de reflux zou dus 3,4 mo et en zijn.

N

e

nemen echter een re

-fluxverhouding

=

J~ da a r we zeer zuivere benzeen

willen he b b e n en de kol om ande r s erg hoo; zou worden.

Bij de stabilizer en de tolu een-residue kolom is de refluxverhouding vrijwel niet van belang i .v .b . met het kleine aantal schotels.

]

I', 1 \, " .f: ! I ,J....1 , '.

We vinden volg ens Mc Ca be en Th iel e 16 theoretische

schotels. Bij een efficieny van 40%

~

i j n

er voo r

~...;

het benze en-tolueen de e l der kol o m

t

O

sch o t e l s nodig De voedingsschotel is de

1

g

e pchot e~ van boven.

l,

\

"

.

- -~._---

---

-25-" ... .. .. ..: cc::,: : :1 ..'1i --. .: .: :i.:,!.i,.1:11 '111,'1"'1 '11. '\'1'11 '1'1 1.'[ .. i '• .'.!.'.'. '.rf._{....: .n::;! : "} ·l.",1It' " :.,':.i:I',:;:, "il,: _{,I ..} I

:

:ri

!

~î.. . . . ...1 'I. ;: ..,.1; ~ .. j. !.l ,..L .. :,..~ __. _~: .~. ,_ .. ... ni il l It, 'I _ -_ l~. ._:~.:._ .~~ .~~;'

i::: -- . : ; .: !IIl ttij 'I' _'1111-- i';: t '

:

:'1"

--

.i:--· .. .: . ...:. ....!:-;.' :''-'iI :.. : I :~ ;!1-1 ';\1 'I: .. , I:' .-. --:. " .... , - -" ..

I1 :F-; " I'I:'T" il ,1;- '1[111,,' ... :/ '''cF--' .. . . - - - ' ...· i --11 , ., 11, [I., "1' ' I " :c . . . ' .... -- ..:::i :i:: .. t-OIV" ._ ~.~ !',: ~; ~ : ~, ,-._-<-. .- -••- . ,-- --J. • -: ~ :-+-. ~ • • •~ . j '!;~ ~--: :1 :~-, . .._ _.. _._ i ' : $; .... "lrlT11s;-;_{j:1[lh1l! iC:: :.} ' : ..:te:..: . .. h:;" ,h:.;..tL. -'-ttf+:f;:lt·,l!'h Itl ,..;\1 L _' ,'" "c:: _.--::cc:- .- ....: :-....:: __L,--- -,J~.,.·~ ..-t " ' H . I J TH-f il l r·J·- " r~-' ~-t :-: ï ---- ~-:L. , ..-~11.,.itT11 _-+-'!+ T ~ - - .- . _ - _ . _ . _• • _ • •

~

f' !c;; :l:"u,.:..:::· :.... -- ~;;; :tlf~_{~HI~Id 'li ~i~ '=è:J~ : -::+=: -t~, ~. = ::i;~:::;:±s.:lrr}

;~Irt!::J!+rl"'I' "t; " __ . '-' ._ . ':=1="=;:. '--C: c:=.

~~--=+ _. ~ ~.- ...-.. .<----. ~'M· Ij-· !-+ -++- ,- -_... . - . ·-T . • - ._- •.-. <>-• • • _. ...i---t-:!r.r: l~ _ ,._{-. -} ~~.-..._{. ..:.:: :f.---: :_~}

-_. ~.- -;

-:

:~.~:....

=

-

:~ ::'fi ril ;::!rii' ilIilil.$%'=:::cét...:.:.... ::c:C:: ', ,· .'

-1':':: ,

.

.

jiJ:W:I :; ,ir ::: ... _I".::~

..

_~:.

I ' """ " _.. ., [ ,I, . :;:c lil , ..:) ",: d. p;.;..;.,;.H;' • ,~, ,. ,.• ,'" . .1. ·.;i I !ti , :1:· · .

r ' " ., . "'~I"--;-'" t· I" I:T: ....,.... _{r ..}1 ,I .. • • , '- - .. . ..

.. .,.. . . " I' ' I: I' "I. .. ,.j", I,., • I.::-- . 1 -- --[.; -- ----I ... --I", - '" ·1· ·1' 1

I

_._ : t·:1 : ~, .' !i.!,! i,11!J'! :' :.!! :~-t l, . ' ! . !' ,' .

I 'L~ : :

'1 ....

I 1::! ~ilt !I;'

:-ifi

i:

:;':,

' .

