Etheen / propeen uit nafta

-v~

:

~~

~~rM

r-

~Jr~AA~~

~'-'

ri

'

"'tr)MJ;.JWJ,.;,A

l,.~

~

vv-w

~'eA.Mw_ y{.~~

lJt-~ ~~

~

~

~oWf'

~

Ott..

~

kA-:

?Lvv

~N..fAt U~~

(,~~~e., l~·~) ~~~~c4...

~ff ~

~

~ ~o.MJ

~~o I"

.

a

.

\rc".~

~!SCÀ~

I . . ; I ~ . .1-.JJ.. ". _~. (, ",

/

/

Ir, 11 IJ It-;

/ ,

.-

....

.1~HU·I,H

A

I

·

tt':

/~. k?~.,. f~'---"-' d-c~ ~~~//

/,

,{..~ -jh;~.. /r.??.4~. ~ .a:- ~-l--;~.w_' -4--L:~;F

./

n.c.."

UpY'"

~

...

'.

'Y",.,.-i-m.4LJ /?~/ /( L-.-,~ ~ -JT ;171-."'-" /.y,. n.-.-~ 7-~J~~'<"/ /V>'-1-hJ.o.-r~ ... :z.- ::;7 ;'.

'l.c.#/L

/~ .'7"-"(:.'4-·" ... ·

) J

~ /~Uv/~-....~ t-..

r"c;

4. ~ t:/ "yh .... ---.

7

~~

-".-

/.

Á fo4

.z- -4/~.?fo-.. ~fo~~",,~· /1 ,- / /./ ~u.-t:.~...".r /'1u~/.4k ( /p-. /~J /t::.,

J"-,h',

,,4.//?~/ H~.û;.~

L,

-~n:-~7 ,a<' ?",~4 ./~/"- ... /~

u.?-d'..

k

;?J-L

.

,h~' /~.-..,/ P:t d-."kU-/ ~ ~ ... ./.:-4-~

...

,/' ~ .~,

4/

7J-

d ":'" - ~ ~.?n7 ~ .a~

Ad:?

A

~ ~~ ~ ~?:~.'/ ':-/--'-'74 LL~-_,

___ /

A-r7"'"

~j,( f j /'i""" ,h..,./ /~ ~/,4.~~~ -~/ U-,~ ,~-, ~ /~;.~/~' ~/ ~ ?-, 7~ "'~ " " - ? ~,...L",-,~, ~ . .I .ká...h.~ / .~

u...

~.4e..J ",t:.:~.,,~ ~ .t1 Ä/ 4/?~-' ~4

ti kt.:.·" ./.v /j':'"

r·

/7-

d~7'/./ "'/I4~~h'J"" j~; ho~/ 4 ' 4./~ hU'#. ... ../'.

1-I

I

I

I

I I I

r

I

I

~

Inhoud. Samenvatting Inleiding Mogelijke kraakprocessen Mogelijke scheidingsprocessen

Keuze van het proces

Beschrijving van het proces

Ontwerp beschouwing en en warmteberekeningen Berekening van de stralingsfornuizen

Stralingsektie 2 Stralingssektie 1

Berekening van het convektiegedeelte Ovenbeschrijving Lit;teratuur Tabel 1 Tabel 2 Bijlage 1 Bijlage 2 Tekening 1 , flowschema Tekening 2 , Krakingsfornuis

.-.-.-.-.-.-.-.-.-.

pag. 1 2 3 6 7 8 11 1 3 13 16 17 20 22 24

25

26 27 28

29

Samenvatting.

~

Etheen

,n

propeen als belangrijk bijproduktLwordt gemaakt door kraking van zware nafta in een buizen oven in aanwezigheid van stoom.

De reactieomstandigheden Z1Jn 850 oe uitlaa~ temperatuur en atmosferische druk. ve~ijftijd"O~3 ~c.

De opbrengsten zijn

2~Vetheen

en 14% propeen.

t

~

De scheiding is

m~

lage temperatuur -112 oe en middelhoge druk

31 ata.

De verwerkingscapaciteit is 327.500 ton nafta per jaar met een opbrengst van 10~000 ton etheen en 50.000 ton propeen per jaar •

..

:

..

Inleid~. (litt.1 t/m 8)

~ j;.l~~{'if.'

Enkv~ie eigenschappen va netheen :

formule : H₂C

=

CH₂ verdampingswarmte (kpt) :. 118,5 cal/ g

molekuulbewicht : 28.05 verbrandingswarmte 337,3 kcal/mol

kookpunt: - 103,8 o~ ,8mel~unt : -169.4

°c

kritische temperatuur: 10 C

kritische druk 50 ata

explosiegrenzen,

%

in lucht : onder

~ kpt

=

0/5699

3.

Vt+-' ", CiC iOJJ..· boven

;-\

M -

4,2

14,1 - 35

-!O)I~L . (

De etheenproductie in het: j'J.ar 1960 was in de V.S. 2,6 milj. ton

en in Europa 0,9 milj. ton.

Etheen vindt zijn toepassing voornamenlijk als grondstof

voor de hoogmolekulaire produkten zoals polyetheen,

polyvinylchloride en polystyreen. Door oxyd~tie is het

etheenoxyde te bereiden wat de grondstof is voor glycolen glycolesters , ethanolamine en non-ionics.

~

Propeen is een minder belangrijke grondstof ~ etheen

voor de chemische industrie. Toch stimuleert etheen de

propeen-chemie, omdat propeen als belangrijk nevenprodukt

bij de bereiding vrijkomt. Bekende propeenprodukten zijn polypropeen en de etheen-propeen polymeren •

De bereidingsmogelijkheden zijn lange tijd geweest uit

raffinaderijgas en cokesovengas, waar het een bijprodukt

was bij de droge destillatie va n steenkool en'de kraking

va n aardoliefrakties.

Momenteel wODdt in de

V.S.

het etheen nog uit raffinaderijgae

en ethaan en propaan bereidt. In EuroVl. wordt het etheen

vooral bereidt door kraking van inferieure benzines en

parafineuze nafta.

~

-.-.-.-.-.-.-I

I~

..

J

Mogelijke kraakprocessen. (litt. 7,8)

Onderscheiden kunnen worden de volGende krac~processen: ~

1. Buis-ovenprocessen

2. Autotherme -processen

3. Processen met een bewegend bed

4. Regeneratieve ovenprocessen

5.

Katalytische processen

6. Diversen: gesmolten metaal en vlamboog.

Korte beschrijving van de processen •

1, Buis-oven: (litt.

9

t/m

16) ~

Om nafta zo snel mogelijk op kraaktemperatu~te brengen wordt gebruik gemaakt van fo~uizen. In de rookga§ sectie vindt~

).ampiM erL.'yQQr.Y...erwarJlling van de voeding plaats. In de

stralings-sectie wordt de rest van de voelbare warmte en de reactiewarmte toegevoerd. Buiz~ in de oven worden aan twee zijden verhit, om de warmtestroom overal g\lijk en zo hoo§ mogelijk te krijgen.

De kraaktemperatuur varieertNvan 750- 900 C en de verblijf tijden van 0,1 tot 1,3 sec.

De druk wordt op economische gronden voor elk proces apart bepaald. Hogere druk resulteert in een kleinere oven en minder compressie kosten bij de etheen winning, lage druk bevoordeelt de vorming van etheen en propeen en vermindert de vorming van hogere aromatische condensatieproducten en cokes. Meestal werkt IDen onder atmosferische

druk met stoomverdunning (lagere partiaal-spanning van de koolwater-stoffen en reactie met kool tot waterstof en CO.).

Stoom.nafta verhouding (0,3-0,6):1.

Etheen opbrengst

25-32

%

en propeen 8-18

%

.

Het buisovenproces is de meest bangbare wijze ter bereiding van etheen.

Verder zijn er processen die de warmte met zeer hoog oververh~tte

stoom inbrsngen, bijvuorbeeld Kellogg (I.C.I.), voeding 665 C, stoom 920 C, verblijf tijd 1,5 sec.

