Isomerisatie van butaan volgens het "shell liquid phase process"

isomerisatia van butaRn

"SHELL LI'iUID FHASE nt0(~ES .. ,'·' j . ~,'[e,)'l:r

~.

INHOUD

INLEIDING. pag. 1.

ALGEIvlENE BESPREKING VAN DE BESTAANDE PROCESSEN. pag. 1.

VERGELYKING VAN GAS- EN VLOEISTOF- FRASE PROCESSEN. pag.

3

.

DE KATALYSATOR. HET A1C_{13 -} KOOLWNrERSmOF DE VL:EDING. DE REACTIE CONDITIES. DE INSTALLATIE. CONSTRUCTIE MATERIALEN. WiliTERIAAL-BALANS. WARMTE-BALANS. BYLAGE BEREKENINGhEN UITGEVOERD pag. COMPLEX. pag. pag. pag. pag. pag. pag. pag. AAN DE DROGERS

5

.

6. 6.

7

.

8. 11. 11. 14.

~--- - -

-'\

pag. 1.

INLEIDING

Het isomeriseren van n-butaan tot iso-butaan heeft~vooral in de laatste wereldoorlog₄ een grote vlucht genomen. Dit vond z~n oorzaak in het feit dat het iso-butaan een grondstof is voor het vervaardigen van benzine met een hoog octaangehalte. Deze benzine wordt gebruikt

voor vliegtuigen. Daar er tegenwoordig ook dit soort benzine voor het wegverkeer wordt gebruikt is de vraag naar iso-buttan zeker niet afgenomen. Een goed bewijs hiervoor is het feit dat er plannen zijn om een grote alkyleringsinstallatie,met een capaciteit van ongeveer

150 000 ton per jaar, in Pernis te bouwen.

ALGEMENE BESPREKING VAN DE BESTA.;,.NDE PROCESSEN

Er bestaan op het ogenblik

5

processen voor het isomeriseren van

butaan. Al deze processen gebruiken dezelfde katalysator; nl. AICl_d Als promotor wordt droog HCl-gas gebruikt. Deze processen z~n:

1. Shel1 Vapor Phase proces

2. Anglo ~ersey proces

3. U.O.P. proces

4. Het proces van de St. Oil

5.

Shell Liquid Phase proces

(Daar deze processen niet onder specifieke namen bekend staan worden

z~ meestal aangeduid met de naam van de maatschapp~ die het proces

gebruikt~

Deze processen zullen nu even kort nagegaan worden. Shell Vapor Phase.

Het gasvormige otltaan wordt samen met het benodigde HCl gas

in de reactor gevoerd. Deze reactor is gevuld met de vaste katalysator. Daar de activiteit van de katalysator afneemt

m"t~e reactietemperatuur en het gehalte aan HCl in de voeding regelmatig verhoogd worden. Na verloop van t~d is

het echter noodzakelijk om de katalysator te vernieuwen. Het AgIo Jersey proces.

Dit proces werkt ook in de gasphase. De reactor is gevuld met bauxiet. Het AlC1₃ wordt in dampvorm gelijk met de voe-ding toegevoerd. Dit AICIJ slaat nu neer op het bauxiet.

Op deze manier wordt de activiteit van de katalysator vr~

behoorl~k constant gehouden; hoewel het toch noodzakel~k

~--- - -

-f

t

pag. 2. Het U.O.P. process.

In tegenstelling met de beide voorgaande processen wordt hier met vloeibare voeding gewerkt. B~ diD proces wordt een complex, gevormd uit AIOI.) en hogere koolwaterstoffen,als katalysator gebruikt. Dit complex ontstaat uit nevenreacties b~ de isomerisatie. Om dit te bereiken wordt een gedeelte van de voeding met AIC1₃ verzadigd. Deze

z~stroom wordt samen met de hoofdstroom en het benodigde HOI in de reactor gevoerd. De reactor is gevuld met brokken kwarts waarop zich het complex afzet. In dit complex lost het AIC1₃uit de voeding op~

Op deze wijze wordt een constante activiteit van de katalysator ver-kregen. Dit complex dat een dikke stroop is, vloeit langzaam naar beneden en verliest daarb~ steeds meer AI01₃ en hiermede z~n activitei'

als katal~sator. Het uitgewerkte complex wordt onder uit de reactor afgetapt.

Er moet nog op gewezen worden dat dit complex vr~wel onoplosbaar is in à..e voeding.

Het proce,s van de St. Oil.

Hier wordt ook het AI01₃-koolwaterstof complex als katalysatoD ge-bruikt. Men laat hier het vloeibare butaan~samen met HCl~in fijn ver-deelde toestand door het complex opstijgen.

Het Shell Liquid Phase process

B~ dit proces wordt een oplossing van AICl~ in gesmolten SbCI~als

katalysator gebruikt. In de reactor wordt de vloeibare voeding,samen met het benodigde HCIJmet de vloeibare katalysator goed gemengd. Daar ook bij dit proces er het complex uit AIClj en koolwaterstoffen

gevormd wordt en dit de activiteit van de katalysator verminder;(, is er van de onoplosbaarheid van dit complex in de voeding gebruik ge-maakt om de katalysator voortdurend te reinigen. Om dit ui~~oeren wordt een stroom katalysator uit de reactor afgetapt en uitgewassen met de voeding • Het AIC1₄ en SbCl~ dat niet in het complex gebonden is lossen op in de voeding. Uit de bodem van de waskolom wordt het complex afgetapt.

Uit het voorgaande bl~kt dat de isomerisatie-processen in twee groe-pen verdeeld kunnen worden: nl. de gasphase en de vloeistof- phase processen. Om dus een keuze te make~ welk proces gebruikt zal worden zal er dus een vergelijking van de voor-en nadelen van beide soorten processen gemaakt moeten worden.

-._ ,

-pag.

3.

VERGELYKING _ VAN GAS' -EN VLOEIS'rOF- PH!SE PROCESSEN

Daar er b~ de selectie van een proces, in eerste instantie een keuze gemaakt moet worden tussen de gas- en vloeistof-phase processen, is

het misschien het beste om de beide methoden van de 8hell mett elkaar

te vergel~ken. Niet alleen z~n deze twee processen dus b~ dezelfdef'liM4

in gebruik;ook zijn er in de literatuur vergel~kingen tussen de beide

processen gemaakt.

Toen het Liquid Phase proces in de laatste oorlog ontwikkeld werd, leek het er op dat dit proces het gasphase proces misschien zou

kun-nen verdringen. Door echter het laatste te verbeteren is men er in

geslaagd dit proces weer vergel~kbaar te maken met het Liquid Phase.

Om de beide processen goed te vergel~ken is het misschien wensel~k

om ee~t nog eens de verwerking iets uitgebreider na te gaan.

1. Het Gas Phase proces. ( zie fig.;' ).

De voeding wordt eerst gedroogdj~ daarna verdampt en met H

Cl-gas gemengd. De voeding wordt nu iB de reactor gevoerd. Meestal

heeft men enige reactoren parallel geschakeld. Er kan hier nog

even op gewezen worden dat de vermindering in activiteit van de katalysator uie optreedt, het gevolg is van de vorming van

het reeds eerder genoemde AIC1₃ -koolwaterstoffen complex.

Het reactorproduct wordt eerst door een kolom, die gevuld is

met bauxiet, gevoerd. Op dit bauxiet slaat het,eventueel

mee-gevoerde, AICl~neer, wat anders elders moeilijkheden door verstop

pingen zou kunnen geven. Hierna wordt de gasstroom g econden-seerd en opgevangen in een buffervat. Op dit buffervat staat

een kleine gepakte kolom waardoor de,niet condenseerbare) lagere

koolwaterstoffen worden afgeblazen. Om te voorkomen dat hierb~

ook HCltverloren gaat, laat men een gedeelte van het HCl vr~e

product hier als absorptie-middel doorstromen.

Vanuit het buffervat wordt het product naar een stripper ge

-voerd, waar het HCl uit het product verwijderd wordt. Het HCl wordt weer teruggevoerd in het proces.

Na' de stripper is het soms nog wensel~k om het product te wassen

met een verdunde loogoplossing om de laatste resten Hel en AIC~ nog te verw~deren.

2. Het Liquid Phase proces. (zie fig. l ) .

B~ dit proces wordt de voeding ook eerst gedroogd. Na droging wordt de vloeistof opgewarmd tot ongeveer de reactietemperatuur.

Çj

•

~

-pag. 4.

De voeding wordt nu door een waskolom gevoerd. Door deze kolom

stroomt een, uit de reactor afgetapte, hoeveelheid katalysator in

tegenstroom met d.e voeding. Van deze katal~/sator stroom gaat nu alles

behalve het A1Cl.3 -koolwaterstofcomplex in oplossing. Dit complex, dat

ook eventuele andere verontreinigingen bevat, wordt onder uit de

was-kolom afgetapt. Door deze continue reiniging van de katalysator wordt

verkregen dat deze z~n activiteit behoudt.

