CO2 - H2S absorptie

adres:

Rotterdam.

D.D. 23 Delft.

Verslag behorende bij het processchema

Technologie

/

2/80

datum: december 1966.

-.

.

.

, , )

.

. 1. Samenvatting.~ 2. Inleidi:p.g. ~.1 002 winnïng InhoUd • blz. 2 2 .2 ~;~2,.2. Physishe E_{igenschappen van CO2 .}, ~

2

2.3.

Toepassingen van CO2

Andere technishe CO2/H2S absorptiemethoden.

3.

Productie' hoeveelheid en plaats d.er fanrieks eenheid.

4.

'

.Beqchrijving van het , p

.

roces.

'Mas:sa en warmte balans

,Ch~mishe:,' en fysische. aspecten van het Girbotol

~.

proces.

6.1. Het geb~uik van amine-oplossingen als was~

vloeistof in absorptie-processen. 6.2. Absorptiesnelheid.

7.

8.

9

Berekeningen apparatuur.

Overzi,cht specificatie apparatuur. Symbolen-lijst. Litteratuur1ijst I Litteratuurlijst 11 3 :3 ']

?

9 1,5

15

15 16 26 28 30 31 "

~, ~!.f>, 'i~,~~~~ ~,} ~ r i " ., ." '. ~ , .;;. i' ji. ""1 f ~ , ) • .,1. t '" ~ ~

,-,,,t":.1 ~ .. '4

delen absorptie

aci~':;l\ .. De 12 onde.r~ocbte processen werden t&r onderlinge

. _

à,j\l>".

vergelijking verdeeld-in

3

stadia t .. w~ absorptie',

~.?~ • '" .

• ~;:; 'c regeneratJ.e e.neindbehandeli g ..

,'"

Verder w~'t'd _een onderscheid ge .aakt tussen absorptie

met

aansluitende oxydatie en absorptie met alkalische

oplossingen. - , '

Bij het Girbotol proces werd uit gega.an van een

gasmeng-sel van p~opaan en C0₂ met als a~sorptiemiddel een yerdunde

monoethanolamine

(M.

E

.

A

..

)

oplossing.

Daar de absorptiesnelhei~ van 002 veel kleiner

vanH2~ we~den alleen de CO_2- M E.A. absorptié ondefzocht.

D~ C92" -rijke MEA oplossing uit de absoptiekolom werd in de

regenerator bij hoge temperatuur en lage druk .'tgestript".

De

-

evt.

ME

A

verliezen werden tegengegaan door

dè

uittreden-." I

de, g~~sen aan pa;-tiële condensatie te onderwer.pen· • . ~;' . ' .

2. Inl..eid:l,ng.

2.1. 002 "i~inPi~ Litt.! , 9~ ,

757.

CO

_a

wordt veelal gewonnen bij de :

a) zuivering van raff1naderijgassen

b) zuiv&ring

van

a~dgas . _ t) -z~veî'ing v,än NH

3 Csynthesegas)

d) iuiv.er~ng· van cokesovengassen. e) zuivere 002 bronnen

f) gist~ng$pr~ce~sen van bier.

~

)

.

OO

.-'

·

~~

.

~. 2. !>hysische EigènspháRIteJt~ ,\t.an~'2. Ll. tt .1 00"2 is .. een 1UeurLoQs gas met een "zure s~.

Bij

O·C

en

760

T'orr. i . het s.g.

1,97

6

8

kg/Nm

3

Structuur:

O-C-o

.

...

,9,749.

it· NaOH-,

op-l I

.,

v

An(lere techJlisehp "902L.!!~ absorptieme,tho~e!l" Litt. 2;1e litt. Z'le oOk de getekende flowscbemet-tekeningen I

ti.

IV. ~l~st 2. Behalve het Gi~botol absorptie proces kennen' we VersQhil1-en,de .

"a,ndére m-ethOdes om CO

2 enlof H2S te scheiden uit gasnténgse~s:

!:: I'roeessen waarbij H₂S door oxydatie verwijderd wordt (de zgn.

," natte QF,datie processen). , '

, _ ProcesS n wa.arbij _{002' H2S} ,e.a. bestanddel.en· ~~~jderd "worden

: . .d~o.r èe alkalische oplossing (Na₂C0

3, MEA, D~A. etc.)' r,.,,~

, Autopur.

~.

,,30.3.

"".

t'

In di~ ,proces wordt, H

2S verwijderd

. I

bevatDen(meestal c9kesovengassen).

, ~

'

.

. ,,'

.

ui,t ,gas~en,

dl:e

~ ook-NH

3

.,

en HON

I ''!

-l)it geb,eurd door contact van het gas (in tegens:&noom) ·me·t~ een

NH,

': ~plpssing waarin fe;t'ri ferro cyanide complex al,s ~atalysá:to.r

gesus-! ". J(.,endeerd is.

"~' D~Zre ,oploss1f!8 bevat ook NH4-~outen die nodig zijn om de; è;Y~lde

c'QmpleXen te stabiliseren. ,~

'In <de absorptie kolom wordt het H

2S door daze gekatalyeeerd,e was-opl.o'ssin~ geabsorbeerd, hierbij oxydeerd het H₂S tot zwavel en zuurstofhoudende NH₄-S-verbindingen. Het HON wordt omgeze'b in ammoni umrh~danide •

, Vervolgens 'wo.rdt de oplossing in een volgen&e koloth

·

I.t~

:

h:ie~bià wordt ongeveer 10%

van

'het zwavel ale SCh~im;, afgescheiden

, '" '

(door flotatie) en gevoerd in een at1toclàaf>~ De res.1f v~" het zwavel

'

~~rdt o.mg~~et

in,

(NJI4~S~3'

(NH4)2S0 en

NH4CNS~ ~s

n;venproduct

wordt o. a, 00.8 verkregen. ~ " . . '" .... Nadelen van dit proces zijn: l).htge pers!ûcbt_, 'verbruik

2) het verkr~gèn_{, .} 'zwa , \.

;., .>

~ , .

-L1:t:t. ,J;"\3,63l.

. . , '. , .... " . .! '

,~~n~~ · ~e·ll.g~~o~biÏleerde 1I, '~Î1Uiin:g .. en H2~; verwij~ering

.,,~l:aa1i~:,_

.liet

~S',WOT<:lt geoxydeerd tot S met be4111~"",van'~een ijzer

T { ~. • . ' • \ . . , .

':katal-3~a~or. " " . . . ' , . ~':, .. ' """,-, 1; •

... i I .t " ' , . " ~

Belangrijke eenheden i11 dit proees zijn de HON' v.Q(~rwB.ss&r, de

• ' t " : •

zw~v,elW$sser, d~ zwaveldioxyde verzad.i~er

en

de oxydat~eto~en.

'In de HON- \\1àsser wordt HON met water uitgewassen".

,~

,

~

. • ' In de zwavelwasser: het, H₂S wordt met een anunoniakaf.e.- 'qp).ossing

'van 'ijzeroXY9-é geba den 2Fe(OH),+3H2S \2:a'eS.+ S. _SE2

S.:

,

,~"

In

'·'

d~

,:

S02

verzadi~er

ontstaat

(~)2S04.

~.,{

A

~~.'<f

!n

d'e oxydati'etoren wordt het in de

opl~$ingaan\(ezige

.'

'FeS

Of.

~

. . . . ~·ti •

j .•.. ge oxyde erd:; 2Fe8 + 3/2-02 + 3H

20 ~2Fe(Oa)3 _{. '} ,i; 28_,'w': ' " ,,' ,,. _~lf.l5

•. #;. iI:. ":1:

., Gi amttlaJ:!c 0 , Vetroco~e. L1tt 1.,10,317.

6 , ~ , ,~~ J

;Met, ài:t proc~s kan ~en zowel 002 als H

2S _ • . .

absorberen. Als absorptiemiddel gebruikt men een arseniet.!arse-'" naat'oplossing. Bij de absorptie van H

2

S

is de werkwiJZe.. àls VOl,t.

