Ontzwaveling van steenkool door agglomeratie en bacteriele oxydatie

0.

'

o

o

o

o

o

I .• . j

o

" ~. "

0'

/(f/l/I~

Nr:

2525

---~-Laboratorium voor Chemische Technologie

Verslag behorende

bij het fabrieksvoorontwerp

van

Willem Mourits Koos OVerwater

onderwerp:

________ , ________ ;;N __

~AÇ~~;I;~;J;._~

__

Q~XPA~~_~

______

_______

__

__________

_

,

,

I

adres:

Ro.land Holstlaan 294 2624 GM Delft

van Hogendorpstraat 49-111 1051 BH Amsterdam

opdrachtdatum:

november 19~1

verslagdatum:

àul:L: .. 1982

,

,

o

o

o

o

o

o

o

o

o

..

o

( ( ( (

c

( ( (î

o

fabrieksvoorontwerp nr 2525

o

N T Z W A VEL I N G V A N S TEE N K 0 0 L E N

D OOR A G G LOM ERA T I E

B A C T E R I E L E

o x

Y DAT I E

datum opdracht: november datum verslag: juli

1981 1982 Willem Mourits Roland Holstlaan 294 Delft Koos Overwater van Hogendorpstraat 49111 Amsterdam

( \.. ..

c

( ( ( ( ( (

o

Samenvatting

In dit fabrieksvoorontwerp wordt een methode gepresenteerd om pyriet uit steenkool te verwijderen. Hiertoe worden de kolen eerst fijn

gemalen en gedurende 15 minuten in kontakt gebracht met pyrietoxyderende microörganismen(Thiobacillus sp.). Pyriet wordt dan hydrofiel gemaakt, terwijl de k~deeltjes hydrofoob blijven. Hierna is het mogelijk, om - na toevoeging van een voorgeëmulgeerd olie/water-mengsel - selectief de steenkool te agglomereren tot deeltjes van ca 1 mm, waarbij het pyriet in de waterfase achterblijft.

De agglomeraten worden afgescheiden op een bewegende zeef, gevolgd door een centrifuge. Het vochtgehalte is dan ca 10 %.

De afgescheiden waterfase, die zeer pyrietrijk is, wordt gebruikt om er de microörganismen op te kweken; dit gebeurt in een beluchtingsbassin. Hierna wordt een groot gedeelte van de suspensie weer gebruikt om de steenkool te conditioneren.

Wanneer dit proces toegepast zou worden bij de elektriciteitsopwekking in kolen gestookte centrales, dan zouden de kosten 1,9 ct/kWh bedragen. De kosten van de olie maken ca 60 % van dit bedrag uit.

( ( {

c

( (

c

(I Inhoudsopgave 1. Conclusies en aanbevelingen 2. Inleiding

3. Uitgangspunten voor het ontwerp

3.1.

oé

capaciteit van de installatie en het aantal bedrijfsuren 3.2. Sp~cificatie van grond- en hulpstoffen

3.3. Sam~nstelling afvalstromen 3.4. Gebruikte utilities

3.5. Fysische constantes van grondstoffen, tussen- en eindprodukten 3.6. Corrosieaspecten

3.7. Veiligheidsaspecten

4. Beschrijving van het proces

4.1. Beschrijving aan de hand van het processchema 4.2. Flexibiliteit van het proces

4.3. Opstartprocedure

5. Berekening van apparaten en procescondities 5.1. Grof malen

5.2. Fijn malen 5.3.

5.4. 5.5.

Conditioneren van de steenkool met de bacteriecultuur Emulgeren van de bindervloeistof in water

Agglomeratie

5.6. Rijpen van de agglomeraten

5.7. Het ontwateren van de agglomeraten door zeven

5.8. Het ontwateren van de agglomeraten door centrifugeren

5.9. Het kweken van de bacteriecultuur op de afgescheiden pyriet 5.10.Het afscheiden van de bacteriecultuur van de as

5. 11.Warmteëffekten

6. Massa- en warmtebalans

7. Specificatie van de apparatuur

8 .. Economische aspecten van het proces 8.1. Kapitaalkosten 8.2. Energiekosten 8.3. Grondstoffenkosten 8.4. Loonkosten 8.5. Totale kosten 9. Symbolenlijst 10. Literatuur Appendices

I. Microbiologische achtergronden van de pyrietoxydatie 11. Fysische achtergronden van de agglomeratie

111. Procesvariabelen uit de literatuur

IV. Uitwerking berekening procescondities in de bacterierecycle

- i i -blz 1 3 5 5 5 6 7 7 7 8 10 10 11 11 13 13 13 16 17 19 19 19 21 22 24 26 28 36 45 45 48 49 49 49 51 53 55 57 60 64

( ( ( ( rI -I

o

Cl 1. Conclusies en aanbevelingen Conclusies

1. Het is mogelijk pyriet uit steenkool te verwijderen met "behulp van selectieve olie-agglomeratie. Eerst moet dan pyriet hydrofiel gemaakt worden door bacteriële uitloging.

2. De bacteriën groeien zeer langzaam op pyriet. Door de bacteriën te recirculeren kan dit probleem ondervangen worden.

3. Bij de agglomeratie is een kolenopbrengst van minimaal 95 % mogelijk.

4. De energie die nodig is voor het agglomeratieproces kan sterk gereduceerd worden door gebruik te maken van een vooremulgering van de olie in een kleine hoeveelheid water.

5. De kosten Vê\I1 he.t proces bij toepassing in de elektriciteitsopwekking

bedragen 1,9 ct/kWh~ Dit is vergelijkbaar met de kosten van

rookgasontzwaveling, mits men in aanmerking neemt dat bij het hier

gepresentee~de proces alléén de anorganische zwavel verwijderd wordt.

6. De kos.ten van he.t p~oces worden voor ca 60 % bepaald door de kosten van de benodigde. olie.

()

c

( ( ( (

o

o

1. Veel onderdelen van het proces zijn slechts bekend op laboratoriumschaal. Met name is nader onderzoek gewenst naar:

la. De maximale recycleverhouding van de bacteriesuspensie;

lb. De mogelijkheid om de olie reeds in de molen toe te voegen;

lc. De optimale verblijf tijd en turbulentiecondities om de agglomeraten te laten aangroeien;

ld. De mechanische sterkte van de agglomeraten.

2. De bottleneck. van het proces is op dit moment de economische haalbaarheid. Het proces zal alleen rendabel zijn als de olie kan worden teruggewonnen. Verder onderzoek zal zich dan op de volgende aspecten moeten richten:

2a. De bindingssterkte van de olie aan de kolen;

2b. Condities waaronder de olie kan worden teruggewonnen;

2c. Nadruk op het handhaven van de veiligheid als gewerkt gaat

worden met l i.chte koolwaterstoffen in aanwezigheid van kolenstof •

/ , _, I

.'... )

-(

l

( ( ( (

o

o

o

2. Inleiding

De aanwezigheid van zwavel in steenkool kan aanleiding geven tot ernstige milieuvervuiling. Bij verbranding van zwavelbevattende

fossiele brandstoffen ontstaat zwaveldioxyde(S02)' dat in de atmosfeer omgezet wordt in zure sulfaataerosolen. Als gevolg van deze zure

bestanddelen in de atmosfeer heeft de regen in Nederland een pH van 4-5.

Degevolgen van de zure regen zijn het sterkst merkbaar in kalkarme gebieden. Zo is massale vissterfte opgetreden in vele Scandinavische meren en zijn ook in Nederland effecten van zure neerslag waarneembaar op de oorspronkelijke flora en fauna van de kalkarme zandgronden in het oosten en zuiden van het land.

Als gevolg van de "diversificatiedoelstelling" van het energiebeleid van de Nederlandse regering zal in de nabije toekomst het gebruik van

(zwavelarm) aardgas beperkt worden en zal meer de nadruk komen .te liggen op het gebruik van steenkool als energiedrager. Maatregelen om de s02-emissies te beperken zullen dan zonder meer noodzakelijk zijn.

