Verbranding van gechloreerde koolwaterstoffen met terugwinning van waterstofchloridegas

.~i

·

TU Delft

Technische Universiteit Delft

Pau1usweg 40

3341

ex

H.I.Ambacht

Verslag behorende bij het fabrieksvoorontwerp

van B. Rijplcema

D.

Wever onderwerp: sech10reerde Kortemolenstraat 17 2513 BH Den Haag opdrachtdatum: 1-11-88 verslagdatum: re bruari 1989

( ( ( ( ( (

c

(

c

o

o·

- 1 -Samenvatting.

Dit fabrieksvoorontwerp beschrijft de verbranding van een afvalstroom van gechloreerde koolwaterstoffen met terugwinning van warmte en waterstofchloride.

De afvalstroom (3600 kg/h,

30

~

ton/jaar)

wordt met lucht en water verbrand in een fornuis bij een adiabatische vlamtempera-tuur van 1600 ·C. De vrijkomende warmte wordt gebruikt voor de opwekking van stoom.

Het verbrandingsgas, voornamelijk C02, N2, H20 en HCI met een kleine hoeveelheid O2 en C12, wordt gekoeld en partiäel

geconden-seerd bij 25 ·C. Het HCI in de gasfase wordt adiabatisch geabsor-beerd en samen met de vloeibare fase extractief gedestilleerd m.b.v. MgCI2. De extractieve destillatie is nodig om de hoog-kokende azeotroop van het systeem HCI-H2 0 te verschuiven. De

topstroom van de destillatiekolom wordt gecondenseerd bij 0 ·C, waardoor een 99.99 % HCI-gas (2189 kg/hl wordt verkregen.

Het in het afval aanwezige chloor wordt voor 99,98 % omgezet in HCI. waarvan 98.5 % teruggewonnen wordt. Een klein deel van het verloren Hel (0.97 kg/hl wordt samen met het gevormde Cl2 (0.49 kg/hl gespuid, de rest ( 31.5 kg/h) wordt geneutraliseerd met MgO.

De totale investeringen voor het ontworpen proces bedragen 22.7 Mfl. Door de verkoop van HCI-gas en lage druk stoom wordt een winst gemaakt van 2,5 Mfl/jaar. De Return on Investment komt uit op 10.6 %, de Internal Rate of Return op 9.5 %.

I

(

r

:-)

- 2

-Conclusies en aanbevelingen.

Conclusies:

1. Gechloreerde koolwaterstoffen kunnen met het ontworpen proces op een economisch verantwoorde manier vernietigd worden.

2. De hierbij mogelijk gevormde dioxines zijn intermediair en

,.'''zullen bij de heersende reaktorcondities volledig in water.

VI"'" ,

,\~ ~ ' ... koo ldi oxide en zoutzuurgas omgezet worden.

, (1\-1-"

),--'1,')

~.

De vorming van chloorgas wordt door de toevoeging van water

_~,

<'

\\»'

doeltreffend onderdrukt (concentratie chloor

<

25 ppm). ~~~

, ,

.-4. De relatief grote stromen inert gas (N2 en C02) en waterdamp hinderen een goede absorptie van het zoutzuurgas.

6. Het BASF-proces bereikt door de extreme reaktieomstandigheden een hogere conversiegraad dan de luchtverbrandingsoven. De afwezigheid van goede scheidingsapparatuur is debet aan een relatief lage recovery en daardoor hoge neutralisatiekosten. 7. Uit een economische analyse blijkt dat de rentabiliteit van

het BASF-proces vrijwel nihil is. Door opschaling komt de rentabiliteit in dezelfde orde van grootte te liggen als die van het ontworpen proces.

Aanbevelingen:

1. Het gebruik van CaCl2 bij de extractieve destillatie verdient

,1\\

nader onderzoek vanwege de hoge op I osbaarhe id en de lage

\.IV' pri js van deze stof.

2. I.v.m de agressiviteit en de giftigheid van het zoutzuurgas is het gewenst om de fabriek zo dicht mogelijk bij een fabriek die zoutzuur verwerkt te plaatsen.

3. Doordat de emissie-standaarden verscherpt zijn, is het noodzakelijk de absorptiekolom uit te voeren met een extra

loog-was in de top.

4. De BASF-reaktorwand verdient nader onderzoek. De wand is vanwege de eis tot warmteoverdracht niet met hittebestendig materiaal bekleed. De wand kan van een hoog-gelegeerde staal-soort zijn en/of de binnenwand is behandeld tegen hoge temperaturen.

( ( ( ( ( ( (

o

() - 3 -Inhoudsopgave. Samenvatting Conclusies en aanbevelingen Inhoudsopgave 1. Inl e iding 2. 2.1. 2.2. 3. 4. 5. 5.l. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7. 5.8. 6. 7. 7.l. 7.2. 8. g.

Uitgangspunten van het ontwerp Externe gegevens

Inherente gegevens

Beschrijving van het proces Procescondities

Motivering en berekening van apparaten De verbrandingsoven

De stoomketel

De condensatie van zoutzuur De adiabatische absorptiekolom De extractieve destillatie

Neutralisatie van het bodemprodukt De indamper

Pompen en compressoren De procesregeling

Vei 1 igheidsaspecten Corrosie

De vorming van dioxines Massa- en warmtebalans

Specificatie van apparatuur

10. Kostenberekening van de installatie 10.1. De investeringskosten 10.2. De loonkosten 10.3. De afschrijvingskosten 10.4. De onderhoudskosten 10.5. 1l. 12. 13. 14.

Opbrengst en rendement van het proces

Het BASF-proces voor verbranding van CKW-afval Vergelijking tussen het ontworpen proces en het BASF-proces

Symbolenlijst Literatuurlijst

Bijlagen: 1. Berekening van reaktorcondities 2. Werklijn adiabatische absorptie

pagina 1 2 3 5 6 6 7 8 10 12 12 12 13 13 15 17 17 19 20 21 21 22 23 31 39 39 39 40 40 40 43 44 46 48 50 52

( ( ( ( ( ( ( ( I (

o

3. 4. 5. 6. 4 -Berekening absorptiekolom 54 Berekening destillatiekolom 55

Uitwerking van investeringen 57

( ( ( ( ( (

c

o

- 5 -1. Inleiding.

Het doel van dit fabrieksvoorontwerp is het op zo economisch mogelijke wijze verbranden van afval dat gechloreerde koolwater-stoffen (CKW) bevat, rekening houdend met emissiebeperkingen t.a.v. chloor en waterstofchloride. Het aldus ontworpen proces kan dan vergeleken worden met een door BASF Antwerpen gebruikt proces voor de verbranding van CKW-afval.

Vele chemische processen hebben gechloreerde koolwaterstoffen als eind- of tussen produkt. CKW's worden onder meer gebruikt bij de produktie van kunststoffen (bv. vinylchloride), pesticiden en oplosmiddelen. De biologische afbreekbaarheid van gechloreerde verbindingen is echter meestal gering, waardoor ZlJ zich kunnen

ophopen in vetrijk weefsel van levende organismen.

Bij de methoden die volledige vernietiging van CKW-afval na-streven is verbranding met lucht of zuurstof de meest toegepaste:

- Verbranding op zee, waarbij de verbrandingsgassen zonder verdere behandeling de verbrandingsruimte verlaten. Op de Noordzee werd in 1988 in totaal nog ongeveer 70.000 ton afval op deze manier verbrand. In 1994 zal de verbranding op de Noordzee echter geheel verboden worden.

- Bijmengen van kleine hoeveelheden cessen zoals cementovens, waarbij door aanwezige metaaloxiden. Deze toegepast.

in andere verbrandingspro-HCI en Cl2 gebonden wordt

methode wordt beperkt

Verbranding in landinstallaties met (gedeeltelijke) terugwin-ning van warmte en/of HCI. In het algemeen wordt hierbij Cl2

en een deel van het HCI geneutraliseerd. Deze methode wordt vrij veel gebruikt, bv. door AKZO Zout Chemie in de Botlek. - Verbranding onder verhoogde druk met een direct gebruik van

gasvormig HCI en CI~, zoals bij BASF Antwerpen.

De beste methode hangt o.a. af van de vestigingsplaats van de installatie i.v.m de kosten van bv. zuurstof of brandstof voor de verbranding, mogelijk te verbruiken stoom of electriciteit en de afzet van geproduceerde stoom of HCI-gas.

( ( ( ( ( r \. (

o

.., j\ ') ~ ''<'--r' ~\, ,cr \.J - 6

-2. Uitgangspunten van het ontwerp.

2.1. Externe gegevens.

Er is een fabriek ontworpen met een capaciteit van 30 kton/jaar, vergelijkbaar met de installatie van AKZO Zout Chemie

in de Botlek (1). Het aantal bedrijfsuren bedraagt 8350 .

De samenstelling van het te verbranden CKW-afval is gesteld op

" C~H2Cl1" 1, in verband met het chloorgehal te van 60 w-% en de verhouding H/Cl van 1,8. Hulpstoffen bij de verbranding zijn

' - -

---lucht en condensaat van 100°C.

Het produktgas (18,3 kton/jaar) bestaat voor 99,99 w-% uit HCI en 0,01 w-% uit H2 0. Het afgas (162 kton/jaar) bestaat uit

N2,

C02, kleine hoeveelheden O2 en H20 en ongeveer 50 ppm HCI en 30 ppm Cl 2 . Daarnaast is er een spui (1,15 kton/jaar) van 30 w-% MgCb in water.

De emissiestandaarden die als randvoorwaarden bij het ontwerp werden gebruikt zijn (Stern, 2): 328 ppm HCI en 77 ppm C12 •

Bij navraag bleken de standaarden echter veel scherper te zijn (Rijnmond, 3): 35 ppm HCI en 20 ppm C12.

Verlaging van de afgasconcentraties HCI en Cl 2 kan bereikt worden door het afgas continue door de neutralisatie-eenheid te leiden.

( ( ( ( ( ( ( (

I

(

o

1

c

7 -2.2. Inherente gegevens.

Tabel 1. Fysische constanten en stofeigenschappen van de reaktanten, produkten en hulpstoffen (4 en 5) .

Stof M dichtheid bp MAC water opl.

I

~gLmol} ~kgLm3l _{~ • C}} ~mgLm3} Chloor

_I

70,91 3,214 -34,6 3 Chloorethaan

_I

64,54 0,90E3 12,3 2600 1,2-dichloorethaan

_I

98,96 1,24E3 83,5 200 kooldioxide

_I

44,01 1,977 -78,5 9000 koolmonoxide

_I

28,01 1, 250 -191, 5 55 magnesiumchloride

_I

95,22 2,32E3 nvt nvt magnesiumoxide

_I

40,31 3,58E3 nvt nvt stikstof

,

28,01 1,251 -195,8 nvt water

_I

18,02 1, 00E3 100,0 nvt waterstof chloride

_I

36,46

(l,QO

----

à

-84,9 7

"

zuurstof

_I

32,00 1,429 -183,0 nvt Lower en Upper Explosion Limit met lucht (v/v-%): chloorethaan 4,0 - 14,8

1,2-dichloorethaan 6,2 - 16,0

MAC = Maximal Allowable Concentration.

dichtheid bij 20 ·C. ~gLl} 5,730 62 0 8 20 1, 452~ 18,6:;w 7271O C::> 0,09::!w 11,44 0 56160 22, 12~

( ( ( ( ( ( ( - 8

-3. Beschrijving van het proces.

Het proces wordt beschreven aan de hand van het processchema op pagina 9.

De CKW-afvalstroom wordt met lucht verbrand in fornuis P5, waarbij tegelijk heet water wordt ingespoten. De adiabatische vlamtemperatuur is 1600 ·C. Met behulp van ketel H4 wordt lage druk stoom opgewekt, waarvan een deel in het proces wordt gebruikt. Het hete water bestaat uit gerecirculeerd condensaat, aangevuld met ketelwater.

De verbrandingsgassen worden afgekoeld tot 25 ·C, waarbij 31,5 w-% zoutzuur uitcondenseert. De gasfase, evenals het absorptiewa-ter, wordt heet (respectievelijk 98 en 100 ·C) aan absorptiekolom T8 gevoed. De kolom produceert 28 w-% zoutzuur, het afgas bestaat

uit N~, CO~ en kleine hoeveelheden 02, H~O, HCI en C12.

De resulterende zoutzuurstroom wordt samengevoegd met een geconcentreerde MgCl2-stroom en extractief gedestilleerd in kolom T14, waarbij de voeding op het kookpunt (95 ·C) wordt ingevoerd. Na condensatie bij 0 ·C bevat het topprodukt 99,99 w-% HCI-gas. Het bodemprodukt bevat naast 29,3 w-% MgCI~ nog 0,2 w-% HCI. Voordat het MgCl2 wordt opgewerkt wordt de bodemstroom dan ook geneutraliseerd met MgO om de indamper te sparen. De indamper bestaat uit zes trappen en produceert een 42,3 w-% MgCI2-stroom.

Met het ontworpen proces kan gemakkelijk CKW-afval met wisselende samenstelling verbrand worden. Van belang hierbij zijn het chloorgehalte en de kalorische waarde van het afval. M.b.v. de hoeveelheid heet water kan de temperatuur en de CI 2-concentra-tie in de reaktor beïnvloed worden. Het chloorgehalte van het afval moet echter niet te laag worden, omdat de HCI-opbrengst voor een belangrijk deel de rentabiliteit van het proces bepaalt. Bij de inbedrijfstelling moet eerst een deel brandstof bij de afvalstroom gemengd worden om de verbrander snel op 1600 ·C te krijgen. Aanvankelijk zal het afgas, met een hogere HCI/CI2-concentratie, in een neutralisatievat behandeld worden met NaOH. De extractieve destillatie zal door een verschoven werklijn een bodemstroom produceren met meer HCI, zodat aanvankelijk een hogere MgO-toevoer nodig is.

" 10000 C'> ~

--

~ tO U ~ c: 0 .~ .... IJ> ::J .J:) E ₁₀₀₀ 0 u ... 0

....

tO QJ ~

'"

_\

o eHZel Z

\

0\ eH") .' o e(1₄ zo 40 60 80 100

Chlorine Content in CHC by Weight %

Figuur 1. De verbrandingswarmte van CKW

",:' Co ~ 11

--

C ~

'"

c 0 u E :::l L. ..c :::l 0-u.J

t

als funktie van het chloorgehalte.

100 10 0,1

°

_-

_{Temperatur (OC I} (P HC[)2 (P0211/2 Kp -

---!:-(PH201 ( PCl 2 1 1500

Figuur 2. Temperatuurafhankelijkheid van de even-2000

wichtsconstante van het Deacon-evenwicht.

( (

c

c

o

0

c

') ) --- --AFVALSTROOM GECHLOREERDE KOOLWATERSTOFFEN C 1 LUCHTCOMPRESSOR P 2 VOEDINGSPOMP ...

,

C J VERBRANDINGSGAS COMPRESSOR H 4 STOOMKETEL F 5 VERBRANDINGSOVEN H 6 ZOUTZUUR CONDENSOR STOOM naar T14. HgenH23 V 7 T 6 H 9 VlO P 11 H 12 I I L ______ _ ZUUR-GAS SCHEIDER ABSORPllEKOLOM VERWARMER NEUTRALISA llEVA T ZUUR POUP PEKEL-ZUUR-KOELER P13 T 14 H 15 P 16 U 17 U 16 '"'\ NaOH(aq) (j)'VlO PEKEL POMP STRIP-KOLOM NaCI(aq)Y Spul

I

ZOUTZUUR-CONDENSOR RECIRCULA llEPOMP SILO TRANSPORTSCHROEF V 19 P 20 V 21 H 22 H 23 '" _"'"" NEUTRAUSAllEVAT CONDENSAA TPOMP ZUUR-GAS SCHEIDER WATERDAUP-CONDENSOR ZESTRAPS-INDAMPER ,....,

"

I I I I I I L __________________ " M17

~H~H!

I -., r-I

@--~J

81,0"0,,

_I

Spul r--WATERSTOFCHLORIDE H23

PROCESSCHEMA voor de VERBRANDING van

GECHLOREERDE KOOLWATERSTOFFEN met

TERUGWINNING van WATERSTOFCHLORIDEGAS

B.RIj>kema

G.D.Wever

Ó Stroomnummer

D

Temp. in ·c

Fabriek.voorontwerp No: 2761

O

Februori 1969

Absolute druk in bar

( ( ( ( ( (

o

- 10 -4. De procescondities.

De verbranding van CKW-afval met lucht verloopt als volgt (Gupta, 6):

2-

l-(

r

C2H:zCI1.1 +

~02

---) 2 CO:z + 1,1 HCI + 0,45 H:zO

De verbrandingswarmte voor afval met 60 w-% Cl is ongeveer -4000

kcal/kg -16744 kJ/kg (figuur 1). Naast de verbranding stelt

zich het Deacon-evenwicht in:

- - - )

Cb~ + ~O

<---

2 HCI + 1/2 O:z

De vorming van Cl2 is ongewenst i.v.m. de hogere corrosiviteit. de lagere opbrengst aan HCI en de hogere milieueisen voor lozing in het afgas. De evenwichtkonstante K als funktie van de tempera-tuur is gegeven in figuur 2 (De Zeeuw, 7). De verbranding vindt plaats bij een druk van 1 bar, bij de hoogst toelaatbare tempera-tuur van de reaktor (1600 'C), met een kleine overmaat lucht (5%) om volledige verbranding te garanderen en met toevoeging van extra water.

De toevoeging van water is niet alleen van belang voor het Deacon-evenwicht, maar zorgt ook voor de omzetting van gevormde kool via de reaktie:

121,1 kJ/mol en voor het evenwicht

AH -41,0 kJ/mol

De koelwater-condensor opereert bij 25 ·C. Bij aanname van evenwicht tussen vloeistoffase en gasfase wordt berekend dat een 31,5 w-% HCI-oplossing uitcondenseert.

In de absorptiekolom zal de temperatuur van 98 'C (bodem) oplopen tot een maximum van 108

·c (

ca. 3/4 hoogte kolom) en daarna weer afnemen tot 100·C (top). De absorptie (bij

atmos-ferische druk) geschiedt adiabatisch, de oploswarmte wordt

afgevoerd via de verdamping van water. Het bodemprodukt is een 28 w-% HCI-oplossing, het afgas bevat ongeveer 50 ppm HCI en 30 ppm CI:z.

De extractieve destillatiekolom werkt bij 1,1 bar. De voeding wordt op kookpunt ingevoerd (95 ·C). Uit het evenwichtsdiagram en

(

c

( ( \ ) - 11

-de gebruikte werklijn blijkt dat de kolom in feite als een stripkolom werkt. De bodemstroom heeft een temperatuur van 116

·C, zodat het temperatuurverschil over de kolom slechts 21 oe. De

opwekking van de dampstroom gebeurt door de injectie van stoom.

Ook voor de brine-condensor (0 ·C) is verondersteld dat de twee fasen in evenwicht zijn, zodat berekend kan worden dat er een 45 w-% Hel-oplossing uitcondenseert. Hierbij ontstaat een produktgas van 99,99 w-% Hel.

+

I ,

LEGEND:

U ... hown thu. - _ _ _

Indicate alotal v.por p~ of 1 a-.,ben: Uno. ohown thu. - - _ _ _ _

Indicele a lotal

va..,..

pnuun biBber thaD 1 a~

Una ohown thus - - - _

Indicete a total applitd prenure of 1 allDo. OYer a raap for .bieb tbe ",por pra.ure ia leu !hon 1 ~ .

·1

ti

z:. Indicala weipl per cenl of Ha va..,.. in !he mixlure

Z. Indicet .. weicht per cent of Ha liquid in Ibe mixture

~. Indicei .. weipl per eent of Ha lOIid in the mixlure P = TotaI-_ r e

P.= Vapor_ure

I. = Boiliq poÎDI I, = FreeziDc poinl

Figuur 4. T-x-diagram van het systeem HCI-H20.

f7

I

I l ( (

o

)

o

( ( ( ( ( ( (

o

n

- 12

-5. Motivering en berekening van apparaten.

5.1. De verbrandingsoven.

In de reaktor wordt een vloeibare CKW-stroom (1,00 kg/s) verbrand met lucht (4,96 kg/s, 5% overmaat) in een "turbulente" vlam (T ~

1600 ·C). Om de vorming van chloor zoveel mogelijk te onderdruk-ken, wordt bij de verbranding tevens heet water (0,83 kg/s, T =

100 ·C) toegevoegd.

Als produkt ontstaat een mengsel van 56,1 w-% N2, 20,0 w-%

CO~.<~, 14.1 w-% H:zO. 9,1 w-% HCI, 0,7 w-% 0::.::: en ongeveer 22 ppm

Cl::.:::. Deze gasstroom wordt daarna snel door een stelsel van fornuispijpen in de stoomketel afgekoeld tot ca. 200 ·C.

De binnenwand van het stalen fornuis is bekleed met hitte- en zuurbestendig keramisch materiaal.

Om

het gedrag van de reaktor te bestuderen is een rekenpro-gramma geschreven (bijlage 1). Hiermee kan het verband tussen de verbrandingstemperatuur, de hoeveelheid toegevoegd water. de overmaat lucht en de vorming van Cl::.::: worden bestudeerd.

5.2. De stoomketel.

De hete gassen uit de verbrandingsoven staan hun warmte af aan een stelsel fornuispijpen (179 m2 _{) . De warmteoverdracht gebeurt}

snel om verschuiving van het Deacon-evenwicht te voorkomen.

Volgens het evenwichtsdiagram in figuur 4 (van Nuys, 8) kan dauwvorming al optreden bij een temperatuur van 108,6

·e

(dauw-puntslijn) . Om de pijpen en de fornuisbekleding te sparen, moet daarom bij hogere temperatuur worden geopereerd.

De gassen worden dan ook niet verder gekoeld dan 200 ·C. Met de hoeveelheid warmte (12,6 MW) die hierbij wordt overgedragen, genereert de ketel 4.84 kg lagedruk stoornis. Hiervan is 1,63 kg/s bestemd voor eigen gebruik. Surplus-stoom wordt aan het lagedruk-net van het fabriekscomplex geleverd.

De ketelvoeding (T=63 ·C) bestaat uit een mengsel van ketelwa-ter en gerecirculeerd condensaat. De fornuispijpen zijn van laaggelegeerd Cr-Mo-staal gefabriceerd (Perry, 9).

<:) ~ ~ 2.0 ti ~1.0 • Q,. ->0:: 0.5 v è ata ~ 02

J

0.7 I ,

v

I----+<-'~f_H+~ ~ ij , IV n~H+-+'I,f.-: t+fj'tll 2 1--:'Y-t-:+++t:1~~.LJ..+-1t+'1. "" ~ <0 foi--'JI " ... .!:.I.-++-+M-, H-JII-+i

10-J L.../---1.."'-/J...:....IIJ...U.J.J../~~-UL.J1L.,j

;

u...;.:11.L...L...aVIt--l...4...ou;~ ~~~II

","",": ...

I:f-"L'-"

I

_H 10-' 2 4 6810D 2 .:. 6 810' 2 4 68101 _{2 mm HgB 10}J P_H10 I I I I I 0.7 02 ala Q5 7,0 7.5 Gesamtdruck P;PHCI' PH,.D , ,.

Figuur 3. Dampspanningsdiagram van het systeem HCI-H20.

~) .~ . ~")' . l ( ( (

o

o

o

( ( ( ( (

o

o

- 13

-5.3. De condensatie van zoutzuur.

Om het HCI-gas van de verbrandingsgassen te scheiden kan de gasstroom rechtstreeks naar een absorptiekolom worden gevoerd. De fractie HCI betrokken op het systeem HCI-H20 in de gasstroom ligt echter niet erg gunstig (x=0.39). Uit het evenwichtsdiagram voor het systeem HCI-H20 in figuur 5 (Washburn. 10) blijkt dat de bodemconcentratie HCI dan laag wordt «21 w-%). Doordat deze stroom later weer met een MgCl2-oplossing gemengd wordt. zal de HCI-concentratie van de destillatievoeding nog lager worden. De gevolgen voor de destillatie zijn dan:

1. een grotere kolomdiameter. doordat grotere stromen verwerkt moeten worden.

2. een groter energieverbruik doordat de condensor en de reboiler groter uitvallen.

Een voor de absorptie gunstige. dus hoge. HCI/H20-verhouding in de gasstroom kan via partiële condensatie gerealiseerd worden. M.b.v. figuur 3 (Schmidt. 11) kan berekend worden dat bij 25 ·C 97% van het water uitcondenseert. zodat koelwater als koelmedium gebruikt kan worden. Het overgedragen vermogen bij het afkoelen van 237 naar 25°C bedraagt 4055 kW. Tijdens de condensatie zal.

indien evenwicht wordt verondersteld. 70% van het HCI oplossen in het water. zodat een 31.5 w-% HCI-oplossing ontstaat (1.36 kg/s) .

De fractie HCI in de gasstroom (enkel op het systeem HCI-H2 0

betrokken) is dan opgelopen tot 0.87. Uit het evenwichtsdiagram in figuur 5 blijkt dat dan een 28 w-% HCI-oplossing als bodem-produkt te realiseren is (0.68 kg/s) .

Vanwege het agressieve milieu is gekozen voor condensors die geheel (mantel èn pijpen) van Hastelloy B2 (9) gefabriceerd zijn. De hoge compressiekosten en de hoge drukval over een enkele condensor hebben ertoe geleid dat twee koelwater-condensors parallel geschakeld worden.

5.4. De adiabatische absorptiekolom.

De verbrandingsgassen bevatten na de condensor nog veel HCl-gas en worden daarom in een absorptiekolom gevoerd om de HCl-concentratie tot 50 ppm terug te brengen.

-- I~~---90 -bo 50 -- - - -- ---- ---1.0 - - --- - - -- -- -- ---- -- --

-./

"

,

_,

--- - -. - -_.~---

-r

-~-

_·

t---

.

_

_

-

.

--/-~

.

-

~

.

- t __ :::-:-- __ - - - ---- -._- -

---__

____

_

~

______

.t

_

___

'1

_

-.:

__

6 B _ LO ,~ _ _ _ -.4)("-- • - - --_._--- -. ---~ .. - ----.. ~ -- . "--'lt _J 0 __ ~O -lD. .t.t .l.lt _ c

.J.6

~

.0

".t--

Alt

. _

_

(w~_Z>-_~

Figuur 5. Absorptiediagram van het systeem HCI-H20. t ' .. :

( C'

o

o

o

o

o

o

( ( ( ( ( (

o

o

o

.

14

-absorptie zeer veel warmte afgevoerd moeten worden, het proces wordt daarom adiabatisch (11, 12) uitgevoerd bij een temperatuur tussen 98 (bodem) en 108 ·C. De vrijkomende absorptiewarmte wordt hierbij afgevoerd door verdamping van water uit de vloei-stof, die in de gehele kolom op het kookpunt is. De overwegingen, \.,3,

~-~.- '{ .k"

die tot deze keuze geleid hebben zijn: '/<'-<" I

1. De kolom kan volgens een stap-procedure uit de literatuur berekend worden (zie bijlage 2).

2. Doordat de vloeistof overal in de kolom op het kookpunt is, wordt de absorptiewarmte gelijkmatig afgevoerd.

3. Doordat de kolom een glass-lining heeft, wordt een klein temperatuurstraject als een voordeel beschouwd.

4. Het bodemprodukt van de absorptie moet op hoge temperatuur (95 ·C) aan de destillatiekolom gevoed worden.

In de kolom bevindt zich een bed van keramische Raschig-ringen (dy

=

50 mm) , dat gezien de hoogte (12,4 m) een extra ondersteu

-ning en herverdeelinrichting nodig heeft . Over het bed wordt ketelwater van 100·C gesproeid. De keuze voor ketelwater i.p.v. proceswater heeft twee

zuiver, anderzijds

redenen. Enerzijds is het water heel

is ketelwater overvloedig beschikbaar,

namelijk als condensaat. De verhouding van water- tot gasstroom in de kolom (0,65 en 5,43 kg/s) is gekozen op de grens van het operatiegebied van een gepakt bed om een maximale HCI-concentra-tie in het bodemprodukt te verkrijgen.

De gevolgen van een lage HCI-concentratie in het afgas en een hoge concentratie in de bodemstroom komen tot uitdrukking in het aantal theoretische trappen. Uit figuur 5 blijkt dat er 4 trappen nodig zijn. De kolom is uitgebreid doorgerekend in bijlage 3.

De bodemstroom (T

=

98 ·C) bevat 28 w-% HCI en wordt samenge-voegd met de 31,5 w-% HCI-oplossing uit de condensor. Hieruit ontstaat een 30,3 w-% HCI-oplossing van 50 ·C. Het afgas (T ~

100 ·C) bevat nog inerte gassen als N2 en CO2 ()95 w-%) , 3,5 w-%

H~O, 1 w-% 02, 50 ppm HCI en 30 ppm C12. Bij deze concentraties

chloor- en zoutzuurgas wordt aan de emissiebeperkingen voldaan en

kan het afgas veilig gespuid worden. Bij het opstarten en

afregelen van het proces wordt het afgas uit veiligheidsoverwe-gingen nog door een neutralisatievat met NaOH-oplossing geleid.

-IOO·~---~----~---

__

---~---Ho--- --- - - --- -- --- - -- --- -- -- - ---- --- --- ----Sf)-- - - - - -- -- - --- - -- --- ---- --- - - - - --- - - - --- - -- - -~ ~ -I( -:;,,-"1... ..

1---1::;

I,

I - - - j- - -

-

~~Oj

--

- ---- --- --~~ ev--.... ----'" fJ -- ~--- ---c=:-:-::-- - - - ---... _- --_. _-• _-0-:-.•

_

=

_=

___

= ___ :--- ---.-.-.---. --- . - - -- - -_. -_.- - - -_._ .... -- Q - - --- -- - --- - - - I () ₃₀ - -- - -- - - --- -- -

-- --....

~

X(w%)

Figuur 6. Des1:i llatiediagram van het systeem HCI-H:.\~O met

hulpstof MgCl~~. l ( (

o

Cj

e

o

( ( ( ( ( (

o

n

- 15 -5.5. De extractieve destillatie.

Het systeem HCI/H20 vormt een hoogkokende azeotroop bij 20,2 w-% en 108,6 ·C. Zo'n azeotropisch punt, waarbij de gas- en vloeistofsamenstelling identiek is, vormt als het ware een knooppunt voor het scheidingsproces.

Een mogelijkheid om de azeotroop te laten "verdwijnen" is door gebruik te maken van een zgn. extractieve destillatie. Als "extractie"-middel kan een hygroscopische stof dienen die goed oplosbaar is in water. Zo'n stof heeft de eigenschap de relatieve vluchtigheid van het HCI te vergroten t.o.v. die in het HCI/H~O­

mengsel. De beste hulpstoffen in dit opzicht zijn zwavelzuur en hygroscopische zouten, zoals calcium- en magnesiumchloride.

De bodemstroom bestaat dan uit een oplossing van vrijwel alleen hulpstof. Deze oplossing moet voor hergebruik opgewerkt worden tot de gewenste concentratie . Wanneer het een agressieve oplossing betreft schept dat extra problemen voor het opwerkings-apparaat. Vanuit dit oogpunt gezien is het onaantrekkelijk om geconcentreerd zwavelzuur als hulpstof te gebruiken. Tevens is uit experimenteel onderzoek (Synowiec, 13) vast komen te staan dat de azeotroop sneller "verdwijnt" met MgCl2 dan met CaCI:z (bij respectievelijk 25 w-% en 31 w-%) .

De beste oplossing lijkt dan ook de destillatie met MgCI:z uit te voeren. Hiertoe wordt een hete 42,3 w-% MgCI~-oplossing (T=135 ·C) samengevoegd met de 30,3 w-% HCI-oplossing (T-50 ·C). Door de oplossing direkt te koelen wordt vO,orkomen dat deze gaat koken. Bij 1 bar en T

>

95 ·C is het mengsel namelijk oververhit en zou spontaan gaan flashen in de top van de kolom, waardoor vloeistof-druppels meegesleurd kunnen worden naar de condensor. Daarom wordt het mengsel op kooktemperatuur (95 ·C), tegelijk met een kleine refluxstroom (T=O ·C), naar de verdeler in de top van de kolom gevoerd.

De verdeel inrichting zorgt voor een gelijkmatige spreiding van de voeding over een bed van ~eramisch materiaal (Raschig-ringen, d,.

=

50 mm), dat zonodig voorzien is van extra ondersteuning en een herverdeler.

Uit het evenwichtsdiagram in figuur 6 voor de extractieve destillatie met 30 w-% MgCl2 (13) blijkt dat voor een voedings-concentratie van 12,8 w-% HCI en een hoge L'/G'-verhouding een bodemconcentratie van 0,2 w-% HCI goed haalbaar is. Door gebruik

;r

Figuur 8. Kooklijnen van het

" " "t " .' . ,"

\

\

~.

---..:...J\

-

----

-

--(

c

( ( I

o

o

o

o

o

c

(

_____ 0_ • g 8

~

• g • . , . , " • - - - I - lW7Ph' I ' ,

--r

c;cr

n-C

1 i , , - 1 " - , " - - -- --- - ,- -

ç

.. • • 0 g

~

à

~

~

8

~

0" o

~

~

~ .. 8 N ..

~]

" ' : l " , 0 1 1 i"

Z

0 N " . . . 8 '" 'l' ..

tl'THALPY IN C .. LORIES PtR GR .... or "'X rURE INCLUDING V"POR 0 0 : _.~.

'~

'10 _J 0 0 0 0 0 0 Ho R_t41-'

c~i ~

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 1L-~ _ _...:. _ _ _ _ _ _ _ _ _ .

- - -

-11

I

-J

l ( ('

c

_c'

-( ( ( ( ( ( ( (

o

- 16

-te maken van de McCabe-Thiele procedure (Zuiderweg, 14) is het mogelijk om uit het evenwichtsdiagram het aantal trappen af te lezen: N 11. Uit deze figuur blijkt tevens dat het absorptie-gedeelte erg klein is (ongeveer één trap). De reflux-stroom is klein, zodat gekozen is voor een voortzetting van het strippings-proces voorbij het snijpunt van de werklijnen. De condensor fungeert dan als laatste trap. De gehele kolom is berekend in bijlage 4.

Uit het H-x-diagram voor HCI-H20 in figuur 7 (8), de reflux-verhouding en de destillaatstroom volgt de warmtestroom die door de condensor afgevoerd wordt: Q(condensor)

=

169 kW.

Als koelmedium dient een geconcentreerde oplossing van CaC12 • De koelmachine wordt aangedreven door lage druk stoom (9). Het stoomverbruik is hierbij 0,114 kg/s (rendement ~ 65%). Wanneer het proces een onderdeel vormt van een groter complex, wordt het koelmedium direkt van het centrale utiliteitsbedrijf betrokken.

Om

in de warmte- en dampbehoefte van de destillatie te

voorzien, kan i.p.v. een reboiler open stoom gebruikt worden

(Treybal, 15). De concentratie HCI in het bodemprodukt is

dusdanig laag «0,2 w-%) , dat de verdampingswarmte vrijwel alleen door het MgC12 wordt bepaald. De temperatuur onderin de kolom volgt uit het diagram (figuur 8) voor het ternaire systeem HCl-H20-MgC12 (13), T

=

116 ·C. De verdampingswarmte van water in de

30 w-% MgCl2-oplossing bedraagt 2756 kJ/kg (H-x-diagram in figuur 9 (16) voor MgC l2-H:..~O). Voor de warmtestroom ge ldt dan:

Q(reboiler)

=

2756

*

G'

=

1947 kW.

waarin G'= de vereiste gasstroom in de kolom = 0,71 kg/s.

De warmte die vrijkomt bij de condensatie van de open stoom bij 116 DC is:

~H(condensatie)

=

2335 kJ/kg.

Het verbruik aan open stoom wordt dan:

Q(reboiler)/àH(condensatie)

=

0,834 kg/s.

De geïnjekteerde stoom condenseert in de kolom en moet later weer uit de

gebeurt dit

bodemstroom verwijderd worden. Na neutralisatie in een indamper. Het gebruik van open stoom spaart dus een reboiler uit, maar heeft een grotere indamper tot gevolg.

Vanwege het agressieve

systeem de legering Hastelloy

milieu moet voor het stoominjektie-B2 worden gebruikt. Als materiaal

Ir

/ 1 'T-1 \ \ \

\1

~I

\

\ \ \

I~ I~

\

\

\

\

\1 I... _\.

\.

_"-

\ 2 I~I~ l \ë5; ... ~

'"

_... -.

I

I(

c:;,

8

...

....:. '="' ~ , " c::> Cl Cl _

_I

_\

I '~ ....!!,= , _c:::. j

"1

\

-

Cl \ \

/ \<:r\

\1

..

\

\

1

\~\I

(

\

_{1 \ 1}

"-

\

I

\",~ \ . 0

I

' é '

,

₍

I

, ,

I

I

L-'.

roo"(

-( .~

o

o

o

- ]50 t - - - -___ ;...;o..,...-... ~

reines

H,

0

o

-ZOOL.-_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

o

O,~ 0.3

f.g/xg

1,0

o

Figuur 9. Enthalpiediagram van het systeem MgC12-H20.

, ,

- 17

-voor de kolom is gekozen voor een stalen kolom met een glass-lining van ca. 5 mm (9) . Voorzichtigheid is geboden bij het opstarten en afregelen, vanwege de gevoeligheid voor tempera-tuurschokken.

5.6. Neutralisatie van het bodemprodukt van de destillatiekolom.

Hoewel het bodemprodukt slechts een kleine fractie HCI bevat, blijkt de bodemstroom flink zuur te zijn: pH ~ 1,3.

Het onbehandeld indampen van deze stroom zou zware materiaaleisen aan de indamper stellen. Daarom wordt de bodemstroom voor het

indampen geneutraliseerd.

Als neutralisatiestof is gekozen omdat deze verbinding na reaktie met

voor het relatief dure MgO,

HCI de MgCb~-stroom niet

verontreinigt. Het MgO, dat in poedervorm opgeslagen ligt in een kunststof silo, wordt bij atmosferische druk via een transport-schroef gedoseerd aan een intensief geroerd vat van Hastelloy. Het neutralisatievat is niet van gewoon staal om de verontreini-ging door corrosie minimaal te houden.

De kwaliteit (pH) van de stroom die dit vat verlaat wordt door een koppeling met de transportschroef gecontroleerd. De neutrale bodemstroom kan nu probleemloos aan de meertraps-indamper gevoed worden.

5.7. De indamper.

Als indamper is een zes-traps indamper gebruikt. Bij een zes-traps indamper blijkt de efficiëntie van de laatste trap minder dan de helft van de eerste trap te zijn. Toch is het uit energe-tisch oogpunt gebruikelijk (9) om pekelstromen d.m.v. zo'n apparaat in te dampen.

Het principe berust op het verdampen van meerdere kilogrammen water per kg condenserende stoom. De efficiëntie van elke trap is hierbij ca. 85%. De uiteindelijke stoomconsumptie ligt een factor 4,15 lager dan bij een één-traps indamper. Het gebruik van een één-traps indamper zou een verdubbeling van het totale stoomver-bruik in het ontworpen proces betekenen.

( ( ( ( ( r, ~) - 18

-over de trappen. Voor 6 trappen zijn de gegevens met de bijbeho-rende dampstromen per trap in tabel 2 opgenomen.

Tabel 2. Temperatuur en dampstroom per indamperstrap. trap Temperatuur Dampstroom

,·Cl 'kglh) 1 135,0 1931 2 132,5 1643 3 129,0 1396 4 125,5 1187 5 122,0 1009 6 118,5 857

De benodigde warmte in de eerste trap wordt geleverd door de condensatie van 2272 kg/h lage druk stoom. Alle condensaatstromen worden bij elkaar gevoegd en elders in het proces hergebruikt.

In het geval dat er toch nog HCI in de behandelde bodemstroom aanwezig is wordt aangenomen dat dit in de zesde trap van de indamper (de trap waar de bodemstroom binnenkomt) volledig met de dampstroom wordt meegevoerd. Via meting van de pH van het condensaat van de zesde trap wordt beslist of deze gespuid moet worden of bij de rest van het condensaat kan worden gevoegd.

Als materiaal voor de indamper wordt laag gelegeerd staal gebruikt. De ondergedompelde pijpenbundels zijn van Hastelloy E2

( ( ( ( ( ( ( (

o

- 19 -5.8. Pompen en compressoren.

Het electrisch vermogen (P) van een pomp is met de volgende betrekking bepaald (Perry, 9):

P = Qm. AP p~

.q

waarin Qm

=

massastroom (kg/s) p~ dichtheid vloeistof (kg/m3 ) ~ pompefficiëncy % 0,68

AP

druktoename (N/m2 )

De reflux-pomp van de destillatiekolom heeft door zijn kleine debiet een efficiëncy van 0,33. Pomphuizen en -waaiers van zuur-en zoutpompzuur-en zijn gemaakt van Hastelloy zuur-en dubbel uitgevoerd.

Voor de luchtcompressor Cl is uitgegaan van de volgende betrekking (9):

P

=

2,72.10-~.Qv.Ap

waarin ~p = druktoename over de ventilator in cm water

Qv luchtstroom in m3 _/h

Hierbij wordt aangenomen dat door de kleine drukverhoging lucht min of meer als een incompressibel fluldum verpompt wordt. De volumearbeid is hierbij dan ook minimaal (Tir> % TUit.).

Voor de compressie van de verbrandingsgassen wordt een zuigercompressor C3 aangewend, waarvoor geldt (de Jong, 17):

k-1 W .• (is) =

~.Pi

.V i . {(P2/Pi)k - 1}

k-l

waarin Wi(is) isentropisch vermogen van de compressor (W)

k oe Cp/Cv % 1,4

PI druk voor de compressor = 1.10-~ N/m2

P2 druk na de compressor = 1,3.10-~ N/m2

Vi de volumestroom door de compressor (m3 _/s).

Het vermogen van C3 wordt hiermee 283 kW. De temperatuurtoename is berekend met de formule (17):

k-1

T2 = T .... (P2/p:I.)k

waaruit met de temperatuur van de ingaande stroom Ti 473 K volgt dat de temperatuur van de uitgaande stroom

T2

=

510 K 237 ·C. De zuigers van Hastelloy zijn voldoende bestand tegen het agressieve milieu.

( ( ( ( ( ( ( ( (

n

- 20 -6. De procesregeling (18).

Om de proces-continuïteit te garanderen, moet een minimum aan regelapparatuur ingebouwd worden. Er ZlJn vijf belangrijke deelprocessen die goed geregeld moeten worden, omdat ze nauw aan elkaar gekoppeld zijn:

1. de verbranding

2. de stoomopwekking

3. de condensatie en absorptie 4. de destillatie

5. de neutralisatie en indamping

Wanneer één van deze processsen gedurende langere tijd ontregeld raakt, dan raakt het hele proces ontregeld. Alle apparatuur kan ook met de hand bediend worden. Uit hoofdstuk

10.2. blijkt dat ten alle tijde een bedieningsman, de universele

regelaar, beschikbaar is voor de procesbewaking. Daarmee is de continuïteit van het proces gewaarborgd.

De kwaliteitsbewaking wordt gedaan door vijf onafhankelijke meet- en regelsystemen (zie ook flowsheet) :

1. de verbrandingsgassen (C12 en CO)

2. het afgas (HCI en C12)

3. het geproduceerde HCI-gas (H20)

4. het bodemprodukt van het neutralisatievat (pH) 5. het condensaat van de indamper (pH)

Systeem 1 reageert op een overschrijding van de grenswaarde door de overmaat lucht in de verbrandingsoven aan te passen. De systemen 2 en 3 geven een alarmsignaal bij overschrijding van de ingestelde waarde. Systeem 4 past de snelheid van de MgO-toevoer aan bij een te grote afwijking van de pH. Systeem 5 controleert of de pH van het condensaat van de indamper voldoet aan de eisen voor menging van het condensaat met ketelwater.

( ( ( ( ( ( ( (

o

- 21 -7. Veiligheidsaspecten (9. 18).

Om de kans op een ongeluk binnen aanvaardbare grenzen te houden, is aandacht besteed aan maatregelen van organisatorische en van systeem-analytische aard.

Voor de maatregelen van de eerste soort wordt gedacht aan bedieningsvoorschriften voor operators, checklisten voor het opstarten, het afregelen, de noodstop en voorschriften voor het onderhoud tijdens bedrijf.

Maatregelen om het systeem te beveiligen zijn te vinden in een veiligheidsklep op de stoomketel, breekplaten op de stoomleidin-gen en alarmsystemen voor de detectie van lekkage van de verbran-dingsgassen.

Voorzieningen zijn getroffen om de gassen uit condensors, compressors en torens te verwijderen en om restanten zoutzuur te neutraliseren (afvoeren naar neutralisatievat) . Het gasvrij maken van apparatuur bij het afregelen en vóór het opstarten door het gebruik van stikstof is van groot belang.

In het ontwerp zijn diverse andere maatregelen genomen om het risico te minimaliseren. zoals het aarden van de apparatuur. kleurcodering van leidingen, alarmknoppen. persluchtmaskers, douches, ontsnappingswegen. brandblusapparatuur en een evacuatie-plan.

7.1. Corrosie.

Bij het ontwerp is rekening gehouden met "stress-corrosion cracking" en "pitting" t.g.v. het zure milieu door bestendige materialen (Hastelloy-B of -Co glass lining) te gebruiken. De apparaten worden, waar nodig, tijdig vervangen. Pijpen van de condensors en de zuur-heater en -koeler moeten bijv. om de 1000 dagen vervangen worden. De beschikbaarheid van het systeem wordt vergroot door kwetsbare delen. zoals de zuurpompen, dubbel uit te voeren.

De jaarlijkse onderhoudsbeurt dient ook om een materiaal in-spectie uit te voeren om mogelijke metaalmoeheid en corrosie op te sporen.

J

- 22

-7.2. De vorming van dioxines.

Bij verbrandingsprocessen kunnen uit gechloreerde koolwater-stoffen dioxines gevormd worden. Doordat dioxines een groep uiterst giftige stoffen zijn, moet de vorming zoveel mogelijk voorkomen worden.

Zoals de onderstaande tabel (de Zeeuw, 7) aangeeft, blijkt dat bijv. tetrachloordibenzo-p-dioxine (TCDD) makkelijk gevormd wordt bij lage temperatuur.

Tabel 3. De ligging van het evenwicht voor de vorming van TCDD.

T(K) log Kp 600 1000 1300 1500 3,67 -8,34 -12,46 -14,24

De vorming van dioxines hangt sterk af van de stoffen die verbrand worden. De vorming van

verbindingen als vinylchloride is

dioxines uit ongerelateerde twijfelachtig (Olie, 19). Chloorbenzenen, chloorfenolen en PCB's worden wel gemakkelijk omgezet in dioxines. De waarschijnlijkheid van gasfase-vorming van polychloordibenzodioxines (PCDD's) is echter erg laag bij T

>

1200 K als brandstof en overmaat lucht goed gemengd zijn (Shaub, 20) .

Bij hoge temperatuur zijn dioxines niet stabiel. De ontle-dingsprodukten kunnen echter in een reducerend milieu (ondermaat

lucht) makkelijk terugreageren. Worden gevormde dioxines volledig geoxideerd, dan kunnen de produkten C02, H20 en HCI niet terug-reageren, ook niet bij lage temperatuur.

-(

23

-IN

_waarts

Voor-

8.

Massa -en

Retour

UIT

Warmtebal ans

M

Q

M

M

_M

Q

<.

Q

Q

ketelwater .... O.~Ö 32 ₂ ~ ~, 1.4ö 5 4 1.10 (

-

-

-62U

....

.

586

o

83

.§..~

~ 348 11ueht

.

3

...

F5 eond. _{3 02}

..

4.96 0

71

ekw

..

23 1614 1 92

.

-1.UO 16351 ₈ 1026 (

o

65 _1~

•

272 ( _kete1~ 2.92 244 1

I

IJ. AL: _~-- H4 stoom 13

1270

j

114 3.21 9226 1 63 4690 6.79

_{- -}

_-

-ántïl ~ 283 elee ... C3 6 79 10

_-

_-

-4336

t

ka.lw •• ~. H6 koelw. 48.40 4055 r

...

48.40 8110 6.79 15

-281 () ~ 1.36 19

_-

_-

V7 C, ₂₁₀ 5.43 16

- - -

-(1

_t

_{~ ~r}

l ( r , ( Qaosor. ₃₉₀ 6.76 56ó 3.06 x 0.17 501 5.43 472

o

65 272 U.ób 2~9 2.04 439 7.1:5 -631 7.15 -1197 0.83 2384 7.37 -811 0.67 1357 0.67 1188 24

-...:~

stoom _,.

..

condensaat. 0.17 H9 20

..

100

---Q - -

-I

12 _-

,

.. po- ...

I

_"'" 21 TB 18 _{5.40 905}

- - -

...

-22 ~

- - -

~ ~6

~

-

-27 5 11

---1070 koelwater.,. H12 koelw.

..

_{6.76 1132}

...

25 -

-

-

-_L

_Qoesor 657 stoom 2B T14

-

- .... .... 30

...

--~ 29

-

-

-

-_L

brine

..

HlS prine +16S

j

--

...

3.06 x

- -

-

-,

""'"

...

V21 _{31 0.06}

- -

-L

16

....

-Hel-gas _{0.61 1172}

,

₁ I

( 0.01 ( ( ( 6.69 74.16 r

25

-~ 7.37 30

--bIl MgD 1'19C 1 2 32 0 ₃₄ V19 r 0.04 7.33

_-

37

_--

_-

_-

_-

44 5.11 -tl06 -1070 r condensaat 1. 98 H23 42

I

1053 0.63 stoom

..

condensaat 0.63 1810 45

.. j

369 ~ 41 0.24

- -

-660 koelwa"ter _{H22 koelwater} 560 6.69 condensaat. 0.24 43 100 22481 ~

Totaal

~ 74.18

Massa in kg/s

Warmte

in kW

Fabri

eks vooront werp

No:

2781 -5

I

! 1120 ! ; I 22486

,

\.0 N --..