, , Absorptie:

H2~

+ arseniet ' J&hioarseniet

~~~~.t~.

, ",~ " . ' . ' . thl.O~il:i.et + arsenaat --Jmonothl.oarsenaat. ~.

Door aElJlzuring

~ntre

"

~t

het monothioarsenaat""inarsen1e-t"en

ele-. . ,

înentair~ zwavel.

-", Re ie: het é;lrseniet wordt d.m.v. beluchting g~deel _, telijk

:~ ,

geo deerd tö-t arsenaat, de herwonnen ~arseni.~t-~s.enaat' <-oplossing

wor

t nu teruggevoerd naar de ·absorptièkololtl.

Rèt· ~êvormd.e zwavel wordt na flotatfe ge:f1lt:ree~ en opgelost in

.• e-en

organisc~ oj;Üos~iddel

(bij" 60··C):

Dezè

'

org~ls.Qhe zw~vel

op-1.6SSin~

wordt nu gekoeld, hierbij scheidt

Zioh

i.

,z.wav;~

î

t"

ä:f.

VoordeLen van dit proces zijn : 1) niet,' corrosieve w~~o.plossingen·

. ,

.

. ~-;.\ ,

2) gró1;e:",.s~lB,ctivit~it c't ~. "

, 3) p

h"

:'

'7

: ',. .

~:, .::.~

,

4) OOk. <gassen mé~ ['lto~e-'G02 conC8D-trat'fe$ ~ , . kunnen"" ecöno~isch r. ont-zwave14.wo:r;den.

Hierbj.d< Yl'c)r~~· a;l.s was~iddel een wateI'ig~ ti:~OU17, oplo sing

ge-"brtrl<Jèt met .als"'k~ta:1:ys~tór een oxybenzoL ~hyarochinon) •

.

He

'

u

'H2S "wordt ge;:>XYdeerd,VGt

zwaV'~l

,

'

-we

'

~ke

door

.flot~tie

als

schuim wordt afgeschefde'B . :vI; " , ::~'

",

1, "

door ve,rdamp1.ng gezl1iverd~ ko:rrelgrootte

.

, " ,

Litt.

!,lO,317.

zwayel

~s bij. 400~O met lucht verbrand tot .S0₂,

het-geen ~et 'e~n waterige sulfiet oplossing wordt uitgewassen •

. _ De ontst,ane oplossing wordt onder druk met H

2S04 vermeng~

waar-bij uiteind.elijk(NH4)2S04 en zwavel ontstaat. . ..,

.Een gedeelte van ,het zwavel wordt tot 602 geoxyd,eerd en n8.~ de

, absorptietören ~eruggevoerd.

Gluud-Still , Manchester, ·Ferox. Litt. 1,10,317 •

. ~

CO₂ en ~2S wGuxlen geabsorbeerd door een oplossing van Fe

20

₃

R

2

0

in ~' 9nia of _Na2C0_{3 -} . '.

Het Sin de oplossing wordt met lueh~ geoxydeerd~ Het verkregen

zwavl w-prdt d.m.v. ' flotatie afgescbeiden en "uitgewassentl _met

lllCh~ en NH

₃

(gas). . .

Het

zwave~

~

wordt

door centrifugeren

afgezonde~,

terwijl

i

niak met H:_{2S04 bij 80"C in (NH4)2S04 wordt omgezet •}

. I , t ad.B _{Litt. g,122.}

.

137.

-t Beaboard. i

Dit proces is het oudste proces waarbij men ·een.vloeibaar ·

ab-sorb~ns gebruikt ter verwijdering van H

2S.

De absorptieoplcssing bestaat uit een1verdunde

(3

%

)

soda

oplos-,· sing. .

\l(~1%: De reactieverg .. voor d'i t proces is:

<';1{~l

Na₂C0

₃

+ .B₂S -

N~C03

+ NaRS (evenwicht) •

. :.' De tlritjke" absorptieoplossing die dè bodem van de

-! ,t. ~'P •

gaat naar(de stripper. In de stripper ,wordt he~ in de '

absprptie-"

oplossing op~elost~ H_2S met lucht geregenereerd. De~e g~regene­

.-reerde oplossing wordt 'in de top van de ·abso·iber ingevoerd. -;

"\ . ~ .... ~~;

Een mengse~ van H

2S en Lucht verlaat de\.top van de stripper-. Dit

,,: mengse1.':"wordt als zodanig of na verbranding tot. S02 gesj>llid.

~ege~~öordig is ~dit niet meer toegestaan, dit in ve~ban~ de

luchtve~óntreiniging.

:. .,

Litt. 2,'25. ~

'. .

~. ::o-:t;; '~.

' . .:.1

..

~<,,\:r;D~··

,;jz·I:·fti,~~t

(DEA), triethènolaminé gebruikt·. 'J. De b8Jfisr~actie lu~dt ~o • voo~ _{B2S: 2RNH2} + H~ ~{RNH2)2H2S . 'vo~r CQ~: 2RNH₂ ... 002 = RNHCOONH 3R

Bij dit p~oces

_{, .}

maakt .men gebruik van het feit dat deze aminen bi~

..

lage temperaturen zeer s~el verpindingen v~en D;le,t H~' en 002'

te~it' d~ze verbindingen bij verhitting ontleden (regen~ratie).

~ij d ~ .ontleding scheidt ~ich het B2~

'

?f

002 van het relatief

weini vluchtige amine. o . . , . ' .~~~ .o

,.

Shell-Adip Li tt •.

.2.

en §. .'

~ Re:t_{, ,} 'princii2 is .gelijk" aan het Girbotol proces, echter

V!1eg~eX'atietem~eratuur is lager en de driik is hoger. '.,,'

gosraat. .Litt.2,29(1950)~7tl09 • .

' Hierbij werkt men met een oplossing van kaliumfosfaat als ab-sorbens.

D~ ~elangrijkste .reactie is: K3P04'" H

2

P

=

'K2HP04 ... KHS.

Bij' de absorptie hebben we een hoget'.druk en een lage tempera-tuur; hierbij ligt het evenwich:t aari de reehterkant .. ·

Bij de regeneratie hebben we een lage druk en een hoge

tempe-.ratuur,de reactie verloopt nu in tegengestelde richting, het H

2S wordt ve.rder afgevoerd.

Hettri~osfaat is minder vluchtig dan MEA of

DEA.

,~--~

Een nadeel is dat we meer stoom nodig hebben bij het reg~nereren

de absorptie oplossing.

Glycol-amine. Li tt.2· 32( 19?3) ,9,124..

Hierbij werkt men met een mengsel van .t-iEA (10-30 g~~), di of triethyleenglycol (45-85 gew%) en wat er(5-25 gew.%).

Met d&ze op.lossing kan men '002' H₂S en waterdamp tegelijkertijd uit gasstromen verwijderen.

,~ . .

De belangrijkste voordelen van dit proces z'ijn: gelijkti~dige

dehydratatie en zuivering van het gas , verder een afname van het stoomverbruik (vergeleken met waterige oplossingen).

De voornaamste nadelen zijn: een grotere amine verlie9tte wijten

>'

aan verdamping, en een e~igszins lastige zuiverihg van de

veront-'.

.. . .. ~

•

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

,

. Stretford.

-

Li~t. Z,42(1963),1l,221 •

Dit proces wordt gebruikt bij de verwijdering van H

2S uit gas-mengsels' (bijv stadsgas, cokesovengas, aardgas, raffinaderijgas e.d.). Het S2S w?rdt hierbij .geabsorbeerd in een wasvloeistof dat anthraquinon Çl.isulfonzuur en ,natriumvanadaat bevat. "

Bij de absorptie vindt een oxydatiereactie plaats waarbij H

2S

'" tot S oxydeert. Onder de absorptie kolom is er een speciale tank

wáar deze reactie geheel afloopt ("completion of the reaction"). De absorptie-oplossing die gedurende deze reactie ger~duceerd wordt, wordt door luchtoxydatie geregenereerd. Het gevprmde zwavel wordt door flotatie gescheiden van de absorptie-oplossing.

De oxYq.atiereactie geschiedt bij een hoge Ph(8-9,5) en een tempe-ratuur Ilager dan 50-C ter vermijding van nevenreacties •

A

Keuze van bet proces. j /

De modernste 002absorptie processen zijn het Girbotol- en het Giammarco -Vetrocoke proces.

Van laatstgenoemde zijn nog niet 'voldoende geg'evens beschikbaar

, .. waardoor de kéuze op het Girbotol proces viel. ' , f)

.~-

,t1l

~

W~~

• Productie hoeveelheid en laats der f rré~~e eid.

J

Bij dit

Girb~tol