De laatste jaren bestaat veel aandacht voor zwavelverwijdering tijdens of na de verbranding(met als voorbeelden respectievelijk wervelbed-verbranding en rookgasontzwaveling). Dit fabrieksvoorontwerp behandelt echter de ontzwaveling van steenkool vóór de verbranding.

De zwavel die in steenkool voorkomt wordt gewoonlijk ingedeeld in twee categorieën: organische zwavel en anorganische zwavel. De organische zwavel is ingebouwd in de koolstofmatrix en kan dus slechts verwijderd worden door de kool chemisch te modificeren(vergassing, liquefactie). De anorganische zwavel daarentegen bestaat voornamelijk uit pyriet en komt als separate deeltjes in de steenkool voor. Dit biedt in principe aanknopingspunten om de pyriet te verwijderen, waarbij de steenkool in takt blijft.

In dit fabrieksvoorontwerp richten we ons op de verwijdering van de pyritische zwavel, die globaal de helft van de totale hoeveelheid zwavel in steenkool is. Het hier gepresenteerde proces maakt gebruik

( ( ( ( (

o

o

van selectieve agglomeratie. Hierbij wordt een steenkoolslurrie in kontakt gebracht met een olie-emulsie, waarbij onder de juiste roer-omstandigheden steenkoolagglomeraten ontstaan. De pyrietdeeltjes komen dan als gevolg van andere oppervlakte-actieve eigenschappen niet in de agglomeraten terecht en blijven achter in de vloeistoffase.

Omdat zowel pyriet als steenkool van nature hydrofoob zijn is een dergelijk proces alleen mogelijk als de pyrietdeeltjes eerst hydrofiel gemaakt zijn. Hiertoe zijn in de slurrie bacteriën aanwezig die pyriet als energiebron gebruikenCThiobacillus spec.). Door bacteriële "leaching" worden dan de pyrietdeeltjes hydrofiel gemaakt, waardoor ze bij de

agglomeratiestap in de water fase achterblijven.

Dit proces is aantrekkelijker dan het volledig in oplossing laten gaan van pyriet, omdat dit proces zeer langzaam verloopt

-(

(

(

( (

(

o

3. Uitgangspunten voor het ontwerp

3.1. De capaciteit van de installatie en het aantal bedrijfsuren

De ontzwavelingstrap moet voor een elektriciteitscentrale komen. Bij

dit voorontwerp gaan we uit van een ontzwavelingsinstallatie die

gedimensioneerd is voor één turbineëenheid van 600 MW. Het voordeel

van deze opzet is dat dan weinig problemen te verwachten zijn ten

aanzien van de flexibiliteit. Dergelijke grote turbines draaien altijd

volcontinu en bij constant afgeleverd vermogen.

De omzetting in de turbine van thermische naar elektrische energie

verloopt met een rendement van 38 %(20). De hoeveelheid steenkool die

dan verbrand moet worden komt dan overeen met 1580 MW

th. We stoken bitumineuze kool met een verbrandingswaarde van 28 MJ/kg. De doorzet

van de kolen is dan 56,4 kg/s

=

203 t/hr.

De kolen worden in het systeem behandeld als een waterige slurrie

die 20 gew % droge stof bevat. De waterstroom in het systeem is dus

812 t/hr.

Voor de agglomeratie gebruiken we gasolie. Volgens Clayfield(9) is deze

hoeveelheid 5 gew % op kolenbasis, ofwel 10.15 t/hr.

De hoeveelheid Teepol bedraagt volgens dezelfde auteur 0.1 gew %

betrokken op een vóórgeëmulsificeerd olie/water-mengsel(l:l).

Dit komt overeen met 20 kg/hr.

Om de zuurgraad van het systeem constant op pH

=

2.5 te houdeQ is

ter neutralisatie van het bicarbonaatgehalte van het gebruikte rivierwater

(stroom nr 10) een hoeveelheid geconcentreerd zwavelzuur(18 N) van

12.8 liter/hr.

3.2. Specificatie van grond- en hu~t0ffen

c

(

l

( ( ( (

o

o

koolstof 83% waterstof 5 ~ zuurstof 8 % stikstof 1 %

zwavel 2 %, waarvan 1 % organisch en 1 % pyritische zwavel

De kool bevat 12 % as en 8 % water. Vluchtigheid: 26 % "Volatile Matter"

Water: het water dat we gebruiken om de slurrie te maken heeft een

bicarbonaatgehalte van 140 mg/l. Dit komt overeen met de gemiddelde

hardheid van rivierwater in Nederland(25) .

Olie: de gebruikte olie is gasolie, waaraan wat betreft water-, as- en

zwavelgehalte geen bijzondere eisen gesteld hoeven te worden.

Zwavelzuur: het zwavelzuur moet technisch zuiver zijn en een normaliteit

van 18 N hebben.

Zeep: als oppervlakte-actieve stof bij de vóóremulsificatie kiezen

we voor Teepol 610

® .

3.3. Samenstelling afvalstromen

De belangrijkste afvalstroom van het proces bestaat uit het zure slib

dat onderuit de bezinkbassins komt. Het betreft hier een stroom van

ca 100 t/hr met een concentratie van 24 % d.s. en een pH van 2.5. Het

slib zal ongetwijfeld zware metalen bevatten.

Als het slib steekvast is, dan komt het slib qua samenstelling ongeveer

overeen met vliegas. Op dit moment is nog niet goed aan te geven wat er

in Nederland zal gaan gebeuren met vliegas wanneer grote hoeveelheden

kolen gestookt zullen worden. In de huidige situatie wordt het grootste

gedeelte gedumpt in kleiputten en wordt slechts een klein gedeelte

hergebruikt (cement, wegenbouw). De opties voor grootschalig hergebruik

zijn op dit moment gering, zodat vliegasdumpingen vooralsnog onvermijdelijk

zullen zijn bij het gebruik van steenkool.

-( ( ( ( ()

o

3.4 Gebruikte utilities

De ontzwavelingsfabriek gebruikt geen extra utilities die bij een normale elektriciteitscentrale niet aanwezig zullen zijn.

Elektriciteit(380 V en 10000 V driefasendraaistroom) , rivierwater en lucht zijn de voornaamste utilities die nodig zijn.

3.5. Fysische constantes van grondstoffen, tussen- en eindprodukten

Steenkool: dichtheid: 1350 kg/m3

bulkdichtheid: 800 kg/m3(26)

3 v'

viscositeit 20 % slurrie volgens Ting-Lübbers(26): 1,8 x 10- N/nf"

deeltjesgrootte voeding: 3 - 15 cm deeltjesgrootte na malen: 80 %

<:

80 P

Water: molgewicht: 18.0 g/mol

viscositeit (250C) : 0.9 x 10-3 N/m Ö -3 Gasolie(bij 25 C): viscositeit: 5 x 10 N/m grensvlakspanning olie/water: 0,04 N/m dichtheid: 850 kg/m3 kookpunt: 200 - 360 3.6. Corrosieaspecten o C.

In de meeste apparaten van het proces wordt een slurrie behandeld van pH = 2,5, zodat ruime aandacht aan corrosiebestrijding zal moeten worden geschonken.

Als zuurbestendig materiaal voor pompen, tanks e.d. kiezen we voor Hastelloy C(Legering bestaande uit 55 % Ni, 16 % Mo, 16 % Cr, 5 % Fe, 4 % Wo, verder sporen Mn en Si). Dit materiaal is ongeveer 4 maal zo duur als carbon steel.

-

----

-Constructies in beton zullen uitgevoerd moeten worden met een zuurbesten-di ge coating (bijv. asfalt).

( ( ( ( (

n

o

n

Voor de transportband die de agglomeraten afvoert moet gebruik gemaakt worden van oliebestendige rubbers (bijv Vinyplast), daar anders de band zwelt en deformeert (4) .

3.7. Veiligheidsaspecten

In het proces komen geen hoge drukken of temperaturen voor. De kans op stofexplosies is gering, aangezien de fijne steenkooldeeltjes alle nat verwerkt worden. In het proces zullen we dus kunnen volstaan met "normale" veiligheidsvoorschriften.

