Jol kj/i, t / 3 0 "C is °c lp kW vs'e y 9,3 f i mofar-1 6f kf/hr ?tg¿ Af/A, /ja °c 13 o 'C £>Jê kf/Ar 2Ï"£
^
25 t -4 "7ó¿t3¿>/ e/jerif'-ver¿ru,t >x per ¿ onJtHfií
'JS°C /tt/et ¿2 éheor. se/;ott:/s / / O, fZ rn 11'<$ /re/a'.' -tXHM f
wf
h¡ñ/ temp: J$ "C /O *¿<x 23g°C /?6 *w MX UVsec
/i ¿en//»*, zS'C SfZ ¿?/¿r 1¿,S 7.h,S,>)X
/¿yianfhr, éú'C—
•
Vulling t<*n pora'-fem en ñ^&ch/q ¿em.o; So VFi
3.
2.
Technische
Hoqeschool
DEizFT.
Chemische .
Technologie.
PROCESSCHEMA.
Naam.
ftdres.
Dalum.
Fi
3.
2.
Technische
Hoqeschool
DEizFT.
Chemische .
Technologie.
Bereiding y an
zwai/e/KooItshf
i/iï aardgas en zwavel.
J.M.H. Jacobs. C.Focksh.
Delft.
Technische Hogeschool J.I.H.Jacobs T^ C . F o c k s t r a a t 124 D E L F T . D E L F T . Ohemische Technologie. 1 oktober 1958.
PROCESSCHEMA. VOOR DE BEREIDING 7 M ZWAVELKOOLSTOF.
Inhoud.
I. Keuze van h e t proces.
1. O v e r z i c h t van bestaande processen.
2. P l a a t s van v e s t i g i n g van de C S2- f a b r i e k .
3. C o n c l u s i e s hoofdstuk I .
I I . Berekening van het k a t a l y t i s c h e k o o l w a t e r s t o f f e n p r o c e s . 1. De reactieomstandigheden van de h o o f d r e a c t i e . 2. De m a t e r i a a l b a l a n s van de r e a c t o r . 3. De warmtebalans van de r e a c t o r . 4. De g r o o t t e van de p r o d u c t i e en de d o o r v o e r s n e l h e i d . 5. C o n c l u s i e s hoofdstuk I I . I I I . B e s c h r i j v i n g van h e t processchema. 1. Hoofdbey/erkingen. 2. Nevenbewerkingen. 3. Algemene opmerkingen.
IV. Berekening van de b e l a n g r i j k s t e gegevens voor de apparatuur van h e t processchema.
1. Het reageren van S en CH^ t o t C S2 en H2S.
2. Het a f s c h e i d e n van S u i t h e t r e a c t i e p r o d u c t .
3. Het a f s c h e i d e n van C S2 u i t het S-vrije r e a c t i e p r o d u c t .
4. Het verwijderen van de r e s t e n H2S u i t CS,,.
5. De w i n n i n g van de r e s t e n C S2u i t h e t H^jS-CH^-mengsel.
6. De s c h e i d i n g van Hr>S en CH^.
V. Slotopmerkingen over proces en f a b r i e k . 1. P r o c e s .
2. F a b r i e k . V I . 1. L i t e r a t u u r .
I. Keuze van het p r o c e s .
1. O v e r z i c h t van bestaande processen.
Tegenwoordig worden een d r i e t a l processen toegepast voor de b e r e i d i n g van z w a v e l k o o l s t o f ,
a. H e t _ r e t o r t e n p r o c e s .
Zwavel en h o u t s k o o l reageren met e l k a a r i n d i r e c t v e r h i t t e r e t o r t e n . De temperatuur i n de r e t o r t i s omstreeks 1200°C. De zwaveldamp i s bij d i e temperatuur zeer c o r r o s i e f , zodat de levensduur van een r e t o r t s l e c h t s 2 t o t 12 maanden bedraagt.
( l i t . 1 ) .
I n p r i n c i p e h e t z e l f d e a l s a. De v e r h i t t i n g v i n d t e c h t e r p l a a t s door de h o u t s k o o l t u s s e n e l e c t r i s c h v e r h i t t e e l e c t r o d e n t e
p l a a t s e n . De l e e f t i j d van een dergelijke oven bedraagt 8 t o t 12 maanden bij een p r o d u c t i e van 6 t o n per dag. Een v o o r d e e l t . o . v .
proces a. i s , dat door de inwendige v e r h i t t i n g de buitenmuren van de oven goed g e i s o l e e r d kunnen worden,waardoor de c o r r o s i e door zwaveldamp v e e l g e r i n g e r i s . Een nadeel i s h e t g r o t e v e r -b r u i k van e l e c t r i s c h e energie,hetgeen duur i s . ( l i t . 2 . )
c. Het k a t a l ^ t i s c h e k o o l w a t e r s t o f f e n g r o c e s .
L i c h t e k o o l w a t e r s t o f f e n z o a l s CH^CgHg en C^Hg reageren met zwaveldamp t o t 0 So en H S. G-aat men u i t van aardgas dan i s de
c o n v e r s i e t . o . v . CH^ ca.90$ bij een temperatuur van 700 C en ondei gebruikmaking van een k a t a l y s a t o r a l s e i l i c a g e l of een van h e t k l e i - t y p e . ( l i t . 3 en5). V o o r d e l e n van d i t proces t.o.v.de beide andere zijn :
1. h e t proces i s c o n t i n u ,
2. h e t werkt bij een r e l a t i e f l a g e temperatuur, zodat moeilijkheden door c o r r o s i e minder voorkomen.
3. de k o o l s t o f bron i s r e l a t i e f goedkoop en gemakkelijk b e s c h i k -baar.
Vanwege het voorgaande gaat onze voorkeur u i t naar proces c. Om t o t een b e s l i s s e n d e proceskeuze t e komen i s het noodzakelijk e e r s t de p l a a t s van v e s t i g i n g van S S g - f a b r i e k v a s t t e leggen.
- 2
2. 5^Ëa^s_IÊB_v£ËÏiSi5ê_Z§:S_5§2---^-^:*
, <y Tolgens l i t . 1 wordt 56$ van de p r o d u c t i e van z w a v e l k o o l s t o f
i n de r a y o n - i n d u s t r i e g e b r u i k t . Een C ^ - f a b r i e k z a l i n Nederland voldoende afnemers hebben vanwege de v r i j u i t g e b r e i d e r a y o n
-i n d u s t r -i e -i n ons l a n d . De k o o l s t o f b r o n voor de C S g - f a b r -i e k v -i n d t men i n Nederland i n de vorm van aardgas.
I n d i e n men proces a.of b . ( z i e o v e r z i c h t van bestaande processen) i n een Nederlandse C S p f a b r i e k zou toepassen,dan zou men h o u t s -, k o o l moeten invoeren-,want Nederland i s n i e t rijk aan hout.
Proces c . z a l dus de v o o r k e u r hebben.
K i e z e n we proces c.dan zijn de g r o n d s t o f f e n gasvormig en v a s t , het t e maken product v l o e i b a a r . Over een g r o t e a f s t a n d i s het v e r v o e r van een v l o e i s t o f eenvoudiger dan dat van een gas;
immers v o o r gas vervoer zijn drukvaten of p i j p l e i d i n g e n met g r o t e diameter n o d i g , t e r w i j l voor v l o e i s t o f f e n tankwagens g e b r u i k t kunnen worden. Voor het v e r v o e r van z w a v e l k o o l s t o f zijn wel een a a n t a l bijzondere v o o r z i e n i n g e n n o d i g , a a n g e z i e n de v l o e i s t o f zeer
v l u c h t i g i s en de damp z e e r brandbaar.
Regels voor het verladen,de o p s l a g en het v e r v o e r van zwavel-k o o l s t o f worden gegeven door de I . C . I . ( l i t . 2 )
De Z w a v e l k o o l s t o f f a b r i e k moet dus bij voorkeur i n de nabijheid van een aardgasbron g e v e s t i g d worden.
De benodigde zwavel kan voor een g e d e e l t e b e t r o k k e n worden van o l i e r a f f i n a d e r i j e n . De r e s t moet geimporteerd worden.
a. A l s proces voor de b e r e i d i n g van z w a v e l k o o l s t o f wordt het k a t a l y t i s c h e k o o l w a t e r s t o f f e n p r o c e s gekozen.
b. De f a b r i e k kan i n Nederland gebouwd worden i n de nabijheid van een aardgasbron.
c. I n d i e n een o l i e r a f f i n a d e r i j i n Nederland voldoende zwavel kan l e v e r e n i s het n i e t n o d i g g r o n d s t o f f e n i n t e voeren.
3
-I -I . Berekening van h e t k a t a l y t i s c h e k o o l w a t e r s t o f f e n p r o c e s .
Bij een r e a c t i e t e m p e r a t u u r van 750°C.en een druk van 1 a t a i s de h o o f d r e a c t i e
CH4 + 2 S2 == C S2 + 2H2S
De vrije energie (AP) van deze r e a c t i e hij 750°C.bedraagt
- 29000 c a l / m o l ( l i t . 3 en 4 ) , w a a r u i t de g r o ^ t e van de evenwichts constante K v o l g t : - A P = RT InK of - A P = 4,57 TlogK R = 2 cal/mol°C. T = 1023°K, AP = - 29000 c a l / m o l dus 29000 = 4,57 x 1023 l o g K of l o g K = 6,2 dus K = 4,16.106 A l s de r e a c t i e t e m p e r a t u u r 450 G,bedraagt,dan b e s t a a t de zwavel-damp n i e t u i t moleculen S2>Giaar voornamelijk u i t moleculen Sg,
zodat de h o o f d r e a c t i e van het proces nu i s CH4+f-S8 «=* C S2 + 2H2S
met A P = - 18000 dus
18000 = 4,57 x 723 logK of logK =5,4 dus K = 0,346.106
Naarmate de temperatuur l a g e r i s neemt de c o n v e r s i e t.o.v. Cïï^ dus a f .
Teneinde de c l a i m s i n U.S.patent 2,330,934 ( l i t . 5 ) t e o n t l o p e n , k i e z e n we a l s r e a c t i e t e m p e r a t u u r 750°C. I n h e t bovengenoemde
patent wordt h e t temperatuurgebied van 450 t o t 700°C.vastgelegd. Met h e t oog op de r e a c t i e s n e l h e i d wordt de k a t a l y s a t o r
A 1205 + 5$ C r20 ^ g e b r u i k t , ( l i t . 3 ) .