proces werd uitgegaan van 1,64 Isec. ruw

J

~

')

\

Q

gas

(propaan met

5r

0°

2). {Het 002 werd verwijderd tot op

~

,;1'

~ .o,l%1 Bij gebruik van een 15% MEA oplossing had men een ~oorvoer

nodig van 3,29 kg/sec. / ~

De plaats ' der

fabriekseenh~~an

dit proces is vnl. gelegen in industriecentra waar ra.t-nnaderij-, cokesovenggas e.a.

verontrei-/

nigde gassen worden eproduceerd. 4. Beschri ev· van het roces.

002 en H₂S worden geabsorbeerd door een oplossing van

mono-ethanolamin~ •

In de absorptietoren, gepakt met rashig ringen, wordt ~etl

ge-comprimeerde ruwe gas ingeleid. Het gas wordt in tegenstroom door de MEA Qplossing gewassen.

De "rijken MEA oplossing wordt via een warmtewisselaar b0,ven in een stripkolom gevoerd, die 'eveneens gepakt is met rashig ringen. In deze kolom wordt, door temperatuursverhoging

en

drukverlaging

-t

de ver' ding tussen ME! e 2 ongedaan

gemaak~~

f '

~

~I. of

,

.

. , I , ,

.,

" . , /"

'1

via een koe~er weer terug, i~', de absorptiekolom gepompt. ~, . -' ~ ~

De stripkolom.wordt

verhit~digde

stoom

van13qqq~

~

~~

De warmte ~Ordt toegevoegd ~~~~, l'!"o~et thermo- ,~

siphonwerking. Eventuele MEA verliezen worden tegengegaan

door partiële condensatie van het topproduet uit de

strip-kolom. Bet aldus gecondenseerde water en ~ worden in de

stripkolom teruggevoerd •

De 'ef'ficiency van het proces kan opgevoerd worden door de "rijke" MEA oplossing te splitsen en op 2 verschil.lende

plaatsen in de stripkolom te leiden. Uit de stripkolom komen een "arme" en een "half arme" MEA oplossing ,die op verschill;ende plaatsen in de absorptiekolom worden teruggevoerd. Met de "half

armelt oplossing wordt het grootste gedeelte der CO

₂

geabso~beerd,

waarna de 11 arme" oplossing de laatste sporen CO

2, verwi'der-d. ' fi,

Energiebesparing : 14 - 3~.

Wegens de grote absoFptie capaciteit is ~A het meest gebruikte'

amine bij H₂S/C0₂ absorptie. ~

Bevind zich echtèr COS in het te zuiveren gas, dan kan men MBA

niet gebruiken daar dit een niet te re~eneteren' complex met COS

vormt. In dergelijke gevallen geQr~ikt men diethanolamine (DEA).

Indien selectieve absorptie van H₂S

wenst is gebruikt men een tertiaire

of 'methyldiethanol'amine, MDEA).

in aanwezigheid van CO₂

ge-amine (triethanolamine;T~,

De 1)

2)

3)

voordelen van MEA zijn :

MEA is zeer stabiel

n heeft een grote absorptie

" heeft een lage prijs

capaciteit 4) " kan gemakkelijk geregenereerd worden. Nadelen zijn: 1) MEA reageert met COS

2) " heeft een relatief hoge dampdrUk.

oogpunt blijkt een 15% MEA oplossing optimale '

"

~

, '~ , ,

Uit corrosief

eigenschappen te bezitten. Bij een ge?alte kleiner dan l;~ is

een grotere fabriekseenheid nodig, terwijl bij een hoger g~halte

een grotere absorptiewarmte vrijkomt waardoor de MEA verli,ezen groter zijn.

Maatregelen om corrosie tegen te gaan :

~

,"

I

~

'

rK

v·

~.-/

" ' .

.

,

r,

I;.

,-I ~ , '

b) minimale

c~ aanw~zigheid van zuurstof vermijden

.. ,:.d~ ~verwijdering van gesuspendeérde deeltjes en afva:Lproducten

. (("e) ' gebruik van hoogwaamig staal.

"'''if'i>'; ,

2-

Massa ... en warmte balans. ~, ,

,.l.

Mas*abalans (zie figuur A t b1z 13)

·~:'Y , . >:

'.A Absorber. ,

-IngeVoerd aan ruw gas in absorber : 5MMSCF/dag = l,64 Nm3Jsec_

. llet, ruw;

~as

besta<>t uit,

veront7èin~gd

propaan.

~~fl;invo~r:

/,....,...

1,64

N

m

/seo. ,= 68,3 mol/sec

=3,01

kg/sec. ~

~tel

percentage 002 in--propaan :

5

~

.~

In 1,64- Nm'/sec .ruw:gas

~

,.zit dus 0,082 Nm3/sec 0°₂- Wanneer het gezu!vero.é 'gás n.'og"O,l~

00

2 bevat,' zal. de tot:a~e gaauitv

3

er uit de' absO~ber bedragen:

1,64 - 0,082 + 0,0041 =:' 1,562 Nm /eec = 2,86 kg/sec,. . ..

Geabsorbeerd wordt dus 0,078 Nm3/sec 00₂-..=-

~

l~·

'

Ui t de vele litteratuurgegevens die over, het MEA' .proces b~kend

zijn, werd een"gemiddelde" absorberdr1,1k en temp_ gekozen van re sp

~200 psi en 40'0. Verder werd als absorptiemiddel 2,5

MEA

ge~ozen

r:::

i5;2 ge~ MEA).

De partiaa1druk van het 00₂ bedraagt 1/20 .2~0 psi :=,10 psi.

SOtl'

'''4'''.

Uit fig. 2-8 (litt_ g,29) bepaalt men ond~r de gegeven

omstandig-heden (-·10 ps! ,; 40'0 = 104-·

e:-)

de

mat~

van 002 absorptie '

a~

MEA (2N): O,7amo1 .0021mo1

~EÁ

en

~

deze wa-a.rde 'Jilet

he

htt;Lp van grrl~ek 2-11 (litt. g,32) voor 2,i5N: 0.70 m~~ ®2/mo1

Wanneer men stelt dat in de '·~"a.rme" MEA oplossing ,~komstig uit

de stripper, het gehalte aan ,002 0,15 m<>1\ C{)2/mo1 MEA bedraagt

dan blijkt dus 'in de absorber per mol MEA O,55mQl 002 geabsorbeerd

te worden. Hoeveel MEA oplossing dient men hierv~ar toe te voeren?

Stel de efficiéncy van de absorber op 75~. 'Û~';:

'Geabsorbeerd : 0,078 rfm3/sec 002 = 3,48 mol 002/sec

=

0,15 kg 002/s~c- '

,/Bij 100,; efficiency is nodig :

6:~~

-13,33 mol MEA/see .. ,"'l> ,

Bij

75

~

'

efficiency

is nodig :

6,33.~

=

8,44 mol MEA/see.

Uit fig. 3-11(litt,. g,43) vinden we : s.g.= 0.993 bij ,104·0.

Dus nodig 3,35 kg MEA 2,5N/sec.

In deze MEA zat re'eds 0,15 mo100?/moi: MEA.- ' . • "

Ih 8,44 mol zat dus reeds 8,44_ ~Ö~15

=

1,27 mol c02/sec~,=0,06kg/

'-'r!"" ... ' _.!

L

, r ,:'!: "'\:~ ... ;(:. ,t . ... .~~ ,I t :~'~ ~~

I '

r

. "'.

200

:.,' '.MÈA-opl-. invoer : 3,29 kg/sec

ö,06 kg/sec

"

0,57

mol/mol

' MEA-opl. uitvoer: 3,29 kg/sec

0,21 kg/sec

=

O,15mol/molHEA.

Ruw gas invoer 3,01 kg/sec

9

v-' Gezuiverd gas uitvoer: 2,86 kg/sec.

B. l?tripper. .

l,n~...

/t-

-

/

'" ~ gemiddelde druk 16

!di

en gemiddelde tempera:táur 100·0

':'Deze komen goed overeen·met de verschillende', litteratuur

waar-'*"-'...

.

den. Het verlies van de MEA in het topproduct van de stripper" wordt verwaarloosd. 'Het topproduct van de stripper bestaat' uit

~oo~ en 0°₂, Uitvoer 00₂ : 0,15 kg/sec. S!el temp. toppro~uct

95"'0,

Dampspanning water bij 95 'C 634 mm Hg. De hoevee~eden 002 O~

en H~O verhouden zich als hun resp. dampspanningen. ' e Totale hoeveelheid 002 : 0,21 kg/sec

=

0,110 m3/sec.

Totale druk : 16 psi =828,_ mm Hg., .:..~.

Dus 0,110'= 828 - 634 We vinden x=(hoeveekheid

H

₂0) s 0,3~1

x

634

~~-\.

'

m

3

,s

=

l6,lmol/s~c

=

0, 29 kg/sec.