Bij de bouw van de installaties zal ruime aandacht geschonken moeten worden aan lawaaibestrijding. Met name de breekwalsen, de molens en de trilzeven, maar ook de motoren van de grotere vermogens, kunnen aanleiding geven tot ernstige geluidsoverlast in de arbeidsomgeving.

- 8

' Î I.D r'I - /

o

."'\ /"'\ KOLEN Q.hg.

r-"""

LUCHT P25 SPut25 , . - - - - ,

-V26 V27 ' Î KOOL- AGGLO-MERAAT

rc>

~5

ONTZWAVELINGSSCHEMA VAN KOOL DOOR AGGLOMERATIE EN BAKTERIELE OXIDATIE

Sy.leemdruk I 1 alm

<::)

Koo. Overwaler Fabrlek.vooronlwerp NOl 2525

l ( ( ( ( ( (

o

o

4. Beschrijving van het proces

4.1Beschrijving van het proces aan de hand van het processchema

Nadat de grove kool door diverse molens in serie gebroken is tot deel-van circa 80 pm, waarbij tijdens de laatste stap nat wordt gemalen (min-der energie nodig, betere inwerking van de bakteriën op de pyriet) wordt de kolenslurry in een geroerde tank intensief en kort geroerd om een effec-tief contact te krijgen tussen de autokatalytische Thiobacillus en het

los-

---gemaakte pyriet (V 141.

In V8 wordt een emulsie gemaakt van gasolie en water onder toevoeging van de oppervlakte-aktieve stof Teepol (hold up olie: 0.5).

De kolenslurry en de emulsie worden toegevoerd aan de geroerde tank V21 , waarin de olie zich zal verdelen over het kooloppervlak, waarna de agglo-meratie begint, die dan nog (in V21 ) hoofdzakelijk wordt bepaald (kine-tisch gezien) door botsingsverschijnselen tussen de met olie bevochtigde kooldeeltjes.

In V 23, V 27 en V32 wordt de agglomeratie voortgezet, waarbij in V 32 de agglomeratie voornamelijk wordt bepaald door het feit dat grotere agglomeraten de kleine deeltjes afvangen (zie Appendix 11).

De agglomeraten worden met behulp van een trilzeef (M 30) van de fijne as-slurry gescheiden (spleetbreedte 250 pm). De asslurry onderstroom wordt verpompt naar een oxidatiebassin (V 26), terwijl de koolagglomeraten wor-den overgebracht naar een centrifuge (M 31).

In het oxidatiebassin (V : 12000 m3) wordt de pyriet uit het as gebruikt

11

om Thiobacillus te kweken tot een concentratie van 3 x 10 cellen/g kool. Deze hoge concentratie is nodig om tijdens het natmalen en het accommoderen de pyriet uit de kool gedurende relatief korte tijden toch redelijk hydro-fiel te maken. Om pyriet te kunnen oxideren verbruiken de bakteriën zuur-stof. Deze wordt in de vorm van lucht toegevoerd door nozzles, die zich op de bodem van het bassin bevinden. Omdat de verblijf tijd in het bassin lang is (

+

13 uur) en om te grote verblijftijdsspreiding tegen te gaan is het bassin verdeeld in twintig "straten". Hieronder is het bassin schematisch getekend.

Figuur 1 Het oxidatiebassin

1

n

0[

J

-l ( ( ( ( (

o

o

De ligging van de nozzles moet zodanig zijn, dat er tussen de hoeken van de "straten" en de hoofdstroom een goede recirculatie is, om dode volumina te minimaliseren.

De ontwatering van de agglomeraten gebeurt met een "vibratïng screen" centrifuge, bij een toerental van 200 - 450 rpm en een versnelling van 25 - 210 g. Na het centrifugeren bevatten de agglomeraten ongeveer 10 % water.

Het restwater wordt naar het oxidatiebassin verpompt.

Het effluent van het oxidatiebassin wordt vervoerd naar een bezinker, die de as slurry (circa 3 % gew. d.s.) indikt tot circa 24 % gew. d.s .. De bovenstroom van de bezinker wordt deels toegevoerd aan de staafmolen en deels aan het accomodatievat.

4.2 Flexibiliteit van het proces

Het ontzwavelingsproces is gekoppeld aan een turbine, die alleen econo-misch rendabel draait bij de berekende capaciteit. De ontzwavelingstrap is daarop gebaseerd en als zodanig ook optimaal onder die aangegeven ca-paciteit.

Als een turbine voor enkele dagen stil zou worden gelegd, moet dat ook gebeuren met de ontzwavelingsinstallatie.

Bij de meeste onderdelen van de installatie geeft dat geen problemen, alleen bij het oxidatiebassin, omdat bij leegloop hiervan de bakteriën-kultuur ook verdwijnt. Starten met een nieuwe ent is tijdrovend en kan beter vermeden worden. Het beste kan bij stilstand het bassin blijven draaien met toevoer van pyriet en lucht.

4.3 Opstartprocedure

Omdat de groeisnelheid van Thiobacillus op pyriet erg langzaam is, moet ervoor gezorgd worden dat de concentratie bakteriën erg hoog is (3 x 1011 cellen per gram kool). Aangezien er in een kolenslurry slechts weinig bakteriën aanwezig zijn, moet de hoeveelheid bakteriën steeds aangevuld worden vanuit het oxidatiebassin. Om te zorgen dat dit stationair moge-lijk is, is bij het opstarten eenmalig een ent nodig.

( ( ( ( ( ( (

o

o

oxidatiebassin rest

v

12000 m 3

v

=

3600 m3

Bij het opstarten van de installatie moet het bassin dus een concentratie 11

hebben van + 10 cellen/ mi slurry.

3 11

Stel we enten met 1.2 m ent met 10 cellen/mi. Dan begin concentratie in

7

11

bassin 10 cellen/mi. Voor batchgroei tot 10 cellen/mi is dan zo'n 43

dagen nodig.

-l ( ( ( ( ( ( (î

o

o

5. Berekening van apparaten en procescondities

5.1. Grof malen

Steenkool wordt bij de centrale afgeleverd in brokken van 3-15 cm(27). Voor het agglomeratieproces is het nodig dat de kooideeitjes kleiner zijn dan 100

p,

dus een aantal maalstappen is noodzakelijk.

Voordat de deeltjes vergruisd kunnen worden in een staaf- of kogelmolen, moeten deze eerst verkleind worden tot ca 1,2 cm(~ in.). Dit is mogelijk met behulp van een breekwals("crusher").

De deeltjesgrootte wordt meer uniform bij het gebruik van twee breekwalsen in serie. De firma McLanahan & Stone Corp. verkoopt een dergelijke

configuratie in één apparaat als "triple roll crusher".

Specificaties: rollengte 60 in.

=

1,52 m.

doorzet: 112 stph

=

102 t/hr voor harde kool motorvermogen: 60-75 hp

=

45-55 kW

product size: ~ in.

Wij hebben voor een doorzet van 200 t/hr dus 2 van dergelijke apparaten nodig.

5.2. Fijn malen

De agglomeratie wordt bevorderd als de spreiding in deeltjesgrootte van de voeding zo gering mogelijk is(7). Dit kan bewerkstelligd worden bij gebruik van een staafmolen(7) (28).

Aangezien de kolen na het malen toch opgeslurried moeten worden, verdient het aanbeveling om nat te malen. Als vuistregel geldt dat

bij nat malen de maalenergie ca 25 % lager is dan bij droog malen(28) (29) (30) .

Na de breekwalsen moet de deeltjesgrootte gereduceerd worden van 12500

p

naar 80 p. Een dergelijke grote stap kan niet in één keer plaats vinden. Wij kiezen daarom voor twee maalstappen. In de eerste stap worden de deeltjes met een factor 15 verkleind; deze factor wordt over het algemeen beschouwd als de maximale maalverhouding waarbij het maalproces nog

( ( ( ( (

c

'

o

o

In de tweede stap wordt dan de uiteindelijk verlangde deeltjesdiameter van 80

p

ber:ikt.