2. Autotherme~ processen, (litt. 17 tlm 23)

De' benodigde kraakwarmte wordt geleverd door partiele verbranding van de voeding. Dit bereikt men door een bepaalde hoeveelheid zuurstof of lucht (ondermaat) met de voeding te vermengen.

Hierbij zijn grote warmtestromen mogelijk hetgeen leidt tot korte verblijf tijd en kleine aparatuur. Het thermochemisch rendement is hoog (60-80%).

Thermochemisch rendement is geabsorbeerde warmte

t-

-r

·

I ...

I

I

..

L

In de literatuur ZlJn bijna uitsluitend experimenten bekend op

laboratoriumschaal. Een technische installatie is echter in

bedrijf bij B.A.S.F. ;

Het proces is een autotherme uitvoering van een fluid-bed proces.

Het verbranden van é. kes en nafta en het kraken geschied in één

reactor. De deeltjes bestagn uit cokes van 0,2 tot 1,0 mmo

De voeding kan zijn van lichte benzine tot zware residuen.

Door gebruik van gesinterde aluminium~oxide katalisator wordt de

vorming van CO,Waterstof en water ondefdrukt.

3. Bewegend bed.

Hierin zijn de volgende processen te ondersèheiden:

a Lurgi-Ruhrgas -Zandkraking _\

b Thermofor-pyrolytisch-kraken met pebble bed .r(.

fluid bed.

r

Lurgi-Ruhrgas. (litt. 24 tlm 30)

Voorverhitte voeding wordt met oververhitte stoom in een

fluid-bed van kwartszand (0,4-1,2 mm) gebracht.Ook carborundum is in

gebruik, wat minder slijtage geeft.

Gevormde cokes wordt in een regenerator afgebrand en het

hoog-verhit te zand wordt dan weer naar de reactor gestuwd~

Dit proces is zeer flexibel wat betreft de voeding van zeer

lichte koolwaterstoffen tot de zware oli~n en de residuen.

Thermofor pXfolytisch-kraken (T,P.C.) (litt.17,29,31 en 3~)

Hierbij geschiedt de kraking op pebbles, kiezelstenen (10

in een reactor. Met materiaal wordt uit de reactor gezogen en

afgezette cokes en olie wordt afgebrand waarna de pebbles weer

terug gaan in de reactor.

Ook wordt gebruik gemaakt van petroleum cokes deeltjes (5-10 mm)

/ Wat tijdens het proces extra gevormd wordt, wordt afgebroken ,

1_; de. stukjes groeien aan en vormen nieuwe deeltjes.

De overmaat wordt verbrand.

Het proces wordt ook wel auto therm uitgevoerd door Gedeeltelijke

verbranding van de cokes.

(B.A.S.F.)

Veel van de

T.P.C.

processen worden veor de kraking van ethaan

propaan en butaan gebruikt.

4. Regeneratieve (cyclisch,recuparatief)

Wulff _ (li tt. 33)

Xoppers-Hasche (litt.34 tlm

36)

ONIA-GEGI (litt.37)

?

--..

De Wulff-ovens bestaan uit gegleufde carborundum of vuurvaste stenen.

De cokes afzetting wordt tijdens de blaasgang afgebrand.

Onderhoudskosten van dit proces zijn hoog. Dit proces wordt vooral

gebruikt voor de bereiding van acetyleen, maar kan toegepast worden

voor de winning van etheen zij het dat weinig gevormd wordt.

Het Koppers-Hasche proces is een amerikaanse versie van het wulff-proces en vooral voor de kraking van a' ... rdgas en propaan.

ONIA - GEGI

Dit proces heeft een hoge etheen produktie, tot 35% bij een totaal

olefine van 45%. Door keuze van de voeding van lichte nafta tot ruwe olie en de werkcondities is een propeen-etheen verhouding te

bereiken van 0,3/1 tot 1/1. Het Onia-proces heeft lage kapitaal

kosten en hoge thermische en bedrijfsefficiency.

I

ft.t ~ (MA ~1r'J/.l ~

5. Katalitisch

a catarole (litt.38)

b 'rsutsumi.( litt. 39) r, ~ {",...-u.""V'"l' ,

Het

1'1 ~

Catarole proces is een hoge

~emper~tuur

dampfase proc" in vast bed-reactor (1200-1380 F, 2-5 atm.) met metallisch-koper katalisator. Ben voordeel van dit proces is de lage temperatuur.

een

als

~ Het Tsutsumi-procee wordt uitgevoerd met een moving-bed.

~ _~ Enkel semi-commerc1e~1 uitgevoerd vooral veor de produktie van aromaten en acetyle~n.

Reactor: 1380-1650 F, 200-300 mm Hg. 0 .

t,WJ-

De ka~isator wordt hoeg verhi~ 2010-2190 F. ~ ~t.{..~~_

Olie en stoom wordt bij 750-840 Fingespoten.

Voor de produktie van etheen is een

39%

opbrengst te verkrijgen en 29% aromaten.

6. Gesmolten metaal. ( litt.40 en 41)

Lood, tin of een legering wordt verhit door verbrandingsgassen,

die het tevens in het regeneratieve deel brengen wa~r het boven

in het pyrolyse fornuis gesproeid wordt in tegenstro~m ~et de koolwaterstoffen. Vooral toegepast voor methaan,ebhaan en propaan maar ook voor nafta •

I "

I ..

Mogel ijke __ sch~ idinLf?.P:rO_{.9_}es _{sen. (li tt. 1 ,5,6,7,42,43,44)}

1. lage temperatuur en lafe druk, het Linde-proces.

1,5-3 ata en -100 tot-140 oe.

Enkel toegepast als kleine eenheden, duur.

2. la~e temperatuur en hoge druk.

27-40 ata en -65 tot -100 oe

3. lage temperat'..l.ur absorptie en destilla tie met ZW~.l.re olie.

30-45 ata en 20 tot-30 oe

4. HypersorpSie, een moving bed van geactiveerde

koolgra-nules.

50 -150 oe en caiata.

Fluid -Char - adsorptie, een fluid bed van kool in een

destillatie toren.

5.

Extractie met oplosmiddel;

Als oplosmiddel wordt gebruikt cupronitraat /ethanolamine

of een amoniataal koperzout of zilverfluoboraat.

Het meest wordt toegepast de tweede mogelijkheid voor grote

fabrieken als een hoge zuiverheid wordt vereist en een goede

effi-ciency en investering.

De gevolgde werkwijze is :

K

Olie-absorptie

comprimeren tot ca )7 ata

koelen tot 16 oe en waterafscheiden

drogen over geactiveerd aluminiumoxide of báuxiet.

destilleren en diep koelen, w~arbij achtereenvol :ens

waterstof, methaan,etheen, ethaan, propeen en propaan

•

Keuze van het proces. (litt.l ,11 ,14,45,53)

Als kraak proces werd de "stoompyrolyse" gekozen in verticale stralingsfornuizen.

Voor zware nafta als voeding zijn uitVliteratuurgegevens de

reactieomstandighe~n gedestilleerd.

r

~ê opbrengst en'"'îiliriimum aan condennatieproducten

die leiden tot cokes vorming is de stoomverdunning ~ ,wtnafta

en 30 o;~ wt ethaan.

---De verb J . n het reactiegedee~te "soaking" sectie is

~

o,

3 sec. en ui

tlaattemperat

~

,

~

~

( l

~

~

,

~

t

'I';

C

-,-

~

,

e

,I~

~

~

~at;osferisch.

De gemiddelde warmte belasting 'is 34.400 tcal/m hr.

~c-.~

Gegevens van de ·o1.ie: _---, LW\

R.

D

De nafta is een

1êfo

-200°C! ontzwJ:l~~Lfractie v;rtl Kirkuke±-i-e

met een gemiddeld mOl~cuulg-ewIê-ht gelijk L~8.