Bij 95 --C: damps,panning' M~ = 40 mm Eg.

, '1.5

"

gev."

,

MEÁ 5' mol .~. MEA.

" 5mol

%

MEA heeft bij 95~,' een dampspanning van 2 mm fig. l>eze is te verwaarlozen t.O\v. de dampspanning van het w~ter.

Dus: stripper - 16 psi - 100'iG (top 95 -oe)"

4

l,t'-t"~

Inv. MEA-"rijke" opl. Ultv. MEA-"arme" opl. Uitr' tGpproduct

I

Inv. topproduct . (peeye-W 3 ,29 kg/sec MEA 2, 5N ' -0,21 kg/sec 002_ . 3,29 kg/sec 'MEA 2,5N 0,06 'kg/sec 002 0,29 kg/sec H₂0 0,15 kg/sec ,0°

₂

'

0,29 kg/sec H₂0 Warmtebalans •

~

A. Absorber.

-

_{stel invoer ruw gas : T = 25 ~~ en invoer .!'arme}ll

~,uitvoer gezuiverd gas : T=29~.

Reactiewarmte voor absorptie van 002 in MEA (litt.

g,34)

is

' \

, _, , " ' "

1911

825

_{Btu/1b 002 = 1820 kJ/kg CO2 "}

GeFibsorb.e'erd :. 0,15 kg 'e02/tsec , er· kamt vrij 1,~20.0t.15=273 .kJ/ljJee Berekening temperatuur ui~vger "rijke" MEA opl. :

Uit grafiek 2-28(litt.g.,46) - ÓpMEA(29~C)=3,97 kJ/kg·C

" (4O·C ) = :3 , 9<); 11

20-100~ _{: CpC02=0,92 kJ/kg·C} (litt.§,227) ·

20-100"c : CpProp~an=1',66 kJ/leg"C (litt.~,229)

U~tgaande van een temp. niveau van 25·C(enthalpie=0) Input absorber per sec : .

ruw gas :

3~21.1,66.0=

'

·

°

L'l

/~

, foiEA opl.: 3,2.9.3,97.4=' 52,4 , ~- \ CO2 0;06.0,92.4:= 9,2 Reactiewarmte \. ... ; =273 ç

Totaal input 325,6 kJ/sec. L;!~

' .. ~ . " l- ~.

,

, ' , Output: gezuiverd gas :. 2, 86 .1 ,66 .4 MEA-op1. 3,29.3,99.y= 13,1 Y I' CO₂ 0,21.0,92.y= 0,2 Y \

~

.; ·Warmtestromen. .

"-Invoer ruw gas (Z5 'C~

-Uitvoer gez. gas (29

'c) :

Invoer 11 arme" MEA-opl. (29 'C)

Uitvoer "rijke" MEA-op1. (48'C)

Contr81~: Input 0+53+273=326 Output 19+307 =326·

!!.:..

Stripper. H=3,01.l,66.0 ;H-2,86.1,66.4 H=3~29X3., 97X4+0,06.0, 92X4

=

H=3,29~4,01~23~O,21.0,92X23·. 307

Warmtetoevoer aan stripper d.m.v. stoom wordt gebruikt;voor:

a) desorptie. ~

b)

stri~p~If ~ ~

~

~

?

)

c) opwarmen der MEA.

, .

, t ' _, t-!r , " " ' Voor ~,15 _{kg CO2/sec!} . 273 kJ/s~.9. ; ,.'

.

",

ad.'b '0,29 Kg,\~ater/sec verdampt bij 95

·c

Jt~tt

Verd~pingswarmte van H₂0 bij 95'C en.16 psi = 1068,7C~tl,l/1b

= 24~~ kJ/~

iA

'

. ,

(1~tt.§,3-192)

Ve;d~p

'

ing~arm~e

= 0,29.2485

~

721 kJ(sec

~ CpM~~(100'C=212'F)= 0,98 Btu/lboF=4,13 kJ/sec"Ç (grafiek 2-28 1itt.g) .

Temp. bodem 104-C : MEA wordt 9'C opgewarmd - hoeveelheid

. ~ft

benodigdevwar~te=3,29.4,13.9+0,21.0,92.9=129 kJ/sec~

Totaal:

273+7.51+1~?=!~

_

~2

_.

kJ/sec

.

~~l-'

Verwarming stripper geschiedt met verzadigde stoom van 130 'C

Condensatiewarmte van stoom (2,8atm.)=519,2 kcal/kg (p=2,8atm.)

1

=2180 kJ/kg (litt.§,3-192) <., 'l

Stoomverbruik:!

~i§6

=0,525 kg/sec =338 l/sec (s.g.=1,55.1a

3

kg/1

';)it,~.

Warmtestromen : .'~

!.;;;

~

" .. )

.

'.~~''''

.

~

BijT=25·C H=O _{CpMEA(95)=4,08 kJ/kg·C}

.ti ';,'"

.4,~'

CpMEA(104)=4,13 kJ/kg'C (1itt.g,fig 2-28) " . •

Invoer "rijke"MEA-opl.(95)=3,29.4,08.70+0,21.0,92.70=952-kJ/sec

Ui tvoe~\., 11 arme "MEA-opl' • (104) =3,29.4,13.79+0,06.0,92.79=1074 kJ/sec

C H

20 (95)=4,19 kJ/kg'C C stoom (95)=1,93 kJ/kgïë

p P

Uitvoer topproduct(95)=0,29.1,93.70+72l+0,15.0,92.70=8l6 kJ/sec Invoer topproduct(95)=0,29.4,19.70=85 kJ/sec

C. Warmtewisselaar.

Invoer "rijke"MEA-opl.(48): (3,29+0,2l)kg/sec Invoer l arme "MEA-op1. (104):(3,29+0,06)kg/sec

Uitvoer"rijke"MEA-opl.(95):(3,29+0,21)kg/sec Uitvoer l arme "MEA-opl.(x) : (3,29+0,06)kg/sec

Bepaling van x'C : Invoer=Uitvoer

H=307 '

H=1074:

H=955

H=H x ~1k __ '

Gemiddelde temp'., "r ijke"MEA-opl. :72·C C NEA(72)=4,06 kJ/kg·C Stel gem. temp. "arme"MEA-opl. :80'0 C!MEA(80)=4,07 kJ/kg"C

. Dus:, 3,29.4,06.47+0,21.0,92.47=3,29. 4 ,07 .y+O ,06.0,92 W 628+9=13,5·Y ~y=47 'C Controle: a) b) dus x=57'C C pMEA(57)=4,02 kJ/kg"C H =3,29.4,02.32+0,06.0,92.32=426 x H =1074-955+305=426 kJ/sec x kJ/sec

."iJ 1.;0" · ~ i( ". ' 4 ( r{ \~if 'f :~

I· I

I

I'

I ,*" "

..

' D. Partiële condensor.

In de partiële condensor wordt alleen de waterdamp van 95·C gecondenseerd met behulp van koelwater van 20·C, dat. tot 30·0

wordt verwarmd. Warmtestromen:

,

Invoer topproduct stripper (95·C): H= 816 k~/sec ' Uitvoer" " , i H= 85" kJ/sec

Uitvoer CO2 " H= 0,15.0,92.70= 10 kJ/sec

Het koelwater moet dus per sec. 816-85-10=721 kJ afvoeren. Deze warmtestroom is (vanzelfsprekend) gelijk aan de hoeveelheid warmte :Q (blz 11) die door de verzadigde stroom van 2,8 atm. de stripper wordt afgegeven.

Benodigde h?eveelheid koelwater :P 72l=P.4,19.l0 Dus: P= 17;2 kg/sec.

E. Koeler.

,In de koeler moet de "arme"-MEA-opl. afgekoeld worden van 57·C naar 29·C met behulp van koelwater van 20·C dat tot 25·C wordt verwarmd.

Warmtestromen:

Invoer lIarme ll-MEA-opl. (57·C) : H= 426 kJ/sec

Uitvoer" " (29·C): H= 53 kJ/sec

Per sec dient er 426-53=373 kJ afgevoerd te·wordèn door het

water. \

Benodigde hoeveelheid koelwater

:@

~

I 373=Q.4,19.5 Dus: Q=17~8 kg/sec. PURIFIED GAS SOUR INLET GAS 1"1 ETHANOLAMINE ~""';-",,",I SOLUTION I I I I I

~:

_{~ I} I I I I I I I I I ABSORBER STRIPPING COLUMN STEAM

Ft®"

L __ ~I _{ACID GAS} TO DISPOSAL

;..---.. 'i, , ,.

"

ij , "

•

_..

" 1: " ~-~-_to{ i!" :-~:- " , , ~ , . '\-' ; .

-·

., -"

.

~

lM:A

co

l

Jv

., 2 ~, .

--

o"?-I ,',':..

_'3:0/

_.

~"

1 ,...-" _I

,;

J

.

J,JS- 3~(J

pt;

.. '

~.Ijl

.

" '

.

,. ' _~ I I

!- MaS&'~-balans Stromen in kg/sec.

. ' , 'I,. ~ . 0., ,~. ~:.. '" y. .. t· < i f , l ;, : " . . . . ,0.

I: ,

'Or,;

,,1.:;):-;:~f~~~f\;} .~

.J,

• Chemische

6.1. Het gebruik ·van amine-oplossingen als wasvloeistof in

absorptie-processen.

De toepassing van de amines heeft een grote vlucht genomen; dit is med.~ te danken aan de grote absorptie-snelheden b~j H₂S en 002 De eigenschappen waaraan een amine moet voldoen zijn: $

a) De mengbaarheid met water moet goed zijn.

Hoe· groter de mengbaarheid, 'des te g;concentreerder

k_

men de oplossing ,maken. Verder moeten ook de gevormde verbindingen

van

het amine oplosbaar blijven om een ongecompliceerde regenerati.e te bewerkstelligen.

b) Het stikstofgehalte van het amine moet hoog zJ.Jn, de capaciteit van een amine is n~l. evenredig met het stikstofgehalte.~ c) De dampdruk moet laag zijn om verdampingsverliezen zoveel

mo-I

gelijk te beperken.

d). De reactiesnelheid moet hoog zijn in verband met de relatief, korte contacttijd in een abs~ptiekolom.

~ Een lage ~ratuurcoëffici~~~e dissociatied~~ van de /'zouten is vereist. Deze druk moet laag zijn ~ij de

absorptie-temperatuur, om volledige verwijder~ng _vaná2

s

mogelijk te maken, maar hoog bij de reactiveringstemperatuur, om volledige stripping te garanderen.

f) De amine mag niet al te snel ontleden; hoge stabiliteit gewenst. 6.2. Absorptiesnelheid.

De overall absorptiesnelheid wordt bepaald door de chemische

reactie~nelheid (deze bepaald ook de massatransport door de

vloeist?.f)

en

de diffusiesnelhei,d -(dit is .de massatransport der

cO

2 molecujen door een laminaire gasfilm grenzend aan het vloeistof oppervlak) •

. D&ar de chemische reactiesnelheid relatief groot is (de reactie-_,

s~elheid tusse~ _{amine en CO2 is momentaan),} .kunnen we ~eggen dat de

g~sfilmdiffusie. de bepalende stap is. We zien hieruit dat in dit

g~val de overall absorptiesnelheid eigenlijk alleen bepaald wordt

ddor de diffusiesnelheid, een fysisch gebeuren dus. De diffusie-snelheid is evenredig met het contactoppervlak t sen vloeistof en Reactieverg. : 2~2 +. _CO2 + _H20

=

(RNH3~2CG3 ' gas.

(R~3)2C03 + 002 + _H2

0

=

2RNH

₃

H00

₃

~n - 2RNH

2 + C02

= RNHÇOONH

3 .

De regenefatie geschiedt doo:b de temp. vld abs. o~l. te

()

'.

7.

Berekening apparatuur. A. Absorber 1. Diameter.

De diameter van gepakte kolommen wordt bepaald op basis van Ilfloodingll_{-correlaties met behulp2van figuur:l-álitt.}

g,

_11).

Hier vindt mèn

~'VPg7pi tegen~. ~3~~~~O.2

uitgezet, waarbij

'

~3

\

: expo constante

Lp~~~

)

?

~

·

t*~

l. . '

G =

as~nelheid in~

v

L

₌

vIst.

,

,

,

,

g = valversnelling in ft/sec/sec

U. = opp. gassnelheid over het gehele kolomoppervlak in ft/sec

~g

=

dichtheid van het gas in lb

011 ft

~l

=

dichtheid van de vIst. "

.

=

viscositeit van de vIst. in oP. is:

~

600 voo~poxseleinen ras~h~g ,ring

een nat-gepqkte kolom (geschud).

- 3,01 kg/sec

=

23900

~

(

n, 0,5 inch doors~ede, bij w~ {!..~~9'

\

\.(~'Y'I\'\.J1 ·lb = 3,35 kg/sec = 26600 Er ~~

t;,'!:..r

Ir 00 ( , I AM.... " . "Jll~S- o)\~ G

. " /

_{. ..,.."""'"} /~ . , / ' / ' f002=

0,1245c~bft

bij ' 0'0 en 1 ...

~jï.m--

""

(~

14,7 psi)

m

200 ' .// / lb

=

0,1245. 3I3' ~~~l:,48 cU-ft bij 40'0 en 200 psi .

. propaan =

f

002

~.

f;:, lb . t g

=

1,48 cuft L g

=

32 ft/sec/sec

e

~

.

_

.

-lb lb )

el

=

8,28 gallon

=

_{61,9cuft ( litt.}

g ,

43

Bij flooding correlaties beschouwe men slechts 75% van G. Dus G = 17900

*

~

= 0,8 centistokes bij 40·C (litt. 2 , 44)

=

0,8.10-6 m2/sec

·

'. ," .. 't',~ , , , -~\. ,< ·ft,·~f!· ': 1':" . .. '.' ,

, . \ -" Hierbij hoort u

=

0,353 G

=

17900

f

g

= 1,48

dus gasvolumestroom

=

lt9~~ • 1 = 3,36 cu.ft/sec

,

3böö

Opp. kolom =

~

=

9,55 ft 2

0;3"53

Dus: diameter absorber d

=

3,48 ft

=

1,06

m

Controle: methode van P. Tillson (litt.

2 )

Zie figuur ,.- waarin

i

tegen

fit

is uitgezet. (zie

blz.~S

Hierbij geldt:

4>

=

V!"r!:--

A

in lb/cu.ft. /",/

L tI\ . -0 , 07

5

~ g . /'

G = 1,485

r=

4,43 dus G = 6,59 V ./ ....

Uit fig. B: :

~=400

Vt'"f"\,!--,,·

hM~"

:. G

=

1772 4 r.sQ .ft •

....<

In kolom G = 17900 lb/hr. Dus opp.

kol~

/

~

i~~~O

= 10,1

ft~

./

en diameter d

=

1,09 m. _{/ ... / ....} /

\ / /

2. Lengte.

0:

De bepaling van de lengte de absorptiekolom zou hier zeer

grote rekenmoeilijkhed .. geven daar de absorptie gepaard gaat

met een chemische reactie.

~aarom werd gebruik gemaakt van een empirische formule (litt.g,44),

. die reeds vele malen als zeer betrouwba~r in de litteratuur ~

. werd bestempeld: '

O"kt

'

...

\~~M(7,/

~a

= F<J;) 2/

3

[1 +

5,.7

"

~3e

-

C}H.eo,~067T

-

:

'~

~J

\

w;.~

"

<JJ(iIfI!

waarinKGa ,~ C M T P L Ce F hier is F :;:

overall gas-film

co~ff.

in

lb.mol/hr.cu.ft.atm~

:

~

v~scociteit

in cP

conc •. van CO

2 in de -opl. in mol C0

2_{/mol 'MEA .}

conc. MEA in gmol/liter

gem. temp. in·F

parti~le druk in atm.

vloeistof.snelheid in lb/hr.sq.ft .

evenw. conc. van CO

2 in de opl. in mol CO2/mol MEA

co~rectiefactor voor type van de pakking.

3,0.10- 3 L= 26600/9,95ft2 = 2680 lb/hr,sq.tt.

.~= 0,80 cP

2/3

dUS~)

= 224

M

=

2,5 gmol/l T

=

40·C

=

104·F. P = 10 psi

=

0,682 atm.

" l... ,> > t" ' ~lI·~ ~ .. ~ ~ '" ~

.

' ~

."

18

-het log. gem.

Men neemt verder aan : C

=

0,75 Ce. Concentraties in mol CO₂/mol MEA.

Top van de 'kolom : C

=

0,15 C_e

=

0,20 Bodem van de kolom: C

=

0,57 C_e

=

0,76 log.gem. : (Ce - C)

=

0,103

=

0,05?'

=

0,19

\ 2

invullen geeft : Kda

=

86,4.10 lb.mol/hr.cu.ft.atm •. Deze waarden vullen we in , in de formule :

Gm(YI-Y2) = KGa(Y-Ye)log.gem •• Z•P • (litt.12,2,337):

G_m =snelheid,van indifferent gas in lb.mol/hr.sqft

11

"

"

"

"

11

11 gezuiverd gas (uitvoer) in mol C02/mol gez.

" "rijke" MEA-opl.(uitvoer) in mol(C0₂/mol MEA " "armelI MEA-opl.(invoer) in mol c0

2/mol MEA

Z = hoogte in ft. P

=

druk in atm. Yl

=

0,05 Y2

=

0,0005 Y_l - Y2

=

0,049

Voor de berekening van Yel en Ye2 dient men' eerst de overeen~

komstige vloeistof concentraties x el en xe2 te bepalen (x in mol _• per mol f-1EA)"

x el

=

0,76 bij 13,6 atm. (200 psi)

=

0,056 bij 1 atm. xe2·= 0,20 bij 13,6 atm.

=

0,015 bij latm.

Uit figuur C verkrijgt men zo de gasconcentraties: (blz. 33) Yel

=

0,015

Ye2

=

0,00005

Top van de kolom _(Y-Ye)

=

0,00045 Bodem " , , _{(Y-Ye )}

=

0,035 Log. gemiddelde (Y-Y_e)

=

0,0080

Invullen geeft: Z

=

27,9 ft

=

8,51 m. Controle: (litt. 10,II , 338)

Height transfer units: HTU

=

~

= 4,50 ft.

. G

Aantal transfer units: NOG te bepalen, uit figuur

D.

(blz.

34)

Hierin is: m

=

coëff. van Henry

.'

. .

m te bepalen uit de gemiddelde hellingshoek der

. .~~

m :: 0,536

L - 26600 ( "mol. gew~ 2,5 ME.A.24.5)

m - 9,95 •

24,5

m

fm

= 0,'262

m'

Uit fig. D. volgt:

Dus ;: Z

=

NOG. HTU

=

26,6 ft

=

8,10 m.

B., Strippe'r 1. Diameter.

De diameter der stripper wordt op dezelfde wijz~ bepaald als die

der absorber. Nu is:

A/F3

=

600

G

=

_{1190 lb/hr CO2} + 0,29 kg/sec

H

_{20 damp}

=

3490 lb/hr Bij flpoding correlaties:

G

=

0,75. • 3490 :: 2618 lb/hr L

=

26600 lb/hr 18 ~ 16

°

02832

fH

20 damp - ~,4·m· 14,7·'

6,454

=

0,040 lb/cu ft ( 16psi)

,

m

16 3 . ~C02

=

0,125 •

373·

14,7

=

0,099 lb/ft (100 C en 16 psi) ~g

=

1190.0,099 + 2300.0,040

=

0,060 lb/cu ft \ 3490

~

Vfg/fl

=

0,322

jA-=

0,32 cS (bij 19O·C) = 0,308 cP want

'

e

~

963 kg/m3, (bij 100·C)

Invullen geeft: u

=

3,51 ft/sec u

=

1,87 ft/sec. Gasvolumestroom' = 2618 1 0i0b0.3600

=

12,1 cu ft/sec 12 1 ·Opp. kolom

=

~

=

6,47 sq ft Diameter d= 2,87 ft

=

87,4 cm. ' ,l

Controle : Metho~e Tillson (litt. 9)

,

~

=

0,894 L/G

=

:10,15 L

;/G

=

9,01

'Uit fig.

B

:

G/; = ~80 dus G

=

340 lb / hr sq ft

In kolom G

=

2618 lb/hr

Dus opp. kolom:: 7,70 sq ft.

20

-2. L.engte

Ook de berekening van de lengte der stripper geschiedt

overeen-komstig die der absorber. Nu is

-3

'

F = 3,0 • 10 . L = 26600 = 4110 lb/hr sq ft

6,47

/" = 0,308 cP

M

= 2,5 gmol/l T

=

212 ·F

Ptot.= _{16 psi dus part. druk CO2 =,3·IZr,7=} g,~7~ 16 _{0,193 atm.}

~)2/3

=

5,63 • 102 (Ce-C)log. gem.= 0,103

Invullen geeft: KGa

=

6,98 lbi mol/hr cu ft atm.

Nu Z _{bepalen uit: Gm (YI-Y2)}

=

KGa (Y-Ye)log.gem •• Z•P

°

29 • 3600

Gm =0,454.18.6,47 = 19,7 lb mol/ hr sq ft

y '.

" .,

Concentraties van CO₂ in opstijgende H_{20-damp (in mol CO2/mol}._H20): U't ~ v,oer: Yl =

g,,~~~

= 0,178

"

Want totale gasstroom uitvoer

=

CO₂ + H₂0 damp = 0,078 + 0,361

=

0,439 m3/sec.

Invoer: Y2

=

0,000162 Yel= 0,015 mol CO2/mol

(oplosbaarheid van CO₂ in H₂0 damp van 104-0)

MEA (zie absober) invoer. Ye2= 0,00005" "

Drijvende kracht boven Drijvende kracht· onder Log. gemiddelde

,

,

uitvoer. YI-Yel

=

0,163 Y2-Ye2

=

0,00011 Y -Y _e

=

0,022 Invullen geeft: Z Controle: (litt. HTU = 2,58 ft = 20,8 ft

=

6,36 m. 10,11,338) Lm = 167 lbmol/hr sq ft. mim= 0,063 Zl m ~ Y2 = 1,1 • 103 Uit fit. D volgt: NOG = 7,6

Dus Z = HTU._NOG = 2,58 • 7,6

=

19,6 ft = 5,99 ID.

C,

Warmtewisselaar. (Zie ook warmtebalans)

Warmtestroom :'w = 648 kJ/sec _{4Tlog.gem.= 9·0}

• ••. ~ .l"

~~-,,;,-~

Voor een water-water systeem geldt: U

=

1000 W/m2

Hieruit volgt het benodigde warmtewisselend oppervlak: A

=

7,2 m2

.

.

.,

'Ontwerp: Neem pijpen met inwendige diameter van 25 mm met een inwendig opp/m = 0,0785 m2/m, roestvrij staal.

Totale lengte aan pijpen : 0:8785

~

918 m. Neem lengte van elke pijp : 3 m.

Dan aàntal pijpen : 306.

Berekening diameter (litt.ll)

Steek t ·_{= 1,3 du}

=

1,3 (25 + 2.2,5) = 39 mm voor gelaste p1Jpen. Dl

=

afstand tussen middelpunten der verst verwijderde pijpen.

Dl = m • t

=

18,2 • 39 = 710 mm

Vloeistofstroom

=

~

=

3,32 I/sec = 11950 I/uur

Voor Re groter dan

io

moet voor een 25 mm inw. diam. pijp een stroomdebiet aanwezig Z1Jn van 800 I/uur.

3 3

v

=

0,55 m/sec dus, Re = 0,99~10 6°ä55.

_,

25.10

=

1,7.104 • Hieraan wordt voldaan.

Per pijp: 800 I/uur Totaal:11950 I/uur Dus aantal pijpen per pass : 15.

..

Aantal passes-= Totaal aantal pijpen/aantal pijpen per pass

=

20 Per pass is een 10 mm grotere diameter vereist door de plaatsing der schotten. Voor 20 passes bedraagt dit 200 mmo

Inwendi~e diameter van de warmtewisselaar: a. Dl

=

'm • t

b. 2 x halv~ pijpdiameter

c. 2 x afstand buitenste pijp - wand

=

lt steek d. extra ruimte door plaatsing van' de schotten

Totaal Aantal Shell passes (litt.

§ ,

465)

ti

=

temperatuur "rijke" MEA opl. invoer ,tl

2 - "

, ,

,

,

uitvoer t1 -ll _ , , "arme"

, ,

invoer

t ll _

2 - "

,

,

, ,

uitvoer

Voor deze waarden van x en z leest men a f : ~ = 0,86 Hieruit volgt: 6 passes p. shell. ~ )tl~i, ~l, ~ ~

=

710 mm

= 30 mm

= 58 mm

=

200! mm

Voor alle aan- en afvoerleidingen geldt als maatstaf v

=

3m/sec

₌

_{30 dm/sec.}

Vloeistofstroom

₌

_{3,32 liter/sec.}

Dus doorsnede aan- en afvoerleidingen

₌

₃₃₆2

₌

_{0,11 dm}2

2 4

d inw •

=

3:I4

·

O,~l d. _lnw.

=

3,74 cm

Neem pijpen met inw. diameter van 1,5 inch.

D. ltoeler.

;w

=

373 kJ/sec

u

=

1000 W/m2

~ _T2 = 29 - 20

=

9

Ä Tl

=

57 - ₂₅

=

₃₂

ATlog • gem.

=

18,1 _{Dus warmtewisselend opp.}

Ontwerp : (idem

Vloeistofstroom

als warmtewisselaar)

: 3,32 Liter/sec

Neem pijpen _{van 25 mm ( inw. opp./m}

₌

_{0,0785 m2/m)}

Totale lengte aan pijpen : 206~

0, 8

=

262 m Neem _{lengte van elke pijp 2 m.}

Dan aantal pijpen : 131

Steek t

=

1,3 d_u = 1,3.30 = 39 mm voor _{gelaste pijpen.}

Vloeistofstroom

₌

_{11950 liter/hr}

In elke pijp : 800 liter/hr.

Dus aantal pijpen per pass : 15 Inw. diameter van de koeler

en aantal "passen"

=

131/15=

9

a) Dl

=

m.t b) 2 X halve pijpdiarneter c) 1,5 steek d) extra ruimte 9.10 mrn Aantal Shell-passes

2;

-

20 x

=

5

20 z

=

57 29 25 - 20

E6n _{shell-pass voldoende.}

=

=

= _{472 rnrn} = 30 mrn

=

58 rnrn

=

90 rnrn 650 rnm 0,14 5,6

In- en uitvoer van HEA opl. : _{1,5 inch pijpen.}

11 11 " " koelwater: 17,8 liter/sec

1

Neem v

=

30 dm/sec . D~s , doorsnede der pijpen =

2 4

d inw

.=

3,14. 0 ,$9 ' d. _lnw. = 8,7 cm. Neem pijpen met _{inw. diameter van 3,5 inch •}

.

,-

_

... '

, .\

.gQ . .

E.Reboiler.

~w

=

1123 kJ/sec ~ T = 130 - lÓ4

=

26

b.·

U Dus warmtewisselend opp. : A

=

43,2 m2 •

Neem pijpen van 25 mm (inw. opp/m

=

0,0785 m2/m)

Totale lengte der pijpen

=

550 m.

1000- v1/m2

Neem lengté van elke pijp : 2m. Dan aantal pijpen

=

275.

I

Slechts ~~n pass.

Inw. diameter lier reboiler

a) Dl = m.t = 14,5.39 b) 2x halve pijpdiameter c) 1,5 steek Geen shell~passes. Berekening MEA- stroom

fjw =

1123 kJ/sec =

=

=

565 mm 30 mm 58 mm 653 mrn •

Om 1 mol MEA-opl. van 104 ~ te verdampen, is nodig _. 536,5.4,19=2240 _kJ/sec

. Dus invoer t-lEA-opl. ~~~6

=

0,50 kg/sec = 0, 53 liter/sec

Uitvoer damp : 0,50 kg/sec

=

0,50.1490

=

745 liter/sec. Invoer leiding : v

=

30 dm/sec

Pijpdoorsnede = _{3 l )} Q~53 dm2= 1,8 cm2 •

2 4

dinw

.=

3,14. 1 ,8 van 3/4 inch.

d. = 1,51 cm.

lnw. Neem een pijp met inw. diam.

Uitvoerleiding v

=

200 dm/sec. Pijpdoorsnede = ~66 = 3,7 dm2 •

d = 21,8 cm. Heem een pijp met inw. diam.

2 4

d. _lnw.

=

""'-4._7,.1.

3,7

9 inch.

Stoomverbruik : 338 liter/sec. Neem v

=

300 dm/sec. Invoerleiding: doorsnede

=

~6® = 1,1 dm2

2 4

dinw • = 3;T4.110 din\rJ.= 11.,8 cm. Neem een pijp met inw. diam. 5 inch.

Uitvoerleiding : gecondenseerde stoom.

Vloeistofstroom : 0,517.1,05 = 0,544 liter/sec. v

=

30 dm/sec.

Doorsnede

~ 0~644

=

0,018 dm2•

dinw.

=3~lJ·

0,018 . _{d inw}

.=

1,51 cm. Neem een pijp met inw.

E. Partiële condensor.

;w

=

721 kJ/sec U=200 W/m2• ~Tl

=

95 - 20 = 75

~T2 = 95 - 30 = 65. _{.()Tlog •} gem. = 70

Dus: warmtewisselend opp : A = 51,5 m2 •

Ontwerp :

Neem 25mm pijp ( inw. opp/m

=

0, 0785 m2/m)

Totale lengte der pijpen = 656 m. Neem lengte van elke pijp 2 m.

Dan ~ is het aantal pijpen 328.

Stee~ d_u

=

39 mm ( gelaste pijpen).

Vloeistofstroom

=

17,2 liter/sec

=

61900 liter/hr.

Per pijp : 800 liter/hr.

Dus aantal pijpen per pass

=

77

Aantal passes :

3~~ ~

4.

Inw. diameter der condensor

a) DI

=

m.t

=

l8,7.~9 = 730

b) 2x halve pijpdismeter = 30

c) 1,5 steek = ~)8

d) extra ruimte ₌ 40

858 Geen shell- passes.

Aan- en afvoerpijpen koelwater : neem v

Vloeistofstroom

=

17,2 liter/sec. Dus pijpdoorsnede

=

0,57 dm?

-2 4

d~nw.

=

3:I4· 0 ,57 d. lnw.

Neem een pijp met inw. diam. 3,5 inch.

mmo mmo mmo mmo mmo

=

30 dm/sec.

=

8,5 cm. Aanvoer CO

2- H20 damp : neem v

=

30 m/sec

Dampstroom

=

439 liter/sec. Dus pijpdoorsnede

=

1,4 dm2 •

2 4

d. _{~nw •}

=

~3 _{') , l.} 4. 1 ,4 d. _{lnw •}

=

13,1 cm. Neem een pijp met inw. diam. 5,5 inch. Afvoer CO 2 damp : neem v

=

20 m/ Dampstroom

=

78 liter/sec. Dus pijpdoorsnede

=

0,39 dm . 2 sec. 2 4 d_{inw •} = ~4·0,39 d. _lnw.

=

7,1 cm.

Neem pijp met inw. . I .

o

l

· .. '

.

diam. 3 inch •

Afvoer gecondenseer .H₂0 : neem v

=

30 dm/sec

Vloeistofstroom

=

0,29 kg/sec

=

0,30 liter/sec.

Dus pijpdoorsnede = 0,01 dm 2 .

2 4

dinw

.=

3,14. 0 ,01 d. _l.nw. = 1,1 CID. Neem pijp met inw.

0,5 inch.

Aan- en afvoerleidingen van propaan bij absorber.

Neem v

=

30 m/sec.

Gasstroom

=

1640 liter/sec.

dfnw.

=

~·5,5

Dus pijpdQorsnede

d. _l.nw.

=

26,4 cm

Neem pijpen met inw. diam. van 10 inch.

2

=5,5 dm . •

!.:.

C01fpressor.

Invoe~

ruw gas: 1.64 m3/sec. Dit is 1,64x60x35=3444 cuft/min. '

Gebruikt ~ordt een Multi-Stage compressor Clark no. 2 met 3

waaiers.

De maximale capaciteit is 200 m3/min., .de minimale capaciteit

60 m3/min.

De diameter van de aanzuiglei'ding is 0,3 m en die van de

af-voerleiding is 0.2 m. Verder is de maximale drukverhoging 18,7 ata.

en de "as P.K." 7112 P.K.

. .

De diameter der waaiers is 0,45 m. Het aantal toeren per minuut

is 7350. Deze compressor heeft een stalen mantel en gietstalen .

waaiees.

fk.

Pomp.

Invoer(uit bodem vld stripper): 26600 lb/hr

=

202 liter/min.

De druk wordt van 1,09 naar 13,6 verhoogd.

Gebruikt wordt een eentraps Sundyne pomp met diffussor inrichting

(ring). De maximale opvoerhoogte is

±

1650 m vloeistofkolom (nodig

136 m.) terwijl het max. toerental 23700 omw./min. is.

De maximale capaciteit is 75 m3/hr = 1230 liter/min. De benodigde

capaciteit is te regelen door waaiergrootte en toerental te varieren

8. Overzicht specificatie _apparatuur.

Alle apparaten zijn '_{gemaakt van roestvrij staal 216 of: 321.}

Absorber.

Ruw gas in

Stofstromen 3,01 kg/sec

Gez. gas uit

" arme "MEA-op1. in "r ijke"MEA-op1. _uit Diameter Hoogte Verdere gegevens : 2,86 3,35 3,50 Nethode I 1,06 m. 8,51 m.

Druk: 200 psi

=

13,6 atm.

TempeAatuur, : top

=

29

·c.

i ' bodem ::; 48.C. Stripper.

"

"

"

Gecond. H 20 in Stofstromen 0,29 kg/sec CO 2 + H20 damp uit

Damp _{van reboiler in}

VIst. naar reboiler uit

Diameter. Hoogte.

Verdere gegevens

Druk .; 16 psi

=

1,09 atm.

T t t ₉₅

·c.

, e~pera _{uur: op}

₌

,

.

bodem

₌

104 C. 0,44 0,50 0,50 "

"

"

Methode I 0,87 m. 6,36 m. Diam. _{leidingen •.} 10 inch 10

_"

1,5 " 1,5 11 Methode 11 1,09 m. 8,10 m. Diam. leidingen. 0,5 inch. 5,5 11 9,0 11 0,75 " Methode 11 0,96 m. 5,99 m.

.

,

'-Warmtewis-selaar , condensor, koeler, reboi1er.

Omschr·~w U .Temp. Inw. Aant. _ Aant Aant leng diam.

1l!..c1R

versch _~ piJpen pass.ihëIl te soort

kJ/sec W/m2 (lt@ :gem. m2 Warmte wiSSe 648 1000 9 72 306 part. , cond. 721 200 70 51,5 328 koeler 373 1000 18,1 20,6 131 re-boiler 1123 1000 26 43,2 275 Resterende gegevens.

Hoeveelheid koelwater - koeler

11 11

J

koelwater - part. condensor

stoom (3,7 atm)- reboiler.

20 4 9 1 -pass. cm cm 6 300 100 200 86 1 .200 65 200 66 17,8 kg/sec 17,2 kg/sec 0,517 kg/sec

Gasuitlaat part. condensor 3

5

inch

Stoominlaat reboi1er 11

Cond. water uitlaat reboiler 0,75 11

,Water in-en ui tláat koeler 3-,5 11

: Water in-en uitlaat part. condensor. 3,5 11

I

I Compressor.

Multi-Stage compressor Clark no.2 met 18 inch (diam.) waaiers. Circulatiepomp.

Sundyne pomp met diffusor-inrichting. Eentraps.

Compressor'. Circ. PomE·

Max. drukverhoging 18,7 atm. 1650 m. H--2 O

Benodigde drukverhoging 1-3,6 11 136 . 1/

Aantal toeren/min 7350 23700

Max. capaciteit 200 m3/min. 1230 L/min

B~nodigde capaciteit 98 11 202 L/min

Diam. aanzuigleiding. 12 inch 1,5 inch

Diam. afzuigleiding. 10 11 1,5 inch

mm

25 25 25

~j;':. . . , ;

..

. ~ ,

.

t.·:

~"M~.

9.

Symbolen - lijst. Symbool. T Cp H L G g U

f'g

.(!1I ~ A/F3 d

;

C Ce F p P M Y Ye x m NoG HTU A

~w

Omschri,jving. temperatuur soortelijke warmte (p=const) enthalpie vloeistofstroom gasstroom valversnelling opp. gassnelheid

dichtheid van het gas dichtheid van de vIst • viscositeit

expo constante diameter

constante van Tillson

Eenheid. _, kJ/kg

t.

kJ/sec. lb/hr. lb/hr. ft/sec/sec ft/sec lb/cu.ft lb/cu. ft m conc. van CO

2 in de opl. molC02/mol opl. ev. conc. v.C0

2 in de opl. 11 corr. factor voor type vld

pakking part. druk totale druk molariteit gasconc. van CO 2

ev. gasconc. van CO₂ vloeistof conc. van CO₂

ev. vIst. conc van CO₂ hoogte

vloeistofsnelheid

snelheid indifferent gas const. van Henry.

aantal transfer units height of transfer unit oppervlak warmtestroom atm. atm. gmol/liter mol CO 2/mol(totaal) 11 11

"

m. lbmol/hr.sqft.

"

m. m2• kJ/sec totale warmteoverdrachtscoëff'. W/m2 .

~

t..' "

Symbool. Omschrijving. Eenheid. '.

t steek m.

d

u uitw. diam. ID.

Dl afstand midoelpunten m.

der verst verwijderde pijpen.

v snelheid. m/sec

m _{const. bij bepaling Dl}

x 11 11 11 _aant. shell-passes z 11 11 11 11 11 " U " d. ~nw. inw. diam. m.

.' " -;,a'. " ) • ,

...

t

Litteratuurlijst I.

1) Ullmann Encyclopedie.

;\JtJ:

2) A.L.Kohl, F.C. Riesenfe1d. Gas Purification. ·

Me. Graww HilI N.Y., Toronto, Londón (1960). 3) D.R.P. 764129 (1942)

4) It. Pat. 537563, 5375

5) Eröl u. Kohle 1961,921

6) De Ingenieur 1966 nr. 8-9-13-19.

7)

Petr. Ref

=

Hydrocarbon Processes.

8) Perry - Chem. Eng. Handbook. 3rd ed.

9)

S.M. Thesis M.I.T. 1939.

10) Coulson and Richardson vol 2 p. 337

11) Wärme Atlas Vereinigte Deutsche Ingenieure I 12) K. Atwood, M.R. Arnold, R.C. Kindriek

Ind. Eng. Chem. 49(9),1439 .

13) T.K. Sherwood; G.H.Shipley, F.A.L. Hol1oway Ind. Eng. Chem. 30(7),765-769

14) J.C. Elgin, F.B. W~iss.

Ind. Eng. Chem. 31(4) ,435-4LI₅

15) W.E. Benson, J.H. Field, W.F. Haynes. Chem. Eng. Progr. 52(1956),433

16) A.L. Kohl. A.J. Ch .E. Journal 2(2),264 (1956) 17) D.S. Cryder, J .O.t"la1oney.

Trans Am. Inst Chèm Engrs 37,827-852 18) F.C. ~iesenfeld , J.F. Mu110wney

Petr. Ref . 38,5(1959),161 19) F.C. Riesenfe1d~ C.L. Blohm

Hydrocarb. Process. 41,4(1962),123

20) A.G. Fickmeyer. Chem. Eng. Progr. 58,4(1962),89 21) M.M.Sharma, l:'.V. Janckwerts.

Tran. Farad. Soc. 1963,59,386 22~ idem : 1963,18,727

!: ..

~. 'I •

"

'.J, "

1'< I! Litteratuur lijst 11. Giammarco Vetrocoke G.P. ,151 305.

u.

10,317. r--It.Pat~37563,5375. 11 11 565320 -537564 D.B.Pat.l000356-7

t

(jan. 1957) It .Pat.! 545908 11 11 11 I ,

"

535177 581179 581925 584465< D~B.Pat. 1033644 (juli 1958) Glycol-Amine H.P. ~,2(1964),208

35..

2 (1960),268 Phosfaat G.P., 130. H.P. 22,2(1960),273. De Ingenieur 1966.nr.19,ch 48 Thylox G.P. ,150. Staatsmijnen-Otto . Ferrox Autopur Perox G.P. ,150 U. ~,315. _{U. 10,315 U. 10,315-317} Gesellsèhaît für Kohlen und Techn.

U. 3,631

Girbotol

H.P. 26,6(1947),109

~,2(1960),267

41,2(1962),207 _,

Chem. Eng. Progr.

2(1956),33.

Perry-Chem.Eng.Handbook

3rd ed. p.678.

U. 9,765.

Advances in Petr. chem.

and refining. vol 6,330 She11-Adip Stretford H.P.40,2(1961).292. ~,~(1963);~21. ~,2(1965),271. Seaboard Erdö1 u. Kohle Nov.1961 p.921

.!!..

9,762 De Ingenieur 1966.nr. 19 ,eh 48 H.P. ~,4(1962),762

G.P.

=

A.L. Kohl én Riesen~eld. Gas Purification.

H.P.

u.

Mc.Graww Hill N.Y.,Toronto, London (1960)

= Hydrocarbon Processes.

= U~lmann, Encyclopedie

: , . \;: r.;

.

r .... f.;.:.. I.' ,., ...

---

---~

'

/

'"

J

!o,

I

.I , ,

i. H). 1-'.

JOOO

~

G

600

w?>

~OO

200

1

i

.

L

,

----L--~~__'____I_~-

,

~~

0.1

0.2

0.4 0.6

2

4

6

1

~

la

40 60

100

Lp

-G

F

I

Ca.

9.5.

J

40ad ing

veloeities for

l{aschig ring

IJae

king.

(Data of 1

1

illson.)

H) ... ~

.

0 ~_. 0.14

RICH SOLUTION FROM PLATE 16 - /

QI2

/

V

/~ _{/ /} 16

..

0 QIO u

/

/~ V z 0 ~ _~

~

/~ EMy! PLATES / U ex a:: u... 0.08 UJ -.J / "14 13-16)=13.9% -~I / ' PLATE 12--1

_V

_/ 0 2 z 0 ~ 0.06 en ~ 2 0 u ~ 0.04 C) ~

/

/ ' 12

~

.,/ E.,y(PLATES 9-12)=14.4%

PLATE

a-.!/t

~IO PLATE 4-.

~

/ '

8

SOLU rlON f ROM

i

f'I'

EMV(PLATES 5-8)=15.5% P~ATE I .... 1'6 I I LEAN _~"'4

'

, ,

SOLUTlON-:i

~

_{ÉMy(PLATES 1-4)=16.4%} 2 0.02

...

Ol _{02 0.3}

SOLUTION COMPOSITION, MOLES COl' MOLE MEA

FIG. 2-35. _{Graphical analysis of platè--efficiency data for atmospheric-pressure CO}

2

abso_{rptioh with 14.5 per cent aqueous monoethanolamine in atmospheric pressure}

, '/r:-·t , "

..

,," " .. .. Y~ , . , ~,

.

? ; " , J " ~,. ,

.

!, " t' ;.~ "Il,-~. ,ot"~'

1

NoO

~ N -

o

18

en..,,,,,

0-o

o

;:

IJ / 11 2 4 t--+--11-+--+11-+-+-+-H-i-f--+-I-~1/1J-1 -+-41

f1

V ~~ 'i t-M---jI~~Vf-++~ 0 22~~~~~~--u-~++~--~~~~ J

V

I

/

14 2 10 20 SO 100 200 1000

Fig. 19.9. Number of transfer units Noa

as

a function of

Y1/,.,

with

mG.

- - as

parameter

L.

. ' "

.

\

t

)

'

..

" .... , " . ~.

KAT A SULF GLUUD -ST I L L MANCHESTER

iA~

01

!\

(

iEROX A);/ r I. V' , j 'i ABSORPTIE gezuiverd gas ruw gas > OC -...,-t:::~~ ".,," .lucht gezuiverd gas ruw gas -e~---~ water --- ---., I I I I I I i I I I I I REGE NERAT I E r---~ I I I I I I I + L _____ -1 28C , ATM. S - oxyd. lucht flotatie lucht S-scheiding Hotati e 25C lucht EINDBEHANDELING IOO·C 20ATM. 25C 1ATM. TI _• zwavel zwavel 130·C zwavel C~-H2S ABSORPTIE A.J. DRIESSEN DECEMBER 1966 I~ I

STAATSMIJNEN· QllQ AUTOPUR PEROX GIAMMARCO· VETROCOKE ABSORPTIE gezuiverd gas ruw gas gezuiverd gas 24C 4 ATM. ruw gas katalysator gezuiverd gas ruw gas -- _ . --_.----REGENERATIE COS V77ZZ777Z7ZZZZ7Z7ZZZ7Z77722Zl oplostank flolatie lucht 30 ·C flolatie lucht smelter 1 ATM EINDBEHANDElING H,SO, 100·C 12 ATM. 145·C (NH.l,SO. zwavel zwavel J verdamper zwavel co, -H,S ABSORPT I E A.J.DRIESSEN DECEMBER 1966 I~ TI

ABSORPTIE

gezui ~erd gas

STRETFORD

ruw gas

lucht

gezui verd gas

GIRBOTOL _{3}o A TM.} ruw gas gezuiverd gas GLYCOL-AMINE ruw gas REGENERATIE sst I Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z I Z Z Z 4 VlZZZZZZZ777772777ZZ7772721 110'C O,s ATM. stoom EINDB EHANDELI NG zwavel C~ C~-HzS ABSORPT I E E. BAI<HUI 5 DECEMBER 66 m

I

~

ABSORPTi E REGENERATI E EINDBEHANDELI NG gezuiverd gas

A

lucht en

Z

zure gassen r = ~ 30t 102"c SEABOARD /

_A

lucht """-ruw gas _r

-n

r--- l'., I \

Y

Y

~ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ~ / / / / ~

t

~

_tÇ

H,S gezuiverd gas

~

l

I;:::::

-~ ~ 38 'C

~

f;-

~

\ .

1

SHEL L-FOSFAAT 22 ATM.

r:----

I!::~ _""'"

I

~

'-' '-...-' verhitten met stoom

110"c -.- koe I en met water

ruw gas -f~-· ' - - - 0,5ATM. ~ "'--'"

y

y

' / / J L / / / / / / / / / L / L / / / / / / //LI Q7777777777777777ZZZ7ZZ7ZZZJ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / ~

À

~

.- H,S /0"'0..

~J

~

~

gezuiverd gas o,.i/

~ '0 ,.L ~ 80 "c

"'

-SHELL-ADIP 40t 100t ~ ---- -10ATM.

--;-D

(

.:.0...

Yr

ruw ga s _f---' I CO, -H,S ABSORPTi E

y1l9-

E.BAKHUIS

Y

DECEMBER 66 rr ~