Na iedere maalstap worden de te grote deeltjes afgescheiden en gerecirculeerd. We verkrijgen zo een "closed circuit", waardoor de deeltjesgrootteverdeling nauwer begrensd is.

De afscheiding van de grote deeltjes geschiedt met behulp van een hydrocycloon.

Eerste staafmolen

In de eerste staafmolen worden de deeltjes gemalen van 12500 p tot 800

p.

De hiervoor benodigde maalenergie volgt uit de formule van Bond(29) :

met: N c = x x 0 N co

(_l

rx

1

v;'

o maalvermogen(kWh/t)

Bond-index(kWh/t

.

p~)

80 % grens van de deeltjesgrootte 80 % grens van de deeltjesgrootte

na malen(p) voor malen(}!)

~

De waarde van de Bond-index voor steenkool bedraagt ca 50-150 kWh/toV ' afhankelijk van de hardheid van de steenkool.

Voor harde kool vinden we dan voor de eerste molen:

N 3.96 kWh/t

Bij een doorzet van 200 t/hr hebben we dus een maalvermogen nodig van 800 kW voor de eerste molen. Staafmolens worden gedetailleerd beschreven door Bhappu(28). Wij kiezen voor twee molens. elk met een vermogen van 400 kW. De slurriedikte in de molen bedraagt 50 %(28) (30).

Specificatie per molen: diameter 10 ft(3.05 m) lengte 14 ft(4.27 m) snelheid: 16.8 rpm

lading staven: 40 % volumetrisch.

- 14

( ( (

c

(

o

Eerste hydrocycloon

Het voorspellen van de werking van hydrocyclonen bij voeding met

geconcentreerde slurries is een moeilijke zaak. Duidelijke ontwerpregels zijn niet voorhanden.

In Leonard(27) staat de werking van een aantal hydrocyclonen voor kolenslurries in praktijksituaties beschreven. De resultaten zijn samengevat in tabel 1:

tabel 1. Werking van hydrocyclonen volgens Leonard(27)

cycloon- deeltjesgrootteverdeling van overflow

diameter (in.) <45 p ~ 75 p t( 150

P

«600 p

3 100 %

8 97.5 % 100 %

14 76.2 % 89.7 % 99.4 %

24 37.8 % ? 88.2 %

Uit deze gegevens blijkt dat we met een 24 in.-cycloon goed kunnen scheiden op 800

p.

De voeding van een dergelijke cycloon is volgens Leonard(27) dan 341 m3/hr bij een druk van 2,4 bar. We nemen voorts aan dat 80 % van de deeltjes die de eerste molen verlaten via de hydrocycloon teruggevoerd worden.

100 %

Bij een slurriedikte van 50 % d.s. moeten we dus 2000 t/hr slurrie verwerken. Wij hebben dan een aantal van 6 hydrocyclonen(24 in.) nodig.

Het pompvermogen is dan D.p' <Pv 2,4 x 105 x 2000/3600 13333(iW

Bij een pomprendement van 70 % is het motorvermogen dan 190 kW.

Tweede staafmolen

In de tweede molen malen we van 800 ~ naar 80

p.

De benodigde maalenergie is dan volgens de formule van Bond:

(

c

(

r

( (

o

o

Bij een doorzet van 200 t/hr hebben we dan een maalvermogen nodig van 2300 kW. Wij-kiezen voor zeven molens van elk 400 kW, met de boven beschreven afmetingen.

De maalsectie is wellicht enigszins overgedimensioneerd, daar deze berekend is voor "harde" steenkolen. Bij het ontwerp kiezen we hierom voor een relatief groot aantal parallel geschakelde molens, zodat gemakkelijk het optimale maalvermogen ingesteld kan worden door één of meerdere molens uit te schakelen.

Tweede hydrocycloon

De tweede hydrocycloon moet scheiden op 80 u. Een 8 in.-cycloon 3

(doorzet 19.7 m /hr bij een druk van 3.77 bar; zie tabellen (27)) is dan voldoende.

Als we weer 80 % recirculeren hebben we dus 76 cyclonen nodig:

Pompvermogen :

L1P

'

~

v 3,77 x 10 5 x 2000/3600 = 209000W. Bij een rendement van 70 % is het pompvermogen dan 300 kW.

5.3. Conditioneren van. de steenkool met de bacteriecultuur

Uit laboratoriumproeven(14) is gebleken dat pyriet hydrofiel gemaakt kan worden door het gedurende 1 kwartier in kontakt te brengen met een geconcentreerde bacteriesuspensie van Thiobacillus spec. Hierna is het mogelijk om vrijwel alle pyriet te scheiden van de steenkool door de kolen met olie te agglomereren.

Hoe groot het roervermogen is bij dit proces wordt niet duidelijk uit de literatuur. Er is sprake van "heftig schudden in een sèhudbak". Wij volstaan nu door de term "heftig schudden" te vertalen in een roervermogen

1

van 800 w/m3(12). Ter vergelijking:het vermogen om deeltjes van 100

p

~

te suspenderen bij een dichtheidsverschi16f= 300 kg/m3 bedraagt

slechts 0.4 w/m3.

-(

c

( ( ( (" (

o

o

o

Deze vermogens zijn veel lager dan die welke opgebracht moeten worden bij het niet vooremulgeren, zoals bij het Olifloc-proces(4). Bij dit proces is het benodigde roervermogen ca 600 kw/m3• Bij een verblijf tijd van 1 minuut en een doorzet van 1000 t/hr slurrie komt dit neer op een vermogen van ca 14 MW, ofwel 2,3 % van het door de turbine opgewekte vermogen!

Bij een doorzet van 1000 t/hr slurrie{ 200 t/hr steenkool als slurrie van 20 % d.s.) hebben wij dus een bassin nodig van 250 m3, waarin een roerenergie van 200 kW opgewekt wordt.

Bij een asrendement van 70 % hebben we dan een vermogen van 300 kW nodig. Wij kiezen voor een betonnen bassin, uitgerust met een tweetlelige

turbineroerder.

5.4. Emulgeren van bindervloeistof in water

Om energie te besparen bij het eigenlijke agglomeratieproces passen we een .vóóremulgeringsstap toe, zoals beschreven door Clayfield (9) en Bensley et al(8). Deze laatste auteur wijst er op dat de agglomeratie pas goed verloopt als men er in slaagt om oliedruppeltjes te creëren die kleiner zijn dan 10

p.

Zuiderweg vermeldt als correlatie tussen de druppeldiameter en de mengkarakteristieken voor vloeistof-vloeistofdispersies:

met: d 3 . 2 (J ₌

~c

h = N_. ₌ D = d 3.2. 0.047 0"0.6

Sauter-diameter van druppels{m) grensvlakspanning (N/m)

dichtheid continue fase ( kg/m ) 3 vloeistofholdup disperse fase (-) toerental roerder{s -1 )

diameter roerder{m)

(

l

( ( ( [" ( (

o

() (î

Het ingeroerd vermogen P bedraagt:

3 5

P = N . ~ . N . D (Watt)

p

Met: N

P vermogenskental roerder

Het volume van het vat wordt gegeven door: V

=

Met: V volume vat(m ) 3

T diameter vat(m) H

=

hoogte vat(m)

4

Voor een"standaard"-geometrie van T H -3.33 D geldt dan: V =

36.9·~ÁD3

Het vermogen per volume-eenheid wordt dan:

P

V NpS (N 1 •

2 _D

_O.

8_{) 2.5} 9.25"1\

Door het gebruik van een oppervlakte-actieve stof wordt de grensvlak-spanning tussen olie en water verlaagd met een factor 10 tot ca

5 x 10-3 N/m(31).

De Sauterdiameter iS:Qngeveer de helft van de werkelijke diameter en bedraagt dus 5 x 10-6 m.

De holdup bedraagt 0.5.

We berekenen dan: 13.95

s

-1.2

m

0.8

En dus

p/v

116 kW/m3

We produceren 20 m3/hr emulsie, dus bij een kontakttijd van 1 minuut (9) hebben we een vat van 0.33 m3 nodig.