_{...:..:P'.·. ·,' ./1... .}'·:f·~ : I

..

1 I

: : i ,

1 I :,1'tli l I :: ·· _{1 ' 1 "} - .--.'r;cc- - ' - . . - -- . .,T'ïT _{TTIt: I~·I'1"i r-:-' ·~ r----;-·} ...:..:-f·cc f----:----J,. - - -- ' '''''7 ' -. _{,- _·_ ~-c--_·,t·-:-'1 _ ...} : '!;I . . . . " 1i ~ 11: Ii~- I!'J1J : , : . • ··1 . I .. T I ' I I I 1I!I ;I1 ·1· I [l . ! I !

I

:::

;11' .[1,.. :,; :1" :' " _{:. .": :}

'

J' .

...:....i , ' '" '," 'I

1"'!'

I

I

! .I :: . .; :I] \I 1 ' . . .:I .1:r: ..L . . I: . i 1,1, . I" ' • , • ,. . _ ...._- . _ ._; ':-'-){ { , iiljl;M: 1

'_{'' '. r~I ~·''':i :-'' ' -++ '- -- ~'r--c:~-}

_'n;lr;1

_!

_{;;; ,"}

_--

_....-

_{._}

_-

_·

_-t--r'i

l -·-t----+.,... ;.Ol( 1 " I ,I I • • ' . ' • , - . , ••1.I " :1 I . " . .

:

'

,

..

I

i / :!,!I IiIIi

I

r'

r

1

_{I I i,'! iii II1} I i'! I , j'- - ':""':''''':,

--·l-

---',

_{li'-<Î! "1' :111 :f1 ':: ,..} I ' _{,I :;:1} 11. ; : ; : ; :, .+C.,-+.,.:..:.t----'E+·-=t:-:-:-J ,_. I l i Ii" I.:' t., : .. _{,I I} . 1'I;IiI ' ....

I . ;

_i

_'

11: : .'1111,[;111111' .::1:' '.1..: _{,. 'lil 1'1 1I1 '111 'l'I,illl'l}

:

;_{.. I}.L__.:...:..:._. . _. .--=-+..:..;._{/ :11}::

'!ii

·~ Uj.;_lij'

:Iir

:1I i1 :11 ,!: 'i: ·· ' i:: · -- " ; I" 'ï 11 1 , , ' _~ .

illl

!::I

I~:,

i

:il;;

T

.

' :

_{,i:~ lil111i:' I!I:'!;;, ," ...-}

'-.-+.-1--'-+---.---l.I---'---+-;·i-l:

-

-26-De evenwicht s lij n van de tolu e e n - res i d ue kolom is

berekend met de relatiev e vluchtighed e n. Er blijkt

dan sl e chts 1 theor et isc he sch o te l nodig t e zijn.

Bi j een effic i ency van 30% komt me n dan op 3 schotels.

De dia met er en de hoo g te van de kol ommen zijn

bere-ke nd m.b.v. de in de l itteratu u r vermelde gegev e n s .

Zie voor de samenvat t i n g tabel VI. Ee n warmteb alans

_,

over een destilla tiekolom l ev ert het aa ntal Na t t s,

dat aan de reboiler moet worden toegevoe gd.

h) Tank s, pompen en de compre s s o r .

De geg e ve n s van de t ank s en de pompen zijn sa

menge-vat i n de tab e l l e n VII en VII I .

De compressor is een dri et r ap s Clark Mu l t i -S t ag e

Standard Compre ss o r No

5

;

diamet e r waaiers

=

1,03 m;

dia m. inla at pi j p

=

0,90 m; diam . uitlaatpij p

=

0,60 m;

totale le n gt e = 2, 50 m; totale hoogte = 2,00

m

.

De compres sor bevat twee koe l se c t ies .

i) Cons t r uc t iem a te r ial en .

Bi j di t pr o c e s he bb e n we t e maken me t een eventuele

wat erstofcorrosie bij hoge t e mper atu ur en druk.

Het ligt daaro m voor de ha nd de bu i z en van w.w.4,

de buizen va n het fo r n u i s , de reakt o r en de stoo

m-ke t el uit te voeren met een Cr/Mo gel ege e rd staal.

Men kan hie r v oo r nemen V13F.

De overige appara ten kunn en van normaal

constructie-staal worden verv a ardi g d.

Voor ee n gede ta i l le e rde be s c h o u wi ng over de w

ater-stofcorrosie zi e Ule n het colle gedictaat: Hy d r og e n e r e n