De druk,waarbij h e t proces i n bestaande f a b r i e k e n u i t g e v o e r d wordt i s gewoonlijk 1 a t a . Om de gassen gemakkelijk t e kunnen t r a n s p o r -t e r e n , k i e z e n we een werkdruk,die i e -t s hoger i s dan 1 a -t a . De j u i s t e g r o o t t e wordt v a s t g e s t e l d , n a d a t de g r o o t t e van de weerstanden, d i e de gassen ontmoeten,berekend zijn.
De d o o r v o e r s n e l h e i d mag variëren van 400 - 3000 v o l . g a s per v o l . k a t . p e r uur. De g r o o t t e van de d o o r v o e r s n e l h e i d wordt l a t e r v a s t g e l e g d i n verband met de gewenste p r o d u c t i e van 0 S2 en de
g r o o t t e van het r e a c t i e v a t (dus h e t a a n t a l l i t e r s k a t a l y s a t o r , dat de r e a c t o r kan b e v a t t e n ) .
Bij een d o o r v o e r s n e l h e i d van 825 v o l . g a s / v o l . k a t . p e r u u r i s de om-z e t t i n g s g r a a d t . o . v . CH^ 90$. E r vinden geen noemenswaardige n e v e n r e a c t i e s p l a a t s ( l i t . 3 ) . G-eringe hoeveelheden s t o f f e n a l s RSH, ( R S )2 en R2S z u l l e n wel- gevormd worden,maar het g e h a l t e aan
_ 4
-2. De_materiaalbalans_van_de r e a c t o r ^
De g r o n d s t o f f e n S en CH^ (aardgas) t r e d e n de r e a c t o r binnen i n gasvormige t o e s t a n d i n de m o l a i r e verhouding CR^ Ï S2 = 1 * 2 .
Mol.gewicht van CR"4 = 16 en van S2 = 64.
Het t e reageren gasmengsel bevat dus
— 2 x 6 4 100 = 88,9$ zwavel (gewicht $ ) .
2 x 64 + 16
Per kg.ingevoerd gas worden i n de r e a c t o r gebracht 889 g r S en 111 g r CH^. Aangezien de c o n v e r s i e t.o.v.CH^ 90$ i s wordt door de r e a c t i e 0,9 x 1 1 1 = 100 gr of 100 : 16 = 6 , 2 5 gmol CR"4
omgezet i n CS2. Dus o n t s t a a n 6,25 gmol = 6, 2 5 x 76 = 475 gr CS2
en 2 x 6,25 gmol = 12,5 x 34 = 425 gr H2S.
Het z w a v e l v e r b r u i k voor de o m z e t t i n g t o t C S2 i s 6,25 x 2 x 3 2 =
400 g r S,voor de vorming van H2S 12,5 x 32 = 400 gr S,zodat i n
t o t a a l door de h o o f d r e a c t i e 800 g r S v e r b r u i k t wordt. Er b l i j f t i n het r e a c t i e m e n g s e l 889 - 800 = 89 g r S en 111 _ 100 = 11 g r CH^.
De m a t e r i a a l b a l a n s van de r e a c t o r per kg-ingevoerd gas l u i d t dus : CH4 S c s2 H2S i n v o e r r e a c t o r u i t v o e r r e a c t o r , 111,0 11,0 889,0 89,0 475,0 425,0 t o t a a l : 1.000,0 g r 1.000,0 gr CH4 + 2 S2 C S2 + 2H2S AP = - 29.000 c a l / m o l Reactietemp.750^0.
I n het voorgaande i s berekend,dat per kg.ingevoerd gas 6,25 gmol CS,, wordt gevormd. De h o e v e e l h e i d warmte,die bij de r e a c t i e vrij komt,bedraagt dus
29.000 x 6,25 = 181.250 c a l / k g ingev.gas of 4,2 x 181 .250 = 7,6.105 J o u l e / k g ingev.gas
A l s het ingevoerde gasmengsel het k a t a l y s a t o r b e d b e r e i k t jmoetj de temperatuur van het gas 750°0.zijn. Nu i s zwaveldamp bij een
temperatuur boven 500°C.corrosief. Daarom wordt de zwaveldamp, a l v o r e n s de r e a c t o r binnen t e t r e d e n , s l e c h t s v o o r v e r h i t t o t een temperatuur van 500°C.
5
-Om de zwaveldamp daarna nog v e r d e r t e v e r h i t t e n t o t 750°C.zijn per kg ingevoerd gas n o d i g
889 x 0, 1 4 (750 - 500) = 31.115 c a l . Cp van zwaveldamp z i e bijlage d.
Deze calorieën kunnen h e t meest eenvoudig v e r k r e g e n worden door het methaan voor t e v e r h i t t e n t o t een temperatuur van 1.000°0. Bij a f k o e l i n g van CH^ van 1.000 g r . C . t o t 750°C.komen vrij
111 x 1,15 (1.000 - 750) = 31.912 c a l .
Gemiddelde Cp van h e t CR, t u s s e n 1.000 en 750°C.:zie bijlage d. o De gang van zaken om de r e a c t i e bij een temperatuur van 750 C. u i t t e voeren i s nu dus :
per kg ingevoerd gas worden 889 g r S2-damp met een temp.van
500°C.eh 111 g r CH^ met een temp.van 1.000°D.aan de ingang van de r e a c t o r gemengd. De temperatuur van het t e r e a g e r e n gasmeng-s e l i gasmeng-s dan j u i gasmeng-s t 750°C.0m de temperatuur van h e t k a t a l y gasmeng-s a t o r b e d op 750°C.te handhaven moeten per kg ingevoerd gas 181.250 c a l . aan de r e a c t o r o n t t r o k k e n worden. Het r e a c t i e p r o d u c t z a l dan een temperatuur van 750°C.hebben.
4 . De g r o o t t e van de p r o d u c t i e _ e n de_doorvoersnelheid^ Met een oven,die CSg produceert u i t h o u t s k o o l en zwavel,kan men t o t een j a a r p r o d u c t i e van 2.500 t o n C S2 komen.
Gewoonlijk voegt men 12 ovens samen t o t één p l a n t ^ d i e dus een j a a r p r o d u c t i e van 30.000 t o n h e e f t . Een dergelijke p l a n t k o s t aan i n v e s t e r i n g e n ca.$.90.- p e r j a a r t o n c a p a c i t e i t . ( l i t . 1 ) .
Wij s t e l l e n ons t e n d o e l om met een u n i t , die C S2 produceert
volgens het k a t a l y t i s c h e k o o l w a t e r s t o f f e n p r o c e s , e v e n e e n s een j a a r p r o d u c t i e van 30.000 t o n 0 S2 t e b e r e i k e n .
De prijs van 0 S2 was i n 1956 ca.#. 100.- per t o n ( l i t . 1 ),zodat
de jaaromzet van de C S2- u n i t met bovengenoemde p r o d u c t i e
1.5-000.000.- bedraagt. Deze i s voldoende g r o o t om bij economische e x p l o i t a t i e een behoorlijke w i n s t t e garanderen en een i n v e s t e r i n g van 3 t o t 5 m i l j o e n d o l l a r t e r e c h t v a a r d i g e n .
Doorslaggevende argumenten voor de g r o o t t e van de j a a r p r o d u c t i e z a l men pas verkrijgen,nadat een onderzoek v e r r i c h t i s naar de markt en de prijs van 0S2,de k o s t p r i j s van de i n s t a l l a t i e s en de
e x p l o i t a t i e k o s t e n . D i t v a l t e c h t e r b u i t e n het bestek van d i t processchema.
6
-S t e l l e n we de tijdsduur van een j a a r , w a a r i n het bedrijf c o n t i n u werkt,op 8.000 u r e n (dus een maandverlies voor r e p a r a t i e s e.d.) dan i s de j a a r p r o d u c t i e
30.000 -z nc 4. /
a^OOO =3,75 ton/uur.
Het gasmengsel,dat de r e a c t o r v e r l a a t , b e v a t 47,5 gew.$ C S2.
Worden v e r l i e z e n b u i t e n beschouwing gelaten,dan moet de r e a c t o r dus
100 x 3 750
4y j^* 1 = 7.894 kg gasmengsel per uur verwerken.
D i t moet omgerekend worden t o t l i t e r s gas onder standaardcondities (0°C.,1 atm.).
De d i c h t h e i d van Cïï. bij 0°0.en 1 atm.is 0,72 g r / l . ( z i e b i j l . d . ) o
De d i c h t h e i d van Sg-damp bij 0 C. en 1 atm.berekenen we met be-h u l p van de formule mol.gewicbe-ht = 2 x dampdicbe-htbe-heid of M = 2 D. % - a a m p "6 4 a u s D = 32.
Nu weegt 1 l t r . w a t e r s t o f bij 0 C. en 1 atm.0,09 g r , dus de d i c h t -h e i d van S2-damp i s 0,09 x 32 = 2,88 g r / l .
De d i c h t h e i d van het t e reageren gasmengsel onder standaard-c o n d i t i e s i s dus
x °l7wo 8 8 , 9 * 2 ' 8 8 = 2>6 4 e r /1
-P e r uur moet dan door het k a t a l y s a t o r b e d
^*82^6"4°Q = 2»99.10^ 1.gasmengsel,gevoerd worden.
De d o o r v o e r s n e l h e i d mag z o a l s opgemerkt,variëren van 400 t o t 3.000 l . g a s per 1.kat.per uur. Omtrent de levensduur van de k a t a l y s a t o r i s n i e t s bekend,zodat we de d o o r v o e r s n e l h e i d aan de lage kant k i e z e n en wel 1.000 l.gas per 1.kat.per uur. De r a c t o r moet dan 2,99 m 3 . k a t a l y s a t o r b e v a t t e n .
5. C o n c l u s i e s hoofdstuk_II._
1. De r e a c t i e wordt u i t g e v o e r d a. bij een temperatuur van 750°C. b. onder een druk van r u i m 1 a t a .
c. met de k a t a l y s a t o r AlgO^ + 5$ Cr^O?..
2. De s a m e n s t e l l i n g i n gewichtsprocenten van het gasmengsel a. dat de r e a c t o r b i n n e n t r e e d t i s 11,1$ CH^ en 88,9$ S.
b. dat de r e a c t o r v e r l a a t i s 1,1$ CH4, 8,9$ S., 47,5$ CS2,42,5$
H,pS. 3. De zwavel wordt v o o r v e r h i t t o t een temperatuur van 500°C, het methaan t o t een temperatuur van 1.000°C.
4. Aan de r a c t o r moeten 181 k c a l . p e r kg.ingevoerd gas ontrokken v/ orden.
_ 7
-5. De d o o r v o e r s n e l h e i d i s 1.000 1.normaal v o l . g a s per v o l . k a t . per uur.