Roerenergie: 38.6 kW. Bij een rendement van 70 % is het motorvermogen dan 55 kW.

-(

(

(

(

( ( (

(

o

o

o

5.5. Agglomeratie

Voor het eigenlijke agglomeratieproces kiezen we in dit ontwerp voor de uitvoering volgens Clayfield(9). Hier vindt de agglomeratie· plaats bij

3 een kontakttijd van 2 minuten en een ingeroerd vermogen van ca 5 kW/m • Voor een doorzet van 1000 t/hr slurrie komt dit dus neer op een tank van 34 m3 met een roerenergie van 170 kW. Bij een rendement van 70 %

is het motorvermogen dan 240 kW.

De toe- en afvoer naar de tank gebeurt met pompen met een opvoerhoogte van 1 bar. Het vermogen van deze pompen is dan(rendement 70%) 40 kW.

5.6. Rijpen van de agglomeraten

De opbrengst van het agglomeratieproces wordt verhoogd door de deeltjes rustig aan te laten groeien. Hierbij is het voldoende als de deeltjes gesuspendeerd worden bij een zeer laag vermogen. Volgens Zuiderweg(12) is een vermogen van 5 w/m3 voldoende om de deeltjes van ca 1 mm in suspensie te houden.

Om verblijftijdsspreiding tegen te gaan kiezen wij voor een cascade van drie tankreactoren, elk met een verblijf tijd van 2 minuten.

Wij hebben dan drie tanks nodig, elk met een volume van 34 m3 en uitgerust met een roermotor van 1.5 kW.

Na iedere tank is een pomp nodig van 40 kW.

5.7. Het ontwateren van de agglomeraten door zeven

Na afloop van het agglomeratie- en rijpingsproces worden agglomeraten verkregen met een diameter van ca 1 mmo Deze agglomeraten moeten worden afgescheiden uit de slurrie die het pyriet en een gedeelte van de

overige asbestanddelen bevat.

Bij vrijwel alle auteurs die het proces op laboratoriumschaal hebben onderzocht gebeurt deze afscheiding door middel van zeven. Ook in het industriële Olifloc-proces worden de agglomeraten door zeven over een trilzeef met een spleetbreedte van 25 mm afgescheiden.

( (

c

( ( (

Cl

o

Als bezwaar van een zeef kan vermeld worden dat dikwijls verstopping optreedt. Het gebruik van een hydrocycloon lijkt meer de aangewezen weg om deze vrij grote deeltjes af te scheiden. Het is echter niet bekend of de agglomeraten bestand zijn tegen de uitgeoefende krachten in een hydrocycloon, zodat wij in eerste instantie in dit ontwerp toch maar uitgaan van een zeefproces, analoog aan dat van het Olifloc-proces (4) •

In het Olifloc-proces wordt gebruik gemaakt van twee tril zeven 2

("vibrating screen") met afmetingen van 2.4

x

1.9 m , met een oscillatietijd van 1000 min-1 en een amplitude van 9 mmo

2

De capaciteit van dit soort zeven ligt dus op 6,6

t/m

Ihr.

Voor een doorzet van 200 t/hr hebben we dus een zeefoppervlak nodig 2

van 30 m .

We zouden kunnen denken aan

4

zeven, elk met een oppervlak van 7.5 m • 2

2

De afmetingen van een dergelijke zeef zijn dan 12

x

7 ft = 3.66 x 2.13 m (27).

De energiebehoefte van de zeven kunnen we als volgt af schatten:

Stel: de trilling van de zeef wordt opgewekt door een eenparig bewegende rotor. De bewegingsvergelijking van de zeef is dan:

met x o en W x (t) Xo

w

sin (

cp

0 +GVt) 9 x 10-3 m 16.7 s-l

=

105 rad/s

De versnelling is dan: aCt)

De maximale waarde van de versnelling is dus

xoW 2 sin (

cp

0 +CVt) 2 xW o 2 99,2 mis

De toegevoerde massa bedraagt 1000 t/hr = 278 kgf s.

De uitgeoefende kracht per tijdseenheid is dan: = 2,76

x

10 4 Nis

De afgelegde weg in deze tijd is dan: s = 2 x 0,009 x 16,7 = 0,30 m

4

Het benodigde vermogen is dus: 2,76 x 10 x 0.30 = 8280 Nm/s 8.3 kW.

-( ( ( <. (

o

Bij een as rendement van 70 % hebben we dus een motorvermogen nodig van ca 12 kW.

De zeven moeten periodiek schoongespoeld worden met hoge druk water-stralen.

Na het zeven bevatten de agglomeraten ca 40 % water(4).

5.8 Het ontwateren van de agglomeraten door centrifugeren

De ontwatering van de agglomeraten, die na de zeef ca 40% water bevatten, vindt in het Olifloc-proces op industriële schaal in

"vibrating basket" centrifuges. Dit is een nieuw type centrifuges waarbij de trommel naast een roterende ook nog een trillende beweging maakt.

In het Olifloc-proces worden de agglomeraten door deze centrifuges ontwaterd tot 10 % water, bij een versnelling van 68 g en een toerental van 305 rpm.

Hieruit kunnen we de straal van de gebruikte centrifuge berekenen:

R

=

= 0,654 m

De flow in het Olifloc-proces bedraagt 30 t/hr d.s, dus met een

vocht-gehalte van 40% is de centrifugedoorzet:

cp

m = 50 t/hr.

Het centrifugevermogen is dan: R 2 = 50 x 10 3 x 1

3600

6056 W

=

6 kW.

x 31,932 x 0,6542

De beschrijving van de centrifuges van het Olifloc-proces is in

overeenstemming met de CJ.egevens uit het standaardwerk van Leonard(27). Hierin worden ook dit soort centrifuges beschreven. Voor een voeding van 55-136 t/hr is een vermogen van 18-30 kW nodig. Dit bij een toerental van 200-450 rpm en een versnelling van 25-120 g.

Een voordeel van dit type centrifuges zijn de relatief lage vermogens, gecombineerd met relatief goede ontwateringseigenschappen.

( ( ( (

()

('

Omdat het vrijwel niet mogelijk is om centrifuges voor een specifieke toepassing te_ontwerpen op basis van algemene fundamentele principes (13) , gaan wij uit van de centrifuges die gebruikt zijn in het Olifloc-proces.

Bij een doorzet van 200 t/hr d.s. hebben wij dus zeven centrifuges van dit type nodig(HSG 1300; fabrikant: Siebtechnik GmbH te Müllheim).

Het vermogen per centrifuge schatten we (ruim) in op 15 kW, zodat we voor het centrifugepark in totaal een vermogen nodig hebben van 100 kW.

5.9 Het kweken van de bacteriecultuur op de afgescheiden pyriet

De reactievergelijkingen en massabalansen voor de pyrietoxydatie staan meer uitvoerig beschreven in Appendix IV. De hier gebruikte formules zijn dan ook aldaar terug te vinden.

Uit de massabalans voor Thiobacillus volgt voor n tanks in serie:

~.

~ =

1 - \ n f R '

VR-iT

//

Bij een recycleverhouding van R 9 x 10 -3 hr-1 en een doorzet

7, een specifieke groeisnelheid

fk

=

3

van 800 m /hr zijn bij een lage n de volumina per tank zo groot, ofwel bij grote n zoveel tanks nodig, dat het niet reeël is om bij dit ontwerp te denken aan een aantal ideaal gemengde tanks in serie.

Om deze redenen is gedacht aan een grote bak, waarbij de lange verblijf tijd alsmede zoveel mogelijk een propstroomkarakter wordt

verkregen door middel van keerschotten. Dit is een gebruikelijk ontwerp bij de beluchting van afvalwater, aangezien ook hier zeer grote

hoeveelheden verwerkt moeten worden en waarbij een intensieve menging minder belangrijk is.

Hieronder is zo'n bak getekend"waarbij de ingaande stroom is gesplitst.

..

~

(.),

_.rrl

Ü

U

~

..