A

pparoa tsTroom

+

Componenten

llzO (1) N 2 0 2

Totaal:

A

Q~ataatstroom

~

Componenten

H 20 ( l ) C_{2H2CI 1. 1} N 2

~

CO~ Hi!0 (g) nCI (g) C1 2 - --

-Totaal:

M

in

kg/s

"

:.

,

.

\

"

-I

M

a

2.92 244 -2...9.~_ 244 6

M

Q Q,83 348 0.83 348

"""

2 3

M

0.

M

Q 0.38 32 3.81 0 1. 15 0 --- -- -- --- -0.38 32 4.96 0 7

M

a

M

Q 1.92 1026 1.00 16351 -.-.

_--- _--- _--- _---

- --- -... -. - --1.00 16351 1.92 1026

"""

r-. 4

M

Q 1. 10 588

-1. 10 588 9

M

a

4.84 1270

--._0_ .. _____ ---- ---- -4.84 1270

M

1.48 1. 48

M

3.81 Q.05 1. 35 0.96

Q.62

0 6.79 - - - -5

a

620 620 10 Q 856 11 261 2821 381 - -- -4053 I I\.) 0'\

strnnm Irnmnnnpntpn

c,t~..::::!~.it

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

_

r--C\J ' î -, j

A pparoatsTroom

+

Componenten

N~ 02!

cO

2 HzO (g) Hel (g} H 20 (1) IIC] (]

l

Totaal:

~ ~~araotsrroom

~

Componenten

N 2 °2 Ç02 H~O (g) HCl (g) 112!0 (1) HCl (1) --_.

Totaal:

M in kg/s

n

in

"W

o

) 11

M

a

3.81 707 0.05 9 1. 35 220 0.96 2754 0.62 363

-6.79 4053 16

M

Q

3.81 0 0.05 Q I. 35 () 0.03 ₇₁ 0.19 0 5.43 71 r--., r-. 12 13

M

0.

M

Q

_M

3.21 922.~_ 1.63 0.65 272 - -- -0.65 272 3.21 _{9226 1.63} 17 18

M

Q

M

Q

M

3.81 290 3.31 298 0.05 4 0.05 4 I. 35 92 1.35 95 0.03 75 0.19 508 0.12 11 0 0

_.

_{_}

-o.

~3 ._._-- Q14~

- - - -

- - ---- . ... - .. -.-.- --- -._- -- --5.43 472 5.40 905 1. 36

-Stroom /Componenten staat

r, 14 Q

_M

3.81 0.05 I. 35 4690 0.03 0.19 0.93 -0.43 4690 6.79 19 Q

_M

210 0.17 ~ 210 0.17 15

a

0 0 Q 71 0 210 ~ 281 20 Q 100 .. -100 I r~ N ---:J

---') ... _-'

o

)

ApparaatsTroom

21

+

Componenten

_M

a

1120 (1) 0.49 229 HCl (1) 0.19

-MgCl

_z

-Totaal:

0.68 229

-A

~~at

aats troom

27/44

~

Componenten

M

U

H₂0 (1) 2.95 -1070 HCl (1) HgC1 2 2.16

-H 20 (g) HC1 {g}

_

.•

-Totaal:

_5.11 -1070

M

in

kg/s

n ;", ',\Af

--

~ ,-... r', r--, - _._ -22/24 23 25 26

M

0.

M

Cl

M

Cl

M

Q

1.42 439 3.02 1614 4.37 - 1197 4.37 -628 -0.62

-

0.62

-

0.62

-2.16

-

2.16

-- --_. _---- -2.04 439 3.02 1614 7.15 - 1197 7.15 -628 28 29 30 31/36

M

Q

_M

Q

_M

_U

_M

Q 5.20 -811 0.03 16 0.009

-

0.03

-2.16

-0.83 2J84

_a,OJ

1357 0.64

-

-- -_ ..

_

.

_

-- -- -- --

-

-_

..

_

-_

.. - _{-'- "} .. --- _' -.. ... - ---- --..

_-

- - -0.83 2384 0.67 1357 7.37 -811 0.06 16 - - --_.

Stroom IComponenten strlrlt

r ' , I\) ()O

) ~-' )

Apparaatstroom

32

+

Componenten

_M

a

Hgel₂ 0.01 -5 H')O (1) 0.03

-Hel ~12 MgD Hel (I!)

-Totaal:

0.04 -5

~ ~~araatsrroom

38/40

~

Componenten

M

Q H 20 (1) 2.22 I 153 Hel (g) H~O (g) ---

--Totaal:

_{2.22 1153}

M in kg/s

,...

, f'

. , . , 33 34

M

0.

M

Q 2.85 1519 0.005 _,0 _-- -2.85 1519 _0.01 0 39 41

M

Q

M

Q 0.61 1172 0.24 660 -.---

-- -- -- --

-~- -- - . --. . .--0.61 1172 0.24 660 ,-... ,-... 35

M

Q 0.03 16 0.03

-0.61 1172 - -0.67 1188 42

M

Q 1.98 1053 -._--_ .. -- ---.-. - - ---- -1.98 1053 ,-... 37

M

2.16 5.17

-7.33 43

M

0.24 -0.24

a

-806 -806 Q 100 ' -100

"

I I\) '\.0 I

Strnnm Irnmnnnpntpn

c;t;:'f;:'f~t _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

') I

"

}

ApparaatsTroom

+

Componenten

H~O (1)

Totaal:

A

~~araatsrroom

~

Componenten

- -

-Totaal:

M in kg/s

n

in

t,

W C) ') 45

M

a

0.63 369 -0.63 369

M

Q

'" "

"

"""'

M

0.

M

Q

_M

"--

-M

Q

_M

Q

_M

-.. _----

- - - -

_

.

_

.. _ --... - _{-._-}.. - - -. --- --- - --

-Stroom /Componenten staat

r".

Q

M

-Q

_M

-"

Q Q . -I r VI o

( ( ( ( ( ( ( r', (J

n

9. Specificatie Apparatuur ₃₁

-Apparatenlijst voor reaktoren, kolommen, vaten

---Apparaat No: Benaming, type Abs.ef eff." druk in bar temp. in

oe

Inhoud in m

3

Diam. in m 1 of h in m Vulling:

*

schotels-aant. vaste pakking katalysator-type - " - vorm

...

.

.

.

. .

..

. . .

.

.

.

.

S pee iaal te

ge-bruiken :nat. aantal seriejpa!"allel Gemiddelde ver-blijf tijd in s, h of d F5 Heterogeen Gas-Reactor 1,0 1600 125 5

6,,"/

Geen vulling Vuurvaste Lining 1

3,3

s

T8

Absorptie-Kolom 1,0 98 - 108 zie Toren-T14 Strip-Kolom 95 - 116 zie Toren-specifikatiE: specifikatie Keramisch Raschig Ringen Glass-Lining 1 Keramisch Haschig Ringen Glass-Lining 1 V19 Neutralisa-tie-vat 1,0 116 1,2 Hastelloy B-2 1 200 B

K aangeven wat bedoeld wordt

M18 Silo 1,0 25

3

Glasvezel-versterkte Polyester 1

7

d

( ( ( ( ( ( ()

Technische Hogeschool Delft Afd.Chemische Technologie

- 32

Fabrieksvoorontwerp No: 2731 Datum: Februari 1989

Ontworpen door : n.Rypkena D. '\lever TOREN SPECIFIKATIE BLAD

---Apparaatnumrner : TS. Fabrieksnummer :

ALGEMENE EIGENSCHAPPEN :

Funktie ... : / / absorptie /

...

*

Type toren ... : gepakt / / /

...

*

Type schotel ... . : klokje / zeefplaat / valve /

...

*

Aantal schotels ... : theoretisch : Aantal scho tels ... : praktisch : ₄

Schotelafstand / HETS : .. 3".1. m Materiaal schotel :

Diameter toren ... : .1 ..

7p.

m Hoogte toren ... " : 13,4 raeter Materiaal toren ?Jfl~ ~:-l~ned staal

Verwarming ... : geen / / / ...

*

BEDRIJFSKONDITIES :

Voeding . Top Bodem Refh:lx/ absorp- Extraktie

tie middel middel/ •••

Temperatuur ...

°c

_{98 100 98 100}

Druk ... ... bar _{I , I} I , 0 I , I ₃

Dichtheid ... .... kg/m 3 _1,0 1,0 1040 ₁₀₀₀

Massas troom .... . kg/s _{5,43 5,40 0,68 0,65}

Samenstelling ~n

mol 7. resp. gew.7.

HCI

3,0

3,5 ° 0

16,0

27,9 H 2

0

0,9

0,5

5,9

3,5

84,0

72, 1

100

100

N 2

77,6

70,2

76,0

70,5 CO 2

17,6

24,9

17,2

25,0 °2

0,9

0,9

0,9

1,0 ONTWERP :

Aantal klokjes / zeef gaten / ... ... **. Type pakking ... : Raschiz

Aktief schoteloppervlak ... : m 2 Materiaal pakking : Keramsch

Lengte overlooprand •.•... : rmn Afmetingen pakking : 50 om

Diameter valpijp / gat / ... : mrn

Verdere gegevens op schets vermelden *doorstrepen wat niet van toepassing ~s.

( <-( ( ( 33

-Technische Hogeschool Delft Afd.Chemische Technologie

Fabrieksvoorontwerp No: 2781 Datum : Februari 1989

Ontworpen door : B. Rypkema D.Wever TORENSPECIFIKATIEBLAD

Apparaatnummer : T.l4 Fabrieksnummer :

ALGEMENE EIGENSCHAPPEN :

Funktie ...•... : destillatie

...

*

Type toren ... _: gepakt / I --

...

*

Type schotel ... : klokje / zeefplaat / valve I

...

*

Aantal schotels ...• : theoretisch :

Aantal schotels ... : praktisch : ₉

Schotelafstand / HETS : .iJ

,çQ

m Materiaal schotel :

-Diameter toren ... : .Q~~Q m Hoogte toren

....

: _7meter

Materiaal toren

...

: _{glass-lined staal}

Verwarming ...•. : : / open stoom / - !

...

*

BEDRIJFSKONDITIES :

Voeding . Top Bodem Reflux/aà6grp- Extraktie

~ miààel middel! •.. Temperatuur ...

°c

95 95 116 0 30 w-% Druk ... bar 1 , 1 1 , 1 1 , 1 _{1 , 1} MgCl 2 Dichtheid ... kg/m 3 "-1200 1 ,15 A. 1200 1226 Massastroom ... kg/s 7, 15 0,67 7,37 0,06 Samenstelling in mol 7. resp. gew.7.

HCl 6,2 8,9 90,4 95 0,07 0, 1 28,7

45,0

H 20 85,8 61 , 1 9,6 5 92,7 70,6 71,3

55,0

MgC1₂ 8,0 30 0

°

7,3 29,3 ONTWERP :

Aantal klokjes _/ zeefgaten /

...

**.

Type pakking ... : Raschig

Aktief schoteloppervlak •...•... _{: m} 2 Materiaal pakking : Keramisch

Lengte overlooprand .•...•.••.••... : mm Afmetingen pakking : 50 I!IlIl

Diameter valpijp / gat !

...

: mm

Verdere gegevens op schets vermelden

*doorstrepen wat niet van toepassing lSo

'::..;. ...

-

..

-

34

-Ap~aratenli~st voor warmtewisselaars, fornuizen

---Apparaat No: _{H4 H9 HlS H22} H23

(

Benaming, _{Stoomketel Verwarming Condensor Condensor} Verdamper

type _{gas voor} ( 1 e trap )

( absorptie

Medium _{Water koud gas brine water} stoom

pijpen-/

mantelzijde heet gas stoom nat HCl-gas stoom

MgCl 2-opl. ( Capaciteit, uitgewisselde 12637 401 169 560 1441 warmte in kW. ( Warmtewisselend _{179 24,0 13,2 4,6} 23,2 oppevl. in m 2 Aantal pafKltij{ 1 1 1 1 1 Abs. ef eEf. i ( druk in bar pijpen-

_/

3/1 1,1/3 2/1,05 3/1,05 3/1 mantelzijde ( temp. in / uit 0 in

r.

55/190 25/98 -20/0 20/40 190/140 pi~pzijde 1600/200 190/140 95/0 119/100 132,5/135 mantelzijde

Speciaal te ge- _Mantel:staa~

bruiken mat. Cr-Mo staal Hastelloy B2 Hastelloy B2 Cu-Ni staal

(Qo/lO) pijp:Hast.B::'

t )

i(

(

(

c

(

35

-Technische Hogeschool Delft Afd. Chemische Technologie

Fabrieksvoorontwerp No: .27.81.

Datum : • ;ebp~ar.i ) 9.89. . . .

Ontworpen door :. G •• D .. }/eye.r .

B. Rijpket!lél

Apparaatnwmner : H. 6.

_·

Aantal

..

2

.

~parallel*

ALGEMENE EIGENSCHAPPEN

·

_·

Funktie

_{· .}

_·

_·

_·

_{· ·}

_{· ·}

: Condensatie water ~n verbrandingsgas

Type

.

_·

.

_{· · · ·}

: ~KtiWt~1{*

~1{

Kondensor

~lJUt§tK

Uitvoering

_{· ·}

_{· ·}

·

_·

_·

: met vaste pijpplaten *

f.Xu~1i: b:ü~l1i: ~~~~ nti..~~=t=tdaal: Positie

_{· .}

_·

_·

_·

_·

_·

_{· ·}

: horizontaal/~naai:*. Kapaciteit

_{· ·}

_·

_{· ·}

_·

_{· · · · ·}

_·

_·

_·

_·

: .405~

_{· · · ·}

.kW (berekend)

Warmtewisselend oppervlak

_·

_·

_{· ·}

_·

_·

_·

_·

:

_·

J47

_·

_·

_{· · ·}

m (berekend) 2

Overallwarmteoverdrachtscoëfficiënt

_{· ·}

_·

:

_·

~50

_{· · ·}

.W/m K(globaal) 2

Logaritmisch temperatuurverschil (LMTD)

_·

:

_·

.5~,;

_{· ·}

_{· ·}

°c

Aantal passages pijpzijde

_·

_·

_{· ·}

_{· ·}

_{· ·}

·

_·

_·

.

~

Aantal passages mantelzijde

_·

_·

_·

_{· ·}

_·

_·

:

_{· .}

f.

Korrektiefaktor LMTD (min. 0,75).

_{· · · ·}

: • 0# 9{>

Gekorrigeerde LMTD.

_·

_·

_{· · · ·}

_·

_{· ·}

:

_·

.5Q,?

_{· ·}

_·

_·

°c

BEDRIJFSKONDITIES :

Mantelzijde Pijpzij de

Soort fluidum

. · · ·

_·

_·

_·

_{· · · · · · ·}

_·

_{· ·}

_{· ·}

_{· ·}

v~r1?r~n4~X:bl!g~s .k,!e~\V~t,:r

_·

Massastroom

_{· .}

_·

_{· ·}

_·

_{· · ·}

_{· ·}

_{· · ·}

_{· ·}

_{· ·}

. kg/s

_{· ·}

~,~9 •

_{· · · ·}

~,~

_·

_·

Mas sas troom te ~kondenseren~

_{· · ·}

_·

_{· ·}

.kg/s

_·

_·

1 ,~6 •

_{· · · · ·}

-

.

_{· ·}

Gemiddelde soortelijke warmte

_·

_{· · · ·}

_·

.kJ/kg· C 0

_{· ·}

1,(2

.

_·

_{· · ·}

~, 1.86.

_·

Verdampingswarmte

_{· · · ·}

_·

_{· · · ·}

_·

_{· · · ·}

kj/kg

_·

_·

~9Q7 .

_·

_·

_{· · · . · ·}

-Temperatuur IN

_{· · · · ·}

_·

_·

_·

_{· · · ·}

_{· ·}

_{· · · ·}

.oC

·

·

• 2~7 •

_·

_·

_{· ·}

_·

20 .

· ·

Temperatuur UIT

_{· · · · · · ·}

_·

_{· ·}

_'

_{. ·}

.oC

· · .

~5

.

_·

_{· · ·}

_·

4Q

· ·

Druk

. . . ·

. ·

_{· · · · ·}

_·

_{· · · · ·}

_·

_·

_{· ·}

_·

_·

bar

_{· ·}

• 1 ,2 . ..

_{· · · ·}

3

Materiaal

.

_{· .}

_{· ·}

_{· ·}

_{· ·}

_{· ·}

_·

_{· ·}

_{· · · · ·}

_{· · .}

:tIa~t~qoy ~2

_·

.H~s;e~l~y .

·

·

·

·

·

·

·

·

B2

*

Doorstrepen wat niet