6. De j a a r p r o d u c t i e i s 30.000 t o n CS2,de u u r p r o d u c t i e
3,75 t o n CS2.
8
-I -I -I . B e s c h r i j v i n g van het processchema.
I n d i t h o o f d s t u k wordt een a a n d u i d i n g gegeven over de aard der te v e r r i c h t e n bewerkingen en de t o e s t e l l e n , w a a r i n d i e u i t g e v o e r d worden. I n h o o f d s t u k IV wordt een meer k w a n t i t a t i e v e aandacht geschonken aan i e d e r t o e s t e l a f z o n d e r l i j k .
Aan het t e produceren z w a v e l k o o l s t o f wordt de e i s g e s t e l d , d a t het een z u i v e r h e i d van 99,9$ b e z i t .
De b e r e i d i n g van u i t CH^ en S kan v e r d e e l d worden i n 4 h o o f d -bewerkingen en 2 neven-bewerkingen.
1 . Hoofdbewerkingen^
a. Het reageren_van S en_0H4_tot_CS2_en_H2§•
Bij het b e g i n van deze bewerking hebben we a l s g r o n d s t o f f e n v a s t e zwavel en gasvormig metaali,beide met een temperatuur van 25°C. Het methaan moet o v e r v e r h i t worden t o t een temperatuur van
1.000°C. en druk hebben,die voldoende g r o o t i s om de volgende t o e s t e l l e n t e kunnen doorstromen. I n de m e t h a a n l e i d i n g moet dus een warmtewisselaar voorkomen.
De v a s t e zwavel moet omgezet worden i n zwaveldamp van 500°C. D i t wordt u i t g e v o e r d i n 2 t r a p p e n . E e r s t wordt de zwavel v l o e i -baar gemaakt i n een smeltpan. De temperatuur van de v l o e i b a r e zwavel moet l i g g e n t u s s e n 120 en 150°C,omdat dan de v i s c o s i t e i t van de v l o e i s t o f voldoende k l e i n i s om ze t e kunnen verpompen naar een kookpan.
I n deze l a a t s t e pan wordt de v l o e i b a r e zwavel omgezet i n damp van 500°C.met een druk,voldoende g r o o t om de volgende t o e s t e l l e n t e kunnen doorstromen. IN de z w a v e l l e i d i n g moeten dus a c h t e r e e n -volgens een warmtewisselaar,een v l o e i s t o f p o m p en nog een warmte-w i s s e l a a r voorkomen. Een v o o r d e e l van het i n c o n d i t i e brengen van de zwavel i n twee t r a p p e n i s , d a t de zwaveltoevoer i n v l o e i b a r e vorm gemakkelijker g e r e g e l d kan worden dan i n v a s t e of gasvormige t o e s t a n d .
Het methaan en de zwaveldamp worden vdór b i n n e n t r e d e n i n de r e a c t o r gemengd door het methaan i n de zwaveldampleiding t e s p u i t e n . Het methaan moet dus een overdruk hebben t.o.v.de zwaveldamp.
Teneinde de temperatuur i n de r e a c t o r op 750°C.te handhaven moet de r e a c t o r nog v o o r z i e n zijn van een warmtewisselaar, d i e de r e a c t i e -warmte o n t t r e k t .
9
-b.Het a f s c h e i d e n van S u i t h e t r e a c t i e p r o d u c t .
Het r e a c t i e p r o d u c t i s een mengsel van ^ S j C S g j S en CH^ en h e e f t een temperatuur van 750°C. De zwavel wordt h i e r u i t a f g e s c h e i d e n door de temperatuur van het dampmengsel t e v e r l a g e n t o t ca.130°C. De zwavel condenseert dan t o t een dun v i s c e u s e v l o e i s t o f en kan teruggevoerd voorden naar de kookpan ( z i e n r . a . ).
Het g r o o t s t e d e e l van de warmteinhoud van het r e a c t i e p r o d u c t wordt afgevoerd i n een w a r m t e w i s s e l a a r , d i e de afgevoerde warmte voor een n u t t i g d o e l bestemt ( z i e later,Nevenbewerking a . ) . De r e s t van de warmte wordt afgevoerd i n een warmtewisselaar,
d i e de temperatuur r e g e l t t u s s e n 120 en 150°C.Het v l o e i s t o f
-dampmengsel t r e e d t nu een s c h e i d e r binnen,waar de zwavel aan het r e a c t i e p r o d u c t o n t t r o k k e n wordt.
Sc' c£ iËl a f s c h e i d e n _ v a n _ C S2_ u i t _ h e t S - g r j j e ) r e a c t i e p r o d u c t
Door de temperatuur (ca.130°C.) van het S-vrije r e a c t i e p r o d u c t t e v e r l a g e n t o t b.v.25°C.,dit i s beneden het kookpunt van 0So
(46,3 C.),kan ÖSg condenseren en a f g e s c h e i d e n worden. D i t ges c h i e d t m.b.v.twee warmtewigesgeselaarges ; de e e r ges t e wendt de a f g e -voerde warmte voor een n u t t i g d o e l aan ( z i e hoofdbev/erking d . ) , t e r w i j l de tweede a l s k o e l e r f u n g e e r t , d i e de temperatuur op 25°C r e g e l t . De s c h e i d i n g van v l o e i s t o f en damp v i n d t p l a a t s i n een s c h e i d e r . I n hoofdstuk IV z a l blijken,dat voor h e t a f s c h e i d e n van CSp bovendien een compressor n o d i g i s .
Door de g r o t e dampspanning van CS^ b i j 25 c . ( z i e b i j l a g e a.) z a l h e t dampmengsel nog C S2 i n winbare h o e v e e l h e i d b e v a t t e n . D i t
wordt l a t e r i n nevenbewerking a. besproken, d. De Y.erwi^dering_van_de_resten^
De hoofdbewerkingen a t/m.c vinden nagenoeg op d e z e l f d e wijze p l a a t a l s i n U.S.patent 2,330,934. Een u i t z o n d e r i n g vormt de r e a c t o r -temperatuur. Volgens h e t schema van bovengenoemd patent v e r k r i j g t men z w a v e l k o o l s t o f , d i e ongeveer 2$ HgS bevat. De opzet van ons processchema i s zo z u i v e r mogelijk CSg t e b e r e i d e n (99,9$). Het CSg m aS w e l water bevatten,omdat h e t t o c h onder een l a a g
water bewaard en vervoerd wordt (met het oog op de v e i l i g h e i d ) ; bovendien kunnen 0 S2 en H20 gemakkelijk gescheiden worden,omdat
x deze v l o e i s t o f f e n n i e t _ mengbaar zijn.
Het ruwe z w a v e l k o o l s t o f i s nu i n t e g e n s t e l l i n g met U.S.patent 2,330,934 aan het proces o n t t r o k k e n .
V i a een v l o e i s t o f p o m p wordt het C S2 m.b.v.een warmtewisselaar
( z i e hoofdbewerking c.) weer t o t verdamping gebracht. De temperatuur van het gas ( C S2 + i e t s H2S),dat de
warmte-w i s s e l a a r v e r l a a t , m o e t boven de kooktemperatuur van zwarmte-wavel- zwavel-k o o l s t o f l i g g e n . Tevens moet het gas een g e r i n g e overdruzwavel-k hebben voor het passeren van de nu volgende wasser.
I n deze wasser wordt het H2S uitgewassen m.b.v.een
soda-o p l soda-o s s i n g ( v e r d e r l soda-o soda-o g genaamd). De afstrsoda-omende l soda-o soda-o g met k l e i n s u l f i d e - g e h a l t e wordt v e r d e r g e b r u i k t i n nevenbewerking b. De damp,die de wasser v e r l a a t , w o r d t gecondenseerd en a f g e k o e l d
t o t 25°C. i n een condensor. Hiérbij z a l tevens de waterdamp, d i e door het u i t w a s s e n van H2S i n de CS2~damp t e r e c h t komt,
condenseren. Volgens het bovenstaande g e e f t d i t geen s t o r i n g e n . Het z w a v e l k o o l s t o f kan nu opgeslagen en v e r k o c h t worden.
2 • l£ï£ïï]2£wer^ingeji.
a. De_winning_van_de r e s t e n _ C S2_ u i t _ h e t _ H ^
De damp,die de s c h e i d e r i n hoofdbewerking c . v e r l a a t , b e s t a a t voor het g r o o t s t e d e e l u i t H2S,maar bevat k l e i n e r e hoeveelheden
niet-omgezet CH^ en n i e t a f g e s c h e i d e n CS,-,.
Het C S2 wordt u i t deze damp gewassen m.b.v.olie i n een absorbeur
Het gasmengsel,bestaande u i t H2S en CH^,dat de absorbeur v e r l a a t
wordt naar nevenbewerking b.gevoerd.
De C S2- r i j k e o l i e moet nu geregenereerd worden teneinde het C S2
t e winnen en de o l i e weer t e kunnen g e b r u i k e n . De temperatuur i n de absorbeur i s d e z e l f d e a l s i n de s c h e i d e r van hoofdbe-werking e e n bedraagt dus 25°C
De C S2- r i j k e o l i e wordt nu v i a de e e r s t e warmtewisselaar van
hoofdbewerking b.naar een d e s t i l l a t i e k o l o m gepompt. De tempe-r a t u u tempe-r van de C S2- r i j k e o l i e z a l i n de warmtewisselaar
aan-merkelijk stijgen, zodat de h o e v e e l h e i d van b u i t e n nog toe t e voeren warmte aan de d e s t i l l a t i e k o l o m n i e t g r o o t z a l zijn. Hiermee i s het nut van de e e r s t e warmtewisselaar van hoofd-bewerking b.aangetoond.
De berekeningen i n h o o f d s t u k IV moeten uitwijzen,hoe,de kolom z a l vlerken n.l.met of zonder t e r u g v l o e i i n g en c i r c u l a t i e van het k e t e l p r o d u c t . Het i s mogelijk,dat de kolom a l l e e n u i t een
s t r i p p e r b e s t a a t .
De CS2-arme o l i e , d i e de d e s t i l l a t i e k o l o m v e r l a a t , w o r d t m.b.v.
een v l o e i s t o f p o m p naar de absorbeur teruggevoerd.
De z w a v e l k o o l s t o f , d i e de kolom v e r l a a t , b e v a t e n i g H2S,doordat
11
-Om d i t EL^S t e verwijderen,wordt de C S 2 gevoegd bij de hoeveelheid CS2»die i n de s c h e i d e r van hoofdbewerking c.verkregen wordt : dus a l l e CSg wordt met l o o g behandeld.