- 22 -I

~

( ( ( ( ( ( ( (

o

o

Voor de berekening van de totale verblijf tijd gaan we uit van

(1).

We nemen aan dat we in feite te maken hebben met propstroom~ zodat het

systeem te beschrijven is als een groot aantal (zeg: 20) tanks in serie.

We vinden dan:

'l',

= 14,8 hr.

1

Het bijbehorende volume is dan: V 1:', x (rD

+

CO )

1

'w

las 12000

3 m

We kijken nu naar de toename van de bacterieconcentratie Ci voor n tanks

in serie geldt:

Uit (1) en (2) volgt:

=

= R R+l

Di t is dus onafhankelijk van fen

'"t' •

(2)

Met c 1 = 3 x 10 11 cellen/gram kool en R = 7 is c 2 = 3,43 x 10

11

cellen/gr kool.

Evenzo vinden we voor de afname van de pyrietconcentratie c (zie bijlage 4):

p

c

P 2

,

. 2,34 gil (bij c p, 1 =

2,5

gil).

De afname in de pyrietconcentratie is dus:

4c

= 1,33 mol/m 3

p

De stoechiometrisch benodigde hoeveelheid zuurstof om dit pyriet te

oxyderen is dan een factor 3,75 groter.

De zuurstofoverdrachtssnelheid is dan: OTR = 0,338 mol 02/m /hr 3

3

=

8.761

02/ m /hr

3

( ( ( ( ( (

o

o

o

Om de zuurstofuitputting van de doorgeblazen lucht te berekenen gaan we uit van de vuistregel dat deze 0,55 % per meter vloeistof-hoogte bedraagt(13).

Wij stellen voorts de diepte van de bakken op 3 meter. 3

De benodigde hoeveelheid zuurstof is dan 6610 m jhr.

3 De hoeveelheid lucht(21 vol % zuurstof) is dan 33060 m jhr.

Wij kunnen de grootte van de benodigde compressor berekenen uit het hydrostatische drukverschil dat overwonnen moet worden, via

p

5

=33060/3600 x 0,3 x 10 2,75 x 10 5 W

Bij een rendement van 70 % moet de motor van de compressor dus een vermogen van 400 kW hebben.

Het gedissipeerde vermogen per eenheid reaktorvolume is laag:

p/V

=

23 w/m

3

275 kW

Dit ligt inderdaad in dezelfde orde als bij de aeratiebak van een aerobeafvalwaterzuivering. Kossen(13) vermeldt hiervoor 20-50 w/m3•

5.10. Het afscheiden van de bacteriecultuur van de as

Na de groei van de bacteriën op de afgescheiden as na de zeef- en centifugestap, moeten de bacteriën op hun beurt weer afgescheiden worden van de as om gerecirculeerd te worden.

Dit is mogelijk met behulp van een bezinker. Om de hoeveelheden vaste stof te schatten die de cultuurbakken en de bezinker moeten verwerken, moeten we eerst weten hoeveel as na de agglomeratie in de waterfase achterblijft.

In het Olifloc-proces(4) wordt het asgehalte van de voeding gereduceerd van 30 % tot 7 % in de gevormde agglomeraten. Capes (1) brengt het

asgehalte terug van 42 % naar 6 %. Bhattacharyya(2) maakt melding van een reductie van 35 % naar 4 \.

- 24

-,

(.

c

c

( ( ( (

o

o

o

Voor ons ontwerp doen wij op grond van bovenstaande gegevens de aanname dat het asgehalte teruggebracht wordt van 12 \ naar 6 \.

Wij nemen tevens aan dat de kolenopbrengst bij agglomeratie 95 % bedraagt.

De bezinker wordt dan gevoed met~2 t/hr"aS'~ gesuspendeerd in 780 t/hr water. We hebben dus te maken met een slurrie die 3% droge stof bevat.

Bij de gekozen recycleverhouding(R = 7) moet de onderstroom van de bezinker dan 98 t/hr bedragen, met een concentratie van 24 % d.s.

Capes(l) geeft een Richardson-Zaki relatie voor de bezinkeigenschappen van de deeltjes in deze slurrie:

u

0,48 (1 - 1,5 c)4,65

met: u

=

bezinksnelheid(cm/min)

c = concentratie vaste stof(g/cm3)

Voor 3\ vaste stof vinden we dan:

u 6,46

x

10 -5 mis

Het debiet door de bezinker bedraagt 780 t/hr

Het benodigde oppervlak is dan: 0,217 6,45

~

10-5

3 0,217 m /s

3354 m 2

Bij een ronde bezinker is dan de diameter 65,4 m.

Ook is mogelijk: 2 bezinkers van elk 46,2 m diameter 3 bezinkers van elk 37,7 m diameter 4 bezinkers van elk 32,7 m diameter

De diepte van de bezinkbak is meestal 1,5 - 2,5 m(13)

Wij kiezen voor twee bezinkers mèt een diameter van 46,2 meter en een diepte van 2 meter. Dit zijn ongeveer de grootste bezinkers die in de literatuur beschreven staan(27).

( (

c

( ( ( (

o

o

o

r

De afmetingen van de bezinkers uit de literatuur voor scheidingen

met stromen van dezelfde orde grootte zijn ca een factor 2 kleiner.

Dit is een gevolg van het feit dat bij alle beschreven bezinkers gebruik

wordt gemaakt van flocculanten.

Zo vermeldt Leonard(27) de volgende praktijksituatie voor een bezinker

uit een kolenwasserij: diameter

45,8

meter bij eenvoeding van

1090

t/hr;

vaste stof gehalte 5

%

en

80 %

van de deeltjes kleiner dan 75

pro.

De onderstroom is

109

t/hr met een vaste stof gehalte van

40 %.

Van de

overstroom wordt vermeld dat deze "clear" is. De verblijf tijd bedraagt ca

2 uur.

Bij dit ontwerp laten we in eerste instantie het gebruik van

flocculanten achterwege, omdat we niet weten hoe deze het

agglomeratie-proces - een agglomeratie-proces waarbij met name oppervlakteverschijnselen een

rol spelen - beinvloeden.

Alleen nader onderzoek zou deze invloeden aan het licht kunnen brengen.

Bij dit ontwerp gaan we dus toch maar uit van twee (wellicht

overgedimensio-neerde>. bezinkers, elk met een diameter van

45

meter en een diepte van

IQeter. De verblijf tijd in de bezinkers is dan 8,6 hr.

5.11.

Warmteëffekten

Hoewel het proces veel energie vergt(ca 5 MW voor malen, mengen,

pOlllpen, e.d. ; zie hfdst. 81 zijn de warmteeffekten hiervan op het

prqces ge:x;-ing.

Wij zullen dit aantaonen met het volgende gedachtenexperiment:

Stel dat alle energie die door de apparatuur aan het systeem wordt

toegevoerd wordt omgezet in een temperatuursstijging(adiabatische

omstandigheden) •

6

De energie toevoer bedraagt: 5 MW

=

5 x

10

J/s

De maassastroom door het systeem bedraagt ca

1000

t/hr slurrie

= 280

kg/s.

5 De

energieoverdracht is dan:

x 10 6 280 - 26 -=

1.8 x

10 4

J/kg

I

(

(

c

(

(

(

(

(I

n

o

Bij een soortelijke warmte voor water van ca 4200 J/kg/oC vinden we

o

hieruit een adiabatische temperatuurstijging van 4.2

C.

Deze adiabatische temperatuurstijging zou dan plaats vinden gedurende

de verblijf tijd van ca 14 uur.

Op grond van deze overwegingen menen wij dat we de warmtebalans bij dit

ontwerp voorlopig buiten beschouwing kunnen laten. Bij het definitieve

ontwerp van de apparatuur zijn er wat dit betreft weinig problemen

te verwachten.

(

·

1 N

Voor-waarts

( )

M

Q

M

Q-55.6

)

-55.6.

1

55.6

( (I

0

_30.0

0

555.6

n

111.1

( \

6.

Massa -en

Warmtebalans

kolen Ml ~~ M2 ~r M4 ~ water _'11 bacteriën

•

M6 ~ecycle !re maal circuit ~.