Na de waskolom wordt de voeding gemengd met HCl en in de reactor

gevoerd. Deze reactor bestaat uit een groot vat voorzien van een roe~

werk. Na de reactor bevat het isomerisaat een hoeveelheid opgeloste

katalysator. Deze katalysator wordt verw~derd door eenvoudig te

des-tilleren. De gasvormige ~opproducten van deze katalysator verw~dering

worden gecondenseerd. De verdere verwerking van het isomerisaat is

gelijk a-:-\n die beschreven bij het gasphase proces na condensatie van

het isomerisaat aldaar.

Bij de ontwikkeling van het Liquid Phase process v'erd verwacht dat er

b~ deze methode de volgende voordelen verkregen zouden worden:

1. Een hogere conversie per doorvoering.

2. Gemakkel~ker te hanteren katalysator.

3. Kleinere apparatuur.

Een ruwe schatting van de kosten voor een Liquid Phase ~nstallatie

met een geltke capaciteit als een Vapor Phase proces leverde het

vol-gende op:

Kapitaals kosten 0,69 van die voor de Vapor Phase.

Productie kosten 0,73 ft ft ft tI "

Maar sedert dien is er veel verbeceri(.aan het Vapor Phase proces. Al

deze verbeteringen hebben er toe geleid dat er tegenwoordig financieel

nog maar een gering verschil is tussen de beide processen. De volgende

tabel geeft dit duidel~k aan.(Voofr 1000 bbl~~

~

v:

a.l2-Or __ Pl1ase ~p 1.475.000) Liquid Phase $ 1.375.000') Benodigd kapitaal

Productie kosten ,é/bbl

'IIh!

u~~

{ 1. Hulpstoffen ed. (bv. Stoom)

\ 2. Chemicaliën 9,10 7,61 8,67 8,98 f ~. Oper 22,17 20,57 • Onderhoud 8,37 10,13 \

\ 5. Verze_~~~ingen, belastingen etc • 36,41 34,43

84,71 81,72

. . ~0ota8l ',é / bbl.

~l'/vlOC-\1(..,

1-<-I

"

I

L

pag. 5.

Uit het voorgaande volgt dat op economisch gebied er we~n~g invloed op een eventuele keus uitgeoefend zal worden. De keus zal dus door de voor en na- delen van de processen zelf. Als m men deze nagaat·

dan bl~kt het,dat het Liquid Phase proces enkele grote voordelen

bezit. Deze zijn:

1. Het proces is minder gevoelig voor verontreinigingen in de

vo~ding.

2. Een hogere en constante conversie.

~

3.

Zonder grote veranderingen ook te gebruiken voor de

isomeri-satie van pentaan.

Een nadeel van het Liquid Phase proces is: dat het AIC13-koolwater~

stof complex zeer corrosief is • Daar dit complex vervoerd wordt door

een gedeelte van de installatie) is de kans op lekkages groot. In de

pract~k is dit dan ook voorgekomen. Dit nadeel weegt echter m.i. niet

op tegen de voordelen van het procesjzodat hier de keus ten gunste

van het Liquid Phase proces valt ~ lvJ- I7f /..-...-1 >~

L-:

.Y.-I.I

fC/Ck/

•

Daar een goede vergel~king tussen dit proces en de andere processen die in de vloeistof-phase werken, niet goed mogenl~k is en dus een

gefundeerde keus niet gema'lkt kan worden , zal dit achterwege gelaten

moeten worden.

, Hierb~ moet nog de opmerking gemaakt worden dat het gekozen proces

m.i. enkele zeer aardige facetten he?ft;die een behandeling ervan zeker rechtvaardigen.

Dil KATALYSATOR

Zoals reeds eerder is vermeld, bestaat de katalysator uit een ~JlIJXI

oplossing van AICI.,3 in gesmolten SbCI...3. Het SbCI.,3 t dat hier dus als

~r

voor de katalysator dient, heeft het voordeel dat het weinig

I..,

~~_nie't ~~t met lagere koolwaterstoffen.

I Men he0'ft hier te maken met een eenvoudig v2:.:>~istof ,-:. vast systeem.

~I>;' • ~ Er zijn geen verbindingen gevonden. Voor het gebied waarin gewerkt

- ~J

~~){ wordt is in fig.~een smeltpunt-concentratie grafiek gegeven. Uit deze grafiek volgt dat er b~ l53 uF een eutecticum is. De AIC13

concen-tratie is dan 7,5 gew%.

Voor de isomerisatie van hutaan wordt gewerkt met Oplossingen die

8- 12 gew.

%.

AIC1₃ bevatten.

De katalysator heeft, b~ de condities waaronder gewerkt wOrdt,een dichtheid en een viscositeit die, allebwee, ongeveer 2ix zogroot z~n

als die van water

b

D

atmosferische omstandigheden. Door deze vr~

J.

L

[A.r

~ k-~~

f lf'W' (u.- J..t.----rf v,..-·

.,.J !~

---~,

pag. 6.

lage viscositeit wordt het transporteren van de katalysator zeer

ver-gemakkel~kt. De grote dichtheid heeft tot gevolg dat de emulsies in

de reactor zDch snel afzetten. Dit laatste heeft tot gevolg dat er geen aparte afscheider nodig is. Dit probleem wordt nog besproken bij de beschouwing van de reactor.

HET AICI.-KOOLWATERSTOF CO~w~t

Zoals reeds eerder vermeld is, ontstaat er in àe reactor een complex

van AICI~ en hogere koolwaterstoffen. Deze hogere koolwaterstoffen

worden uit nevenreacties gevormd. Bij de heersende temperatuur in de reactor zijn deze stoffen niet stabiel en er treedt kraking op. Het

schijnen vooral deze krakingsproducten te zijn die tot complex vorming aanleiding geven.

Dit complex is taai vloeibaar en in elke hoeveelheid oplosbaar in

de katalysator. Om nu de katalysator te zuiveren wordt gebruik

ge-maakt van de onoplosbaarheid van het complex in butaan. De

oplosbaar-heden van SbCI~ ~n AICl~in butaan zijn gegeven in fig.~ •

Uit het afgescheiden complex kan me~ het AICI~z~1 als de

koolwater-stoffen weer terugwinnen. Daar de hoeveelheid complex te klein is) om de terugwinning van het AICl₃ lonend te maken~wordt dit niet gedaan.

Om de koolwaterstoffen terug te winnen wordt het complex met water

gehydrolyseerd. De afgescheiden la3.g koolwaterstoffen wordt naar een

opslagtank gepompt.

Tot slot moet er op gewezen worden dat het complex zeer corrosief is.

Het SbCl~schijnt wel deze corrosiviteit iets te drukken, maar het is toch noodzakelijk gebleken om alle p~pleidingen en vaten die met de

katalysator in conta,pt komen te bekleden of geheel te vervaardigen

uit nikkel of Hasta oy. De keuze van materialen wordt later nog

be-sproken.

DB

-_

VOEDI

.

_

-

NG

De voeding wordt meestal verkregen uit diverse delen van de raffina-derij. Enkele belangrijke bronnen voor de butaanvoeding zijn de

alky-latie en de stabilisatie van benzine.

Hoewel het proces vr~ veel verontreinigingen kan verdragen is het

toch wenselijk om na te gaan hoeveel er van een verontreiniging aan-wezmg mag zijn voordat deze grote invloed gaat krijgen.

1. water.

De voeding mag zogoed als geen water bevatten. Ten eerste

pag.

7.

en verder kan water in de installatie samen met het Hel aanleiding

geven tot Jcorrosie.

De maximaal toelaatbare hoeveelheid water is gesteld op 6,001 kg. per kg. voeding.

2. Onverzadigde koolwaterstoffen.

De voedingen uit bovengenoemde bronnen bevatten meestal geen olefiner Deze olefinen geven aanleiding tot de vorming van het reeds eerder

genoemde complex.

Voor een goed functioneren van de installatie mag de voeding niet meE meer dan 0,1 gew.

%

aan olefinen bevatten.

3.

Zwavelverbindingen.

C,I' , • Deze reageren q~an.!ï~t~tief met AlCl.a • Daar vooral de voeding uit

J

...

de benz~ne stabilisatie z. wavel kan bevatten, is he~ r,wense~ijk om deze

... /~ te verW'lJderen door ~e wassen met loog. ,t~, \,."CUd LU))"

Een voeding die 0,02 gew.

%

zwavel bevat, kan nog goed geisomeriseerë worden , z~ het dan met een hoog verbruik aan katalysator. ,~

4. Hogere koolwaterstoffen. :,..

1\"

t1 ,l \

t.\, ;'.

t \~ De invloed hiervan is reeds besproken bij het complex.

DE REACTIE CONDITIES.

~~'1,

Het is geblekenVdat de de condities waaronder het proces verloopt,

\,'.'