J>ichtheid:

~ paraj'in~

73 wt%

M~h; ,Ll{~

/

naftenen 8,5 /

/IJ"

aromaten 18,5

Stoom-nafta verhouding 50 wt% (= 3,5 mol.).

Als scheidingsproces is de lagetemperatuur destillatie gekozen

(-112

°c

en 37 ata).

De Linde d.s~illatie is duur en de andere mogelijkheden geven een

te kleine zuiverheid en zijn enkel als voorscheiding van een dure Linde destillatie die dan kleiner uitgevoerd kan worden economisch toepasbaar.

1

Voor de opzet var, de fabriek is een jaarproduktie van 100.000 ton etheen aangenomen, wat heden ten dage een middelgrote fabriek is,

daar er van 300.000 ton per jaar gebouwd worden.

\

~~ ~:~:~r~i~~j~a~:c~;~;!n!:t3~~;~~~t~~sn:!::;en

van de verschillende

•

produkten, waarvan propeen en benzine van een hoge waarde de belang~

rijkste 'zijn als bijprodukt naast etheen.

De plaats van vestiging van het bedrijf past het beste in een

olie-verwerkend industriegebied, zoal. de Botlek en daar waar de afnemer

van het etheen gevestigd is, zoals in Zuid-Limburg, waar de D.S.~.

een dergelijke fabriek in aanbouw heeben en reeds enkele

"

-•

/ Beschrijying van het proceJà. (zie tekening 1) Het proces bes~a~t uit de volgende gedeelten:

1) kraking,koeltng en stoomproduktie, 2) compressie,

3) droging,

4) lage temperatuurscheiding

~ 5) acetyleen en propadiln omzetting

l 6) etheen destillatie 7) bijprodukt destillatie n <~ . I", ;; t" u~ ~ \ ! rJ ' i ' - . 1/

Verder zijn vereist een koelsysteem en opslag van produkten.

1. De krak;ipg.koeling.en stoomproduktie.

M,Jt\.

Nafta wordt onder atmosferische druk gekraakt in verticale buizenovens in aanwezigheid van stoom, bij een

uitlaattemper-~ atuur van 850 °C. ~ ~ ~eproduceerd ethaan wordt apart gekraakt tot etheen in een ~

buizenoven met verdunning van stoom bij een temperatuur van~30

oe.

9:- De stoomverdunning bedraagt in gewichtsprocenten van de

kool-t

waterstoffenvoeding

50%

voor de nafta en

30%

voor ethaan.

De kr.aakovens he~ben ieder een convectiegedeelte dat verwarmd ~

wordt met de ro~assen van de twee stralingsgedeelten, waarin ~

gestookt wordt met het geproduceerde methaanrijke gas en stook- :~

olie.

Het produktgas wordt in een verticale "Lamontt."-ketel snel ge-koeld tot ca 300 oe waarbij hoge drukstoom geleverd wordt, die

grotendeels voldoende is voor het gebruik in het proce_s.

Het gekoelde produktgas wordt dan in ie gasoliedestillatiekolom van de zware olie ontdaan. In een aparte stripper wordt de gas-olie nog van lichte componenten gescheiden en het bodemprodukt stookolie wordt in ie eerste etralingssectie verbrand.

De dampstroom uit de top van de gasoliekolom wordt met water

--gekoeld, waarna het oli~ter-gasmengsel wordt gescheiden.

Het gas gaat naar het compressiegedeelte, het water wordt in

een stripper gereinigd en de gecondenseerde koolwaterstoffen gaan naar de stabilizer. De dampen uit de top van de benzine-kolom gaan naar het compressiegedeelte, terwijl het gestripte bodemprodukt hoogwaardig benzine is.

,2. De compressie. ~

Het gas uit de scheider wordt in vier trappen gecomprimeerd van 0,2 ata tot 37 ata. Tussen de trappen wordt met water gekoeàd.

Tussen de derde en vierde trap, druk 14 ata temperatuur 40 C,

w~rdt gewassen met loog en water om zure gassen te verwijderen. Het gas in de cgndensor na de vierde trap wordt gekoeld met propeen tot 16 e waarna het gas wordt gedroogd.

-

.

Het condensaat na de vierde trap gaat naar de condensa

at-stripper, waar de vloeistof van C

2 en lichtere koo

lwater-stoffen gestript worden en naar propaanafscheiding gaan.

Het condensaat na de eerste trap gaat terug naar de g

asolie-kolom. De condensaten na de tweede en derde trap gaan naar

de benzinekolom. 3. De droging.

Het gas, dat het compressiegedeelte met 37 ata en 16

°c

ver-laat wordt gedroogd in vast beddrogere voor het naar de lage

temperatuur destillatie gaat. Hiertoe dienen drie drogers

met een 24-uurs cyclus waarvan twee in bedrijf, en de derde

wordt geregenereerd. Droog-middel geactiveerd aluminiumoxide.

4. LMe temperatuurscheidin,g.

Methaanafscheiding en waterstofzuivering.

Het droge gas wordt verder gekoeld met etheen, methaan en

waterstof, ale koelmiddelen tot -112 °C. Condensaat wordt

afgescheiden uit het gas bij -34°C, -68, -95 en - 112 en

naar de methaanafscheiding geleid.

De methaankglom heeft een werkdruk van 31 ata, bodemtem-peratuur 2 C. De reboil8: werkt met condenserende propeen

en de condensor bij

-97

e met etheen als koelmiddel. .

Het methaanrijke ( 95% methaan) gas uit de top van de

methaankolom wordt in een expansismachine geexpandeerd tot

7,4

ata met een temperatuur -130 C.

Het methaan wordt gebraikt om het waterstofrijke afgas te

koelen tot beneden

-95

e en wordt verder in warmtewisseling

~~!n~c~sm:;o~~~i~~~g::ne~e~~~~:~~~e;ma!d~:13~no~e~;:~!ad~et

voor een groot deel als brandstof in de ovens wordt gebruikt.

Het waterstofrijkg afgas van

-

9

5

oe wordt verder gekoeld met

methaan tot -1~O C bij welke temperat~ur het gas 85 vol.%

waterstof bevat.

Afgescheiden condensaten worden terug geleid naar de methaan

afscheider. De waterstof wordtÀln ~tewisseling gebracht en

verlaat de plant als produkt ~ 30 C en 30 ata.

Het bodemprodukt van de methaankolom gaat naar de

ethaanaf-scheider waar de C₂ van de C~ en zwaarder worden gescheiden.

Deze ethaankolom heeft een we~kdruk van 27 ata, de condensor

werkt met propeen, de reboiler met lage drukstoom.

Het bodemprodukt gaat naar de propaanafscheider en het top-produkt naar de acetyleenomzetter en naar de

etheendestilla-tiekolom. "--'~

---"

-"

-Acetyleen en propadien worden uit de C2, resp. C3 gasstroom verwijderd door selectieve hydrogenering met behulp van een

katalisa~or in een gepakt bed reactor bij een temperatuur

van 190 C. {katalysator cobal tmolybdaat).

Dit geschiedt omdat anders door moeilijkheden bij de destil-latie explosiegevaar ontstaat door ophoping van dit gas. Twee· reactoren zijn in gebruik,parallelgeschakeld, waarvan een geregenereerd kan worden met stoom en met waterstof

ge-activeerd. Na de acetyleenreactor zijn twee droc~ers geplaatst om spoortjes aanwezig of gevormd water uit de gasatroom te

verwijderen. '

6. Ethe.ndttstilla.tie.

De ethaan-etheenstroom uit de reactoren wordt gekoeld, gecon-denseerd en naar de etheenkolom geleid. De werkdruk van deze kolom is 19,5 ata. De reboiler werkt met propeen evenals de condensor.

Het bodemprodukt ethaan wordt naar de ethaan kraakoven gezonden voor de omzetting tot etheen.

In de etheen produktstripper wordt methaan en lichter gas van etheen gescheiden waardoor etheen van hoge zuiverheid verkregen wordt. (Polymerisatiegraad 99,9% zuiver).

7. Destillatie

van

het bijprodukt.

De propaàndestillatiekolom werkdruk ca 12 ata krijgt de voeding van de bodem van de ethaanafscheider en de bodem van de conden-saatstripper.

Deze kolom scheidt propeen en propaan van een bodemprodukt C4 en zwaarder.wat naar de butaanafscheider gaat.

De reboiler werkt met stoom, de condensor met propeen.

De propeenrijke gasstroom gaat naar de propeen-stripper, werkdruk 10,8 ata, waar gas lichter dan propeen, afgestript wordt (

reboiler : stoom, condensor: propeenl.

Het bodemprodukt is een gemengde propaan-propeenstroom.

De butaandestillatiekolom werkdruk 53 ata icheidt een butaan-buteen top produkt van een bodem produkt benzine, dat naar de stabiliser gaat. (reboiler: stoom, condensor : koelwater.

1 ' ) ; c c f j tI ,'t I ( { , /' ',.-" , 'i~ f f', , I ') \' /1 _ , ' ) , -In 1(( (~ r;'f--(,_ -/ {,. ,--I' IJ\ 1 ~ /11. "t,.

_

____

-

t~

JJ

l

'

--=--

--~

l~toominjectie in-iedere pijp_

..

I

L ~tralinJlssectie I I J stralingssectieI convectiesectie

v

/

SCHEMATISCHE AANDUIDING VAN PYPENLOOP

.I f , f '._ • ;;': I, . .... 1 \."

/ ;' J , , . ' { • .' I

33 SL AGEN In verticale lijn

invoer nafta

tT~~/t>R.O"G'€rJ r~~,. NAFTA KRAAK FORNUIS

J.J.RINCK

JUNI 1966.

-" \ \ _\. \. ~.

\\)

, \

.

.. l ... · en warmteberekeningen.(litt.1,46,47,48, 49,52)

De nRfta kraakovens bestaan uit twee direct g.eatookte

stralingsfornuizen en een convectiegedeelte.

In het convectiegedeelte wordt de nafta opgewarmd,

ver-\ dampt,stoomtoegevoegd en het totale gas verhit tot

'565°C met de rookgassen uit de twee stralingssecties.

~et convectie gede·elte best~at uit horizo~tale ~i~

p-~undele. '

\.

In\he~ eerste stral~ngsgedet!lte worden de gassen verhit

van>.

:

96

C tot 850 C in een fornuis met verticale pijpen

langs de wanden.

In de tweede stralings sectie vindt de' reactie plaats,

eveneens in een fornuis met verticale pijpen •

\

Daar o\ ie bij stoken meer kans geeft op oververhitting wordt

de

st~6kolie

in het eerste gedeelte verbrand.

In het tweede fornuis wordt met alleen methaan bestookt om

de reactie temperatuur goed in de hand te kunnen houden •

De verschillende hoeveelheden toetevoeren warmte zijn

be-rekend aan Ae hand van literatuurgegevens en ziin vermeld

in tabel 1 .UjL1'~

Hierin zijn weergegeven de molen en massastromen en de

onder-ste verbrandingswaarden (tot CO₂ en H

20 als gas ) van de

produkten en nafta. Hieruit is ae reactiewarmte van de kraking

berekend. De reactiewarmte is 15600 tcal/hr.

\ ~r:. De voelbare warmte, de warmte nodi_{breru;en is berekend met de gemiddelde soorteliàke warmte van}g om het gas op 850°C te " _'

X

1°

,

'0

~ de produkten door het gas in gedachten tot 25 C af te koelan'r

\ "'I De verdampings warmte van nafta is ger!.'even in kcal/mol., de

tt-JIi--\ \ warmte voor de verhitting van de stoom is berekend me6 het

''"':.l.c.

,.:,

~ enthalpie verschil. De stoom wordt o.ververhit ?~_ 15~ _Coinge-~

2voerd in het begin van de verdampinRssectie bij ca 100 ~. ~~

Daar reeds voldoende stoom geproduceerd

word~l1:Lam~;1~

~

~

bij de afkoeling van het produktgas zijn de drie oven g

edeel-ten zo berekend, dat de warmte in de rookgassen zo volledi~:

mo~elijk benut worden in het convectiegedeelte. '

In tabel 2 is de totale warmtebalans over de oven ge~:even.

In het tweede stralingègedeelte wordt de reactiewarmte

toe-gevoegd. In het eerste stra1in~sgedeelte wordt gas&engsel

van koolwaterstoffen en stoom verhit van 565 -850 C.

De rookgastemperaturen gan de ui tIJ,ali' van de twee

stralings-fornuizen zijn ca 1000 C, de warmterendementen zijn dan

5~. De warmte in de rookgassen d~e vJor

90%

benut worden in

de rookgassectie is d~ voldoende voor de opwarming van

Nafta en stoom tot 565 C.

fu

té

11.\.(VN_. 1." I/ ~,·tt

~

('I"',J...1.1,t" _- t '"_{' ...} A _I., I-_{'. (} 1\

~vU :',At' ~ ('I" '",'L{~ t> fnd t.;,~ .f.tA...t

4 [ ' ~- ~

I j I /' ( 1.1 ( I

Een rendement van

9

0%

in het convectiegedeelte is mogelijk

door kouSe invoer van de nafta en een koeling van het rûokgas

tot 100 C.

Het warmteverlies met de rookgassen via de schoorsteen is ,

2550 tCal/hr. Voor warmteverlies door straling en convectie

van de wanden is 1% in rekening gebracht van de totale

warmte-stroom in stralings- en convectiegedeelten, gr~ot 740 tcal/hr.

Het totale verlies is 3290 tcal/hr op een invoer van 51.940

tcal/hr. Het totale thermische renàement van de oven is dan

94%.

..

..

r"" / I : , I / t \. I /J rt " <- t 1,( ) ! , ',I I, .1,. I )"k. .. 'tr(. IJ:~· ~ I' , / / , , c (I;./~, " t l " / v'f\ 1 f \ \ , , , ~ ~\. /. ,. 'r'

r

I I , ( C '1" I . ./ d, I / , /H..-h. ,I, . / / / j 1 ),) I /, " 'I. I ; i ,, {~ / / , I , ,

;'

~

!(.~

C, '; , 1:( ,

-

-Berekening van de stralingsfornuizen. (litt.1 ,47 t/m 51,-54,55)

Stra11ngssectie 2.

In dit gedeelte wordt de warmte toegevoerd voor de endo-therme reaktie: 15.600 tcal/gr (zie tabel 1).

De reaktietemperatuur 1s 850 C De ultlaatdruk ie 1 ata

De verblijf tijd ie 0,3 sekt

Het totale gasvobume aan het eind van de pijpen 1s 1130 kmol water

1iQQ kmol kws

2530 kmol gas per uur , dit ie 2539,22.4.1120 _ 65

m

3

/sek

3600.1000. 273

-De beperkingen voor de berekening aan het fornuis gesteld zijn : de lineaire gassnelheid in de pijpen

de hoogte van ~et fornuis en

de warmtebelasting van de pijpen.

Het fornuis werd uiteindelijk do_or trial and error en

met a.hulp van Ir J .~Koel van~et Lab~ . voor _BnergteYOÇ>rzie"u.,g

•• dim.naioneerd

door

32 pijpen , verdeeld over twee fornUizen

met

elk 16

stuks. De pijpdiameter inwendig : 5" ~ "

uitwendig: 5 16

2

Het totaal doorstromend oppervlak is 0,404 m • De gassnelheid aan het eind 1s 161

mis,

de gassnelheid aan het begin is 52

mis ,

zodat de gemiddel-de ga ssnelheid in gemiddel-de pijpen is 107

;Ls ,

deze snelheid

1e

voldoende hoog om cokesafzetting in de pijpen tegen

te

gaan.