I n de o l i e l e i d i n g t u s s e n de absorbeur en de d e s t i l l a t i e k o l o m b e v i n d t z i c h een a a n s l u i t p u n t om o l i e toe t e voegen aan of a f t e voeren u i t het c i r c u i t . V e r d e r i s er nog een warmtewisselaar n o d i g , d i e de gecondenseerde ruwe C S 2 weer i n dampvorm brengt en een w a r m t e w i s s e l a a r , d i e de hete o l i e , a f k o m s t i g van de d e s t i l l a t i e -kolom,koelt t o t 25°C.
Het gasmengsel,dat de absorbeur van nevenbewerking a . v e r l a a t , wordt naar een wasser gevoerd,die m.b.v.de l o o g , a f k o m s t i g van hoofdbewerking d.,het HgS verwijdert. De d r u k , d i e het gasmengsel moet hebben om de weerstand i n de wasser t e overwinnen,wordt g e l e v e r d door de compressor van hoofdbewerking c. Het CH^,dat de wasser v e r l a a t , w o r d t teruggevoerd naar het b e g i n van het p r o c e s . De s u l f i d e r i j k e l o o g moet geregenereerd worden. D i t kan gebeuren i n een d e s o r p t i e k o l o m door i n j e c t i e van stoom. De druk i n deze d e s o r p t i e k o l o m moet l a a g zijn ( ca. 0,1 atm.). Op het regenereren van de l o o g wordt i n d i t processchema n i e t v e r d e r ingegaan. De geregenereerde l o o g wordt g e b r u i k t voor de wasser van hoofd-bewerking d. Bij deze wasser b e v i n d t z i c h tevens een a a n s l u i t p u n t voor l o o g s u p p l e t i e . Tussen de twee sodawassers s t a a t een v l o e i s t o f -pomp om de l o o g t e v e r p l a a t s e n van de bodem van de ene wasser naar de top van de andere.
Het H g S ^ a t v e r k r e g e n wordt na het r e g e n e r e r e n van de l o o g , kan verkocht worden (bv.voor de b e r e i d i n g van ^SO^) of omgezet worden
i n S. D i t l a a t s t e kan geschieden door m i d d e l van s e l e c t i e v e v e r -b r a n d i n g van het H2S t o t S met a l s k a t a l y s a t o r b a u x i e t ( l i t . 1 ) .
De v e r k r e g e n zwavel kan dan weer g e b r u i k t worden voor de b e r e i d i n g van 032' Hierop z a l n i e t v e r d e r worden ingegaan. Er wordt v e r -o n d e r s t e l d , dat het H2S a l s zodanig aan de u n i t , b e s c h r e v e n i n d i t
schema,onttrokken wordt.
V e r d e r nemen we aan,dat de geregenereerde l o o g d e z e l f d e temperatuur h e e f t a l s i n de wasser van hoofdbewerking d.
«4.
De twoe nevenbewerkinge» worden ongeveer op d e z e l f d e wijze u i t -gevoerd a l s i n U.S.patent 2,330,934. Een v e r s c h i l i s , d a t i n het genoemde patent,de t o t a l e h o e v e e l h e i d GSg naar absorbeur en d e s t i l l a t i e k o l o m y/ordt meegenomen.
12
-D i t i s i n ons schema achterwege g e l a t e n om
1 ° . de e i s aangaande oplosbaarheid van C S2 i n de o l i e zo l a a g
mogelijk t e houden. Men i s dan v r i j e r i.v.m.de keuze van de o l i e . D i t kan belangrijk zijn met h e t oog op andere eisen,waaraan de
o l i e moet voldoen (o.a.goedkoop,bestand tegen hogere temperaturen S( dun visceus,goed t e verpompen).
2°. de d e s t i l l a t i e k o l o m n i e t onnodig t e b e l a s t e n .
Voortdurend wordt van twee v e r o n d e r s t e l l i n g e n u i t g e g a a n ï
a. De k o o l s t o f b r o n i s z u i v e r CH^. I n d i e n e c h t e r aardgas g e b r u i k t wordt,dan worden tevens g e r i n g e hoeveelheden aethaan en propaan naar de r e a c t o r gevoerd. Deze k o o l w a t e r s t o f f e n kunnen ook onder d e z e l f d e reactieomstandigheden omgezet worden i n CSg volgens de r e a c t i e s
C2H6 + 7S v==* 2CS2 + 3H2S
en C3HQ + 10S 3 C S2 + 4H2S ( l i t . 2 . )
De hogere k o o l w a t e r s t o f f e n geven dus chemisch g e z i e n geen s t o r i n g e n . B r kunnen w e l veranderingen i n de opbrengst van C S2
voorkomen door de aanwezigheid van C2Hg en C^Hg. Bovendien moet
de verhouding van de hoeveelheden zwavel en k o o l w a t e r s t o f aangepast worden aan het gemiddelde molecuulgewicht van het aardgas.
De v e r o n d e r s t e l l i n g , d a t de k o o l s t o f b r o n z u i v e r CH^ i s , w o r d t gedaan i.v.m.de eenvoud der berekeningen.
I n sommige bestaande f a b r i e k e n voegt men i e t s over- of ondermaat zwavel toe t . o . v . de s t o e c h i o m e t r i s c h e h o e v e e l h e i d ( l i t . 2 . ) . De redenen daartoe zijn w a a r s c h i j n l i j k : de k w a l i t e i t en samen-s t e l l i n g van de g r o n d samen-s t o f f e n , d e opbrengsamen-st en de k w a l i t e i t van de verkregen producten.
b. E r v i n d e n geen n e v e n r e a c t i e s p l a a t s .
D i t i s reeds aangeduid i n h o o f d s t u k I . Zijn er w e l n e v e n r e a c t i e s dan z u l l e n de v e r o n t r e i n i g i n g e n , d i e daarvan een g e v o l g zijn,
op v e l e p l a a t s e n t e r e c h t komen. De hoogst kokende (kpt ^ 1?0°C.) z u l l e n u i t h e t r e a c t i e p r o d u c t a f g e s c h e i d e n worden samen met de zwavel en dus naar de r e a c t o r teruggaan. De m i d d e n f r a c t i e
(kpt van 25 t o t 130°C.) komt i n de ruwe C S2 en daardoor voor een
d e e l ook i n de l o o g t e r e c h t . De l i c h t e komponenten v e r d e l e n z i c h over de a b s o r p t i e o l i e , h e t recycle-methaan en de z w a v e l w a t e r s t o f .
13
-De aard en de h o e v e e l h e i d van de v e r o n t r e i n i g i n g e n bepalen op welke p l a a t s e n i n het proces met welke hulpmiddelen en op welk t i j d s t i p ingegrepen d i e n t t e worden. H i e r o p wordt v e r d e r n i e t ingegaan.
Aan de hand van de b e s c h r i j v i n g i n d i t h o o f d s t u k kan nu over-gegaan worden t o t het tekenen van een processchema.Zie f i g , 1 , bijlage e.
1 4
-17. B e r e k e n i n g van de b e l a n g r i j k s t e gegevens voor de apparatuur van het processchema.
Vanwege de o v e r z i c h t e l i j k h e i d worden de berekeningen u i t g e v o e r d aan de hand van de hoofd- en nevenbewerkingen.
De benamingen worden g e b r u i k t a l s i n f i g u u r i .
^ * ^£Ï_£Ë§êeï!Ë2:_Ia5:_§_£S_21-4 t 2 ! È_ ^ Ë 2 - - - 2 - *
Z o a l s g e z i e n moeten om een p r o d u c t i e van 3.750 kg.CS2/hr
t e b e r e i k e n , d o o r de r e a c t o r 7.894 kg.gas/hr gevoerd worden. Het gasmengsel,dat de r e a c t o r v e r l a a t , b e s t a a t dus u i t
7' 8 9t Q g 4 2'5 = 3.355 kg. H2S/hr. Bij de c o n v e r s i e van 90$ i s de n i e t - o m g e z e t t e h o e v e e l h e i d CH^ 7'8 91 0 0 1, 1 = 87 kg. 0H4/hr = r e c y c l e - C H4, en de niet-omgezette h o e v e e l h e i d zwavel 7'8 9t o o 8 , 9 = 7 0 2 k g- 3 / / h r = r e c y °l e " s -Het gasmengsel,dat de r e a c t o r b i n n e n t r e e d t , b e s t a a t u i t 7-8 9 4 Q* 1 1>1 = 876 kg.0H4/hr en 7-894Qg 8 8>9 = 7.018 kg. S/hr,
zodat aan het proces toegevoegd moeten worden 876 - 87 = 789 kg CH4/hr en
7.018 - 702= 6.316 kg.S/hr
Hieronder v o l g t de m a t e r i a a l b a l a n s i n kg/hr en kmolen/hr van hoofdbewerking a.
S t o f
naar proces ree y e l e naar r e a c t o r u i t r e a c t o r S t o f kg kmol kg kmol kg kmol kg kmol
S 6316 197,36 702 21,97 7018 219,33 702 21 ,97 CH4 789 49,31 87 5 , 4 4 876 54,75 87 5,44 c s2
-
-
-
-
-
375C 49,34 H2S-
-
-
-
- -
3355 98,70 Voor de g e b r u i k t e physische c o n s t a n t e n i n a l l e h i e r n a v o l g e n d e berekeningen z i e bijlage d.a. De smeltpan.
Aan de smeltpan moeten we de volgende n e t t o h o e v e e l h e i d warmte toevoegen : vaste S van 25° - 112°C 7 , 0 1 8
* V.loo
87 X 4 , 2=
145 kW S smelten 7-018 x 9 x 4,2 = ? 4 k W 3.600 v l o e i b a r e S van 112 - 150 0 7.018 x 0,24 x 38 x 4,2 _ 7 A v w 5;5 0 0 - /4 KW t o t a a l smeltpan 29_1 kW b. De_kookpan_1De n e t t o h o e v e e l h e i d warmte,die i n de kookpan o n t w i k k e l d moet worden,is : S van 150° - 445°C 7.018 x 0,24 x 295 x 4,2/3.600 = 580 kW S - v l o e i s t o f t o t S-damp bij 445°C 7.018 x 362 x 4,2/3.600 = 2.964 kW S-damp van 445° - 500°C 7.018 x 0,14 x 55 x 4,2/3.600 = 63 kW t o t a a l kookpan 3.607 kW.
Aan de r e a c t o r moeten 7,6.10^J/kg ingevoerd gas o n t t r o k k e n worden ( z i e h o o f d s t u k I I , n r . 3 ) .
Per u u r passeren 7.894 kg gas,zodat de k o e l i n g van de r e a c t o r een vermogen van
7 ? 6 , 1 ° 3 5 f 6 o i8 9 4 X 1 Q~3 = 1 ' 6 6 4 k W
moet hebben.
De voorverwarmer v e r h i t h e t CR^ van 25° t o t 750 0 en ontneemt ,dus aan de r e a c t o r
876 x 0,83 x 725 x 4,2/3.600 = 612 kW
De k o e l e r van de r e a c t o r moet dan nog een vermogen hebben van 1 ..664 - 61 2 = 1 .052 kW
16
-De weerstand,die het gas i n de r e a c t o r ondervindt,wordt v e r o o r z a a k t door de k o r r e l i g e k a t a l y s a t o r m a s s a .
Het volume van het k a t a l y s a t o r b e d i s 2,09 m3. Nemen we a l s diameter 0,85 m,dan wordt de hoogte van h e t bed
2,$9 : i ^ ( 0 , 8 5 )2 = 5,29 m.
Door de r e a c t o r moeten 2.990 m3.gas/hr onder s t a n d a a r d c o n d i t i e s Nemen we v o o r l o p i g aan,dat de druk i n de r e a c t o r 2 a t a i s ,
en dat de gassen i d e a a l zijn, dan v o l g t u i t de wet van B o y l e , dat h e t gasvolume-debiet 0^ door de r e a c t o r bij 750°C i s
1 g73, 9 9° = 2 x 0/1.023$= 5.602 m3/hr
of 0y = 1,556 m3/hec.
Het dwarsoppervlak van de r e a c t o r i s 0,565 m2,zodat de gas-s n e l h e i d v q i n de r e a c t o r , b e r e k e n d op de lege doorsnede,
i s
vQ = 1,556/0,565 = 2,754 m/sec.
Het molecuulgewicht van het gasmengsel,dat de r e a c t o r b i n n e n -t r e e d -t , i s ongeveer h e -t z e l f d e a l s da-t van SOg. Op deze grond v e r o n d e r s t e l l e n we,dat de v i s c o s i t e i t van SOg bij 750°C d e z e l f d e
i s a l s d i e van h e t gasmengsel.
De v i s c o s i t e i t van S 02 bij 750°0 i s 0,025 cp.
1 p o i s e = 1 gr/sec.cm.
In h e t G i o r g i s t e l s e l i s de v i s c o s i t e i t v a n h e t gasmengsel dan
7 = 1 ^ Q O O0 x 25 x 1 0 "5 = 25.10"6 kg/sec.m.
De d i c h t h e i d J° van het gasmengsel onder s t a n d a a r d c o n d i t i e s i s 2,64 kg/m3. Bij 750°C i s de d i c h t h e i d dus
9.990
fffifè
x 2,64 = 1,41 kg/m3.De p o r o s i t e i t £ van het bed wordt op 0,4 g e s t e l d . Z i j n de k o r r e l s van het bed rond en i s de diameter d der k o r r e l s 0,005 m,dan v o l g t u i t de b e t r e k k i n g
1 — £
d = 6 — ^ — ( z i e c o l l e g e d i c t a a t van p r o f . i r . H . K r a m e r s , P h y s i s c h e T r a n s p o r t v e r s c h i j n s e l e n , pag. 30) Dat h e t s p e c i f i e k o p p e r v l a k 3 van h e t bed i s :
0,005 = 6 1 ~ °*4 dus S = 700 m2/m3.
Voor h e t g e t a l van Reynolds (Re ') v i n d e n we nu * e ' = i V l 4 * 2>7 5 4 * M 1 ^ ,
Sy ~ 700 x 25 x 1 0 "D ~ Ö Ö D
17
-Bij d i t g e t a l van Reynolds "behoort een f r i c t i e f a c t o r f ' = 0,2 ( z i e l i t . 6 , p a g . 3 9 4 , f i g . 3 6 ) .
Om de weerstand van het "bed te "berekenen,gebruiken we de formule
§- ƒ V 2. I.S. ,
Ap = f1 ? ( z i e c o l l e g e d i c a a t van p r o f .Kramers,
pag.30 ) w a a r i n I de hoogte van het bed i s en Av de d r u k v a l i n ïï/m2.
V u l l e n we de bovenstaande waarden in,dan i s
Av = 0,2 0,5 x 1,41 x ( 2T7 5 4 )2 x £,2$ x 700 = ^ 0 Q 0 N / m 2 >
(0,4) ^ of A p = 47.000 x 1ö5 = 0,^7 atm.
Opm. De s c h a t t i n g van de waarde van de p o r o s i t e i t van het bed b e r u s t op het volgende :
De k o r r e l s van het bed worden v e r o n d e r s t e l d b o l v o r m i g t e zijn. De p o r o s i t e i t van een bed,gestapeld v o l g e n s de d i c h t s t e b o l s t a p e -l i n g , k a n berekend worden en bedraagt bijna o,4. De p o r o s i t e i t van een bed,dat zodanig g e s t a p e l d i s , d a t één b o l met diameter d z i c h b e v i n d t i n één denkbeeldige kubus met r i b b e d , i s 0, 5 .
Nemen we nu u i t w a a r s c h i j n l i j k h e i d s o v e r w e g i n g e n aan,dat het meren-d e e l (bv.80$) van meren-de k o r r e l s z i c h bij het s t o r t e n van het bemeren-d
s t a p e l e n a l s d i c h t s t e b o l s t a p e l i n g , d a n bedraagt de p o r o s i t e i t 0,4. D i t wordt b e v e s t i g d door het volgende p r o e f j e ; een b e k e r g l a s van
1 l i t e r wordt geheel gevuld met k o r r e l s ( b v . g l a s k r a l e n met een diameter van ca.5 mm.) . G i e t men v e r v o l g e n s z o v e e l water i n h e t b e k e r g l a s , dat de k o r r e l s net geheel met water bedekt zijn,dan b l i j k t h i e r v o o r ca.400 ml.water n o d i g t e zijn.De p o r o s i t e i t van het bed i n het b e k e r g l a s i s dus 0,4.
De weerstand van de r e a c t o r i s verweg de g r o o t s t e (gepakt bed) die de gassen ontmoeten t o t aan de compressor i n hoofdbewerking c. S t e l l e n we het t o t a l e d r u k v e r l i e s van de u i t g a n g van de r e a c t o r t o t aan de compressor op 0,9 atm.,dan moet de druk aan de ingang van de r e a c t o r 2 a t a zijn ; de v o o r l o p i g e aanname ( z i e boven) i s hiermee i n overeenstemming,
d. De_oververhitter_; L
Het CH4 moet van 25° t o t 1.000° C v e r h i t worden. Wordt het CH^
van b u i t e n aangevoerd onder een druk van 2 ata,dan moet deze v e r h i t t i n g bij constante druk geschieden. De h o e v e e l h e i d toe t e voeren warmte (Q) vinden we dan m.b.v.
18
-H i e r i n i s AT = 1.000 - 25 = 975 cp bij 25°C = 0,55 cal/gr.°0
c bij 1.000°C = 1,20 c a l / g r . °0. dus gemiddelde c = 0,88 cal/g.°C 0m = 867.000 g r / h r dus
Q = 0,88 x 975 x 876 x 1 05 x 10" 5 = 752.000 k c a l / h r
of Q = 752.000 x 4,2/3.600 = 877 kW.
I n de voorverwarmer wordt het CH^ van 25° t o t 750°C v e r h i t . H i e r v o o r i s nodig 0,83 x 725 x 876 x 4,2/3.600 = 6 1 2 kW. Deze hoeveelheid warmte wordt g e l e v e r d door de reactiewarmte. De o v e r v e r h i t t e r moet dan nog een vermogen hebben van
9 7 7 _ 612 = 265 kW.
2. H e t _ a f s c h e i d e n _ v a n _ S _ u i t _ h e t _ r e a c t i e p r o d u c t .
I n de warmtewisselaar,volgend op de reactor,?/ordt de temperatuur van het r e a c t i e p r o d u c t van 750° t o t 150°C v e r l a a g d . De h o e v e e l -h e i d warmte,die -h i e r b i j vrijkomt berekenen we a l s v o l g t :
a. De_warmtewisselaar.
Door a f k o e l e n en condenseren van 702 kg S/hr 702 x
y 1QQ het vermogen van de kookpan,dus
7 7Q2 8 x 3.607 = 360 kW. door a f k o e l e n van 87 kg CH^/hr 87 x 0,85 (750-150) = 44.376 k c a l / h r of 44.376 x 4,2/3.600 = 52 kW. door a f k o e l e n van 3.750 kg CS^/hr : 9 / O Voor 3-atomige i d e a l e gassen i s c^ = g R met R = 2 c a l / m o l . C.
Dus cp = 0,12 cal/gr.°C.
3.750 x 0,12 x (750-150) 4,2/3.600 = 525 kW. door a f k o e l e n van 3.355 kg HgS/hr
3.355 x 0,30 (750-150) 4,2/3.600 = 700 kW.
t o t a a l : 1.637 kW.
Deze warmte wordt g e b r u i k t om de CSg-rijke o l i e van nevenbewer-k i n g a. t e verwarmen.
I n de k o e l e r wordt de temperatuur van het r e a c t i e p r o d u c t van 150° t o t 130°C.verlaagd. De k o e l e r d i e n t t e r r e g e l i n g van de temperatuur op 130°C.
19 -Hierbij komen v r i j : door'S 702 x 0,24 x 20 x 4,2/3.600 = 4,76 kW. door C H4 87 x 0,6 x 20 x 4,2/3.600 = 1,77 kW. door C S2 3.750 x 0,12 x 20 x 4,2/3.600 = .10,50 kW. door H2S 3.355 x 0,25 x 20 x 4,2/3.600 = 19,57 kW. t o t a a l : 36,60 kW.
I n de s c h e i d e r wordt de v l o e i b a r e zwavel verzameld om terugge-voerd t e worden naar de kookpan.
Doordat 8, 9 $ S u i t het reactiemengsel wordt afgevoerd,is de samen-s t e l l i n g i n gew.$ van het gasamen-smengsamen-sel,dat de samen-s c h e i d e r v e r l a a t , CH4: 100 x 1 , 1 / 9 1 , 1 = 1,2$
0 S2: 100 x 47,5/91 ,1= 52,1$
H2S: 100 x 4 2, 5 / 9 1 , 1 = 46,7$
Het t o t a l e massadebiet bedraagt nu 7.894 - 702 = 7.192 kg/hr, waarvan 87 kg CH^, 3.750 kg 0 S2 en 3.355 kg H2S.
M.b.v.de d i c h t h e d e n berekenen we de p a r t i a a l s p a n n i n g e n van de componenten van het gasmengsel,dat de s c h e i d e r v e r l a a t .
Het gasmengsel wordt gedacht z i c h onder s t a n d a a r d c o n d i t i e s t e bevinden.
1,2 g r CH^ neemt een volume i n van 1,2/0,72 = 1,67 1. 52,1gr.CS2 " " » " » 52,1/3,42 = 15,23 1.
46,7 gr.H2S " " » " " 46,7/1,54 = 30,32 1.
Dus 100 g r mengsel nemen een volume i n van 47,22 1. De p a r t i a a l -spanningen zijns
PC H = 1 ,67/47,22 = 0,036 atm = 27 mmHg
PC S 4 = 15,23/47,22 = 0,323 atm. = 245 mmHg PH S = 50,32/47,22 = 0,641 atm. = 488 mmHg
20
-3.Het afscheiden_van_CS2 ui^_^£"t_S-vrije_reactieproduct.
U i t h e t p,t-diagram van CSgCzie bijlage a. ) b l i j k t , d a t "bij
p = 245 mmHg v l o e i b a a r C S0 o n t s t a a t a l s de temperatuur l a g e r
C S p ¿1
dan 15 C. i s . Om t o c h C S2 i n v l o e i b a r e t o e s t a n d bij een
tempera-t u u r van 25°C tempera-t e kunnen afscheiden,comprimeren we hetempera-t gasmengsel (CH^,H2S en C S2) t o t 10 a t a . Bij deze druk wordt HgS pas v l o e i
-baar a l s de temperatuur d a a l t t o t - 0,5°0. ( z i e bijlage b.) Normaal g e e f t de druk van 10 a t a dus geen moeilijkheden,maar
•s w i n t e r s kan h e t bij hard v r i e z e n n o d i g b l i j k e n de d r u k l e i d i n g e n te i s o l e r e n . D i t g e l d t e c h t e r ook voor de meeste andere l e i d i n g e n i n h e t schema.
a* ^Ë_2£ÏÏ2EeËËo r.i
Het gasmengsel komt met een temperatuur van 1 30°C en een druk van ca.1 a t a bij de compressor aan. De d i c h t h e i d f* van het gasmengsel vóór de compressor i s bij 0°C en 1 a t a :
Jo°0. 1 a t a " 1,2 * 0,72 + 52,1 + 46,7 « 1T5 4 .2 > 5 1 k g A s
We werken met een i s e n t r o p i s c h e compressor,m.a.w.van h e t gasmeng-s e l (5-atomig) i gasmeng-s c — £ j — = c o n s t a n t , w a a r i n k = -p— - 1,29
f
k cv dus bij 10 a t a i s de d i c h t h e i d , ' 1,29 = 1 01 P Q d u Sfio
a t a = (.2,51; c y * ) 'Het gemiddelde molecuulgewicht (M) van het gasmengsel i s M - 1,2 x 16 + 52,1 x 76 + 46,7 x 54 _ „ 7
m - 1 0 0 -:>:>,/
De temperatuur,die h e t gas biy het v e r l a t e n van de compressor h e e f t , v o l g t u i t
~ RT w a a r i n
p = 10 N/m2 en jO = 13,11 kg/m3 en S = 55,7 = 149 J/kg. C. dus T = 512°K of
t = 239°C
De t e m p e r a t u u r s t i j g i n g ( ^ T) t.g.v.de compressie bedraagt dus 239 - 130 = 109°C.
De gemiddelde soort.warmte c van het gasmengsel bedraagt Ir
cp = 1>2 x °'7 + 5 2>1 *Qg >1 2 + 4 6>7 x 0^2 6 =0 , 1 9 2 cal/g.°C
21
-De massastroom 0m door de compressor i s 7.192 kg/hr o f
0m = 7.19 2/3.600 = 2 kg/sec.
Het e f f e c t i e f vermogen P van de compressor v o l g t u i t
P = 0 .c . A T ( z i e c o l l e g e d i c t a a t van p r o f . ir.E.P.Boon, e 'm p *^ \
—o
r
Chem.V/erktuigen T,pag.30) V u l l e n we de bovenstaande v/aarden i n , d a n v i n d e n we
P = 2 x 806,4 x 109 x 10~5= 176 kW.
Bij het v e r l a t e n van de k o e l e r i s de temperatuur van h e t S-vrije r e a c t i e p r o d u c t 25°C A l l e e n t.g.v.de a f k o e l i n g l o o p t de druk t e r u g t o t 5,82 a t a (p x V = R x T ) .
De p a r t i a a l s p a n n i n g e n van de componenten bij 5,82 a t a zijn ( z i e bij 1 a t a h o o f d s t u k IV n r. 2 c)
PC H = 5,82 x 27 = 157 mmHg
pc s 4= 5,82 x 245= 1426 mmHg
PH |= 5,82 x 488= 2840 mmHg
Bij 25°C i s de v e r z a d i g i n g s s p a n n i n g van C S2 325 mmHg. I n
warmte-w i s s e l a a r en k o e l e r tezamen condenseert dus
1.426 - 5251 0 0 _7 7 > 2 ^v a n d e t o t a l e h o e v e e l h e i d C Sp.
1.426
De z w a v e l k o o l s t o f v e r d e e l t z i c h a l s 0,228 x 3.750 = 855 kg damp/hr en 0,772 x 3.750 = 2.895 kg v l o e i s t o f / h r .
De t e m p e r a t u u r d a l i n g van het gehele mengsel bedraagt
239 - 25 = 214°C De h o e v e e l h e i d warmte,die h i e r b i j vrijkomt, i s door a f k o e l e n van CH^ 87 x 0,6 x 214 x 4,2/3.600 = 13,0 kW. door a f k o e l e n van HgS 3.355 x 0,25 x 214 x 4,2/3.600 = 209,4 kW. door a f k o e l e n van CS2-damp van 239°-46,3°C
3.750 x 0,12 x 192,7 x 4,2/3.600 = 101,2 kW. door condensatie van 77,2$ CSg-damp bij 46,3°C
0,772 x 3.750 x 87 x 4,2/3.600 = 2 9 4 , 0 kW. door a f k o e l e n van 77,2$ C S2_ v l o e i s t o f v.46,3-25°C.
0,772 x 3.750 x 0,24 x 21,3 x 4,2/3.600 = 17,3 kW. door a f k o e l e n van 22,8$ OSg-damp v. 4 6 , 3 - 25°C.
0,228 x 3.750 x 0,12 x 21,3 x 4,2/3.600 = 2,6 kW.
t o t a a l : 637,5 kW.
I n de s e h e i d e r "bevindt z i c h een o p l o s s i n g van H2S i n C S2 t e r
s t e r k t e van 2$ R^S. E r wordt dus a l s v l o e i s t o f afgevoerd 2.895 kg C S2/ h r en 58 kg R"2S/hr en a l s damp 855 kg C S2/ h r ,
3.297 kg H2S/hr en 87 kg C H / h r .
De s a m e n s t e l l i n g i n gew.$ van h e t gasmengsel,dat de s c h e i d e r v e r l a a t , i s dus
C S2 J 855 x 100/4.239 = 20,2 io
H2S :3297 x 100/4.239 = 77,7 $
CII, j 87 x 100/4.239 = 2,1 io
De t o t a a l d r u k bedroeg voor h e t condenseren bij 25 C 5,82 x 760 = 4.423 mmHg. Door de c o n d e n s a t i e van 0 S2 l o o p t de druk met
1.426 - 325 = 1.101 mmHg t e r u g , en door het o p l o s s e n van H2S i n
C S2 met 58 x 2.840/3.355 = 49 mmHg.
De t o t a a l d r u k van h e t gasmengsel,dat de s c h e i d e r v e r l a a t , i s dus 4.423 - (1.101 + 49) = 3.273 mmHg. of 4,31 a t a . De p a r t i a a l s p a n n i n g e n zijn nu PCS = 5 2 5 PH s = 2832 mmHg j>CH = 116 mmHg. 4 * Het_verwyderen_van_de_reste
I n de warmtewisselaar ( z i e h o o f d s t u k IY,nr.3 b) komt warmte b e s c h i k b a a r . We berekenen nu,welke h o e v e e l h e i d warmte n o d i g i s om het a f g e s c h e i d e n C 32 (+2$ H2S) i n de warmtewisselaar t o t 80°C.
t e ^ verwarmen. De g e r i n g e h o e v e e l h e i d HgS wordt b u i t e n beschouwing g e l a t e n .
Voor opwarmen van c S 2 _ v l o e i s t o f v a n 2 5 ~ 46,3°C
i s n o d i g Ï
2.895 x 0,24 (46,3 - 25) x 4,2/3.600 = 17,2 kW. voor verdampen van C S2 bij 46,3°0.
2.895 x 87 x 4,2/3.600 = 294,0 kW. voor verwarmen van CS2-dampvan 46,3 - 80°0.
2.895 x 0,12 (80 - 46,3) x 4,2/3.600 = 1 3, 5 kW. totaal : 324,7 kW. Aangezien de k o e l e r en warmtewisselaar tezamen 637,5 kW. t e r b e s c h i k k i n g s t e l l e n , i s h e t dus r e a l i s e e r b a a r om het v l o e i b a a r afgevoerde C S2 t o t damp van 80°C. om t e z e t t e n en de damp tevens
een druk t e geven,die g r o o t genoeg i s om de weerstand i n wasser I te overwinnen.
2 3
-a. Wasser I .
Bij wasser I komt 3.825 kg dampmengsel aan en wel van hoofdbewerking c. : 2.895 kg van nevenbewerking a. : 855 kg t o t a a l 3.750 kg CS2/ h r . en van hoofdbewerking c. : 58 kg. van nevenbewerking a. :(2$H2s) 17 kg t o t a a l 75 kg KgS/hr. De s a m e n s t e l l i n g i n gew.$ i s : 98$ C §2 e n 2$ HgS.
De temperatuur van de damp i s 80 C, de druk wordt g e s t e l d op 1-jg- ata.OOk de temperatuur van de HgS-arme l o o g i s 80 C.
Y/erken we met een s o d a - o p l o s s i n g t e r s t e r k t e van 1 normaal
(106 g r Na2C0^ per kg l o o g ) dan v o l g t u i t de r e a c t i e v e r g e l i j k i n g
N a2C 03 + H2S ==> Na2S * HgO + C 02
dat i n 1 kg l o o g maximaal 34 g r B"2S kan o p l o s s e n .
We s t e l l e n , d a t de H2S-rijke l o o g , d i e wasser I I v e r l a a t 25 g r E^S
per kg l o o g moet b e v a t t e n . Bij een p r o d u c t i e van 3,355 t o n HgS/hr moeten we dus 134 t o n l o o g / h r c i r c u l e r e n . De bevloeiïng van
wasser I i s dus ook 134 t o n / h r .
I n wasser I worden 75 kg H2S/hr uitgewassen,zodat het H2S-gehalt<
van de l o o g , d i e wasser I v e r l a a t
75 x 1 0 0/134.000 = 0,056$ bedraagt.
Het H2S - g e h a l t e van de dampvormige C S2, d i e wasser I v e r l a a t ,
moet gelijk aan of k l e i n e r dan 0, 1 $ zijn ( z u i v e r h e i d van te produceren C S2 i s 99,9$,zie h o o f d s t u k I I I ) .
De wassers zijn gepakte t o r e n s , g e v u l d met R a s c h i g r i n g e n van p o r c e l e i n ( z i e l i t . 1 ) .
ïf.condensor^
I n de condenstor komt de volgende h o e v e e l h e i d warmte vrij
(3.750x0,12x33,7+3.750x87+3.750x0,24x11,3)4,2/3.600 = 420 kW^ 5. De_winning_van_de_resten_C
Het gasmengsel,dat bij de absorbeur aankomt,heeft een temperatuur van 25°C en een druk van 4,31 a t a . Het CSg-gehalte van het gas i s 0,253 kg 0S2/kg i n e r t . ( z i e h o o f d s t u k IV,nr.3 c.) I n t o t a a l
wordt aangevoerd 4.239 kg g a s / h r , w a a r u i t 855 kg C S2/ h r gewassen
moeten worden. I s het C S2- g e h a l t e van de CSg-rijke o l i e 5$,
24
-De soort.warmte c van de o l i e berekenen we m.b.v.
c _ _A + B ( t - 1 5 ) cal/gr.°C ( z i e l i t . 6 )
p VÏÏTS
4
1 R
Voor m i n e r a l e o l i e i s A.= 0,42 en E = 0,0009 en d J = 0,81 k g / l .
Bij 100°C i s dus c = 0,52 cal/gr°C. P
Om de o l i e 1 °C i n temperatuur t e doen stijgen i s nodig 17.100 x 0,52 x 1 x 4,2/3.600 = 10,37 kW. Om het geabsorbeerde CSg 1 °C t e doen stijgen i s n o d i g
855 x 0,24 x 4,2/3.600 = 0,24 kW.
De warmtewisselaar, die de CSg-rijke o l i e opwarmt ( z i e hoofdbew.2, 'hoofdstuk IV,nr.2 a.) l e v e r t 1.637 kW. Deze warmtewisselaar i s dus
t h e o r e t i s c h i n s t a a t om de CSg-rijke o l i e
—\.:9?7— _ -| 54°Q op t e warmen en dus een temperatuur 10,37+0,24
van IZS^O^te doen b e r e i k e n .
I n de absorbeur z a l tevens 2$ (t.o.v.CSg) HgS geabsorbeerd worden, d.w.z. 2 x 8,55 = 17,1 kg HgS/hr.
Het gasmengsel,dat de absorbeur v e r l a a t , b e s t a a t u i t 87 kg CH^/hr en 3.280 kg H^S/hr en h e e f t dus de s a m e n s t e l l i n g
CH4 x 87 x 100/3.367 = 2,6$
H2S Ï 97,4$
b. Dê-ÊËËÏi^iêiiË^iHSi
I n de kolom wordt een damp o n t w i k k e l d bestaande u i t 855 kg CSg/hr en 17,1 kg HgS/hr ; s a m e n s t e l l i n g i n gew.$ i s
C S2 : 98$, H2S : 2$.
Voor de b e r e k e n i n g van de kolom i s het kookpunt van de o l i e b e l a n g r i j k . D i t g e e f t ons n l . e a n aanwijzing omtrent de relatieve v l u c h t i g h e i d <X van CS^, t.o.v.de o l i e . P e r d e f i n i t i e i s
PCS
0<. = 2 bij d e z e l f d e temperatuur. P
o l i e
A l s de o l i e kookt i s P -. • = 1 a t a : h i e r o n d e r volgen een a a n t a l o l i e ' ° waarden voor <X met het bijbehorende kookpunt van de o l i e .
25 -Kookpunt van de o l i e ot 100 4,42 125 7, 8 150 12,4 175 1 9,4 200 28,3 De waarde van (X. b e p a a l t de l i g g i n g van de e v e n w i c h t s l i j n i n het i j , x-diagram, dat g e b r u i k t wordt voor de berekening van het a a n t a l t h e o r e t i s c h e schot e l s. Naarmate g r o t e r i s , zijn
minder s c h o t e l s n o d i g . Verder i s het kookpunt van de o l i e
belangrijk voor de h e l l i n g van de q - l i j n i n het y,x-diagram,want het kookpunt en de verdampingswarmte van de o l i e bepalen of i n de warmtewisselaar,die de CSg-rijke o l i e opwarmt,damp,kokende v l o e i s t o f of niet-kokende v l o e i s t o f gevormd wordt.
We k i e z e n een w a s o l i e ( m i n e r a l e o l i e ) met een kookpunt van 175°C« Verdere physische gegevens z i e bijlage d.
Ter oriëntatie berekenen we o p p e r v l a k k i g het a a n t a l t h e o r e t i s c h e s c h o t e l s van de kolom. Er wordt v e r o n d e r s t e l d , d a t i s een
constante ( oc = 1 9 , 4 ) , v o o r het beschouwde evenwichtsgebied. U i t
y = - ( z i e c o l l e g e d i c t a a t van
1 x + OC x p r o f . d r . i r . P . M . H e e r t j e s , Technisch P h y s i s c h e Scheidingsmethodes,pag.14). v o l g t voor het evenwicht ( x en y zijn m o l f r a c t i e s van CSg) '
x = 1 dus y = 1 = 0,7 = 0, 9 8 5 Mc s = 76 = 0,5 = 0,951 2 = 0,3 = 0,893 Mo l.e= 140 = 0,1 = 0,683 = 0, 0 1 = 0,155 = 0 = 0
De z w a v e l w a t e r s t o f i n de kolom wordt b u i t e n beschouwing g e l a t e n . Het d e s t i l l a a t bevat 99,9$ 0 S2, dus
xd = 0,999.
o Zoals g e z i e n kan de o l i e opgewarmd worden t o t 179 C.
Houden we r e k e n i n g met e n i g w a r m t e v e r l i e s , d a n mogen we aannemen, dat de Os^-rijke o l i e j u i s t op kooktemperatuur de v o e d i n g s s c h o t e l n a d e r t . D.w.z. dat de h e l l i n g van de q - l i j n i n het ij,x-diagram
26
-De voeding bevat 5 gew.$ CSgjd.w.z.
x = 1/33: _ = o,089 1 5/76 + 95/140
Aan het k e t e l p r o d u c t s t e l l e n we de e i s xk = 0,001
Het bovenstaande tekenen we i n een y,x-diagram ( z i e bijlage c.) De h e l l i n g van de e e r s t e w e r k l i j n i s R/(R + 1). Voor R„. l e z e n o 1 \ 1 mm. we i n de g r a f i e k a f Rmin. 0,387 ( d . i . d e h e l l i n g van de r e c h t e Rmin.+ 1 ^ e gjjjjp^-t; v a n <je q _ i i j n en de e v e n w i c h t s l i j n met het punt (T,1) v e r b i n d t ) . Dus Rm i n > = 0,387/0,613 = 0,63 M e e s t a l i s
R + = 2R • , zodat we voor de optimale t e r u g
-opt. mm. ' ^ ö
v l o e i v e r h o u d i n g k i e z e n
R = 1,26 dus r e f l u x L : D = 5 : 4 Het s t u k , d a t de e e r s t e w e r k l i j n van de y-as afsnijdt i s
x
* = = o,442
R + 1 1,26 + 1
We kunnen nu de e e r s t e en de tweede w e r k l i j n tekenen. Zie bijlage c. Door een trapsgewijze c o n s t r u c t i e v i n d e n we voor het a a n t a l
theo-r e t i s c h e s c h o t e l s 7,waatheo-rvan 3 boven en 4 beneden de v o e d i n g s s c h o t e l De druk,waarbij g e d e s t i l l e e r d wordt i s 1 a t a .
Per uur moeten n e t t o 855 kg C S2 g e d e s t i l l e e r d worden. De r e f l u x
-pomp moet dus 5 x 855/4 = 1.069 kg/hr ver-pompen.
U i t de t e r u g v l o e i v e r h o u d i n g v o l g t tevens,dat i n de kolom 855 + 1 .069 = 1 .924 kg damp/hr opstijgt. De d i c h t h e i d van de opstijgende damp i n de kolom ( i n hoofdzaak CSg-damp) i s
_/^= 3,42 kg/m3, d i e van de omlaag stromende v l o e i s t o f ( i n h o o f d -zaak o l i e ) f>^ = 810 kg/m3.
De t o e l a a t b a r e dampsnelheid v^ i n de kolom v o l g t nu u i t
v^ = c ( P ' ^ / J * ( z i e c o l l e g e d i c t a a t van prof.Boon,pag.90)
Met bovenstaande waarden vinden we v^ = c x 15,4.
De"constante"c i s een f u n c t i e van de s c h o t e l a f s t a n d . I n onderstaande t a b e l v i n d t men de s c h o t e l a f s t a n d , d e bijbehorende waarde van c. en de berekende waarde van v^ ( z i e voor c : c o l l e g e d i c t a a t van
27 -S c h o t e l a f s t a n d c v^ m m/sec m/sec 0,30 0,025 0,39 0,45 0,050 0,77 0,60 0,060 0,92 0,75 0,065 1,00
I n het algemeen moet de s c h o t e l a f s t a n i n meters g e l i j k zijn aan de dampsnelheid i n meters per sec. I n de t a b e l z i e n we,dat de meest met e l k a a r overeenkomende waarden zijn
s c h o t e l a f s t a n d = 0,30 m
vd= 0,39 m / s e c T= = = = :
De volumestroom van de damp (0Y) door de kolom i s g
0 = 1»924 = 0 > 1 5 6 m3 /s e c. f
v 3.600 x 3,42 V
De diameter D van de kolom v o l g t u i t i ^ D2. vd = 0y
dus D = 0,72 mT
I n de condensor van de d e s t i l l a t i e k o l o m moet 1.924 kg CSg-damp per uur omgezet worden i n O S g - v l o e i s t o f bij d e z e l f d e temperatuur
(46,3 C ) . De condensor moet dus een koelvermogen hebben van
1.924 x 87 x 4,2/3.600 = 195 kW.
De toe t e voeren h o e v e e l h e i d warmte (Q)aan de k o o k k e t e l v o l g t u i t de a d i a b a t i s c h e w e r k i n g van de kolom en i s Q = (RD + qF - K ) A K ( z i e c o l l e g e d i c t a a t van p r o f . H e e r t j e s ) w a a r i n D = 855 kg C S2/ h r = 11.250 mol/hr F = 17.100 kg/hr E = 17.100 kg/hr ,^H = m o l a i r e verdampingswaarde van de o l i e = 7.700 c a l / m o l . V u l l e n we deze waarden i n , d a n v i n d e n we Q = 109.148 k c a l / h r of het vermogen van de k o o k k e t e l moet zijn
28
-De o l i e , d i e de k o o k k e t e l v e r l a a t op kooktemperatuur,moet gekoeld worden t o t 25°0 (de temperatuur i n de absorbeur i s 25°c). D i t moet vóór de oliepomp g e s c h i e d e n teneinde de pakkingbussen van de pomp t e beschermen. De warmte,die de o l i e l e v e r t , w o r d t g e b r u i k t i n een warmtewisselaar om de v l o e i b a r e C S2, d i e de d e s t i l l a t i e k o l o m v e r
-l a a t , om t e z e t t e n i n damp van 80°C. Deze damp gaat naar wasser I . De h o e v e e l h e i d warmte,die h i e r v o o r n o d i g i s , b e d r a a g t t
voor verdampen van C S2
8 5 5 x 8 7 x 4 , 2 / 3 . 6 0 0 = 8 6 , 2 kW.
voor verwarmen van - damp van 4 6, 3 ° - 80 0
8 5 5 x 0 , 1 2 x 3 3 , 7 x 4 , 2 / 3 . 6 O O = 4,0 kW.
t o t a a l : 9 0, 2 kW. Bij het k o e l e n van de o l i e van 175° t o t 25°0 komen v r i j :
17.100 x 0, 5 2 x 150 x 4 , 2 /3.600 = 1.556 kW,
zodat het koelvermogen van de k o e l e r t u s s e n w a r m t e w i s s e l a a r en pomp moet zijn
1.556 - 9 0, 2 = 1.466 kW.
6« ?Ë_ËcMiÊiBS_XHL.^2---- ^ 4
-Het gasmengsel,dat de absorbeur v e r l a a t en wasser I I b i n n e n t r e e d t , b e s t a a t u i t 87 kg 0H4/hr en 3.355 - 75 = 3.280 kg H2S/hr.
I n h o o f d s t u k I I I n r. 4 i s reeds opgemerkt,dat de l o o g bij toevoer aan wasser I I 0,056 $ H2S bevat,bij het v e r l a t e n 2,5$ HgS en dat
de bevloeiïng 1 3 4 t o n loog/hr i s . De l o o g , d i e wasser I v e r l a a t , h e e f t een temperatuur van 80°C;het gasmengsel (CH^ + H2S ) , d a t de
absorbeur v e r l a a t , h e e f t een temperatuur van 25°C. I n wasser I I z a l de l o o g , t e n z i j deze v o o r g e k o e l d i s , d u s a f k o e l e n en h e t gas i n temperatuur stijgen.
29
-V. Slotopmerkingen over proces en f a b r i e k . 1 . Het_proces_1
De m a t e r i a a l b a l a n s van het gehele proces v i n d t men i n onder-staande t a b e l .
naar proces u i t proces.
S t o f kg/hr kmol/hr kg/hr kmol/hr S : 6.316 197,37 CH4 : 789 49,31 C S2 : - - 3.750 49,34 H2S : - - 3.355 98,68 t o t a a l : 7.105 246,68 7.105 148,02
De verhouding t u s s e n het a a n t a l molen van i n - en u i t v o e r
i s 1 ,667. ; d i t moet overeenkomen met de r e a c t i e v e r g e l i j k i n g ;
CH4 + 2 S2 ===- C S2 + 2H2S
w a a r i n de molen zwavel berekend moeten worden a l s S. Volgens de v e r g e l i j k i n g o n t s t a a n dan u i t 5 molen 3 molen, de verhouding i s dus 1,667.
De m a t e r i a a l b a l a n s i s dus s l u i t e n d .
De warmtebalans van het gehele proces kan m.b.v.fig.2
( z i e bijlage f . ) opgesteld worden en v i n d t men i n onderstaande t a b e l .
naar proces u i t proces
p l a a t s i n proces g r o o t t e kW p l a a t s i n proces g r o o t t e kW smeltpan hoofdbew.a. 291 r e a c t o r k o e l i n g t o t a a l 1.664 kookpan " " 3.607 k o e l e r hoofdbew.b. 37 o v e r v e r h i t t e r " " 265 k o e l e r " c. 313 compressor " c. 176 condensor " d. 420 k o o k k e t e l nevenbew.a 127 " nevenbew.a. 195 k o e l e r " " 1.466 onbekend 371 4.466 4.466
De warmtebalans s l u i t dus op een term "onbekend",die 8,5$ van het geheel uitmaakt,na.
30
-De term "onbekend" v i n d t zijn oorzaak a l s v o l g t :
1e. E r i s geen r e k e n i n g gehouden met mengwarmten i n de wassers I en I I en de absorbeur.
2e. De warmte-inhoud van de l o o g i n de wassers I en I I i s n i e t i n de berekeningen betrokken.
3e. Het i s mogelijk,dat de g e b r u i k t e physische c o n s t a n t e n n i e t geheel j u i s t zijn.
4e. Bij v e r s c h i l l e n d e berekeningen zijn benaderingen en vereenvoudigingen toegepast.
kW 31 kW
-Bij de opbouw van het proces i s r e k e n i n g gehouden met v o l l e d i g e a u t o m a t i s e r i n g . Het v o e r t e c h t e r t e v e r om h i e r een regelschema voor het proces t e ontwerpen. R e g e l a a r s met bijbehorende k l e p p e n en a f s l u i t e r s zijn danook n i e t getekend.
Voor het u i t g e w e r k t e schema z i e f i g . 2 . 2. D e _ f a b r i e k1
De g r o t e r e t o e s t e l l e n van het schema kunnen,voorzien van de
j u i s t e warmteïsoleringen,alle i n de b u i t e n l u c h t o p g e s t e l d worden. Er i s dus geen groot fabrieksgebouw nodig,wel f u n d e r i n g e n voor )( de t o e s t e l l e n . De p l a a t s i n g i n de b u i t e n l u c h t h e e f t tevens de
voorkeur,vanwege de brandbaarheid en g i f t i g h e i d van z w a v e l k o o l -s t o f . I n l i t . 1 vinden we
het vlampunt van OSg i s -33,3°0, de o n t s t e k i n g s t e m p e r a t u u r i s 100°C, de e x p l o s i e g r e n z e n zijn ( v o l . $ i n l u c h t ) k l e i n e r dan 1,0$ en g r o t e r dan 50$.
Er zijn s l e c h t s een of meer k l e i n e gebouwen n o d i g voor de c o n t r o l e van het proces en de h u i s v e s t i n g van het b e d i e n i n g s p e r s o n e e l ; d i t l a a t s t e i s maar k l e i n i n aantal,omdat het proces gedacht wordt automatisch te werken.
Met het oog op het onderhoud van de i n s t a l l a t i e s z a l men over goede t e c h n i s c h e h u l p d i e n s t e n moeten b e s c h i k k e n , zodat het CSg-p r o c e s , z o a l s boven beschreven,waarschijnlijk a l l e e n r e n d a b e l te e x p l o i t e r e n i s a l s u n i t van een g r o o t b e d r i j f .
32 -V I . 1. L i t e r a t u u r . 1. W.L.Faith D.B.Keyes R.L.Clark 2. R . E . K i r k D. F.Othmer 3. C.M.Thacker E. M i l l e r 4. C.M.Thacker F o l k i n s E . M i l l e r I n d u s t r i a l Chemicals 228 (1957) E n c y c l o p e d i a of Chemical Technology 3 , 142 (1949) Ind.Eng.Chem. 36 , 182 (1944) Ind.Eng.Chem. 33 , 584 (1941)
5. U.S.Pat. 2,330,934 (5-10-'43) C.M.Thacker (The Pure O i l Co.)
6. J.H.Perry, 7. P.Ulimann 8. R.C.v.Ree 2 • _?ÜiSS>25.i a. p,t-diagram van CSg b. " " " " H2S c. x,y-diagram " C S g - o l i e d. p h y s i s c h e gegevens e. f i g u u r 1 f . f i g u u r 2.
Chemical Engineers Handbook (1950)
Enzyklopädie der Technischen Chemie
9 , 263 (19328 en
4 , 513 (1 932)
Technische Gegevens voor het Nijverheids onderwijs 66 (1950)
Bijlage d. P h y s i s c h e gegevens.
Uaam v.d.constante s t o f waarde eenheid bij temp.°C. bij druk atm. bron
s o o r t e l i j k e warmte voor gassen c CH voor v l o e i s t o f f e n c voor v a s t e s t o f f e n c smeltwarmte verdampingswarmte smeltpunt ko okpunt mol.gewicht d i c h t h e i d 4 S-damp CSg-damp H2S w a s o l i e c s2 s s s w a s o l i e c s2 s s c s2 w a s o l i e 175 w a s o l i e 140 0,55 0,75 0,77 1 ,05 1,10 1 ,20 0,14 0,12 0,24 0,25 0, 26 0,34 0,24 0,52 0,24 0,2 9 362 55 87 112 444,6 46,3 CH4 H2 H2S 0,720 0,090 1 ,54 3,420 2,880 CS2-damp S2~damp C s2- v l s t f 1239 1 263 1225 w a s o l i e 810 cal/g.°C 25 275 11 ti 1 ! I I l t I» I I I I I I I I I I c a l / g , 11 '0. 11 ii kg/m3, 325 675 725 1.000 675 0 100 200 750 25 112 444,6 175 46,3 0 0 0 0 0 0 20 46,3 15 l i t . 6 11 11 . ti 11 11 tt u i t c^ 9R/2 " l i t . 6 l i t . 8 . l i t . 7 en6 l i t . 7 . u i t c.= 6,4/at.gew. l i t . 8 . i t l i t . 7 . 11 l i t . 8 . 11 l i t . 1 . l i t . 7 . 11 l i t . 6 . 11 11 u i t M=2D. ti tt l i t . 1 . 11 11 l i t . 7 .
Faculteitsbibliotheek TNW Juliana: 36