L

sterk van elkaar afhankelijk zijn. Daar D.]( deze invloeden elkaar

1,

vaak compenseren is het proces vrij flexibel. De variabelen zullen nu afzonderl~k besproken worden.

1. Temperatuur. (Zie fig.ó )

De tempetaruur is gebonden aan twee grenzen: nl. het stolpunt van de katalijsator en die temperatuur waarboven er teveel kra-king optreedt Voor normale

_-

_{._.- -} gevallen liggen deze grenzen bij

. - - ~

153 OF en 205 7.

Wordt in dit

temper

a

tuur

~g

e

b

ied

de temperatuur verhoogd;dan heeft dit t ot gevolg dat er een verhoogde omzetting optreedt. (N.B. TenzijVvermeld zijn de veranderingen van een variabele

gedaan met constant houden van de andere condities.) 2. AlCl,..3 concentratie. (zie fig.!, )

Deze factor heeft grote invloed op de opbrengst en de omzet-ting. De concentratie van het AICI_J wordt echter weer b eper-kingen opgelegd door het smeltpunt van de katalysator (fig.r ) Het een en ander heeft tot gevolg dat de maximum c~ncentratie

van het AlC1₄ 13

%

kan zijn en dat het niet mogelijk is om met willekeurig hoge concentraties en lage temperaturen te werken. Uit fig.! volgt dat een verhoging van het ÀlC~ gehalte een

L

verhoogde omzetting tot gevolg heeft. Er moet hierbij op g ewe-zen worden dat ~ deze gegevens op vrij actief AlC~gebaseerd

-:c-'

t"

~~, ó~!.tl·" ,(}L~ ... k ~ ~~.c,;:.~

v'-~L':.\,

cel d.tl I \uHj ( f\ i..,

~ ~

C(~'-'-\ .

-')\~G ~ I\~f 't(\),.J.J ~ ,~1/\"/.

. el",: rl .

\0(

~t.l\.,,)l..,.~

LtH (, \

dL

h

\-

,l 0ifJ C\-JV'

i"

M

. .... 0 l . I. ?

'-p:lPf'1'2. '/J ~'''77~ ~

'7

~A/~~ /~ ~ ~,/:7 /

~OI1t-~PK./"""" ~~

.ç"iJ777:7~" ~'7~

F'l "?'

.l--t7/-;Z7~

7??n

~

/''7./-ne?

~ /77»W,'"H~

~ L,'Y'~

?7

~.:?

~ ~~

/,?P

/.7-?/~

'/-:11'~ ,~.na

~~

~

'?

r~

7"'7"

~

IE?'

/7'xo-7""'y-H?7-0

/;

r

"---'

/~/

;.'"

~

'A7777~

"6

7~~n.-

'?'~I'7~P

r

~ ~

f,i

.l

-z?7--7

~

/

,~~Pn/

/

7?'

~~ ':7?7~~?

~ó7

7/4

n/

/.?~

/'~~ /-y,c

;op

~

#71'

~

Y.Jt-H~ ~;rp7/,}>Y

.~

:70

,,~,,~~

r;7f7/~ /~,-t

~ ~

/,,~

'~/-r.l~

~"H7

~ /??:lt,,~

./'

~7'~

~~ ~

7

~/~i1

~

/h~ ~

/17

/7 -

--~

H?"

-7·7*?-'

(E'

/1~/ ~,~~

~/~ ~

~ ~~?

77.önl-r

.1~~()

/PZ~IH'

//~r

.ü?/7

77 ?;L

r

~ ~

(L,~J~

~ 7~

~~

--n-

~ ~

7/""

L

7

~~

;/ -- Py-

~

7~~~

~

,~/f/~

l1eJ

~/17~ ~.~,~

/~

~tr~~'

I

r

r./7~?//.? ~

17~ ~

P;

~pH-

37:7????>--7.7

~

/?y

~

-!;~ ?~7

7,r

7?T/-?t/

?.1/Y

/?:

~ ~

P?'"

/71""

~

.J~ ~

I.. .

..- 7'"

._/~

'"')'

/y

.

~7~7:7?+

~

"?-~,/-/-7~

~ ~~

~'pJ?;U/i ~'7

-~

y

3~ ~

'lr~

/7

~

/

l1,,/,~lliJ

;3

7~ 'r,~77

.f-:v:r

~ ~

/tr /;/

/. '7 /

/~./7?J'

~.I~7'

7~jV ~l~;nI

,~J'_(J

%

/-H~7 ~

"0

4~777

/P/T

/7

'H-??~ L.",17~

,P)'./

7~

7/?J~77

~ ~'7.~

/7-/·7/

.

~//~

J.7-'7

'b:4y_7 77 7

/,H-f-o

~4~

"H./ZO

~4-717/

~

'7.77

71

/?~

/~r

Ol h

d

.#rJ,J

/7','1

J-nfl)(T7?::J ~

~/

X'

---

!l(-

.~

'J?1

~ ~

r;;"H-T7rJJ

'7~,e-

~

~:1t:1f~cJlo~

.

_

~./:n/?r-M 4~

~/r,~~ ~

/p=u7P"

l~/py

-.../'~

7p

~-P~I ~

~

~/.:1

~ ~?'

/.;-?~ ~?

~

r.r;p

~

H"V"P /47;7.

~ ~

-?.p-

4

,,~:/

//~

"'/7

l'y~."P ~n~

/'

~

I

)'7:7 ·:7 ~rnup,7 ~

/r

/-?J

~ ~ ~ .l~'7r ~

<7-6

~

.~ ~

~ /f'?~

'H--r'r

~

~~ ~

/~

I',P-?-IJP

-r

~~

77

r)!!-~~

.h·

7r

;:-/77-?P

Hrr Pf

t1"t)

-/~/,r"'-'

/?<?7

Jn

'i 7 H? /ry7 -11

~

J

y

? rTf:; ' H h '1+? 7 ' ~ ~ uy~??n ~ "~:P

/?-nr~"""'

;11Jl

~

/77;J~

/,.'eJ

,p~.,.f

07/

/;'?-.rP~

h.

y

/?.'7?-TUP~77-n

??

/

-7~ ~r77n

~

;f-P;r

~~

'

/

~~

~

" »n-

?rtJ/

Z~-'HYt~~

·t"r"'u-

/"J?"-U~

7"

~-P/f??~~

*r

4:HM

~LJ~ 7~~/

H7 r

~~

.#

~.'?'J

.

/~

')t/

ÎP/

//7,,~m---r~rl

/4~r /~

/p

j/:

/,?-j

~7':

»77

'P

~ /..,,~

r:/,? /, '/

4-7

~~

H??-Pr

~7'