_-

_{_ ...}

_-

_.. M7 ~

.

_~ - 28

-Retour

UIT

M

M

Q

Q

444.4

-25.5

--(

111.1

!

25.5

-

-

-

-MlO

L.&

recycle

'"2e maa

circui

-

-555.6 ( ~,

444.4

-(

_M18

.-111.1

---( 2.8

olie.

2.8 (' 0.0055 -(

-bacteriën

V14

163.9

.-( ' 5.6 275.0 () . .~ -" - - - - 1 .. V21 {) _280.6

-n

_v23 189.5

( 280.6

-

-

-

---r ,

-280.6 (

-f . 280.6 (

C

_193.6 86.9

e

-29.2 (', _222.8 57.8 f' ~i , .. _

-c

-

.

(j 8.9

C

222.8 --

.-.

.

fJ-ltraat I"" centri-fugaat

...

~

.

lucht

•

!

V27 v32 M30 ~-M31 M33 agglomeratIelIl -Ir'

---v26 _lucht OL

r

30 -189.5

.--, 57.8 8.9 \89.5

Cl (

c

( ( ( (

n

0

o

·

-lUO.O 22 2.8

-~

Mássa in kg/s

Warmte in kW

.,.

18 9.4

~

~ M9

....

I

slib ~

..

_33.3

I

-I

-

r

r

-~ r-~

Totaal

~

100.0

Fabrieksvo?rontwerp

...

•

-I I

,'J

8

. i

A

pparaatsT'room

, Componenten

kolen

water

Totaal:

Apparaatstroom

, Componenten

kolen

water

olie

zeep

Totaal:

M in kg/s

a

in

kW

o

:)

1. voeding kolen

M

Q

55.6

-55.6

6.

M

U

277.8

277 .8

555.6

'1

_"'

_'"'

'"

1'"\

_'"

"

2. effluent 1e moler 3. recycle 1e molen

4. effluent crusher

5. voeding 1e molen

M

Cl.

M

Cl

M

0.

M

Q

277 .8

222.2

55.6

277.8

277.8

_222.2

_{277 .8}

555.6

444.4

55.6

555.6

7. voeding emulg.

8. voeding emulg.

9. voeding emulg.

10. voed. vl. malen

M

U

M

Q

_M

_U

_M

a.

2.8

55.6

2.8

0.0055

2.8

2.8

0.0055

55.6

' t ' : )

o

,

' I'

A pparaa

t

st- oom

, Componenten

kolen

wáter

as

Totaal:

Apparaatstroom

, Componenten

kolen

water

olie

zeep

as

Totaal:

o

'.:J

11. voeding water

M

Q

30.0

30.0

16. voed. bezinker

M

U

2.8

216.7

3.3

222.8

') " .' \ ""\ r - _t""I

"

,.

12. effl. le hydr.c 13. voeding 2e molen

14.afvoer slib

15.

M

Cl.

M

a.

M

a.

M

Q

i

55.6

277 .8

2.8

277.8

I

55.6

277 .8

27.2

277.8

3.3

0

111.1

555.6

33.3

555.6

17. recycle 2e molen 18. olie-emulsie

19. voo

bacteriesuspensie

r

condition.

20. conditioneren

effluent na

M

U

M

Q

_M

_U

M

U

222.2

55.6

222.2

2.8

163.9

219.4

2.8

0.0055

444.4

5.6

163.9

275.0

u

'"

') -:)

A

pparaa tsTr oom

, Componenten

kolen

water

agglomeraten

as

lucht

Totaal:

...

Apparaatstroom

, Componenten

kolen

water

agglomeraten

as

lucht

Totaal:

M

in

kg/s

Q

in

kW

o

C>

21. voeding condit.

M

Q

55.6

219.4

275.0

spuàluçht

.

26. oxy atl.ebassl.n

M

Q

8.9

8.9

~

_"

.')

"

r ' 1""\

_'"

r-22.

23. effl. agglom.

24. effl. 1e rijping 25 voedingslucht

• oxydatl.ebassl.n

,

M

0.

M

0.

M

0.

M

Q

55.6

2.8

2.8

55.6

222.2

222.2

52.2

52.2

3.3

3.3

8.9

,

111.1

280.6

280.6

8.9

29. filtraat

30

voeding

27. effl. 2e

_rijping 28. effl. 3e rijping

_opwerking

_{• oxvdatiebassin}

M

Q

_M

Q

M

0.

M

0.

2.8

2.8

1.2

1.4

222.2

222.2

_191.0

_1.8

52.2

52.2

_1.4

219.6

3.3

3.3

280.6

280.6

193.6

_222.8

I

Stroom/Componenten staat

') ,)

A pparaa tsTr oom

, Componenten

kolen water agglomeraten as

Totaal:

A pparaatslroom

, Componenten

Totaal:

M in kg/s

.""", ' 0 31 gezeefde • aaalOIleraten

M

Q

0.2 34.2 52.2 0.2 86.9

M

Q

,:) """, " \

"

t'"'

'"

"

[ ' centr~fugaat 32. opwerking 33. eindprodukt

M

Cl

M

Q.

M

Cl

M

Q

0.2 28.8 5.6 52.2 0.2 29.2 57.8

M

Q

M

Q

M

Q

M

Q

-

-(

7. Specificatie van de apparatuur

~EE~~~~~~!!J~~_!~~~_E~~~~~E~~~_~~!~~~~~~_!~~~~

( Apparaat No: V8 v14 V21 V23 V26

emulgerings- conditione- agglomeratie- rijpings-

oxydatie-Benaming, vat ringsvat vat vat bassin

type

c

-

.

Abs~f~x. 1 1 1 1 1 druk in bar temp. in oe ca 20 0 C ca 20 0 C ca 20 0 C ca 20 0 C ca 20 0 C , Inhoud in

m

3

0.33 250 34 34 12000 Diam. in m diepte 3 m

1

_/

h in m Vulling:

*

schotels-aant. vaste pakking

- katalysator-type (

-

, ,

-

_vorm

·

...

·

...

·

...

Speciaal te

ge-carbon st. beton Hastelloy C Hastelloy C beton

bruiken mat.

-aantal ₁ 1 1 1 1 () serie/parallel vermogen roerwerk in kW 55 300 240 1.5

o

()

*

aangeven wat bedoeld wordt

-Apparaat No:

V27 V32

-Benaming,

rijpingsvat rijpingsvat

(

type

Abs.~

_{1 1}

druk in bar

,

temp. in oe

ca 20 oe ca 20 oe ,

Inhoud in m

3

34 34

Diam.

in m

1

_/

h

in m

Vulling:

iE

schotels-aant.

vaste pakking

katalysator-typ~

-

,

,

_-

vorm

(

·

...

·

...

·

...

Speciaal te ge-

_{Hastelloy e Hastelloy e}

bruiken mat.

aantal

_{1 1}

serie/parallel

vermogen roerwerk in kW 1.5 1.5 I •

Apparatenlijst voor pompen, blowers, kompressoren

---Apparaat No: P3

_-

P5 P11 P12 P13

recyclepomp voedingspomp afvoerpomp emulsie- afvoerpomp

eerste eerste overflow voedings~mp effluent

Benaming, hydrocycloon hydrocycloon eerste

(centrifug. )

oxydatie-type (centrifug. ) (centrifug. ) hydrocycloon bassin

(centrifug. ) (centrifug. )

(

-te verpompen kolenslurrie kolenslurrie kolenslurrie olie/water- asslurrie

<.: _medium emulsie Capaciteit in

lisix~

kg/s* 444 555 111. 5.6 223 ( Dichtheid 1175 1175 925 1046 kg/m

3

1175 in Zuig-/persdruk in bar (~l<C!d 1 2.4 1 1 1 eff.