De

lengte van de pijpen volgt dan uit de gemiddelde gassnel-heid en de verblij~tijd • De lengte is 32 m en wordt in het fornuis bevestigd met drie slp-gen van ca 10 m lang. De invoer is onder in het fornuis , de afvoer naar de koeling in de "Lamonte" ketel is dan bovenin het fornuis. Het verwarmend oppervlak V.O. is 454

m2.(~otaal)

De warmtebelasting is 126.00 _ 34.4 tcal/m hr 454

-De temperatuur van de buitenwand van de pijp wordt berekend met de part iele wa rmteoverdrachtscoefficient aan de binn~n­

zijde

,«=

4000 bij deze hoge gassnelheid (eenheid kcal/m hroC ). Het tem8eratuurverschil over de gasfilm aande binnenzijde

"

-..

Berekening van de temperatuur van het rookgas.

Hiervoor wordt gebruik gemaakt van de gemodificeerde ver-gelijking van Stefan-Boltzmann.

~

_

1

0 • 173

/~)4

_

(~l

4

0( Acp -

1.

\

1 00 100

Hierin zijn ; in Angelsaksische eenheden ,

Q , de warmte overgedragen aan de naft~ in BTU/hro

T , de temperatuur van het rookgas in Rankine

=

F + 460 •

r:,

de gemiddelde buiswa ndtemperatuur ~~.

20.( Tg - Ts ) ,

::~z~~~v;~~;e~~~~Z~~~~l:e~~;!~:e!O~;

is de konstante gelijk

7 •

Acp , het kontinue oppervlak da t in de plaats geeteld

kan worden van de pijpenrijen.

= ( C - C ) .L • N

12

C - C , de afstand tussen twee pijpen , gerekend vanaf

de h~rtlijnen , in inches.

L , de lengte in feet.

N ,

het aantal pijpen.

~, ie een faktor die corrigeerd voor het relatieve

effekt van de warmteetralingsabsorptie door de pijpenrijen vergeleken met een vla koppervlak.

Bij een pitch va,. n 2. D is deze faktor 0,9.

P_t , een faktor die corrigeerd voor de vlamemissie, de

bouwen het volume van de ver bra ·ndingsruimte en

andere faktoren.

Ft = 1 + vlamemiss ie

1

+

(1

-

1) A

fe ff . AC + A

t._e ' de emissiecoefflcient van de vuurvaste steen (8,9)

e

f ' de emissiecoefficient van de rookgassen,deze

hangt af van de emissiecoefficienten va n de waterdamp en koolzuurgas en wel van hun partiele

drukken. hangt verder af van de "radiant beam" ,

die een fururtie is van de d'iniensies van de

stra-lingssectie

A._{c ' is g}.elijk ~ Acp

A + A is het totaal wandoppervlak in de stralingssectie.

c

r

De vlamemissie hangt af va n het type bra nder en bra

/ / . .;,

...

"

,,~. ,J .> /. I J ( (,

{t'\c,llllL{",nl!

4; ._ I

-..fl

(Yl

~j~-u~ ~

# I'

1)."1

,Iv/tir.,

,IJ! I / / /ilJc/;: ut,., /.

! /

•

\ :'

"

/ (" '\ .. ~ {:! ' ; . / . ,.t,... 1..1 (

",

..

I ..

Een deel van de straling gaat tuSsen de pijpen door naar de wand en wordt vandaar teruggestraald op de pijpen. Ee4 gedeelte echter gaat een zelfde weg weer terug.

I

Dit geeft voor de warmtebelasting va n de voor "koelend oppervlak" , gelijk 0,9 , berekent op ge-pijpen een faktor prQjekteerd oppervlak. Bij een pitch van 2D is de faktor 1,75

De warmtebelasting van de pijpen ~ordt

~

=

1,75.34,5

=

60,0 tcal/m hr

=

22.200 BTU/sqft.hr.

d<A_cp

De "beam length" , de straal van de overeenkomende gaslaag-dikte :

LI

=

2/3\1'L.B.S = 3,50 m

=

11,5 ft

L

=

4,40 m (14 pijpen) Per fornuis zijn er16 pijpen met

B

=

3,30 m (10 pijpen) 3 slagen.in totaal 48 pijpdiameters.

H = 10 m

Voor de berekening van de emissiefa ktoren werd aangenomen de verbra nding van methaan met een zeer geringe overmaat

lucht. 2 A

=

0,9.2.(44 + 33)

=

139 m c 2 Ar

=

2.4,4.3.3

=

29 m dampspanning koolzuur = 0,095 , p. L I

=

1,09 ( :: 0.15 water

=

0, 19a ta

=

2,18 ê

=

~

De correktiefaktor Ft is dan gelijk Q~12

3 27 _{, of = Q.aQ2.} 0,42 0,37

De gemiddelde buiswandtemperatuur is 859 oe

=

2040

OR •

Deze gegevens ingevuld in de vergelijking van Stefan-Boltzmann

levert de rookgastempera

₆

uur aan het eind van het fornuis.

T

=

2520 R

=

1115 e

=~====================='

Teneinde te vermijden dat door het afzetten van een laagje cokes in de pijpen deze oververhit kunnen worden, moet

om de paar maanden de pijpen gereinigd worden door

I

'

-I ..

,.

I

•

Stralingeeeetie J.

.

'

De toe te voeren voelbare warmte is 11.000 tcal/hr •

De gemiddelde buiswandtemperatuur is 850 - 565 + 565

=

710 oe

2

Daar de drukval over het tweede stralingsfornuia op 0,2 atm is berekend(zie bijlage), kan de druk aan het eind van

het eerste fornuis gesteld worden op 1,2 ata,en gemidd. 1,3 ata. Het totaal gas volume aan het eind is

1130 kmol stoom per uur

318 kmol kWB

1448 kmol gas per uur, dat is 1448,22.4.983

=

30.3

/0et.

3600.1,2. iOOO.273

H et fornuis werd vervolgens op een gelijke manier ala de

voorgaande berekent.

Het totaal aantal pijpen is 16 , verdeeld over twee fornuizen. De pijpdiameter , inwendig 6" 5 "

uitwendig 6 _

8

Het totaal dooretromend oppervlak ie 0,292 m2•

De gasenelheid aan het eind ia 103

mis ,

zodat de

begin-"snelheid aan het begin va n het tweede fornuis waar het aantal

pijpen de helft io ongeveer

52

mis

gesteld kan worden.

De hoogte van het fornuis wordt gelijk gesteld voor de

constructie aan het tweede n.l. 10 m , met 5 slagen per pijp,

om een redelijke warmtestroomdichtheid te krijgen_ en een

aansluiting van de pijpen ophet fornuis e~de con~ektiebank.

Het V.o. totaal over de 16 pijpen is ~8 ~ •

De warmtebelastingis 11.000 _ 26.9 te lm br.

Het temperatuursve

_ó

sch128ove; de

gasfi~

aan de binnenzilde

va n de pijp is 9 e (~= 300g kcal/hr' e). De ge middelde

buitenwandtemperatuur is

720

e.

De warmtebelasting van de pijpen wordt

1,75.26,9= 47

tCal/m

2

hr •

17400 BTU/sgft.hr • De "beamlength" , L'

=

2/3\1'"L.B.H

=

3,7 m = 12,1 ft • L

=

4,8 m ( 12 pijpen) A

₌

AC ₌ r

Peo

PH

6

~ 146 m2 2 32 m = 0,095 = 0,19 atm B

=

3,3 m ( 8 pijpen) H

=

10 m p.L'

=

0,13 atm.ft

=

2,26 E.

= 0,15

E=~ 0,42 At.. = ~ 0,37 De correetiecoeff1cient Ft

=

0,45 •

Deze gegevens ingevuld in de vergelijking van ~tefan-Boltzmann

levert een rookgastemperatuur T_g=2210 oe

=

955 oe •

-

.

I

.

Berekening van het convectiegedeelte. (Litt.50,56)

Ia het convectiegedeglte wordt de naftavogding van 25 oe

en de stoom van 150 e opgewarmd tot 565 e met de hete

rookgassen van de stra lingssecties,die via betonnen

rook-gas kanalen geleid worden.

De massagemiddelde roókgastemperatuuo is 1045 oe aan de inlaat.

Het rookgae wordt afgekoeld tot 100 e.

Het thermisch rendement van het convectiegedeelte is dan 90%,

de enthalpie van de rookgassen van methaan met een kleine

overmaat lucht is bij 1000 oe : 294 kcal/kg

100 oe: 26,5 kcal/kg.

De totale hoeveelheid toe te voeren warmte is 22.780 tcal/hr,

de hoeveelheid warmte in het roökgas is 26.000 tcal/hr,

zie voor de warmteba~lans!tabel 2 •

De totale lengte van de convectiebank,die zal bestaan 'uit

horizontale.pijpenbundels ie 11 m , de som van de lengten

van de twee stralingsfornuizen, de tussenruimte en de dikten

va n de wanden ( 4,4 + 4,8 + 1,5 + 2.0,2

=

11,1 m ).

H et aantal pijpen is aansluitend op het eerste stralings-fornuis, 16 stuks in één bank, diameter inwendig 6",

t d t ti d t d h t 10 i uitwendig 6 5/8 " ~

me e res rik e a e oog e ca m s.

De warmtestroom wordt gegeven met de volgende formule

~

=

_U.A.AT1

w

.m.

waarin U de totale warmteoverdrachts-_coefficient

A het buizenoppervlak

~l m : het logaritmisch

tempera-• tempera-• tuuraverschil in de

warmtewisselaar. De U , samengesteld uit de partiele

warmteoverdrachtscoef-ficienten, wordt volledig bepa3ld door d~ aan de rookgaszijde.

De inwendig, gemiddeld over de v~rsceillende mechanismen .

van wamtetoevoer is ca 2000 kcal/m hr e tegenover een

uit-wendige ~ van ca 40 ,die berekent zal worden.

De warmteoverdrachtscoefficient aan de rookgaszijde bestaat uit een convectie en een stralingsterm.

De waarden worden bereke~met een gemodificeerde

Nusselt-vergelijking. . 0( conv ) 2/3 1/3

=

C. (1 +

~

. _G _ _

~.

_(_T__{b_)_} d 1/_o 3

3,5 voor een kwadratische configeratie van de pijpen

de luchtovermaat (1,1)

de temperatuur van het rookgas Tb

=

T

w + AT1

-AT?

o In AT

1 aoT2 de temperatuur van de pijpwand in K

~= de uitwendige diameter van de pijp

I -I w i I .. I ~

I

•

I I 1

I

De stralingsterm bestaat uit twee delen

.

. straling

'

.

=

0< straling 0( straling CO 2 1/3 1/3 =c1'C₁

r:'LI).

p 0 4 2 (7' = 4,96 kcal/ K m hr +0( ; straling

Met nu volgende gegevens zijn deze formules grafisch op te

lossen (litt.sb). .

De temperatuur van het rookgas daalt van 1045 - 100 oe ,

de temperatuur van de gasstrQom in.de pijp stijgt van 25.565 oe. t

De gemiddelde pijpwandtemperatuur T

=

300 06 •

Het logaritmisch temperatuursverschïl is 219 oe •

De gemiddelde rookgastemperatuur is dan Tg

=

300 + 219 = 519

°c •

Er bevinden zich 16 pijpen naast elkaar die om de 11 m een slag maken met een breedte va n 12 ".

De .e~t1ka"~Ch van de pijpen is 1t Vqn de uitwendige

dia-meter, gesteld. nori-'f"o,.,-,St;i(E

De breedte van de convektiebank is dan 20t~d = 3,5 m.

De vrije doortocht is 11.17.t.d =7,47 m.o

De hoeyeelheid rookga s is ~ 4

26.10 kg/hr = 9,3 .10 kg/hr,

~I/n,- 280

bij een enthalpièY van het rookgas va, n 280 kcal/kg • (~ié" tllkL. 4 )

De maBsastroom van roo&gas per vrije doortocht is

G

=

9.3.10 4 =12450 kg/hr = 3,46 kg/eek.

7,47

De berekende

~

= 30,5 kCal/m2hr oe

conv

"

Voor een pitch van 1-1- do is de "beam length LI = 0,75 do

De dampspanning water

=

0,19

koolzuur= 0,095 , waar uit volgt ,

0(

=

straling H₂0 0< straling CO 2 = 3,1 3,6 6,7

D.

totale warmteoverdra chtscoefficient is

~

totaal = 30,5 + 6,7

=

37,2 kcal/m2hr

°c .

---I

-Het totale pijpenoppervlak V.O.

=

~w

=

2795 m2

U .AT_l

_.m.

De lengte va n de pijpen is dan 2795

=

330 m

16. • d

Het aantal slagen per pijp is dan 30 mgal.

De totale hoogte van de bank is dan ca 10 m ; 9,2 m voor de pijpen en enkeàe decimeters voor de ondersteuningen van de pijpen. Gedacht ie,te ondepsteunen om de 10 slagen met pijpen

in de dwarsrichting waarin de naftavoeding opgewarmd kan worden. De convektiebank sluit dan wa t de hoogte be-trefd aan op

de fornuizen , zodat de rookgaskanalen zo kort mogelijk zijn.

De

invoer Ia n de stoom.

, ,

De etoominvoer dient voor de verdamping te geschieden om het afzetten van condensatie8roducten aan de pijpwand te voorkomen en wel ca bij 100 C.

De

aan

de nafta reeds toegevoerde warmte is dan (zie tabel 2) :

-12.15050

=

2100 tcal/hr , dat vereist een ~eng te va n 540

de pijpen van 2100. 330 m

=

30 m • 22780

De atoom moet dus

na 3

slagen geinjekteerd worden.

B,rekening van de gassnelheid in het convektiegedeelte.

~:!p!~!~~urg:~o~~eo~ane~e~i~î~~t~~~4i~4~~;/~r

bij een

1448.22.4.838

=

19,8 m3/sek ,

3600. 1 ,4.273 2

Het totaal doorstroomde oppervlak ia 0,292 m ,zodat de lineaire gassnelheid is 68 m/sek.

.'

,

,r1,-~:"I' !Y',.j

b.r

(i'n /"./ (;; ,7 (',

l

'X"r,t

4PA té,LI ,." / '.".

ó,.,·. ,(

I 1>.' '/" ~/u

tv,

':'1'(.( V/ (>L / (, 'de

óül,t,

ft )1 '.~ ~( 2{:-d.. .. /

/,

I f , ! ti ' j I'·~ ( I. " I"..J r i ) r' It)

r

,-cf " '- w'v ( ~, ~ ! / _{.. 1} I .... l 1,. I, ' i

r

_/... ' ! I. : /( , _'~,",;I , .' ,,; , ,'. ! (' , I /.'

_f..;

_{)U '"} ,t.C :C1. \ " : , . I " / ',' v'; ) . (I " . / t, If . , J' , . ~) I

, . D. ovenbeschrijving .(zie tekening 2)

J Het kraak fornuis dat als een grote eenheid de mogelijkheid ,;1 bieat tot splitsing in verschillende sekties is daardoor

r goed te regelen.

Het o~warmen , verdampen en !Q9~~~rw~ heeft plaats in

het convektiegedeelte • Verder opwarmen inode eerste stralings-sektie en de kraking in de tweede bij 850

c.

De tweede stralingsse ktie is berekent op een verblijf tijd van 0,3 sek.

Stralingssekties 1 en 2 zijn elk gesplitst in twee parallel geplaatste cellen.

De convektiesektie is als een grote langwerpige bank uitge-voere , de hete rookgassen van de vier stralingssekties worden

er

van

boven naar beneden door gevoerd.Overvoering van de {~ ~ rookgassen geschiedt in vuurvaste betonnen kokers met

rechthoekige doorsnede.

De verscillende sekties zijn opgebouwd uit rechthoekige kokervormige segmenten van 2 ~ hoogte die op elkaar worden gesta)eld. .

De segsenten zijn gemaakt van geprofileerd staal.

Aan

de bianenzijde bevinden zich opgelaste haken die het ingegoten vuurvaste steen vasthouden. Het beton wordt gewapend met een ijzeren gaas , met mazen van 10 cm. Het ga~ heeft in

vertikale richting lopende golven , om verzwakking van het beton

in een vertikaal vlak te voorkomen. De wanddikte bedraagt afwisselend per 0,40 m , 0,20 en 0,15 m samenhangend met het profiel va n het staal.

Het gehele fornuis wordt gebouwd op 2m hoge betonnen poten gefundeerd op een betonvloer.

Om het fornuis wordt op ruim 2 m hoogte een bordes aange-bracht.

De co&vektiesektie is uitgevoer. met 16 horizontale p1Jpen naast elkaar in 30 slagen.Na elke 10-slagen worden de pijpen door, in de dwarsrichting lopende met nafta gekoelde pijpen ondersteund.

De koude nafta wordt vanuit de hoofdtoevoerleiding via

~16 afsluiters en stroommeters onder in de bank gevoerd. Na 4ri. slagen wordt de stoom geinjekteerd.

Het verhitte stoom en nafta mengsel wordt met twee maal 8

pijpen naar de aan weerszijden van de convettiebank staande cellen van de eerste stralingssektie gevoerd.

Om een goede uitstroming van het rookgas te verkrijgen i8 de bodem van de convektiebank onder een hoek van 150 geplaatst, zodanig dat de laagste zijde van de bodem zich het dichtst bijde schoorsteen bevindt ,

naar zwavelvrije brandstof wordt gestookt is geen hoge schoor-st •• ft vereist, ca 25 m hoog.

~egeveaa van de convektiesektie:

afmetingen inwendig: lengte 11 m

hoogte 10 m

breedte 3,5 m "

de pijpen van roestvrij staal 18/8 , pijpmaat 6"X6 5/₈

horizontale steek 1

t

d tJ '-/ 5.s IeP

/1'

Jz-J..I

!-tI

w..'i,-vert1kale steek 1 2" t ( .' rJ-R.~ ,

diameter hoofdtoevoerleiding van de nafta 0,6 m

1aolatiemateriaal van de cross-overs : glaswol,0,05 m en alum1n1umbeplating.

p.

'ir,*1.,!.ekt1~ 1 bestaat uit twee parallel geplaatste

eel1... Blke cel evat 8 pijpen die elk 5 vertikale slagen

mak.n.

De pijpea zijn aan de bovenzijde opgehangen door op een

bocht een stuk pijp te lassen dat door het dak steekt ,

Tia . . . pakkingbus. In het boven het dak uitstekende stuk

wordt een gat geboord waardoor een pen gestoken wordt,

41. op een ring rust.

Aan de

ondera jde wordt de pijp via een opgelast stuk door een

pakkiagbus in de bodem beweegbaar bevestigd, om spanningen

door uitzetting te voorkomen.

Gegeveaa stralingss.ktie 1 :

afmetingen inwendig : hoogte 10 m

lengte

4,8

m

breedte 3,3 m

materiaal van de pijpen r.v.staal 18/8 , pijpmaat 611_.65/

8"

.t •• k 2d

af.tand wand - hart pijp

H·

d

aalltal branders 2 : een met 1200 kg/hr stGokolie

een met 390 kg/hr methaan ,per cel

Afstand branders , hart tot hart 1 m , de lucht moet

tegeagesteld draaiend worden ingebracht voor een goede stabiliteit van de vlammen.

De .tlal1ng§8ektie 2 wordt als de eerste uitgevoerd, twee

ce11 •• parallel elk echter met 16 pijpen die ieder 3 vertikale slagen maken.

Gegevens etral1ngsektie 2

afmet1ngen inwendig hoogte 10 m

lengte

4,4

m

breedte 3,3m

materiaal vangde iijpen r.v.staal 25/18 , Ti gestabiliseerd.

p1jpmaat 5".5 / , steek 2 d

afstand wand - !árt van de pijp 1t d

22 Litteratuur. 1.H.Schutt-S.Zdon1k , 011 & Gas J.

2i

13/2-30/7-1956 2.1d. , Petrol.Ref.

l2

(11) 243 (1957) 3.J.Vlugter c.s. , de Ing.

22

ch 35 (1953) 4 •• Tans , Petrol.Ref.~(2)124 (1963)

5.F.As1nger , Chemie u Techn. der Monoolef1nen, 108,190 (1957)

6.R.Raff,Folyethylene , 19 (1956)

7.C.Davenport , Petrol.Ref. maart 1960,125

b.N.N. , 1d ,42 (2) (1963) 9.H.Krekeler c.s. 10.P.eornell 11iJ.Lichtenstein 12.P.Sherwood 13.I.Edgar 14.J.Hirschbeck 15.C.King 16. id 17~A.Ste1nhoferc.s. 18.H.Pietsch 19.R.Deanisly 20. id 21.N.N. 22.P.Sherwood 23.E.Guccione 24.N.N. 25.P.Schmalfeld 34(12) (1955) e , World ~etrol.Congr.Proc.5 ,1959

i

55 ,Petrol.Ref.

II

7,135 (1954) ,Chem.~ng.

11

(2) 89 (1964) ,Petrol.tief. ~ (11) 157 (1951) ,Ind.Chem.l1 345 (1951) ,Erdöl u Kohle ~ 107 (1966) ,Petrol.Ref. iQ 7,122 (1951) , 1d

l2

11,246 (1957) ,Petrol.Ref. ~ 2,119 (1963) ,Erdöl u Kohle

12

540 (1963) ,1d 1Q 837 (1957) ,Chem.Eng.Progr.~ 134 (1951) ,Petrol.Ref. ~ 9,217 (1950) ,Fetrol.Ref. iQ 209 nov 1961 ,Erdöl u Kohle

2

628 (1952) ,Chem.Eng

1Q ,

11,196 (1963) ,Petrol.Ref. iQ 10,137 (1961) , id ~ 7,145 (1963) ,Chim.&Ind. §2 231 (1961)

26.W.Bayer ,Erdöl u Kohle

12

270,799 (1962)

27. N.N. . ,Br1t.Chem.Eng.

1

646 (1962)

28. N.N. ,Erd! u Kohle

12

540 (1963)

29.M.K11patr1ck ,Petrol.Ref.

II

171 (1954)

30.A.A ndrews,L.Pollock , Chem.Eng. ~ 37,~6 (1959)

31.HoKrekeler ,Petrol.Ref.ji 10,139 (1955)

32.N.Chopey ,Chem.Eng. sept 2 , 34 (1963)

33.M.Bogart ,Chem.Eng.Progr.

2§

7,90 (1962)

34.G.Fleming , id

2l

6,249 (1956)

35.J.Fansworth , Ind.&Eng.Chem.

11

8,1517 (1955)

36.K.Osthaus ,Erdöl u Kohle

12

270 (1962)

37.A.Roche c.s. ,Petrol.Ref.

i2

3,161 (1964)

38.H.Andrews , id

II

154 (1952)

39.L~Tautsumi , id

l2

287 (1957)

40.J.Fair c.s. ,Chem.Eng.frogr.

2l

433 (1957)

23

,Oil&Gas J. ~ dec 21 , 70 (1964) 42.K.Brooke 4~.G.Nonhebel 44.D.Rof!le11uB 45.K.Sehm1dt 46.H.Oet-B.Raeow 47.W.Nelson 48.D.Kern 49.J.Lichtenstein 50.J.Ferry 51.W.Trinks

,Gas Purification Process (1964) , 444

,Chem.Eng.Progr. ~ 10,59 (1-960)

,Brennstoff-Chem.l1 145 (1956)

,Lehrbuch der Chem.Techn. deel 2,1097 (1964) ,Petroleum Refinery Eng.4edr (1958)

,Process Heat Transfer 674

,Chem.bng.Frogr.

2Q

64 ~1964)

,Chemical Eng.Handbook 4 dr en ,Industrial Furnaces 3edr deel deel

52oC.Hodgman ,H~ndbook of Chem. and Physics

53.H.Linden ,Ind.Eng.Chem.

11

2470 (1955) 54.D.W11aon-W.Lobo , id. ~ 486 (1932) 55.W.Lobo-R.Evane ,Trane.A.I.Ch.~.

12

743 (1939) 3edr ( 190) 1 ,1944 2 ,1955

56.Rapport Werkgroep Warmtetransport Verbrandingsgassen 57.E.Henley

58.J.Maxwell

deel 1 (1964) , deel 2 l1963) en Centraal

Techniech Instituut TNO afdeling Warmtetechniek. ,Stagewise Process Design (1963) 171 ,Databook of Hydrocarbons (1950)

I ' , / . , . ,

..

• •

1 KRAAK FORNUIS 2 LAMONTE KETEL 3GASOLIE DESTILLATIE 4 OLIE/WATER/GAS SCHEIDER 5PROCESWATER STRIPPER 6 WASKOLOM 7BENZINE STABILIZER 8CONDENSAAT STRIPPER 9DROGER 10 METHAAN AFSCHEIDING 11 WATERSTOF ZUIVERING 12 ETHAAN AFSCEIDING 13KAT. HYDROGENERING 14 ETHEEN DESTI LLATIE 15ETHEEN STRIPPER 16 PROPAAN AFSCHEIDING 17 PROPEEN STRIPPER

1 I

KOELI NG MET WATER

C₂ ,C) ETHEEN re sp PROPEEN NAFTA BUTAAN 3 STOOM STOOKOLIE C₃ NAAR COMPRESSIE PROPEEN ,; PROPAAN,

VAN KOLOM 15 en17

5 ₆ WATER STOOM WATERSTOF VAN KOLOM 18 7 11 8 NAFT*RAKING tot ETHEEN en PROPEEN A.v.d. BOGAERDT JUNI 1966

l

I ' t I •

I

.

I

• Tabel : 1 "

I

J r

~

H 103 / kcal/kg wt

%

kgmol/hr kg/hr Ho _{m 0}

AH

kcal/hr p V L.-CAT '.103 kcal/mol kcal/hr 1 [l.tm p _r 66.6 nafta Wc. 318 40734 10300 419560

1

O

~

~

1

0

'~

~

013350

_t

_'

". (cal/g) 33.4 stoom lib'( _{1130 20367 363 73'33 .~} 1 .1 H 2 221 446 68 15028 3.45 2846 1269 \I 17.0 CH 4 432 6925 192 82944 0.84 693 4801 27.7 C 2H4 402 11284 316 127032 0.65 536 6048 3.8 C 2H6 52 1564 341 17732 0.77 635 993 13.9 _C3l:J.6 135 5664 460 62100 0.66 544 3081 0.6 _C3HS 5.7 251 488 2782 0.76 627 157 7.6 _{C 4}

_H

_l

_u

_1, 55.5 3110 595 33023 0.64 528 1642 22.3 benzine ₉₁ 9087 900 81900 0.55 454 412?,y-= 5.9 stookolie 7.9 2400 1600 12640 0.45 371 890

v

100.0 1401 40734 435181 voelbare +

_~~~

, 419560 verdampingswarmte reaktiewarmte

.

.

_=l~~~1'

De reaktlewarmte is 15600 tCal/hr

=

383 kcal/kg nafta.

Voe~bare en verdampingswarmte is 33750 tcal/hr

=

828,5 kcal/kg nafta De totaal toe te voeren warmte aa n brandstof is 51940 tcal/hr (zie'

tabel 2 )

~

«;1

rJU- J( 11-1"'7

~

'---~ h/ ",-i-y cl, \( 1 /'(1) -I (

---

-i'j , '/,:U? ,{t..ç" .... ( ! (ttt" , U

.

h.v t(..~-c/ ,~'YJ 0~

_

~ 1" s <9c Î ) I . --") ,1 /1 1 , .I c-.... ? _ , - .~ '-• ... v _" ', .. ..,)v - 001 ) J .. -ok f' ;, _ " ,jo

d '

C .J. Ó

'~/1I...7

- _ "Lo(t", hit-. ~ J

(~

~

_

~~

c

)

, 0b5

-A

..

.

~.{ 'lYIJ t!L(o,~.û.. 0

c

t

n.J

t, /fu..tt',).,

I •

I

·

I •

25

Tabel :

2

0J

f/J....

~

ttu..

!t/)

I~-o ue/~

I

~' ~0-

fi,

0&-

~1-"'

~ I~,(l~ä",,) ,!{-~j:J

Sectie eenheden in tcal/hr

I

afgevoerde

iendement

%

benutte warmte . I'Ltoegevoerde

Straling 2

~,..: I

15000

30000

150

0

0

(5~) . ~tral1Dg 1 kw~

7950

(50%)

water

3020

~65-850 oe 10970,1

21940

10970

51940

25970

p

Ol1vec tie kws /

~

(

9

0%)

_verdampi

:r-15050

740

25230

Warmteverlies -~~,·th

3350

~

-565-00 _water

₄₃₈₀

---

_{-' 22780}J ~o-taal

48750

~

.-.-.-.-.-.-.

/

v7

25230

1

2

5

"

0

/ "- -schoorste~­ verlies '

De

entalpie va

n

~h~l~ rookgassen, bij verschillende

~ . . p.ratureD in kcal/kg ~

-6,5 26,7

82

110

141

6,42 26,2 52,8 80,5 108

138

296

382

167,5 196,5 228

292

315

Oatleend &aD gegevens van Ir J.C.Koe~ van het Lab. voor

1 -I I •

I

·

I"

I

-Berekening van het aantal schotels van de etheenkolom. etheen/ethaan scheiding. (Litt.57,58,44) Gegevens:

Druk in de bodem van de Lolom 19,5 ata

Eisen voor de zuiverheid:

top : 0,995

%

etheen

0,001

%

ethaan

0,004

%

metha an en lichter

De zuiverheid va n het eindprodukt na de stripper is dan 99,9

%,

de polymerisatiegraad.

bodem: 0,99

%

ethaan

0,01

%

etheen

De relatieve vluchtigheid

c; /

C₂ is 1,6

=

~

Voor de berekening wordt gebruik gemaakt van de FeBske-vergelijkipg Het aantal schotels wordt berekend als volgt

(~1 ) (.!2) N_m

=

log (x 2)D' (x1)W log 0 (

=

0.995 • ~ log 0,001 0,01 log 1,6

=

22,6

Het aantal schotels wordt dan na aftrek va n de kookketel

gecorrigeerdvoor de 8ohotelefficiency

=

2,5 • Het aantal

scho-tels wordt dan 54.

Nu moet nog ge corrigeerd worden voor de kolomefficiency.

De viscositeit van de vloeistof is

JU

=

0,435 centipoises

Bij a( .~

=

1,6.0,435

=

0,7 centlpolses is de kolomefflclency

gslijk 0,55. ~~

bijlage 2

Bereke~1p,

van

,

de drukV§! over een fornuie.(litt.50)

R. -

e

·I·d

~

In het tweede fornuis is v

=

107

mis

7

= 0,024.10-3 Nsec/m2 (litt.5S)

d

=

5"

=

0,127 m

~:

61.000

I

65

=

0,26 kg/m3

, 3600

Re

=

1,5.10

5 ,

relatieve ruwheid van de pijpen 5.10-4 •

na.

1a 4f

= 0,02 (litt. 50)

Het weerataRdsgetal voor een bocht wordt gelijk 2 gesteld en hetaaatal bochten 3.

27

( )2

A P = 0,02·~0:"', 1~2~7 +

3.2 ) •

t .

0,26 (107) 2

=

0,18

.10 5

Nim

2

De

4rukTal over het fornuis wordt voor de verdere berekeningen