!Y

•

~7~~ ~L~

"4r

r---~

-...

~~~

/7

"?'

/'7'

r""

r

f/k:

7'~ ~'Jf

0/

~'7~/'

~

H??-

d~

~

J17

~

-~

~

/7 7/ -7

~

/7"--7

/~

7-??Y

~ ~

+y

-1171.1

"7 Y

J---?-~ J---?-~'.l'r;Jy

77Y7'p~

?

?,~

? -7: ç

/7

7

-7-Md

/717

~.P-7

7PrN --.-,'~ -n--~

7--?7/ln-Y7~r ~ '1-'

H-?:JP

'/;7,f'

/7'

~

~./?~ 7~h~~-;:f

~ ~~:7

~/r

h":1g'

-r~7.f,rp~

~/r-~ /~/r-~

/~nppnl ~

/,1/7

(U4AIk?~

?p~/71

H-?1r

~// ?;y~

~ ~r

/,P:u rn

/7'"/

~7~

/;7/7

c;J;-;h7

4~ /~

~/~~

Y

Iq(/'

·~:rr/;.ç;

'j7~7?7/'71U?7P

r?

r

Yl

7rr

/.~ ~

;rnP7/

7';~

~ ~.;h7/.7

~J:-

77-p-7hl

~?

'

~

~.,p~ 7h~r?p-#-~/

n-?Y~ ~//'/~

r-?·7,77n

~

'

~~.:>e;

;/7

~

7/

/

~ #~

n-n-~

/r"

/~

1kIM---W~~7

.'

~ /?.vn~~71'

~ ,P~?,/70

./

7777P

1~6?P"Y

/T

/77:l"~

7-"7'7>'H?/T

~77/'47'"Y ~

~ ~rl,"

~

r

~

~/~ ~

4r,rr

r

H-7.t~

.

~ ~/~

h,'

/

~ 4-n~

,~r

L~ ~--rr

/~

/r»7/J/~

~"'.1?:Yr'

rn-

r H?

-~ ~~

Ç7/

~7";1~

o/'}'/7'~

",(~~

~

r;1l.,,n'

~~J?~7 7~I"~rr

'

u,e<?

/7

/~PP?

~?:1P

r

~ ~./-01~

7"

7'.I'-7?/~ ~?7P/-?

I

\ ,\

"

.

"

:;{/f'

/~.~./ry-.J/J.

-7

07

-~ %

'

;;'~ç.

'

~~

L)," \'\-1 ' ;;::;;;'; ''' ~ -;.;;;;? -'"'' N;; ---~ '~? ~~ ~ ~ ~ ~u

-~

/77'7~r-7"7 7

#7.??

~

/.-.;,~r

~.P-~

/,7'''77r,?-7.,.,r./~~t?1J-:Y ~ ~ ~J7/~F '

7

/./?U?"~

/7

~ :i

~zne:

/7

?--/~;?4

~ /~

/

:'~

/7~

/

.~~

/0

:,

-.;>p~-/

9 07

~

/~.k7~

//e'

'~-?7/~I'~

7:

.

r/

~ <.~

/h'7?

~

I,

/ Ir

H7?~-n;--~

7"7?/"

.~P'Y

~:7

~ /7~

~

/d7P

I'

I:

;'1 'I "' !' V

pag. 8.

z~n. In de prakt~k is alt~d een gedeelte van het AICI~ als complex

gebonden. Om een goede omzetting te behouden moet het gehalte aan

complex beneden 3

%

gehouden worden\ lDit laatste kan men regelen

_..

door de hoeveelheid katalysator die uitgewassen wordt te varieren.

3.

De HCI concentratie. (zie fig.

t9 )

~ Uit fig.~volgt dat een verhoging van het HCl gehalte tot 5 gew.

%

\ gunstig is. Een verdere verhoging heeft weinig zin meer omdat de

toe-\ name van de omzetting sterk verminderd.

i

I

I

~~\

(

4. Contacttijd. (zie fig.5 )

In het algemeen is gebleken dat er b~ een hogere temperatuur of AICl₄

concentratie een kortere vontacttDd nodig is om eenzelfde omzetting

te verkr~gen.

Verder wordt de contactt~d nog bepaald door de mate ~rn mengfing die

in de reactor wordt ber~kt; d.w.z. hoe goed is de ro~er.

5.

De volumeverhouding katalysator- koolwaterstoffen in de reactor.

Deze invloed is gegeven in fig./o • Tot op zekere hoogte worden de

veranderingen in deze verhouding gecompenseerd door de wederz~dse

verandering van verbl~ft~d in de reactor.

6. De mate van menging in de reactor.

Om een optimale omzetting te kr~gen is een goede menging tussen de

voeding en de katalysator vereist. Door het grote verschil in

dicht-heid tussen de katalysator en de voeding moet men dus een ~o~~ roer

-werk hebben, want de emulsies hebben een zeer korte t~d nodig om

zich te ontmengen. Een gunstige factor hierb~ is de wederz~dse oplo&B

baarheid van de beide componenten.

DE INSTALLATIE

Hoewel het proces reeds in grote trekken beschreven is, is het toch

noodzakel~k om de hele installatie hier nog eens in details na te

gaan.

Daar de voeding, indien deze uit opslagtanks komt, vr~wel alt~d

ver-zadigd zal z~n met water; moet men deze dus eerst drogen. Als drogerE

worden kolommen gevuld met AI~OJ gebruikt. Het AI~OJis gekozen~omdat

deze stof zeer goede droogeigenschappen heeft, gemakkel~k te

regene-/ ' -'? ren is en bovendien een lange levensdtlur bezit.

De gedroogde voeding wordt nu tot omstreeks de reactie temperatuur

opgewarmd. Deze verwarmde voeding wordt nu in de "kat alysator wa

s-kolomtl _{(Cat scrubber) geleidt. Deze kolom is voorzien van een zg.}

- l

.

"disk and doughnut" vulling. Dit zijn een soort showerde~s met

af-wisselend de vorm van een ring of een schijf. In tegenstroom met

de koolwat erstoffen loopt een,uit de bodem van de laatste reactor

.

.

:, y.'"

,.

\ ",f

~. - -~ - - -

-pag.

9.

afgetapte, stroom van het katalysator mengsel. Daar de grootte van

deze katalysator stroom bepaald wordt door de hoeveelheid complex

die in de reactor gevormd wordt en daar deze stroom nooit erg groot is ; kan er volstaan worden met een kleine doseerpomp voor het trans-port van deze stroQ~.

Na de waskolom wordt het HCl aan de voeding toegevoegd. Deze HCl komt uit de "stripper" waarin het HCI van het isomerisaat gescheiden wordt. De druk in de "stripper wordt hoger gehouden dan de druk in de rest van de installatie zodat er geen pomp nodig is om het HCl te transporteren.

In de reactoren wordt de voeding,_, goed gemengd met de katalysator d.m.v. mechanische roerders. In het begin werd gewerkt met één

reac-. ,~ tor, maar uit onderzoekingen is gebleken dat, door _!let splitsen van

~ I. t~ deze reactor in ee? _ ~~~al _~~~~ner~_~_~_~p. __ .9.ej;er~_ om~.et:!Ling

verkre-gen we~. Op deze manier schijnt~het ~ve~wicht beter benaderd te

~~~. worden. Uit de onde~zo~kin~en is gebleken dat drie reactoren het

/~ best zijn; het toepassen van meer reactoren zal geen lonende

verbete-")

ring meer geven. ..-:" ,

Voor het roerwerk is relatief weinig 'energie nodig om een goede

menging te verkr~gen. Uit de pract~k is gebleken dat men kan volstaan met ca. 0,1 Pk. per kubieke Foot inhoud.

De isomerisatie reactie is exotherm en wel ~ 44 BTU. per pound, ge-vormd isobutaan. De temperatuur in de reactoren regelt men door de

temperatuur in de voeding-opwarmer te regelen. Het

temperatuurs-verschil tussen de opgewarmde voeding en de reactoren is e en goede indicatie hoe de reactie verloopt.

De scheiding van het isomerisaat en de katalysator is zeer eenvoudig.

Door het grote verschil in dichtheid ontmengd de emulsie zich zeer snel. Zoals reeds eerder is opgemerkt is hierdoor een aparte afschei-der overbodig. Inplaats hiervan is bovenin de reactoren ~ gedeelte

~ afgescheiden door een zeefplaat. In de '(rustige" ruimte boven deze

;? zeefpla~ treedt dan de ontmenging op. De katalvsator stroomt door

~> d plete weer terug naar de reactie ruimte en het isomerisaat wordt

bovenin afgevoerd.

Het isomerisaat,dat uit de reactoren komt, bevat nog opgeloète ~JIIX hoeveelheden SbCI~ en AICI_J • Om deze te vermjderen past men een

eenvoudige destillatie toe. Het is gebleken dat een kolom van 10 schotels en een reflux-verhouding van

i

-

:

-

1 voldoende is om een vrij-wel volkomen scheiding te verkrijgen.

-\ " ~ ( \( ... . \ '-\. t I t;. ~. I .. ~\ I, \' , " \ " ' , t '" . \ \ \ " , '.' . (. I ' ,,' .~ '{J.~ . n,,; \ I ' f' ,

pag. 10.

De koolwaterstoffen die uit de"katalysator afdampertt komen worden

()

gecondenseerd en afgekoe~. Hierna voert men het

kolwaterstoffen-f' \. •

\'"

mengsel in een buffervat. Dit buffervat is voorzien van een kleine

gepakte kolom, waardoor men een gedeelte van de lagere koolwatere

\'

-

1

stoffen laat ontwijken. ~:n ~e voorkomen dat er hierbij verlie,s op-treedt van het dure HOI laat men een zij stroom van het HOI vrije pro-duct ui-t de

-

~trip:pert;

als

~

door deze kolom lopen.

Vanuit het buffervat pompt men het isomerisaat naar de stripper. (Een zij stroom wordt als reflux naar de ttkatalysator afdampertl terug

gevoerd. )

Deze "stripper bevat 20 schotels. Er worden voor deze stripper twee methoden gebruikt.

~ 1. Als een normale destillatie kolom.

2. Door de voeding als reflux te gebru iken.Hierb~ vervalt

fi

U.l~,

r

de condensor bovenop de kolom, maar daarvoor komt in de

\

\j.'\/'

~ r, plaats een koeler om de voeding goed te koelen.

/ ,

n,~ Van deze twee methoden heeft de tweede het voordeel dat de gassen

f/"

gemakkelijk wwer teruggevoerd kunnen worden in het proces. Ook gaat

zo de ~ condensatiewarmte niet verloren.

Daar het bjj deze "stripper" er om gaat om een bodemproduct te

krij-gen dat vrij is van HOI kan er niet vermeden worden dat de HOI ilili stroom bovenuit de kolom nog koolwaterstoffen bevat. Meestal bevat

deze stroom ongeveer 40 vol.

%

koolwaterstoffen. Aangezien deze niet verloren gaan,is dit feit vwrder weinig belangrijk.

Het isomerisaat , dat nu vrijwe-l:' 'HGl meer bevat (0,01 mol. %) wordt

afgekoeld en met verdunde loog gewassen om de laatste resten zuur en sporen katalysator te verwijderen. Hierna kan men het opslaan of direct naar de alkylatie voeren.

Op de vraag of de scheiding van het iso- butaan van het butaan niet gelijk in de isomerisatie installatie kan geschieden, moet zeker

bevestigend worden geantwoord.De vraag is echter of het bijvoegen van deze destillatie kolom verantwoord is omdat er toch een

de-iso-butaan àestillatie kolom in de alkylatie nodig is. Dit is waa~s~~n

lijk de reden waarom HX men deze kolom niet aan de isomerisatie

pag. 11.

CONSTRUCTIE MA TERIALE1.4

W'(

i I .r'"

I I '

-I

l

Alleen voor de delen ven de installatie die met de katalysator in

contact komen, moeten er corrosie- bestendige materialen gebruikt

worden. Voor alle andere delen kan men staal gebruiken.

Dit bovenstaande hoeft niet strikt gevolgd te worden. Uit gegevens

bl~kt dat het mogenl~k is om voor de katalysator afdamper en voor

de waskolom ook staal te gebruiken. Voor de ee~t genoemde wordt als

reden opgegeven de lage concentratie van het AlC1₃ en voor de tweede

dat de corrosieve werking van het complex ( reeds genoemd b~ de

be-spreking hiervan) door de aanwezigheid van kleine hoeveelheden SbCl~

sterk verminderd wordt.

De corrosie wordt sterk beinvloed door de snelheid waarmee de vloeiäi

stoffen passeren en door de eventueel aanwezige spanningen in het

materiaal. In fig.~ zijn enkele metalen an alliages gegeven wat betreft

hun corrosie bestendigheid. Hieruit blijkt dat voor de constructie van

pompen en die delen wwar grote snelheden optreden het best Hastafoy

gebruikt kan worden. Daar het niet a~t~~_mog~nli~ is om Hastaloy

ap-paratuur te verkr~gen

---

wordt

.-

er vaak nikkel geb~~~t. Zo gebruikt de

- ' . ' -

....

- -" -- - -

-Shell met nikkel beklede of geheel lnikkelen reactoren voor het Liquid

Phase proces. 1 .' . ,I .. ~)

~ \ I r" / I ..; (

l'

i\Jt7

~v.!~ t ~ ..

I MATERIAAL BALANS.!

B~ deze materiaalbalans ztn de drogers niet betrokken. Er is

aangeno-men dat in deze drogers al het:'water verwijderd wordt.

Voor er aan de eigenl~ke materiaal-balans begonnen kan worden, moet

eerst bepaald worden hoe groot de capaciteit van de installatie zal

worden. Voor dit schema is uitgegaan van de alkylatie installatie met

7t

een productie van

150 000

ton per jaar die te ~ernis gebouwd z~l word~

Gekozen is een isomerisatie installatie met een capaciteit van ca.

875~ ton per jaar. Dit komt ruwweg overeen met een voeding van 17,5

ton per uur als er een omzett ing van ca

55

%

wordt aangenomen.

De materiaalbalans is in tabelvorm als b~lage toegevoegd. Hoe deze

berekend is~zal nu in het kort toegelicht worden.

Volgens gegevens uit de practtk is de samenstelling van een normale

voeding ongeveer: Iso-butaan n- butam

5

gew.

%

94,5

"

pentanen 0,5 "

Gekozen werd een voeding met resp.

5; 94,65

en 0,~5 gew

%

~X

De grootte en samenstelling van de katalysator stroom die wordt

uit-gewassen üangt natuurltk van zeep veel factoren af. Voor de berekening

\ "

I

pag. 12.

en met de normale samenstelling van de katalysatorstroom. Deze

ge-gevens zijn:

Verliezen(per uur) Samenstelling AIO 1.; 6kg. HOI

SbOlj 2,4 kg. Sb01₃

HOI 2,4 kg. AIOI:)

Deze tabel is al omgerekend Koolwaterst.

op een voeding van 17,5 ton/uur.

De gemidde1tde

AICl₃

samenstelling van het complex is:

50

%

SbOl] 25

%

HOI

₅

_%

koolwaterst. 20

%

Kat. (gew

%

1

%

88,6

%

8,9

%

1,5 %

Uit de bovenstaande gegevens werd als samenstelling voor het com-plex, dat afgetapt wordt, de volgende s~enstelling gekozen:

AI013 6 kg.

SbC1₃ 3 kg.

Hb~ 0,5 kg.

koolwaterst 2 kg.

Uit deze aanname volgt voor de samenstelling van de kata lysator-stroom: AICl.3 SbC15 HOI 12 kg 118 kg. 1 kg. koolwatersD 2 kg.

Uit het bovenstaande kan dus de materiaalbalans van de waskolom berekend worden.

In de reactor moet de voeding 5 gew.

%

HCI hebben. Daar de HOI -stroom uit de stripper ook nog koolwaterstoffen bevat;i~ er een kleine berekening nodig om de hoeveelheid HOI te bereken.

De gemid~;elde samenstelling van deze stroom is: (gew.%)

HOI 53 %

L C'I 18 %

i - Ct 17,5

%

n -O~ 11

%

c~- 0,5 %

Stel het gewicht van de koolwaterstoffen in de HOI stroom

=

x kg. Dan heeft men nodig 1/95

t

17500 + x) kg. HOI

I

~

,

I

I .

pag. 13. Uit het voorgaende volgt:

17500

+ x

=

22-!

19 47

Hieruit is x te bepalen en dus verder ook de gehele HOI-stroom.

In de reactor heeft een omzetting van n- butaan in iso- butaan plaat~

Er is aangenomen dat

55

%

van het n-butaan wordt omgezet en dat de

1'.' omzettinr: voor 97% in iso-butaan is. Uit de nevenreacties wordt

')

~!

~~

gebonden in het complex en de rest bestaat uit koolwater-stoffen. De aanname van de ~~~~ hoeveelheid van elk van deze koolwaterstoffen afzonderlijk is vrij willekeurig.

Het isomerisaat dat uit de reactor komt bevat nog SbCI~ en AICI_J

Het blijkt dat de hoeveelheid AlOl_J zeer klein is t.o.v. de

hoeveel-heid SbO~. Uit gegevens uit de pract~k verkregen werden de hoevee

l-heden die hier opgelost zouden kunnen zijn geschat.

Het berekenen van de samenstelling van de reflux in de Itatalysator-afdamper is niet tdirect uit te voeren. De berekening hiervan is als volgt uitgevoerd:

Stel er komen van één der componenten van het isomerisaat Akg uit de reactor. De reflux bevat van deze component X kg. In het buffer-vat komen dus A + X kg van deze stof. Aan deze hoeveelheid worden B kg toegevoegd door de reflux die hier door de gepakte kolom wordt toegevoerd. Als verlies in het gas dat afgelaten wordt, wordt C kg. aangenomen. De hoeveelheid die nu in de stripper wordt ingevoerd is A + B ~O kg. Als er D kg. met de HOI stroom worden afgevooerd dan bevat aet bodemproduct: A+ B -

e -

D kg.

Door de samen-stelling van het gas dat men uit het buffervat laat ontsnappen aan te nemen en daar de reflux naar ~ het buffetvat

on-geveer het tiende deel van het uiteindel~k product is ( praèt~k ge-geven) kan de samenstelling van de strippervoeding berekend worden Hierbij wordt er nog op gewezen dat de term D reeds bekend i~

Uit de samenstelling kan de moleculaire samenstelling berekend wordez

De reflux heeft dezefde samc;nstelling als de strippervoeding. Hierna

is Jlet verder niet moeilijk om de samenstelling en grootte van de ze reflux te berekenen.( Er is vroeger al opgemerkt dat er hier een refluxverhouding van ~ + 1 gebruikt).

MATERIAAL BALANS.

katalYS~torll uit Hel stroom I rea~tore~--~-:::=l

---~

~

trt'~~~:'.l.o~~1'f<tL

_

189

-::

--

-1'9~

_: -::~

~~~

---

fj;

95 -

-=--

~52 uit

::

f5":iï~

875 15,07 369 6,35 ! 1244 21,42 10297 177,291 16564 285,19 232 4,13 116796 289,32 7558 130,141 61 0,85 11 0,15 : 72 0,90 192 2,66: 0, 0,01 1117 30,63 j 1117,5 30,64 1116,5 30,62 115 0,5°, I 1 115 0,50 1850 8,11,1 1 6 0,05,

I

il 6 I 0,05 'I 25 0,19', I I,

I

_. __ . ____ . _______ . _. ___ -!.. _______ ..• _ .-1 _ _ • __ . _ . _ _ _ .• __ " _ _ _ _ _ _ • _ . _ . _ _ i. _ _ ___ ~_ __ __ ,1 Mol.gw. Voeding r---'-- -. ---.--_. --~ -' -·NP'-···i-l!"i""--~--.· ,.-- -.- - .---- --t.!j--.-... t--·_-..:k.- T _IJJ /{J. , <: Cf 3

°

,

°

5 I i-<J_f , 58,08 875 15,07 5, ... In-C.y158,08 16564 285,19 94,65 c,f172,10 61 0,85 0,35 I

I

Hel 36

,4

6 1

I

0,02 SbC~ ~2S,13 118 : 0,52 A-l-G;J.i 1 } 3,34 : 12 0,09 . K.W·~ _ _ _ . _ _ _ . ____

l.

_

.

.:.:._.

?

_

__

.

___

_

üi-t-k~

t

.~ -~'~;;ijdeti~g- ...

r

--

-

_.---

- -

;

-- -- -

-

.--.- ... -

vef;-' .----:---- -.- . --.- ·bufferv~ t

:

<c

r

:.:r:-

~~e~l ~5~;4

1=

~~T~

;:~

)

l~:~o

--

r;~4Ó

-

,.

-

r'i.

q

:

;t

s

~~6~

_

r~tu~

~~~

I

i"'C_f110297 ' 177,29 2608 44,~0 ! 12905 222,19

I

14 0,24 991 17,06

I

n-CJf!' 7558 130,14 I 1915

I

32,97

i

9473 163,11 I 1, 10 0,17 ' 732 12,60

I

Cj -" 192 2,66

I

49 i 0,68 , 241 3,34 ! I , 18 0,25 ! HOl 111.§.,j ____ L~0 J 62 { ___ ~2.9

.L

_3J Q9 ___ .:. __ } 3.75_12 3.IJ1. ___ i L9 J.Q9 · 2 1_ 0,06 _, • I is_omerisaa t

J

I< Mo L ! . ·--1· .. - .--~ 537 17 ,86 : 13882 I 2

3~,

01

I

10195 175,54:: 259 3,59 'I _ J.l7.9J_L _--.27,.JL .. -'--.. _. - ----' , - - - - ._-_.- ---. ---+- - - . . - - - -- - - - . __ .-, ' stripper

1

---

,

..YQed:l~---.-.-1- --- -bod~l!lpro~_1,!.~t __ _ ..t _]:~ NoL _ --&-- -J_....MP.L _-I < C~ ' 436 14,56 47 1,56

i

i ... 61( 11274 194,11 10905 1 187,76 nMC~ 1 8280 142,56 8048 I 138,43

C$

ll

210 2,9 1 ! 199

!

2,76 HCl , 1117,5 I 30~ I 0,5 __ ' ____ Q.L9] ~-.-

...

..

- -product ~

--'

...

i-·---

··-

-- -

.. --

_ ..

__ I.~y._ _~Yfo C jlw./f 43 1,43 0,25 9914 170,70 56,80 7316 . 125,83 41,91

li

181 2,51 1,04

R

0,5 0,01 -~_ .. _. -- - -' • .: _{- - - - --'}

- - - _ . -I

I

I

I

·

'1

I 1 , pag. 14. DE WARMTE BALANS

Voor de berekening van de enthalpieén van de koolwaterstoffen werd

gebruik gemaak van het ftDatabook on Hydrocarbons ft van Maxwell. Voor het HCl werd de correctie methode voor gassen gebruikt, die

beschreven wordt in "Chemiaal Process Principles " van O.A. Hougen

en K.M. Watson. Tenslotte werd voor de onderdelen van de katalysator

de enthalpie berekend uit de soorteltke warmte •

De warmte balans is net als

d

~~

eri

aa

l

balans genomen over de

tiJ'dsduur van één uur. \ _{r '>'}

~

. _. ...'

't.i -' 1. Voedings verwarmer, ./ / In. 22 at ; 25°C. Uit: 22 at.; 83 ~ i-Cl( 68110 Cal. n-C_y 1335390

_"

Cç 4680

"

Totaal 1408180 Cal 2.

Toevoeren per uur: 632 417 Cal.

Waskolom. In. a. Voeding 2 848 597 Cal b. Katalysator stroom 23 at. 89

va

',

-;::::::;: HCl 26 Cal koolwaterst. 250 ti SbCl.! 875 ft AICI_J 203 ft 1354 Cal I 354 Cal ~ 2 041 951 Cal. Uit. a. Voeding; 22 at.; 83°C i-Cr

._-

.-

99 733 Cal n-C~I 1 934 013

_"

C,)- 6 851 ft HCl 13 ft SbCl..s 745 11 AIClj

2

4 ft 2 041 449 Cal. Transport 99 733 Cal. 1 934 013 ft 6 851 " 2 640 597 Cal. 2 641 449 Cal.

• pag. 15. Transport

.

.

2 041 449 Cal • b. complex: 22 at 83°C HCl 13 Cal. koolwaterst. 250

_"

SbCl" 30 ti AlCl_J

_24-

ti 387 Cal 387 Cal Totaal uit: , ___ Verlies in de 2 041 waskolom: { 115--Ö~i --' ..

--836 Cal.

3. Toevoeging van het HCl.

a. Voeding: b. HCl stroom : <" Cl( i-Cr

n-C

_r

C)-HCl () 25 at.:; 48 C 84 351 Cal. 60 523 n 40 890 " 1 927 29 824 217 515 ti 11 Cal

Totaal voeding reactoren:

4. Reactoren. In. a. Voeding: .Q

0

') '\

...

<z::._

. .. / /~ b. Terugvoer en aanvulling katalysator: '. 2 041 449 Cal. 217 515 Cal. 2 258 964 Cal. 2 258 964 Cal CO' SbCl.J 13 922 Cal.

--

} A1C1_J 511 " (...'

..

14 433 Cal. c. Reactiewarmte: Totaal in: Uit. a. Isomerisaat; 22 at.; 89 () C. ..( C ~ 70 367 Cal. i-Cr 1 213 728 ti n-C,/ 924 495 ti C ~- 22 418 ti HCl 40 320 ti SbClj 13 648 ft A1C1_J 418 ti 2 285 394 Cal. b. Naar waskolom 14 433 Cal 221 839 Cal 2 495 236 Cal. 2 285 394 Cal 1 354 Cal

~ Totaal Uit 2 286 748 Cal.

• pag. 16. 5. Katalysator vervnjdering. In. a. Voeding: b. Reflux; 45 DC; 25 at. ~ C'r 13 758 Cal. i-Cl( 232 008 ft n-C'I 179 380 u C.>- 4 359 ft HCl 7 261 ft 437 066 Cal Totaal in

.

.

Uit. a. Isomerisaat; 83 "C; 13 at. L. C'( 84 554 Cal.

i-e

t( n-C_'I Cr HCl 2 224 306 ft 1 764 441 " 45 291 " 21 693

_"

4 170 285 Cal b. Katalysator; 90°C SbCl,J 13 908 Cal AICJv 423 11 14 331 Cal 2 285 394 Cal 437 066 Cal. 2 722 460 Cal. 4 170 285 Cal. 14 331 Cal.

Totaal uit: 4 184 616 Cal.

Toevoeren aan reboiler: 1 462 156 Cal./uur.

6. Koeling van de koolwaterstoffen uit de kat. verwijdering. In. :Isomerisaat: Uit. Isomerisaat; 50°C; 13 at.

-<

C tI 75 330 Cal. HCl 1 183 905 921 723 22 109 ft

"

"

42 132 " 2 245 199 Cal Totaal afvoeren per uur

4 170 285 Cal

2 245 199 Cal 1 925 086 Cal.

• pag. 17. 7. Buf'fervat. In.

~

Isomerisaat: b. Reflux: 25 at; 21 DC 411 Cal. 74 384 11 56 979 ti C)- 1 351 ft Totaal in: Uit. a. Aflaat

-<

Cv i-C", n-C'f HCl 133 125 Cal gassen; 210C;13 3 002 Cal. 2 180 rr 1 646 11 54 11 6 876 Cal. b. Isomerisaat; 45°C;13 ~Cy _{73 150 Cal.} i-C _'f 1 234 943

_"

n-Cr- 952 295 n C5- 17 481

"

HCl _{37 62}

₂

ti 2 315 492 Cal Totaal uit: Verlies: 55 956 Cal/uur. 2 245 199 Cal. 133 125 Cal. 2 378 324 Cal. at. at. 6 876 Cal. 2 315 492 Cal. 2 322 368 Cal. 8. VoorkoeIer van de stripper.

In. _Uit.

Isomerisaat; 45 D

C;25 at. _Idem: 21 tiC; _{25 at.}

<c"

59 392 Cal. 44 847 Cal i-C 1 002 935 ft 'f 846 226 ft n-C~ 773 418 ft 644 515 n CJ- 18 682 ft 15 763

,.

HCl ₂₆

₂₂₂

ft 20 017

_"

Tot. 1 881 160 Cal _{Tot. 1 571 368 Cal.}

•

pag. 18. 9. Stripper. In. a. Isomerisaat: Uit. a. HCl stroom: b. Isomerisaat; ..( Clf 123 'C; 25 8 683 Cal. 1 637 059 ft i-C_li n-C_r C,-HCl 1 230 539 28 767 15 ft 11 ft 2 905 063 Cal. Totaal uit: at • Toevoeren : 1 551 210 Cal/uur. 1571 368 Cal. 217 515 Cal. 2 905 063 Cal. 3 122 578 Cal.

10. Koeler voor de reflux van het buffervat.

In. Isomerisstt; 123 °0; 25 at. <C'I 712 Cal. i-Cr 148 769

_"

n-Oy 111 923 ft 0J- 2 602

_"

Tot. 264 006 Cal. Uit. Isomerisaat: 133 125 Cal. Afvoeren: 130 881 Cal/uur. 11. Product koeler. In. Product: 123°C; 25 at.

<

C,! 7 971 Cal. i-C,; 1 488 290 " n-C'f 1 118 616 " 26 165 ft 15 ft 2 641 057 Cal. Afvoeren: 884 138 Cal/uur. Uit. Idem: 60 QC; 25 at. 5 604 Cal. 981 169 ti 752 524 " 17 611 f1 11 " Tot.1756 919 Cal.

k,.A

~

..

';..

_ _ V"'''101 rl.A

..

•

-pag.l Bijlage

Berekeningen uitgevoerd aan de drogers.

Het is niet gemakkel~k om gegevens te verkr~gen over adsorptie drogers

Deze drogers worden meestal gebruikt om gassen te drogen; zodat voor

het drogen van vloeistoffen (wat hier het geval is) er zelfs vr~wel

niets bekend is. In de meeste gevallen wordt voor het drogen de raag

_ van de leverancier geY.E..?agd .• Er zal nu getracht worden met de weinige

gegevens die er gevonden z~n een berekening op te stellen.

Voor het drogen van vloeibare koolwaterstoffen is in dit geval alleen

een artikel van R.B. Derr en C.B. Willmore in Ind. Eng. Chem. van 1939

van belang. In dit artikel worden gegevens over het drogen van benzine

met

A1

₂0_J gegeven. Kort samengevat z~n deze gegevens:

1. Totdat het bed 7,6 gew. ~ water heeft opgenomen wordt de

~

benzine volkomen gedroogd; d.w.z. de benzine bevat na het

bed g~en water meer.

dus in evenwicht

~~

~

\

2. Als het bed tenslotte geheel verzadigd is en

~~.

?

%

( \/"0 ) ',V

i

'

is met de voeding" . bevat het c. a. 10 °0 water. \r \..t,(JLN . {

\ ~~~. Is er nu aangenomen wordt~dat deze gegevens ook gelden voor utaan~

dan kan er dus een ruwe schatting gemaakt worden hoe groot de drogers

zullen zjjn en hoe lang e2n droger werkt voordat deze zijn "breakpoint"

bereikt heeft. Er wordt dan hier geen rekening gehouden met de af

-wijking,die er bestaat,in vloeistofsnelheid en dr~~

tussen de proeven met de benzine en de butaan droging die hier wordt

berekend.

Voor de berekening van de drogers hebben w~ nu de volgende gegevens:

1. Droge voeding 17,5 ton/hr. /

2. Watergehalte 0,004 kg. water/kg voeding.

3. "Breakpoint" van het bed bij een watergehalte van 7,5 gew.%.

4. Dichtheid van het bed: 54 lb./cu.ft.

Uit het bovenstaande volgt: Lwater.

Er moet per 12 uur verwijderd worden: 12 x 0,004 x 17 500

~

840

k~

Dit komt overeen met 1848 lb. water.

Hiervoor is nodig: 100/7,5 x 1848

=

24 600 lb. Al~O~

Dit heeft een volume van 482 cu. ft.

____ Hieruit is te berekenen dat een droger, die 4 uur werkt, een

diame--

ter van ongeveer 3 ft. en een hoogte van c.a. 16,5 ft. moet hebben

Nu dat er een ruwe schatting gemaakt is over de grootte van de dro~:

gers, kan er nog een poging gedaan worden om deze 11 1iS ·~ f t op

..'

,

.

.

.

l

•

-•

/'

pag. 2.

~

Voor deze berekening zal de methode van A.S.

M

iChaels~ebruikt

worden

Deze methode is all~en geldig als aan de volgende punten wordt vol-daan:

1. De adsorptie vindt plaats uit verdunde oplossingen; d.w.z •

de concentratie van de,te adsorberen, stof is klein. ~

2. De evenwichts adsorptie isotherm is hol t.o.v. de

oplossings-3.

De hoogte van de adsorptie zone blijft constant. L ___ ---...J

4. De hoogte van het öed is groot t.o.v. de hoogte van de

ad-sorptiezone.

In ons geval wordt zeker voldaan aan punt 1. Aan de andere punten za~

naar alle waarschjjnlijkheid..., ook wel worden voldaan.

-

- -

-

-

-

_

..

--

-

-

-

-

--

-Voor er nu a9Jl de berekening kan worden begonnen;moeten er eerst nog

enige gegevens worden aangenomen.

Enkele gegevens zoals de afmetingen van het bed, ~rootte vande

voe-ding en het watergehalte kunne~it de bovenstaande ruwe berekening genomen worden. De verdere aannamen z~n.

1. Evenwichtskromme: yt

=

o,~x~

2. massa-overdrachtscoëff. X~ vloeistof-vast gebaseerd op het het uitwendig oppervlak der deeltjes sq.ftjcu.ft.

( )o,rr ./

ky a,,= O~O G 1b.water/ hr. cu.ft. ä Y

3. massa-overd tscoeff . in de porien van de deeltjes ~ooo lb. water/ hr. cu.ft. A X. ~. massa-snelheid: 4535 lb. jhr. sq. ft.

UBreakpoint" bij een waterconcentratie in de uittredende

vloei-stof van 0,0001 = y~

Het bed wordt uitgewerkt geacht als de concentratie van het

water gestegen is tot 0,0038

=

y~

E2~

~

--

l

y:y .

..

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

---r

w - w,jf I Y y-y' _w" yo :0,0001 0,00001 :11111 0

-°

0,(J"2) I 10,0004 0,00004 ! 2778 1,6205 0,2717 0,1 :0,0008 0,66016 1562 2,4358 0,~083 0,2 I ,0,0012 0,00038 I 1219 2,9920 0,5015 0,3 0,0016 0,00064 10~2 3,~2 0,5773 O,~ I 0,002 0,001 1000 3,8526 0,6458 0,5 0,0024 0,00143 1031 4,2588 0,7139 0,6 0,0028 0,00196 1190 I ~, 7030 0,7883 0,7 0,0032 0,00256 1563 5,2536 0,8807 0,8 10,003.~_L9~Q029Q _{--- ---,.--}2000 _{._---}. 5,9662 _{-_.} ~!_~OO 0,85

.

. I \

\

.

,: :.~ ".

--

._ ..

--

" •

CLe.- V..vth·"{f

"/J

~JC

.

I~!f l ' ~ _vU Jt7/~~/"7 ~ ~x.-,'.JU .-/~ Ç)~l:r _--- v,·.//'-"I:.:' A~ da../ c4-~ ~

L/

4e

J"·x -vd/--.,. !C~/u,p./~/ ~~c./.

~

4

--L/

~~

v-k-/

~ --w~ ~ ~ ,Ç~/t6"1&1t

~~ c4, ~:/

4 /

~~v/ A~&/" ... .# ~_ --4 ~~-' ~,.~/

-.d./

~ d "t'tP p-u-/ 4d~ -:;?A:.-/ ~ ~ / n u d d d ' d{ '1QlI!k

/~/k ~

:d./

~

~v/

/ '

~

/~ % *"~ ~

tJ/& ~ e4 p-d./,,'rt.

k

~~

-w

t?-td/ ~.r..-J

-/a.a.-t-c

c/a../ J~e.tu.-lA

~

_-?/

~d --wa~ #- ~ ~~/&~t,ç ~ ~

v-/.-x-c'

-d

0/.

~a-~/ / ,. f"-U .~~ ~~-rY'

Açr / ""/

t:I t:I (? /

& /

...k?!

~~~d/ ~ ~/~/ ~9< ~//i'-U4,//d.4

~~k

/

i

d

-uv-/k~t4 -r/~/Jk/

-U-M

ri~~h".L~ ~

"/I:'''o3P

q/.

~ ~,"4-~~ -AA~./ ~~// ~ ~

pag.

3.

De eerste drie kolommen van de bovenstaande tabel z~n verkregen uit

fig./~. Kolom 4 is verkregen door de gegevens van kolom 1 uit te zetten tegen die van kolom

3

en dan grafisch te integreren tussen de waarden van ~eh Y • D~ze kromme leeft iets van een hyperbool. De integratie is uitgevoerd door de oppervlakken als trapezia te te beschouwen met Y als hoogte ~~ Er zullen op deze manier wel

af-wijkingen kunnen ontstaan; maar de fout~die hierb~ ontstaa~ zal wel binnen de nauwkeurigheid vallen,;omda~ Z 'jliiwr;' in de aanname van de diverse gegevens minstens evengrote fouten zullen zitten.

Het laatste getal V~ de kolom 4 geeft aan het aantal theoretische

schotels dat ~ ket bed bevat. De kolom

5

werd verkregen door alle

getallen van kolom 4 te delen door het aantal theoretische schotels. De làatste kolem is het quotiënt van Y en het watergehalte van de voeding Y G,

De "break-throughlt _{kromme kan nu getekend worden door kolom}

5

_tegen

kolom 6 uit te zetten.

(

Voordat er met de berekening verder gegaan kan worden, is het nood-zakelijk om eerst een theoretische afleiding van een paar grootheden

te geven. '

In fig • .3 is e :n theoritische "break-through" kromme gegeven. Deze kromme wordt verkregen door de concentratie van het water in het gedroogde product uit te zetten tegen de hoeveelheid product die gedroogd is. De hoeveelheid water die in de zg. adsorptiezêne wordt geadsorbeerd wordt aangegeven dóor het geärceerde gedeelte. (B~ een adsorptie kolom neemt men aan dat er een adsorptiezêne is, waarin de adsorptie plaats vindt. Voor deze zone is het bed verzadigd en na deze zone nog onverzadigd met water. Deze zone beweegt zich door

het"l.i bed. Bij het IIbreakpoint" is deze Xlä zone nog net in het bed)

Stel dat deze hoeveelheid die in de zone geadsorbeerd wordt U lb. is. Dan geldt voor deze hoeveelheid:

U

=

/.~ê

Yo.J. Y) dw

-'6

Als echter de zone geheelmet water verzadigd zou zijn; zou deze Y w lb water bevatten. Dus bij Het "break point" als de zone nog in het bed is, is de frctie die öet adsorptie middel nog kan opnemen:

.L,IIIE

f =

----.l!....

=

"'fC

Y. -Y ) dw

=/<~

_

...:L )

d w -

w~

Yow" Yow" 0 Yo WA

Uit deze vergelijking volgt dat in de flbreak-through" kromme die uit de gegevens voor de drogers is getekend, f gel~k is aan het opper-vlak boven de kromme tot Y/Yo = 1.

Hieruit volgt dat f in ons geval ongeveer 0, 628 is.

•

..

,~ .'

/J/

=

~//~~Ä'clx

.

d

-m== ~oy 2JV./ -Wtnd/ ~ ~ r #oH ~

goj

LIS

-::..z..

(J~ -d~/,4 ~

~ ava0~~,h./ .Lçf~

"tlrd/' Zu...:-

~"J' ///~,

=;"

~

7'

.I~R ~/

9,

~r

,l(Nodj"7

7

d../

./r...~4-~',;k',u./' 2 -

/I-,lf/q

=

~.f p,d'

7!1

ó?, cf

%.

-<-!fj;

L/

-/uu-//~/ ~

pp,-/

U

-t4d'.'

rJ

; '

y, cP x

~ fRI.x ~ /.:

Jl

~

f"

J

~/

At/~,k0,

.

//

Q~ d't,/t/t ..,~// ~/ Jl~yJ

~t -d/

.

/ /

4P~d/ /~drçf'l~/.

uil :::

7-/r x f ,,'JJ" ==- ~/ • .. r~/ ...// ~

/v.ao;s.

.

.x

vU Kd'J&'~ ~"uI;« -$Vpr 1'/ / 'r~

.7/

"

/ /

yu/rl?()I/r/.

/rf'/,/J'

-Rb.,

'/J)

- .... ~ -.! tf..c . - / ' / .

-/!.

/PU ...

7

..

pag. 4.

De hoeveelheid adsorptiemiddel die per uur nodig is volgt uit de vergelijking L~ X

_r

=

G.s Y() •

Hieruit volgt voor ons geval L"

=

181,4 lb. A1.{OJ

/hr.

j

"

Nemen __ ~j_~~ dat de gemidelde helling van de evenwichtslijn '0,4 is dan volgt voor de term:

m G, - 10

SM

-L.s

De hoogte van een theoretische schotel voor de vloeistof wordt

-

-gegeven door de term:

H~

=

~

=

0,0221 ft. kyap

De hoogte voo,r een theoretische schotel voor de vaste stof wordt gegeven door:

H -

~

=

fs - k'

..slap

0,0605 ft.

De hoogte voor een theoretische schotel voor het totale bed volgt dan uit:

m G~ H~~

=

0,6271 ft •

Ls

De hoogte van de adsorptiezone wordt dan:

ZA = N.,"SHto5 = 3,7414 ft.

De hoogte van het bed is 16,2 ft.

Hierui t volgt dan voor de mate van verzadiging bij het ttbreakpoint"

Z - ( l-f) ZA

=

0,914 of 91,4

%

Z

Het bed bevat per sq. ft. doorsnede 16,2 qu. ft. Al~OJ.

Dit geeft dus:

54.x 16,2

=

874,8 lb. AlzOJ/ sq.ft.

B~ het breakpoint bevat het bed:

874,8 x 0,914 x 0,1 M

=

79,96 lb. water/sq.ft. Per sq. ft. wordt er per uur toegevoerd:

0,004 x 4535

e

18,14 lb. water.

Hieruit volgt dus; dat het "breakpoint" optreedt na: 79,96 = 4,4 uur.

18,14

De hoeveelheid droog butaan die per sq.ft. geleverd wordt is dus: w&

=

4,4 x 4535

=

19 954 lb.

Als het hele bed in evenwidht zou z~n met de voeding, zou het bevatten :

874,8 x 0,1

=

87,48 lb. water / sq.ft.

In de adsorptie zone is dus ~~ geproduceerd:

WA

e-=

87,48 - 79,96)/0,004 = 1880 lb. butaan

-,

• I • I _ -pag.

5.

De resultaten van de bovenstaande berekening kloppen vr~ aardig met

de uitkomsten van de ruwe berekening, die met behulp van

experimen-tele gegevens is uitgevoerd. De afwijkingen kunnen nog kleiner gemaakt

worden door de gegevens te veranderen. Verder z~n de aannamen van

de evenwichtskromme en de overdrachtscoëfficienten eigenlijk volkomen

willekeurig geweest. Het zal daarom wel toeval geweest z~n dat de

uitkomsten ongeveer kloppen met de eerste berekening.

Behalve dat de diverse aannamen willekeurig z~n genomen mestaan er

nog enkele afwijkingen met de proeven waaruit de gegevens voor de eerstE

berekening z~n verkregen en het berekende geval. Deze afw~kingen

lig-gen in de gebruikte vloeistof; hogere drukken en anA~~~ doorvoer

snel-heid.

Als al deze factoren in rekening worden gebracht dan is het duidelijk

dat de uitkomsten van deze berekeningen alleen te gebruiken z~n om

een ruwe schatting te maken. Uit de pract~k of uit proeven kan dan

bl~ken hoeveel afw~king er zal z~n.

Na de berekening van de adsorptie, bl~ft nu nog over om de reactive~

ring van de drogers te bespreken. Omdat de drogers maar 4 uur werken

is het voor het aantal benodigde drogers van belang hoe lang het duurt

voordat de reactivering voltooit is.

B~ het reactiveren moet het water uit het bed verwijderd worden. Dit

wordt gedaan door warmte toe te voeren. Hoeveel warmte er toegevoerd

moet worden is eenvoud4i1te berekenen. De toegevooerde warmte is nl.

de som van de bevochtiginswarmte; de verdampingswarmte en de warmte

die nodig is om het bed te verwarmen. De eindtemperatuur van het bed

wordt meestal op ongeveer

175

oe

gesteld.

Er z~n diverse methodes ontwikkeld om te reactiveren.

De eerste stap is voor alle processen hetzelfde nl. het terugpompen

van de in de kolom aanwezige vloeistof naar de opslag.

Het toevoeren van de warmte en het afvoeren van KiK de waterdamp kan

op diverse manieren geschieden:

1. De warmte wordt toegevoerd door een stoomspiraal in het bed.

De waterdamp wordt afgevoerd door een vacuum op de kolom te zetten.

2. Een andere methode is om hete rookgassen ddor het bed te

voeren. De waterdamp wordt dan gelijk door de gasstroom

mee-genomen.

De beide hier genoemde manieren z~n de basis methoden. Er z~n hierop

aller~variaties

op; zoàls het circuleren van een gas dat opgewarmd

wordt en na het bed weer gekoeld wordt om het water te verwijderen.

De eerste methode heeft het nadeel dat er op deze manier een