*)

temp. in

°c

ca 20 0 e ca 20 0 e ca 20 0 e ca 20 oe ca 20 0e ' ~

c

in / uit Vermogen in kW 44/64 133/190 20/28 0.56/0.8 22/32 theor./ prakt. Speciaal te ge

bruiken mat. Hastelloy e Hastelloy e Hastelloy e carbon st. Hastelloy e

(

aantal 2 2 2 2 2

serie/ parallel parallel parallel parallel parallel parallel

()

*

aangeven wat bedoeld wordt

o

-Apparatenlijst voor pompen, blowers, kompressoren

---(

Apparaat No: P15

_-

p16 P17 P19 P20

voedingspomp pomp voor afvoerpomp recyclepomp effluentpomp

retourwater

Benaming, tweede _{met bacteriën} overflow tweede

Iconditione-hydrocycloon

(centrifug. ) tweede hydrocycloon ringsvat

type _{(centrifug. )} hydrocycloon (centrifug. ) (centrifug. )

(

-

(centrifug. )

(

te verpompen _kolenslurrie bacterie- _{kolenslurrie kolenslurrie} kolenslurrie

suspensie medium Capaciteit in 555 190 111 444 275

~

kg/s* ( Dichtheid 1175 kg/m

3

1000 1175 1175 1070 in Zuig-/persdruk in bar(~K§tiè 3.77 1 1 1 1 eff.

*)

temp. in

°c

0 0 0 0 0 ca 20 C ca 20 C ca 20 C ca 20 C ca 20 C in / uit ( Vermogen in kW 210/300 theor./ prakt. 20/28 20/28 44/64 28/40 Speciaal te ge

Hastelloy C Hastelloy C Hastelloy C Hastelloy C Hastelloy C

bruiken mat

aantal 2 2 2 2 2

serie/ parallel parallel parallel parallel parallel parallel

n

o

*

aangeven wat bedoeld wordt

(

(

Apparaat No: p22 P24 P25 P28 P29

voedingspomp voedingspomp compressor voedingspomp effluentpomp

Benaming, eerste tweede voor derde filtraat

rijpingsvat rijpingsvat beluchting rijpingsvat zeefsectie

type _{(centrifug. ) (centrifug. ) oxydatiebassin (centrifug. ) (centrifug. )}

(

-

(turbocompr. )

te verpompen _{kolenslurrie kolenslurrie lucht kolenslurrie asslurrie}

( medium Capaciteit in _{280 280 8.9 280 194}

~i~~

kg/s* ( Dichtheid kg/m

3

1070 1070 1 1070 1046 in Zuig-/persdruk in bar~xQf 1 1 0.3 1 1 eff.

*)

temp. in

°c

0 0 _oe 0 _oe ca 20 e ça 20 e ca 20 ca 20 e ca 20 in / uit ( Vermogen in kW _{28/40 28/40 280/400} 28/40 18/26 theor./ prakt. Speciaal te ge Hastelloy Hastelloy

Hastelloy e Hastelloy e carbon st. e e

(

bruiken mat

aantal 2 2 2 2 2

serie/parallel parallel parallel parallel parallel parallel

_I

I

1

()

*

aangeven wat bedoeld wordt

-( (

c

( ( ( (

n

o

o

Apparatenlijst voor pompen, blowers, kompressoren

---Apparaat No:

P33 P34

effluentpomp

voedingspomp

Benaming,

centrifugaat

zeef sectie

(centrifug. )

(centrifug. )

type

-te verpompen

asslurrie

kolenslurrie

medium

Capaciteit in

_{30 280}

~ft kg/si{

Dichtheid

_{1046 1070}

in kg/m

3

Zuig-/persdruk

in bar

k~~XlltX 1 1 eff.

*)

temp. in

°c

0

ca

2Q C

ca

20

oe

in / uit

Vermogen in kW

3.5/5

28/40

theor. / prakt.

Speciaal te ge

Hastelloy

C

Hastelloy

C

bruiken mat

aantal

2 2

serie/parallel

parallel

parallel

*

aangeven wat bedoeld wordt

!

I

I

Apparatenlijst voor diversen

---(

Apparaat No: M1 M2 M4 M6 M7

breekwals eerste hydrocycloon

-

_{("triple roll staafmolen eerste}

Benaming, _{silo transportband}

met hopper crusher") maalcircuit

type

Capaci tei t

55.6 55.6 28 28 80.5

in kg/s (droge stof)

(

Ahs.of

eff.

*

_{ahs abs ahs abs eff(inlaat)}

druk in

b

ar

1 1 1 1 2.4

(

oe

ca 20 0 ca 20 0 200 20 oe 20 0

temp. in e e ca e ca ca e

Tnhoud in m

3

inhoud_ ~ lengte x rollengte diameter 3 m diameter

1000 m 3 breedte 1.50 m lengte 4.3 m 0.61 m

of afmetinp,-en

100 x 0.5 m

in rn

*

aantal _{1 1} 2 3 8

serie/parallel parallel parallel parallel

(

materiaal carbon st. carbon st. Hastelloy e

vermogen in kw 8 50 400

o

H aangeven wat bedoeld wordt

o

-(

Apparatenlijst voor diversen

---(

Apparaat

No:

M9 MlO M18 M30 M31

bezinker tweede hydrocycloon trilzeef 'vibrating

Benaming, voor staafmolen tweede voor

basket"-terugwinning maalcircuit ontwateren van :entrifuge vooz

type bacteriën agglomeraten )ntwateren van

( agglomeraten

Capaciteit

in kg/s 223 8 5.5 14 30

(droge stofl (droge stof) (droge stof)

Ahs.of eff.

*

abs abs eff (inlaat) abs abs

druk in bar 1 1 3.77 1 1

°c

ca 20 0 ca 20 0 ca 20 oe ca 20 0 ca 20 0

temp. in

c

c

c

C

Inhoud in m

3

diameter 45 m diameter 3 m diameter oppervlakte diameter

2 lengte 4.3 m 0.20

m

7.5 m 2 0.65 m

of afme tinr,en diepte m

in m 3(

aantal 2 10 80 4 8

serie/parallel parallel parallel parallel parallel parallel

(

materiaal beton Hastelloy C Hastelloy C Hastelloy C

c

vermogen

400 12 15

in Kw

(

Apparaat No:

_M35

, transflortband

I

Benaming,

I voor afvoer

agglomeraten (

type

-Capaciteit

in kg/s 57.8 (

*

Abs.of effe

_abs

druk in bar

1

°c

20 0

temp. in

ca C

Inhoud in m'

lengte x breedte

of afmetingen

100 x 0.5 m

in

m

JE aantal 1 serie/parallel carbon st. materiaal Vinyplast rubber vermogen 8 in kW

o

I(

aangeven wat bedoeld wordt

o

-r

(

(

, )

\...'

8. Economische aspecten van het proces

De kosten van het ontzwavelingsproces delen we in in vier categorien:

1. Kapitaalkosten 2. Energiekosten 3. Grondstoffenkosten 4. Personeelskosten

Alle prijzen baseren we op januari 1982.

8.1.

Kapitaalkosten

De kapitaalkosten volgen uit de apparaatkosten(tabel l)De apparaatkosten bedragen kf 27956,-. De investeringskosten worden bij processen met vaste stoffen over het algemeen op 3.1 x deapparaatkosten gesteld; de investeringskosten bedragen dus kf

86664,-De kapitaalkosten worden gevormd door: - afschrijving - onderhoud - verzekering - belasting - overhead(indirekte kosten) ,

, I"

t .. · \ ' .

I v . '

De economische levensduur van een centrale wordt meestal op 20 jaar ges.teld, dus de afschrijvingen bedragen dan jaarlijks 5 % van de investe-rings.kosten.

De onderhoudskosten zullen als gevolg van het grote aantal processtappen waarbij met vaste stoffen gewerkt wordt relatief hoog zijn. Wij schatten ze in op 10 % (tegenover de petrochemische industrie 3 - 5 %).

Belasting en verzekering schatten we in op elk 1 % van de investeringskosten.

Vaak wordt de "plant overhead" (terrein, kantine, veiligheid, administratie,

R&~ e.d.) uitgedrukt als funktie van de investerings- en de loonkosten. Hackney(geciteerd in (23)> vermeldt: