Hoechst H.T.P. Proces

•

adres:

-BRANDERGAS (CO.C

B--WATER

STOOM KOEL OLIE

-NAFTA VERSTUIVERS Bijlage 11 STOOM + = BRANDER en REACTOR HOECHST H.T. P. PROCES H.J.D.lANS FEBRUARI 1967 SCHAAL 1-2 MATEN IN MM. BOVENAANZICHT VERSTUIVERSOPSTElL I NG

, ,',

I

, ' , ,

.

_,

.

' , , .,,;.' ~ ... ':

-,

-unrOUD-, , " I $aménvatUng 11 Inleiding A. Acetyle~n proceespn

B.

Toepassingen H! Keuze van het proce~

A_ EconoMische faetoren

B. Plaats en c~paciteit C. Prijsberekening

Beschrijvinff van het proces'

A. Algemeen

B.

Kooldioxide absorptie

c.

Voordelen VRn het proces

,

-.

' 4 4 . 4 '

5

,

6

6 1 8

-V Fyeisch~t chemische en teohnologische aspecten 9

A. The:;-.rnodynamica.

9

B. Kinet1ek 11

c.

Wéchnoloeiache b e s o h o u w i n g 1 2

D. Invloed temperntuur en energie l~

E. Keuze kraakOl!lstAnrligheden 15

F. Hant~ring van acetyleen 15

Vi Massa- en warmtebqlBnsen

11

VII Ontwerp ,ran apparatuur 27

A. Brander 27

B. Reactor 30

c.

StraAlpijpen ,1'

VIII

Gebruikte fysische constanten ₃₃

Literatuur

"

'\ , _{,. ,} Proces '. ). : ' ot" :!,;~ _ ~ ; . . ": " ",

Het dQel van dit·, voor~)Dtw.rp ie de b.r~lte~iJ1· v ... s&lh.re4atiO _een brander voor de Hoge 'e~p.ratuur ~oiY8e vart liohte

acetyle n .én etheen,' zoal. \1i tgev;o.er.d dOér Fl r'b..werke llo~h

'.. Frankfurt

a.ti.

-Btlchet. . . . ' '

," ~;' H~ " .'ontwerp is gebaseerd op een prodllEltie y n '

aèetl1een en etheen. . ,

" De sleutel tot het proces is -een speat le b,re.nder 1I1et korte

en. noge belasting. ' " .. ' • . ,'"

Om

,de . uit verzadigge kool.waterl!!ltoff.n ~e&t~(ie nàfta, .~ '. :"" ~ oOK-traject Yau· 35-105 C om te ~etten in acetTl~ en etheen ,ia b~ h~

te pèratuur -geel energie nodig~ De benodig4~ reacti~te1llpe,l"'a '.' r

11

•

rond

de 1500 C.

Daar bij deze temperàtu~r ,.het k~~akpröces

s

e~ snel verloopt en de gevormde onverzadigde produetell ~.gèm·~keliJk tof neven-Teaoties aanleiding geven, moet de verolijftijd zee~ kort ~lj~'·.

slechts enk?le mi!Us.eaonden,en dep&:tiaaldruk laag. '~<~

... ,'

~ ' I Deze condit18s worden bereikt door dlrecté warmtew18::se11n.g v: , ne. ta

" met gassen ui t een ~rander. ~ w.ordt naft'fit in. èa.tl.l'.éáet<»,. ':1 ./ zeer snel vermengd. met de hete ga8sen. De.gasstroom wordt na' e

be-nodigde .reactietijd afgekoeld door het .inapuitèn van o'll.e. i

Na zuivering van het kraakgas wordt, gebal!teerdop d 'nafta ... "oe nth eel\ opbrengst van 54 gew.% acetyleen en etheen verkreg.eJl .in e~n' Y.r,­ houding 213 en met

99,9%

zuiverheid. De product-verhouding kan~

n

I

~

..

r:.

8

~

~ld

worden

Lt

,yt\.,

'~~'fl

t..

~

_ --

. .

' I "

~ Bij bet proces worden weinig neven-produet.n"gevormd., de.ar h t

residuga$ dat bij de kraking gevormd wordt, iaar de brand_'r circuleerd .. ordt en na verbranding de kraakenergie levert. "Gelë te olie en residugas worden verbrand en leveren dè stoom, ~Q~ , proce8.

Voor

e

n fabriek van 153.000 ton per jaar . gecombinee~de C ~

'een total.e investering nodig van f leO.OOO.OOO,. waarbij

2'''_''_:&'I-wordt 24,4 cent per

kg

,

etheen en

39

cent per kg- ace

. !

, .

.

~~. " _"

.

.I:'

11. Inleiding

A •. Acetyleen-pr.ocessen

Acetyleen kan bereid worden uitgaande van carbide of uit koolv sterfen.

1. Yia carbide:

Bij dit oudste proces wordt uit kalksteen en cokes met

een vlamboog bij circa 20000C calciumcarbide gevormd. Het gav fmde oarbide wordt via een nat of een droog proces in acetyleen

zet ; er ontstaat veel kalk als bijproduct. 2. Uit koolwaterstoffen:

-Regeneratieve pyrolyse.

Bij deze processen wordt het te kraken gas (methaan of hogere

koolwaterstoffen) in een voorverhitte oven verhit tot·ca.

l20

oe

en vervolgens snel afgekoeld. De oven die van keramisch materia.l

is, wordt in een afzonderlijke procesgang opnieuw met brande~

gassen verhit. /~

Dit proces js gerealiseerd o.a. door Wulff, Koppers-Hasche, .... ~ Ruhrchemie en lndustrial Research Institute of Japan.

-Electrische vlamboog processen.

De te kraken koolwaterstof variërend van aardgas tot .z~are wordt door een electrische vlamboog geleid, daarbij tot ca

verhit en snel afgekoeld. De stroomkosten zijn bij dit

on-geveer even hoog als bij het carbide proces.

Processen zi,in ontwikkeld door o.a. Hüls en Dupont.

Een modificatie is het plasma proces, waarbij hulpgas in eeu-' vlamboog zeer hoog verhit wordt. De plasmastroom wordt buit boog met de koolwaterstof vermengd.

Dit proces wordt toegepast door o.a. Knapsack-Griesheim met stofplasma en Union Carbide.

-Partiële verbranding.

Bij deze processen wordt de kraakwarmte geleverd door direo~ w~rm­

te~isseljng met hete ~assen. Het hete gas kan ontstaan door et een ondermaat zuurstof de te kraken koolwaterstof gedeeltelijk

verbranden en gedeeltelijk te kraken. . ~

Dit proces is ontwikkeld door Sachs8~ en uitgevoerd door

l.G. Farben, BAS~ Union Carbide 'en SBA-Kellogg.

Volgens een andere u i tvoering worden' de koolwaterstoffen i t"een hete gasstroom gespoten, die met grote snelheid uit een br

kamer treedt waarin cokesoven- óf residugas met zuurstof vé~~

brand worden.

Varianten van dit proces ~ijn gerealiseerd door Ho~ch8t.

Eastman en Tsutsumi.

B. Toepassingen (lit.l )

Acetyleen is een koolwaterstof met één van de hoogste vormingS~~

entalpieën, - H

f

-54,2

kcal/mol. In het algemêen zullen reacties ~ acetyleen exotherm zijn. De enereie die bij hoge temperatuuT,b'j ae synthese van acetylpen moet worden toegevoerd is van groter va rde dan de energie die op veel lager temperatuurniveau vrijkomt

bi'

een reactie van acetyleen. De synthese van een product via'acetyleèE zal

dus hoge energiekosten vragen. Anderzijds is de exotherme

syn hese

van een groot aantal basis-grondstoffen uitgaande van aoetyl~ n; .oge-lijk bij lage temperatuur. Zodoende kan een chemisohe industrie opge-bouwd worden alleen op basis van acetylèen, dat dan in grote hoeveel-heden gep~oduceerd moet worden, hetgeen de prijs gunstig bei,v. oedt.

Vele commerciële producten kunnen echter ook gesynthetiaeer ;'worden

'f '

ui tga8.?4e van lichte olefinen. 1!;en groot aantal reacti .s ~.,,' n zal

•

. . .,..,'

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

Vergeleken met etheen wint acetyleen g

diging van onverzadigde producten zoals ,vinylo~loride e a . oai ril, maar het voordeel vermindert bij de synthese van verzadigd" ~Qomp'on.n •

.. ten zoals aceetaldehyde en ethylalcohol. '. -~.

Bij de 8ynthese van drie-atomi~e moleculen is propeen het alia Voor de synthese van acry}on;itril is er één stap nodig uitgaan acetyleen en propeen, maar voor de aceton-bereiding is propeen deliger.

De producten van de Hoechst HTP n.l. acetyleen en etheen waarvaf/ '

gewichtsverhouding ingesteld kan worden tussen ~0/70 en

70/,0

zich. goed als grondstof voor polyvinylchloride, daar het zoutz~ur., dat o'ntstaat bij gebruik van ethean, bi,i de hydrC>Qhlorering v

acetyleen kan worden verwerkt. .

De grote chemia-che toepassingen van acetyleen zijn de bereiding;vn

aceetaldehyde, vinylchloride, vinylacetaat, acrylonitril, neopX'

'

en

trichlooretheen, acrylaten en vinylfluoride. ;

Acetyleen uit koolwaterstoffen komt economisch niet in aanmerki~'

voor de acetyleen-disBous industrie. Afgezien yan het feit dat

h06!ra

koolwaterstoffen totaal verwijderd moeten Zijn, daar deze

zich

,anders in de aceton-oplossing in de cylinder ophopen, ia het bezwaar' ~-, de

productiekosten van acetyleen uit koolwaterstoffen in sterke

a

e

afhangen van de capaciteit van de fabriek; d~t in tegenstellin~ • t de productie uit carhide en water. Daar het transport van acet .

eéh-cylinders kostbaar is, bljjft de productie hiervan beperkt tot de

e-hoef te in een bepaald (klein) gebied en is de fabriek zelden grp r

dan

2500

ton/jaar. Op deze schaal is acetyleen uit koolwatersto. ~e

duurder dan ui t carbide. . . .

De wereldproductie van acetyleen uit koolwaterstoffen van ca.

1,1

miljoen ton, hoofdzakelijk voor chemische toepassingen, eind

1965

bedraa~t on~eveer 1/3 van de acetyleen-productie via aarbi. Van de wereldproductie aan calciumcarbide wordt ca. 6~fo omgez chemische producten via acetyleen en

4%

via calciumcyanamide ( i, melamine); ongeveer 2~fo wordt omgezet in acetyleen voor brander

toepassing en 14% in calciumcyanamide kunstmest.(lit.4)

De toepassingsmogelijkheden VRn etheen zijn uitgebreid. De reed ~.

vermelde vorming uit acetyleen van aceetaldehyde,vinylchloride, ?

vinylacetaat,acrylonitril, acrylzllre esters en trichl90r~tbeèn. i

ook uit etheen mogelijk, dat in grote hoeveelheden beschikbaar!

tegen ca. 4~fo van de kosten v~n carbide~acetyleen.Daarnaast vin

etheen een grote toepassing bij de productie van polytheen, st r.ee , ethylchloride, tetraethyllood en etheenoxide.

...

,.

111. Keuze van het proces

A.

Eoonomische factoren~

Z6als in hoofdstuk 11 is uiteen gezet ondervindt acetyleen ala~

stof voar de zware organische industrie concur~entie van lichté

olefinen uit aardoliefracties.

De

wereldproductie zowel van ~

bi e-,

als van koolwaterstof-acetyleen nep.m,t echter nog steeds toe, de. "de

werkwijzen, uitgaande van acetyleen, vaak direct en attractief ".

In de tweede plaats liggen de producten op het gebied van de

poly-meren, waarvan de groeisnelheid zeer groot is. ~

Het carbide-proces van N.V. Electrozuur~ en Waterstoffabriek te .

Amsterdam, met vier Miguet 15000 ton/jaar fornuizen voorziet in

behoefte aan acétylène-dissous.

Door de stijgende loonkosten bij de steenkoolwinning en het beao'

-baar komen van een grote hoeveelheid aardgas neemt de rol van ~6id

bij ons· af. Bovendien wordt het carbide-proces bedreigt door

het

toe-nemend toepassen van electrisch lassen. Eveneens neemt het gebru'

van calciumcyanamide af als kunstmest en als grondstof voor meI ~ e

daar synthetisch ammoniumnitraat e~ sulfaat goedkoper is per ton

tlk-stof ,en melamine gemaakt wordt uit goedkoop ureum.

Toch neemt de wereldproductie van carbide-acetyleen nog tOè; bide-industrie is één van de eerste basisindustrieën in de 9ntwi

lingslanden. In Nederland, waar om boven vermelde redenen de z\lt8,re

organische industrje zich meer en meer op aardolie en methaan al

grondstof richt en goedkope lichte normale paraffinische tOtS b~ ehi

-baar zijn die niet voor verwerking tot hogere octaan ga801~s of vop

katalytisch reformen in aanmerking komen, moet een nieuw acètyle .

-proces op basis van koolwaterstoffen overwogen worden. ;

Daar acetyleen niet in bulk vervoerd kan worden kan dit proces 'e

afzonderlijk bezien worden, maar alleen in een complex: producten ui

koolwaterstoffen via. acetyleen.

Bjj de bereiding uit koolwaterstoffen ontstaat niet alleen aeetyl~en

maar ook etheen, koolmonoxide en waterstof, die niet o~ economische

wijze te transporteren zijn. Voor de economie van de prooesvoeri~g is

het nodig dat deze producten "veredeld" worden. Etheen vindt vele

toepassingen; waterstof is nodig voor de ammoniak synthese, zeker.'

daar waar stikstof beschikbaar is als bijproduct van de

zuurstof,fa-briek die een parttële verbrandingsproces voedt; koolmonoxide ~

via de wa tergasreac tie meer wa ters.tof 1 everen of voor de meth~ol,;.

synthese gebruikt worden. Hen kan er ook voor zorgen dat van deze laatste bijproducten weinig ontstaat.

Aanvankelijk, waren de acetyleen uit koolwaterstoffabrieken geba$eerd

op het gebruik van aardgas en in de buurt van de vindplaatsen

gesi-tueerd. De pri,js van petroleumproducten is de laatste ti,jd echt,.

ge-daald zodat nu de nafta in bulk voor f 67,50/ton beschikbaar 4

S,

waardoor de fabriek niet meer afhankelijk is van .de vindplaat~ van

aardgas. ~ ~ t.U ~ rtJdt:..Ov~

Geziert bovenstaande ~erw~ingen wordt het Hoechst

zen.

B. Plaats en capaciteit

Voor de ves~iging van een nieuwe

lichte nafta wordt gedacht aan het vijf raffinaderijen aanwezig zijn.

Dit gebied nabij de grootste haven ter wereld heeft reeds facili

voor t,ankers van ca •. 100.000 ton en zal na uitdieping V8wn de Wa

ook voor .de grootste tarikers bereikbaar zijn. 'I<~>~

" f '

Dit~gebied ~ordt bovendien na gereedkomen van de

dé randstan Holland nog beter bereikbaar.·~·- ~~

Fabrieken voor de vervaardiging van petrochemisohe grondstoff~h

kun-nen op de wereldmarkt slechts concurreren als de capaciteit 11 tua e

de 150.000 'en 200.000 ton/jaar ( l i t . 2 ) ·, " ~.

Besloten werd een fabriek van 153.000 ton/jaar gecombineerde C' 'a

te bouwen, acetyleen/etheen verhouding 4Ó/60. . ?l~).,

V

I4~~

:

'

~IS-.

.

:·~i:~

c.

~;ij~berekening

> '!".,

Kamptner e.a. (lit. 2,3) vermelden de investering en produc.tiek en

voor een 150.000 ton/jaar C2~s fabriek. ' ~

De investering voor een fabriek, inclusief zuurstoffabriek en

ketel-huis beloopt f BI miljoen. Hiernaast is nog kapitaal nodig voor

1) startup compressor met brandergashouder, 2) nafta opslag, ~)

ratorium, 4) landontginninff, 5) electriciteitsvoorzieningen, 6}

gische reiniging van afvalwate~, 7) katalytische zuivering van

laatgassen, R) ~ashourlers voor acetyleen en zuurstof en 9)

e-ne omstandigheden (510 van de totale investering).

Tezamen is dit ca. f 16 miljoen.

Alle investeringen bevatten ook de reserve apparatuur voor de

productie voor. tenminste 8.000 uur/jaar. ' .

Als thermisch proces is ~oor deze route relatief weinig electri~' t~i

nodig, n.l. 12% van de kostprijs als electroMotoren worden geb u'kt

en

4%

als stoomturbines worden gebruikt. De èlectriciteitskoet

n

bij

het carbide-proces maken ca. 36% uit van de kostprijs.

Gebaseerd op de ervaring van vijf jaar met een 85.000 ton/jaar

briek blijkt het onderhoud 4~ van de investering voor de fahri

2/0

voor de neven facjliteiten te zijn.

Investerine farrie~ f 81.000.000

11 nf>venfaci l j tei ten

t

16.000.000

Totaal f 97.000.000

Bas·i skos ten

nafta electriciteit koelwater voedingswater Productiekosten cent/kg C 2's Toeding chemicaliën electriciteit,water loonkosten

andere directe kosten vaste kosten Totaal f

67,5

0/ton f O t Ol,S/Kwh f O,013/ ton f O,40/ton 12.5 1,1 3,58 0,S2 3,1 9,22 30. ;2 Productkosten etheen acetyleen (etheen!acetyleenprijs 1:1,6) 24,4 cent/kg 39 cent/kg.

'I!"

IV. Beschrijving van het nroces

A. Algemeen. Zie bijlage 1

In di

i

twee-traps ,kraakproces word t in de eerste stap, de

branderlCa-merMeen hete gasstroom verkregen door practisch volledige verbr

ding van gerecircul eerde residugassen (CO, ÇH

4 ,H2)' met zuursto'r. In de vbam wordt stOOM geï:n,iecteerd om de tempera~tuur van de gas ,,! op 2300 C te brengen. De branderdruk is

5

bar.

In de tweede stap wordt verdampte nafta.van 250°C in een reaçtorbui~) zo snel mogelijk tot de kraaktemperatuu~ verhit door grondige meng ng met de hete gasstroom.Na de kraakreactie is de temperatuur van de gas-stro0J.D gedaald tot 1300oC, de benodigde reactietijd van 2,5 milSs C n-de wordt bereikt door snelle afkoelint~van de gasstroom tot 250 Ü e

koelolie.~koelolie is de ~ekraakte olie uit het proces~ Dé ~ruk

in de reactor is

0,7

bar. De brander wordt met watergekoeld, de ~ ac-I

tor met stoom. De aapaciteit van de fabriek bepaalt het aantal teac 0- , ren + branders. ~r wordt geen roet, cokes of asfaltachtig pro duO ~ e-vormde

De koelolie circuleert door pen warmtewisselaar waar de warmte v n de

~ kraakgassen wordt afgestaan ~n lage druk stoom wordt opg~jl

~evormdp. kraakolie continu worrlt afgevoerd en verbrand in en

stoomketel. De koelolie is dus een tweeledige stoombron. -T

De afgekoelde kr4akgassen hevatten hogere koolwaterstoffen die in en

fractioneerkolo~Jverwijderd worden. De lichte fractie, met hob g p

r-centage styreen heeft een gemiddelde molecuulformule

C7,612H6,742

~ e

zware fra,cti e heeft een p.-emiddelde samenstelllng van anthraceen.

n

ze

fracties worden toeeevoegd aan de koelolie cyclus. ' ~,

Na afkoeling en afscheiding van water wordt het kraakgas tot

16

bar

gecomprimeerd.

-Kooldioxide wordt vervolgens verwi,jderd door absorptie in een kal' m·

meth'yltaurinaat 0plossjn~.{..aarbij de kooldioxide concentratie tot ·

minder dan 50 ppm wordt teruggebracht in één stap. Vervolgens v ~~ij­ dert een loop,-wasRing (niet getekenrl) de laatste resten kooldioxi4e''e.Jl een waterwassinp. (niet ~p.tekend) reinl~t het kraakgas van loog. In tweede kolom worrlt het oplosmiddel p'eregenereerd.

Het kraak~as bevat nog C~ en zwaardere koolwaterstoffen, voornam .. onverzadigde componenten 'zoals hogere acetylenen en diënen die g voelig zijn voor polymerisatie. De ~~mirldelde samenstelling is C,,03H4.

7A.

Door hun reactiviteit worden deze comp0nenr~n niet geïsoleerd maar

verwijderd door een wassin~ met verse nafta~bij ca. _30o

e.

De C -koolwaterstoffen, samen met koolmonoxide, methaan en

wa~erstof

' "en over de top, terwij 1, de C ~ en zwaardere onverzadigde componen té-n op-lossen in de n'afta en tertlggevoerd worden naar de kraakreactor. . ge-middelde samenstell ing van deze ~e&~t~fte nafta is C₇ ,61~H6,

742.

<, Door absorptie in aceton bij

-39

C wordt vervolgens acetyleen uit net kraakgas verwijderd, waar~ i~dleen tweede kolom acetyleen wordt.g

-~ desorbeerd, zodat na reiniginèYin adsorbeurs~cetyleen van 99f~ ,

v~ zuiverheid verkregen ~ordt.

Het kraakgas uit de top van de acetyleen~sorbeur wordt in een

temperatuur destillatie eenheid gesplitst~An puur etheen van

99 9%

zuiverheid en een residugas bestaande uit koolmonoxide, methaan-en waterstof4 eventueel als bodemproduct ontstaan ethaan in een tweede kolom (niet getekend), kan naar de reactor worden teruggevoerd •.

Het grootste gedeelte van de residugassen wordt naa.r de brandez< erug-gevoerd en levert na verbranding de kraakenergie. Ben klein g~ èelte wordt in een stoomketel verbrand en houdt de hoeveelheid etika 0 eft

argon, die met de zuurstof uit een Linde-Frankel fabriek

,

.

-7"-i 0"

,{

De in dit proces toeeepaste wlJze van CO

2 verwijdering uit h~

gas wijkt door het gebruik van het speciale reagens af van de g lijke methoden zoals loog-wassing, ethanolamine-wassing of natr

aminoacetaat- wassing (Alkacid), daarom wordt er hier nader op i

gaan. t

De CO

2 concentratie in het ru~e gas kan, afhankelijk Van de gas samenstelling tot

Ie

vol.~ bedragen.

Het absorbens moet aan de volgende voorwaarden voldoen: -zo mogelijk in één trap uitwassen

-hoge selectivjteit -makkelijke regenerátie

-dispergerend vermo~en voor polymere producten en andere vaste weinig schuimvorming

-bestand tegen hoge re~enprRti~ temperatuur en chemisch gen een geringe hoeveelheid zuurstof in het gas

-geen corrosie ~eroorzaken

-niet toxjsch zijn ( i.v.m. afvalwater)

Aan deze voorwaarden kunnen waterige oplossingen van taurinaat (KMT) voldoen.

De formule is

KO S-GH -CH -N CH~

3 ;:> ? H "

In ,de koude wordt

G9

2 gebQnden ~n bij hogere temperatuur weer a

staa~. De optredende bufferwerkjng kan als volgt worden aangegev

Me=katinn

Maar de snelle absorptie evenwi cht:

K0

3

S-CH2-CH2-N

~

zwak zuur

wordt veroorzaakt door het carbaminez

KO,S-CH?-GH 2-N

~OOH

+

KO~S-CH2-CH2-N

:

- . + R

+ °3S-CH2-CH2-N H 2

Deze reactie iA tien maal sneller dan de bufferreactie.

In de practijk wordt het goed oplosbare KMT in

3,5

mol concentra.

gebruikt. Een hoge concentratie betekent een hoge ca~acitei~ en

minder vloeistof in de kringloop.

De regeneratie van de oplossing is de voor het energieverbruik beslissende stap. ~r is warmte nodig voor de desorptie van CO,

(20 Kcal/mol CO

2).voor het opwarmen van de uit de kolom tredend

oplossing en in "de vorm van stoom die over de top gaat.

. Nevenstaande figu

Ai'oll'"'' TIIUE/tI(JIlfS'IJNNIN6 ~Uo . . _ . \.- Flow-eheet C~ ...á.bsorptie.

geeft het schema weer. Het ruwe gas wo~d n tegenstroom bij 16~bar

ingevoerd en in én stap uitgewassen bij

40

0C. De oplossing wo in

een tuesenontsp~

normale druk 8~b acht, waarbij de fys~8ch opge-loste eth" e~

acety-leen desorbp-ren; dit

gas word to or de

, , , f!~ uggevoerd.

.

,

• \ I~'

-8-. ')

De oplossing doorloopt nu een warmtewisselaar op d,e top Van de ;,or,

desorbeur, waarin CO

2 met stoom gestript wordt. Door. de keu,.zevan

directe en indirecte stoom wordt de juiste KMT concentratie verkre

n

De gestripte en hete KMT oplossing passeert een warmtewiase.laar

waarin de toevoer wornt opgewarmd, en wordt in een voor~a dvat o.pgeslagen.

C. Voordelen van h~t proces. (lit.8) De voordelen van rtit proces zijn:

-De opbrengst aan acetyleen en etheen is hoog,n.l. 54 gew.% berekend op de nafta voeding ~ecombineerde C

2's in de economisch meest

gunstige verhouding acetyleen/etheen van 40/60. ~

-Door hoge acetyleen en etheen concentratie in het kraakgas zijn. de zUivefingskosten relatief laag.

-De warmteverliezen zijn door de zeer hoge branderbelasting mini

-Residugas wordt als energieleverancier gebruikt, zodat weinig

bijproducten ontstaan. .

-De acetyleen/etheen verhoudin~ kan ingesteld worden tussen 70/50 en

30/70.

--Het is mogeli,jk de kraakenergie m.et 'de voeding zelf op te wekken, waardoor het restgas voor synthese doeleinden beschikbaar komt.

Op deze punten wordt in hpt volgende hoofdstuk nader teruggekomen •

,.,

-

' ".. .

.

.

..

"

Methapn, etr"lnn. :,ropnn.n P'1 r.,:f't;~"""'l,ct;j~9 ~lJn voor d8 etheen en

aC8tylecn boreiding "'m t,f'r::!l"l"Î.sch bf"ll;u~:. DI" TJormingswarmte ui t de

elementen is pen MPat Vr)f')r rj~ p'1e!'.-it·, di~ n()~jG is 01'1 de verzadigde

kooh/atecstoffen in rit) on [(>rz.'l.dir,-df' IJ:": t.e> zettPn. In flp:. 2 is

aange-ge,.,en hoe de vorminGR\o/!l."r!'1"te ~er k0'J18~ofat()oJ11 in het !!lf)lf'C'Ulll afhangt

v~n de temperat1lUr •

.

1

V.rmlng.war.te

L Jo

1

~--- - - -

- -

- - -

-

_-

- - - - -

-

-

1

-

_-

- -

-

--

I"-.

", ~-

-

-...

----

_{-- CJH4} - ... - - 1 -

-

_{- - - - -}

- - - -

-

-

-

_-

- -

_-

-

-

-

_-

--

_~ JO

"':.

-I 2w

..

.,-C 1 - - _{- -}

--- ---

1 - - - -

-

- -

-

-

-

-

-

- -

.

-

- -

-~

-

-

t---

--

-

- - -I'"

__ - - - '.z'"

_{__ __ . c}

,_i""

1..-- 1..-- 1..-- _---H2IOZ -- - ----t._{20 ...} 2.

-

-

-~,

-....

--_

-...

_ha~". - ,

'

.. "," 'c,Ha

. ... ('Z~

~

I

-

---I I I I

J

_{J. 1 .1 1 J.. .1} I .l I I 600 1000 "00 2

Vorr"i'1gsw~rrltpn V'I'" pri _{~o V}rV'llol'l+r>Y''1tnf'f''''n r>1s f"~n('+if' Vq"1 oe

terrer'1t'l'lT. (li.t. ?l

-

...

~

Hrt is te~r'1i"8~pn p~nrO~lS~~ ~p~ b0 !cnR dRt ctP~c t~ het ~ebied

'1Rn 1')01) - ?rv)()'1!~, jJJ·A .. ·.i.qcr 1)"1.r""",~",l -i :'Ir '7i.jn ~'''''1 riP +,O">T'pr:1tu'Jr.

M':!.xü'1ale> ene"".,;','" iG ,!1i"'~i..i~ "nnr :'p ~~!"\"'qr·ip v"l~ ;.lrotyl,,!pn 111t 1'1pthRan,

t<>rwi,n dp.zp. rnerr:i,. f"'~ '1~0"-' 1.;-,,.-.lt f'i,i ~('n")r'":pr.~ m01f3CU'11.q:pw1rht v:>.n de

n~a('ta.nt. Lirh+-e 'î'i~t.~ "prej"+ r",l"~;PT "r(l;'1if~ p'1prlJi'-'! v")')r d" cf)n'rer~ie

t '1t e t.l'IPen '-er> are t:' 1 :"8'1.

-1i4 • • ~~

])a,:lr h8+: ec:ht.· ... r '1l)rlir: 1S rh+, vnr) .... on") f",o"'Ume r~w't{p 'ie vrije

pn<>rgiA( G~ 1 A.fY'!o'?~t. it-:l'1 ....,P+: "'", ~,t.:;l-,ilit,...;+"rli..flP'!'ern (fi!=". 3) het t,pmperatuurntveRlJ wo .... r_le:1 f3.'l .... :.,"i"p.ven. w'i,"r~i ,j rle rPRctip_{8 JTl"ge!:i jk: zijp.}

Hit fi.,:~. 3 f,1'.~kt. rl'l~. ,,!P",~'1R'" ,~p ·~C>ps+ st.".b;.-:]e k(')l)lwfltp.rstof is bij elke" tPr,lfpr,qt.'l1lr: hpt.{;ppn .~e>k<>'1~ ~Rl '7jjn W0p,eng hp+, n.'1blU:"l ij1l:e

'JM~---....,.~-_

-: ...

'20 H"2

..

" ..

_,

'·".F"~

",

_,

~C3N8

'C2H,

UP r.F?1I'l.ti.eve st.ab.iliteit

van

p~raffinen wordt Mi.nder bij toe-neMenri a.anta.l r.-1:itomen. Men z1~1i

(Ü1'1: voor de fabrikage van acetyle

ui. t 1 :chtp. nafta rle temperatuur" . ~l~im,~l 1JOOoK moet zij~1 terwi~ '

on nit _. temDerïtuurnivp.au eveneen _l'lpt.nv ~

pthAPn pn ac'P. yleen gF!vormd kun~.

wo"-rlen. ~

\

,Tn onct8rst.:umde t"be 1 (li t. 3

r

l ~~i.;~ "1)'11" "nig"! krR.f>..kreacties tie '.'

b'-'nnrltp:rlE' enerp,-iF!ën weereegeven. "

al sf'lpde .:lP. bere kende even .... i"chts .. , ~~ I •

tp.:'lpf't''1tullr voor 0(.= 0,9. In di" ':

lR.at1'1t:e kl)loJTf wordt rekening ge::""

hnu~e~ MPt ~"!t anetylpen/etheen~­ f'venwicht. Hij ziF!n hieruit dat \ . '.

~, I

tri"-"

acetylep.r.. pconol'1isch verkregen ~

OI-..L~--+---~--~:

...

G

~

wl)rrl.pn uit hOf'''!rp. parrd't'inen, als,

to -. 2,02 t:p~E'l ijk '?theen ontstR.at.

2CH L1 ~ ~ v:,H?

.

.

C?H₆ -a. _~ \?F2 +

?/3

C

3

1f

a

c-- " C')H_.. .) _,

...

1/~rI=;H14 ~

-

C?l!:;: ... ) / , (IC' ?OH !'?

-

~ C?H? + ( ,

.

_{C?H 4}

.--

~ C?H?

...

, Co ~H ) ')~ (, ' '') ç: (lH J: _' ? t1/~H? JljlOH) H:,

..

~. -j Ir ri~. A (lit.ll, blz.7?) ~;j"" t:>)1k~l Po evenwi.~htRr()ngtrulten ;;

lJi trrp7,et ,qlR f'nnctie van de

tem-re..-"tuu-:-. Hieruit bU ikt tiatzovel

rlp. 0nt_{1 erline '!m rea~tMt tot tu}

r:"00urt, nlRonk Vfln tussenproduct ~o~ q~etylp.~n wnrrlt bevorder~ bij '

tnt:>~p",!p~rlp t.enperatnur. Vermindel'1

'1

-i:-uk, of" rpt toe"(')(~c!"n \fa!! iner

e

.:

f 'Rqpn , hevorrlp~t pllp ronctiesw"#

f,0nor' i ~"l f'

~' ( I( !

oe

:..

~

,

Q ) ~=:O! Q lS3SoK

1 ,h6~ _{",400 5} ,~OO

1, ?T5 ~,Q4() _4,?30

1. lil) ~,6()O 4,(HO

1 , (vg 3,~q() ~,8I)O

1 , '\] I) 3, _{1 ~()} .~ _,680

" ~

f

0 -I ~

-2

<.0 (:)

-a

-A

-4

-15

-,

-1 -8 I~ 11 Pier. ..1 Q . rei '1<> t iPK -... _---

..

- ... - - - . -11-10 _{8 ~ 2.} T

~~'r"rl";(''''t~~'"''1''···'Yl+nY) 'tI,., f1lnr::tie VAA "lP

tpmp8rfl tU'lr.

Over de p;yro}."RE' "R.n knnlwqtf.,.. .. "t~"f'~n, brV0n 7 ()()oC , is weinig

H~t is wp.arschi,in' i..~k nJ:1.t b' ~ py"Ol?C>,p' V'A.n rlltrmen, etheen h"'t p""oduct is dJ:1.t vnîlr'tf,?,llflt 8A.'1 de A.~ety!ppY1 v'1r~;"'!)'" (li.t. 1'ï,16). l<"'rntupel E'thaa.n

ontleent ZAe?" snel t"l-t; Àtr,::>pr pn w'lt>rf'tnf. ()vpr !ie Mllte V'lr. i '1st~11ing

V'm h'~t et.hpf>n/ ('ct, 1.~0'1 r.'r'''l':~'''' + "'1') '~nn 11;+p,,'1 ]('):'P)'1,'1. wR.8.;:-del" [;~p'even

(li-+:.11). ~~ltmlpn vFt1!f'n to 8n~1. ll' f""" in f'E'(,llnfhdre er terti.,ire

rroduc-tA)'l on: de richt,ing V~,0.P i.'îitFi1p on-l;lnt'li.nr: tel:pst'lrleren. ])e hoedanjghei,

v'm /je eerst'" reActA.'1t ~f)1l nrm F;"PPy) !TO~P jnvlop-j' hehbf'n ('lP OP 'formings-

i

snelheid van ~trptylppn alR ri8 r<>J:1.("":'nt _~ of ~p.,?"" k00]stoflltOl!lrm heeft. ".~

DI" reacties'1el,,~jri"r;'1'1~t;'~Y)';f' ;q in 0.n~ G<'>VP~ ~i(> V';YJ pen ontJenings'.:.

t ' 1 11 ·b~ lr.AJ'l rl k ,- . i .

reac ,1.e. A s een eVp.r-A. con~t'm t;.!=!', ï. S', :;:01: pp.!1 .rRJ:1.I<.""",.3cto"" g~'iJ.mens onee:,

kunnen worrlen.

De ontlf'cti'lf'; v~n fV~t~t:r1r'r>'1 l{'l'l von""~l'>steld worden doC'r (Jit.l):

'I

met: 1 flg _1<:1 f.

,

h _{-' :F6nO/R'l'}

10g k

2 1(),1-l,7

-

18000/WP 10p _{l{~ '"}

-",0

~?7'JO/FT _{- ,}

Bi<1 hoge terJ!J8rat'lUr is di !>r.p.tyler-o" het VflOrnrlamste ontledingsprod !'laast k00lstof en w.<iters1;of. Bi; Vl'lel l~l{TP-r-e t~mTlerRtUUrt ontfltaR.1l o.a. mPtha,m, etheen; benzpen en :wa'1rner" A.rOlC1llten.

,"

De ont J

en

in~ V1..'1 'lCet~"I('pn I hi j hOGe t"!mnE"ra turen t krul worden bestu~·R'r

nep.rd met beh'llp v:m flcholrE','01 ftp"hnl°kr:'Y'). T j t. IA .geeft een tweede orde

.7 ?()0~()

ont 1 edinB'ssne 1 hei cl scon "t'm tr; 'T,-n: /t, IC' . "'"\(")( - -~) I/ma 1. s

E~IO~

,

['zHz]=ro vGl.D/o--'"

E~/ol

['lH,].

20 \til. o,ó _ ...

-Fig.

5

Eanerce'1t"f'1? nn+leer. ('.)L) !.. (,

(lit.?)

}J R de ~p 1 frl e cl)nver~ie kunnen

J

.

:

~AArnen ver~~egen worden, z~\~

1'1 fie. ~ ?l Jn R.ru1.gegeven. \

)) .. r.nnrentratiee komen OVi!l:' .<,

-met die onder technische omat

rij E\,herien. n", l"laximale

verbl'J-t i,;r! k~n h1.erui t voor een be~ .~

,aRIde o'1tJ .. tiingsgraad )lorde: , __

.fCA]A7~n. ~~

ft Is df' ont1 pdi~e _{V'ln primair .;} GPvormd acetyleen niet mear ..

7.j~n dRn lOif., dqn mag de verb~ t~jd bij JnOOoK (eindkraakt

rp.r~d:mrr) niet ~oter zijn d 10 ~s.N~ reRctie dient het g .

-~p.nl!sel dus Z0p.r snel gekoeld. r,

te'! w0rden. ])e?,e sn~l]e koeliJl&.(

kan alJp.en rlonr rtirecte wn-~t~

wtRqgli.ng worden bereikt.

1)1" 1"81p.tief lffilg?'8J1îe ontle .

V'ln ,o.cetyleen dnor reactie m Rt00m, wftarvan pen grote over.,:.

!'JA.rlt 9.AnWe7.i.g i 8, kan de opbJ:"

flan ac~tyleen. eveneens doen d

Hi t rje' voorB''1.<inne bp~cho'JWi.nP"Em hl, ikt n~t ne belangrijkste

1. i{e'lze VRn eie vnedine

2. 'l-farmteoverdY'A.ch+,' op hnot': tp.m~pr.<it~JUrni veF\.U

3.

Korte v8rb1ijP_tijd

4 • IJ 1lg8 pa.r t 'i Rn11ruk

, , . •

~~it ~roeffnbrie~~v.n"

"lijkt dot,onder H.T.p.

:-,,~digde koolwatèrqtflft'en TYlet ?"ech'!:p ketens dp

etheen en acetylpen trrev~n (1. j t. ~). ~pt Mll.ximUl'l ligt bij koolwaterstoffen

met 7 - 12 kool,stof fitof11p.n. Di t l'ln:X1.T'1111'1 WOyrlt bt.i lage tempP.ratuur )e~~~enç~"

door de vorming VflIl meth!lan, bij hOBP. 1:p.M'perfltuur door de vorming vari

teerllchtige' prod:1cten. ArOM'iten p'e1_ren weini~ kraakgas en vormen

teerachtige producten. Olefbrm hebben weinig k~A.r-tkenergie nodig,

minder C2 -gassen en !'leer nevfln")1TOnt_lCtp _{n 'tls de overeenkomstige paraffinen.}

t

-/.

~

"

~ -0

a

tG ~ () 100

90

BtJ

7D

t.D 5'0

""

30 10 I" ()

o

C)+C_q

-

_~c: [CO+CD2j't. Hz. cS'" lrEIJ) I

---"...- Ç~4 IJ ~ f- \

-,

~2 /

\

\

[

\(\

(

-

/)

v

'"

I

jl'

~ 5 /0

,s-

20 .()nbrpnf.?st ft] 9 fU'îr:ti.ç; A.Rnt;;~1

C~atol1en i.11 !'J01p.('u')).

In fi~. 6 is de npbrengst wee _

w~c~ven al s functie van het aantal .~\,:

k'l('.lstofatol'lBY: in ne voedi'1g.(lit.5 k;:

'''t.:

• 4 1

-~~""'~1G('

',,,'

~

,ilO ~ en 3

D'1fU'';'rli recte warmteoverdracht bij hOlJe pyrolysetemperatuuT is uitgaal kOMt nlleen regeneratieve- of Àirec

w~rmtewisspling in aanmer~ing. Hiert

1 i jkt de directe warmtewisseling '.

j '1teyp.ssant, ook in verb~.nd met pu.nt·~~

Hpt h10ek Mogelijk een geheel metale

br'lnrler te ontwikkelen

(lit.7),

waar

n~~ rn~~gsel van methaan, koolmonox~

W!i~.f:'rfltof (de resiliugA.:1sen na afsehe

~i~F v~ p.thee~ en açetyleen) met

Z'J'J.,.'~t.of prRctiRC'h vollerlig verbrand <ti

~ ""'- ....

wnrrl~. '

Tn r!A I,ete '!ll'U!1gaR"lEm wordt nu .

~~IJO'"'l ~psrnten. 01' de vl"mt"lmperatuUl'

' ~I

+:" rC~Gplnn, DAze st.oOJ'T!toevoer heef.t

v"~8~htl1e~rle vonr~el~n:

R, 'rerl'lging van de ~onnentrat:1e

2.S V"~ ()J..I en () rarli.c81en, W3.8.Tdnnr oxid

::>""r'>.qk . VIU1 dA nQft'3 wnrdt vermeden,

h. vprl1.einp VRn tip t,emperátuur~

Y'nokF"assen. El"n A.I tI" hOf,'è t.:>.rnperatu

,.j"pt clP _{kans op afhrnak Vfln het gevo}

wqarnll r11'lA tl'l

daal t.

Rcetyloer. topn~T'1en. c. zie ad.4

De ul t rie tr"~'lpr t~prlp,,~p' r,-'lC:H~Pl" ''''P''elP'' nu emel r.:-n.!:1"ngd met

na

voe .

in rjp T8ric"!',orhui.s --lP. cm in:h<>r",,('" k"!''''''!kr''~ctie prActi~r.h t=trlie.batisch 'lin~t pn na ('(>'1 v8-rt>li.jftijr. '!'lr. ,..C;. ?,S "1~ de temperA.tuur tot ]300, ~~ Het. gasJ'T!pnGr.el \"I"I:t'dt nu sn"l r,t"k'-'''H rJr.0r l-]~t jnspuiten vrm koelolie.

_L

In fig. 7 i'1 h0t t;"1rnpprl1.1;t_{ll11'pr('lf'; ,',1,} ~f)rt] g de?€' AM ppn pro>:'freacto ,

wp.rden gemet~n t wpp r[:.7P ;~e"p.>'1.

~~drd-. .

a.d.4 He] ve ,n.r+. i. aa 1 rl Tuk k:m bnrpl ~t \mr'i"1n n00r vOr!:1pnf!'ing I?n de Fl'iPällsie naar 'Gr;e <":t'11Jr i'"

~(> "'P

'1.

f'i;f"l~ (~q.

n,7 bA"'), waarriool' d!"

partiAA10ruk VA.n "iP k0()1wri-t;~r,>tl)ff'0n ('I'. 0,3 bAr' bp.drnagt.

D, Im'loed te'llperatll'lT en enp.rf,:ic

Ie. Temperatuur V'ln hpt hr'1nrll?rgRs( 'rB ). Een hoge brFlndergaRtemper,'

is VOOTdl?lig, omdat bij stijf_{ri.'1g hiervr-m} h~t _{p!'Argiert>ndement, bi,i} gelij~

t.

rp.actietAl'1peraturen, wl)rtit 'Tt?rh()l)e;d. Hierbij :;:a1 mpn rekp.ni.nf,' moeten ho.

met,het onder punt C, <td. 2 en 3 gestelrte.

Do

Oplossing VAA

dit

proole, t

,'.-..

90 ,

f

'

&0

70 " ~

_•

SD .'l

..

"

'~II/JC 2e. Reactietemperatuur, (

tr

R' ) J 'l,... •

..,..

,~

.,.

.•

een be8lisBenti~L.invloed op. de'

hoeveelheid der _{kraakproducten .. -al.; "gere}

'1'11 ontstaat _{een hogere "Qe'tiYleen/ '. , n}

verhoufting in het kraakgas. _{. '} "

',i'>

Indien

de

voedingsstroom _oonstarit'~l

en de energietoevoer vérandert t d ' ..

brandergaSMengsel te varie-ren, kan.

en daarmede de _{acetyleen/etheen ve.}

ingesteld worden.

t

'

4D _{temperatuur als de} Zowel de uiteindelijke' ree.:ct ..

reactiewarmté' pé~

eenheid voeding kunnen _{~ordèn Sebru~L.}

00, :a

•

I

₀ .Jo

•

kJ 0 .

.

« 1

.

,

... 900 I " 1110 /ZOo IJH Ift«>

om de kraak cond i ties, te karakte~1h', iIi'NW!

In fig. 8 (lit.5) is de op

uitgezet als functie van

_Tn

en de

w~~te. _{Deze figuur karAkt8riBe~rt}

koolwaterstofkraking _{in het H .T.P~}

_"

R.~S _{resultaat van proeven me~ , to·~~~~~}

war~terlrager _{en lichte nafta als}

v'nonnn a Ri.~ stijgende ·temperatuur treden lJ~~1ite.e~:t

pro,een, etheen en acetyleen in de

voleorde op. Iedere opbreng~t dOQrl

een maxilllum

ö 'De hoogte der.max DIB.,

W,()

beneden 9-50 C, door de snel t~nette

hoeveelheid niet of weinig veranderde voenine, begrensd. Boven 1100 C

v

. T1·c .... _{Eig. 8}

in in steeds sterk~re _{mate de reactie van koolwaterstoffen met}

koolmonoxide, kaol~ioxide _{en waterstof Merkbaar.}

De som van de etheen en acetyleen opbrengst gaat eveneena d~or

maximum. Het voor de prR.ktijk i I1terossunte _{gehied oer H.}

_rr

_.

_{P. lig:t,.,t ue:se'1\~li:1:}

~e _{maxima van etheen en "cetyl~en.}

,..~--~---Om een hoge opb~ngst aan acet11ee~

verkrijgen, moet }Iet' kraakgas bij

uiteindelijke reactietemperatuur

~ekoeld. _{NaaRt de reactiewarmte}

_i.

,,",

t ... ' -~ .• _ - - - ---,- - - - -- - - _{veel energie nodig, -welke als}

warmte met de product- en

, \. I ~~~--4~---~---~ I/~~'

----~~~--~---e

_---lr,

.;J ~/~~--~~---~-~

...

r,.~----~---~.--_"T~ I NAFT.- ~OIIOLI( ",,.FT,, Fjg. 1

wordt afgevoerd. Deze e~ergié. w-lk .

verder _{voor de reactie gebruikt· ~.}

wordt eebrui~t _{voor het opwekken}

lage druk stoom.

In fiff q (lit. 5) wordt van

genoemde condities een over7.ieh~, Re~:'~1

Hierin wordt de minimaleA~'2~'F~~+n~u~~

pe'!' Massaeenhe1.d 'voerling., benQ.g~

d~ _{reactiewarmte en de voelbare .v}

van de eassen,

die

de reactor. verl ..

ui teezet tegen de brandergá8tempe,r,-"'~I1.~~

bij verschillende waarden

van

de .~.~"~'~~~~~

ternppratuur _{('lln). De lijnen zijn}

_'bè.

_'

~ -.

\~at betreft de temperlltulU' '''' br;mctingsgMsen )ren lllen

verde.r

Merken dat een hoge 1ni ti~lè

tunr (TB) betekent dat wij m1nde~~~~~

eae (te bereiken door minder àtoom) minner verdunning van de voe6ing nQb~~

Ben lRge TB betekent het tegenQVe"-ffl:S1d,.~~

Ui t proe.ffabriekresul,taten blijkt

dRt

'l.'n ,

binnen wijde gr~nzen (tot

prRctisch geen invloed heeft ~p .4'e ~,: '

opb:-engs t • ) . ,

Fig. 9 Benorligde hoeveelheid enpr{rlp ppr massaeenheid vnerting als f'lmctie

van de brandergastempArat111lr.

E.

KeUZ~der kraako~standip,~e~en

\

TTi t ov~rwep,'ineen 'l.ls n!lrle'" J) hl:i jkt d'" afhankelijkheid van

der voeding, TB ' TE ' druk en w~rmt,Q-econonie.

Op grond. van de in H 1;. ? " " en' 6 vermelde proeffabriek

werden de volgende prOGeAOl"lstM1Îf;-hprlf'n gekol5en: TB 2300oC:

TE ==

noooe

·

Ptota~l , reétctnr ::s (~t 7 ba.r

P_br FU1ri er '" '5,0 b '1!'

vo~ding: lichte n~fta (kooktr'l.ject 35 - 10 5°C)

F. Hantering van acetyleen

Het belangrijkste eevnar van acetyleen bij, of iets boven·al.~'~~r

rische druk is dat, wat nok voor a~rlere brandbare gaAsen geldt, n.l. eX'Ploeieve verbranding. J)ezp. knn wC)rrlen veroorzaakt door lekkage

in de apparatuur of v~m het gas nna!' bui ten. Di t gevaar ia voor ao"EfL.V'~L_'" door de wijde explosiegrenzen ( van 2,J - 8~;' acetyleen in lucht),

Daarnaast kan acet"yleen,. n.onr het sterk endotherme karakter

verbinding, in zijn eleMenten ontleden.

Uitwendige verhitting kan acetyleen, welk~ zien onder apP)~l~~

tuur bevindt, doen explorleren. ])e minil'lAal benodigde wa.nd,temperatu~, ";0 '

het veroorzaken van eXI'losies, is btj 1 bAr, 6350C en bij 2 bAr 540 C. ,"

"

Met in acht nemine v~n de vo]genoe punten, kan acetyleen vgil1g r

worden verwerkt:

1. lUiminatie van factoren nie de ontleding initiëren, zoals

J'.;

metaal zoutp.n van acetyleen (hv

.

Cu), peroxiden en hogere ace tyl ené ~""~

. ~.~

2. Eliminatie v:m fl\ctoren (He Q.mntig zijn voor de o,ntJeding, du

werken bj j "0 111.A.l3' M')r~Tl i.~kp. <"iruk p.n t8mperatuu.r, eventueel inert.

verdun~ingRMiidelpn toev0~ep.n.

_{. ,}

3. Vermi,jding van [Ç'otp oren r'ümtp.n in rie apparatuur (eventueel .

opvullen met bv. raschie .... iY1gen) en hAt toepassen van anlälle pij.P9l1'

. ",:t.\

4.

Ontwerpen vnn R.p'1f1.rntnnr, die bestand is tegen matige ontl1.'tli~

drukken en het v00rkompn van ~chR.de bij eventuele detonatie.

Ri

rt

moet ne apparatuur berekf>nn woroen op ca. IO maal de werkdruk,

en

·

dienen evene~ns vl~rlovprs en breekplaten op ~trategi9che punten.

'te vorden inGebouwd.

~~J ,;

5

.

GeslotAn fabrieken rii~nen te worden geventileerd en electri$ch&_~ ~·'

.

• .. 1~'

-\ ....

;

"

vI.

Massa- eon warlllt'ebala.nsen ( zie: 'bijlage

n

,

Ien

Zoals in .hoofdl'4tnkV werd vermeld, dient de' temperatUlU' van het

ui t de branderkamët tredende t~asl"lf>.~l'!e 1, v"r inspuiting van de 'nafta" ~

23000C te bedragen.

Door het oplossen van een wru'Mtebf>1~8 over de brander kunnenf '

~oor een willekeurig gl\sT'lengsel vr:n l"IethnRn, koolmonoxide en waterstof""

de hoevee lheden zuurstof en "lecunrlnire stoom worrlen bepaald, welke j~i~~.,

noriig zijn om een temperRtutrr te b~reiken. ,.' ::f"~,

De brander is els een reactor, werkende onder constante druk,{ '

te beschouwen. Het brandergRsmenese1 en zuurstof worden toegevoerdb).j

5 bar en ~50C, secundaire stoom worrlt toegevóerd bij 5 bar en 16Soc: " "

, ~ ~,

Als bA.sis

'

~nn

de berekeni '1B"E'n werd cie vetbrandingswarmte ( ,

~5)

'$":.

van de comp<l1lsnten genOMf'm. In me~8t; R.lt:-er.'!r-me gedRRnte, wordt de warmte"';'

bal alla, zonder wa"'Mteverlies door stra11 ng of convectie in rekening te' "

brengen, daJ'U

~

,. ( .'

AH

~5

,

')

+

'Î

..

f

e

P_{i '} rif!,

m,1 C,1 rnJl ,

=

"

rn,J

.. (

-

a

H 25 C,J ,) +

'Á

~tJ

. •

j

'

CPj • rlT

De index i gp.eft rle ~ompon~nten aqn de i neRng , j die aan

weer.

In rlaats VP',n te int,Pfreren, werd fTlet gp.Mid~elde Cp WAArden, over

het betreffende temperatl111rtrnjpr_{t, [':ewerkt.} l)p for1"lule word t dRn:

~

'i,-C-AH25.) + 'Î1"I,l,.C_P1,(A T 1.) := <1 ,.(_.dH 25 .) + ro, · C,l 1'm,J -C,J ~ !!l, J .• Cp .• (J A T,) J Verkort weereegev~n: ~ L = H

vP"

Vo()r 1 kg brMcierp:(u~mr>ngsel . hef3t _{nande uit:}

Xl kB' CH 4 X 2 kg CO , X 3 kg H2'

kan, j ndien de Bamenste~ 1 ing van het uit de brander tr.edende gaáme

bekend is, met vgl. 1 de benorli.gde hoeveelheden zuurstof (Y kg)

en

seounrtaire stoom (Z kp,) worden bepRald. .

Voorde berekeni~B v~n

ne

sAMenstelling van het uittredende ·~e·na~o

werd aangenomen dat ~lle in ~et branrtprgas voorkom&nde waterstof ver~ .

brandt tot H

20, en dat oe koolAtof verbrandt tot CO en CO2, in de v' ro. ;. '.'

houding: •. ,

mol CO

mol CO?

Voor de verbrllnriine klmnen wi.j elFl.n de volgende

opstellen: °2 X ---'!~~ '1 kmol ( CO + CO 2 )

ïb

X' ()2 X? 2

,

,

CO ~ 28 28

~

~)? X 3

,

,

H 2 ~ ~ 2 Ontstaan

(cn

+

co):

( .( lito 6)

D8.8.r nu de 90m pn de 'r n. rh nud ing van CO en CO

2 bekend is volgt: X] v CO₂ .: .l2.L~

(

+ ' t> ) (

2,?211.

~

1

1,2692 .X 2 )

13

'

Tb

2.'3 + Y.) "

?.!.2.

Xl CO ( _{) (}

O,336S'X1

O,1924.X₂' )

13

Th

+ 2.9 = +

Voor de zuurst'1f r;e1.-lt: (kmol

o \

_{2 Jbrander} in X;:> +. 28~2. . "

..

( kT'1() 1

_°2)

brander uit 2.J2) ( + 2Xl3 ' . + X2 .. )· + 28

Na uitwerking en substitutie van voor Y:

X~l-X-X

3 . 1 2

kg

Na toevoeging van Z kg secundaire atoom, treedt 18.X

3

+ 2 + Z ) kg stoom

Om Z te bepalen, worden van vgl.l linker en·rechter lid

l,i.nker Hei ( 1. )

2';

~

m

.

,

i . (

-a

H

c

~

i ) ~ _!!l,l. ,. Cp].,. ( tl Ti ) R ( Xl·1.195~ X 2'·241') X 3,t'8670 , Z • 0,45 ,Hp.cht~r lid (

Hl.

25

/; .. ( -AH , ) ~J e,J .0,622.2275

..

+ . / Jt'J;..:r~· .

Volgens lito 7 bedra~;th~t warmteverlies over de brander en dè reactor 3 resp. ;x,',(,. 'l'eSA.l"len du!'l

5

0_{1,. Uilar de warmtebelasting van de}

vele malen groter is dan rlP hn~veelhejd warmte welke door de nafta aan ·

het systeem wordt toegevop.rd, worrlt bij de berekening uitgegaan van verJies van

5%

van dA warl"ltebelasting over de brander.

Vergelijking 1 kan eeschreven worden als:

(vgl. 3a)

Uit deze ver~f:'li.i~inp: '",inrl~l1 wi:i. "la ('Imw~rking en F.lubstitie van . ~3 = 1 - Xl - X? ' ~nor Z:

z

'"

-6,')911.:<"1 - lf),17f1_.X

2 + 1(1,7003 __ - - - 7 .. - .

--~.;-:-Reswneren"l kU'1rHm wi.i n'l 3<:?p;'r,-en dat 'roor 1. kg branclergas met.

samenRte1linp;, V00: ü3dpre R'1I'1p_{nRtel1i"lp,' ril' b(>no~i~e ho'?veeJl"1pili zuursto}

en stoom voll-"':t u i t rie ver{-;p 1. i ,i Id nr.ren "('InT" Y re F.Jp. 7.

Op grond vÎ.n ] it. f. werd '1-'U1lj"'110:>](>'1 fielt op l,OOn kg aan de fabriek {ii

to'?gevoerde verf~e nr,f'ta (',')3':- kc: hr),;-"'rp _{acptylenen (gemidrielde molecuul-} ~

formulp C)~()~H,1.,P-1 ₎ (""\~~RtRI'I.t, _1-I81\.o·P ~'1 _{kn!')m 6 (zie fJowsheet) noor}

A

de verse naftA. wo ... ,H. 11i

i;f"","'aSfll~n

en '1fiHr tie re1V'+or worot

terug~

':'.:~

Di t b<>.tpkpnt rlA.t 1 kp;. AAn de fflori,..,k t;o'?p,-evoerne V.~E~~L . .!:Ia.-f-t1î-'--overeenkOll1t: .~

Met 1,03') k~ aan dl"' n'Gctryr' t0eerV0f'rrJp. "[j.Jka-'tn1.·fta. ~

Voorts werd nT' {"T",.,rI "'ln nrf'pf'fabr;r>k p;prrpvpnF.J (lit. 5 en 6), aange .. '

n0Men d8t o~ 1, ')35 kl; :lan "A TPai'f'J1" t,'Jpf,"evo€rde ri.jke nA.ftR (gemiddelde

molecuul for!T'lJ~ E' Cc;;. Q,10tl , '). bH )rmtf)t""ln:

0.220 kv,

r.

;)H 2 0,320 kg C?H~

0,150 kg- CH.1 0,030 kg C

1ItH}f) (i7emi.1r1plr1~ "11J1n C'11l 1 for!"lUl~ teerl'lchtige 01 ie)

0,035 kg C3,03H4.~7~ (~n~ere ~cetyl~nen) 0,2()1) kg CO ~

)

~

v~rhf'urjin;: en som overeenkomstig 1 it. 7

0,292 kg CO,..,

) 2.. (2. ~

1001' het licht aroMatjsch rteAtillqRt (zie:Hoofdstuk VI), waarvan de j

de gemiddelde molecuulfor"lule is C₇ 6PH6 742' werd op grond van een kool- ~ ...

stof balans aangeno"len dat hierv'ln" •. , - 0,06,6 kr; ont!'lt!lat. ".~r' Ui t ee'1 zllU1'stnfo.'l.! rJ.Y'F.J vol

et

rit;' '."")"r dr:>ze reactip hen0dü':t1e

hOP.-veelheid H

20: 0,~71 kg

Ui teen waterRtof"'a1 g.ns werrt OP '1()pvpelheid vri,jkollenrle waterstof

verkregen: 0,0898 kg.

" "

, "

Wanneer wij nu de re~ctor ~fzonderlijk beschouwen, dan blijkt d

OP grohd van aannamen van de propff~briek en en op grond van koolstof. zuurstof en waterstofblll:tn8pn, dRt op 1,035 kB" aan de reactor toege.' "

voerde "rijke" nafta, onder opnl'U'le VIU1 0,371 kg ui t de branderkomende : ' om,

de volgende producten ontst'l8.n:

,'IJ'::

t'~1,,",:f

"'",

nrod11ct gewicht,~ _~

.

C2H? O,?:!O

_°,45

C?Ht. O,3?O 11 .4:>1 CH 4 0,150 9,~75 C7 ,h12H6,742 O.01151-Ï 0,64137

C

14

H

10

(1,030

0,1685

C H 3,03 4,474 C, ()3-S 0,8572

co

°,')05 \ 7,370

co?

\I, ~Q? 6,hW H 2 n,OH98 tl.t1,gO

O!'l 'Srond V'ln dc~e p;Pf>;e"f"1S \.fP."'rl PRJ'l renr,tiewarl!!te, geba.seerd op

l(r~kjnp,'v"Ln 1 kg nRftll (1,'):'1 kr: "r;;kp" !1."Lfta.) bprekend. Deze bedraa.g,~ + l?~~ kcal/kp nafta.

Wanneer W1J 8Rn!1.p.,,"'n eht. 0"'0 1.. ,Dy. kc: "-ri.jke" nqftR A kg brander-'

gnsmeng'flP₁ n0rli.g is, rl~n kU'1r1en "rij de '!o'{:pn"p JTlftSHa b:ül\ns over de

b-ran~er en rl~ rA~~tor n,s~hrijvpn'

In

(I<e)

(\ ,8t1Hp ,1)8 CH

4

r,O O? H?O 1,n55 A.X 1 A.X,? A.Y ft. .7,

eH

_.1 r,n C(\ ;? H? F;?I) I' H "2 :) C;;>H₄ C7,61?H~.'7~? r":1I!HJ() C₃ ,O~H,~ ,474

..

0,150 / "

J;t.,.r1

{~

0,336

_{5.A.X 1}

+ O,19~4.A.X2 ?,??11.(X 1 + 1,2692.A.,X₂". n,0I39A -l~ ,3L111.A-.Xl +19,7003.A -

0,371

0,

no

0,320 O,06~6

0,030

0,035

.

"

.'

-22-'-. .

Bi j dit proces wordt €'en geril?el te 'fan het vrijkomend~ meth

koolmonoxide en waterstof als br~nrlereas gebruikt.

eia dat deze componenten in de?plfde verhouding de reactor verlaten

als waarin zij in de brMder ,.,orden ineevoerd.

Totaal ontstaat er aan CH

4

,CO en H2: N a (0,3365.A,X1 + O,1924.A,X2 + 0,A448 ) kg

Hierui t voL-"on de verGel ijkinp,'en waar'1an Xl' X

2 en X

₃

moeten voldoE>nf

2..J2

'

Xl'" N O,3~65.A.XJ

9,

08

₉

8 N + 0,1924.t..X2 + 0,205

Uit deze vergelijkingen volet:

Xl _{0,15 0} X-..;

=

0,5 Q8

67,X

₁

X

3 '" 0,0898 •

.

Xl X, _{() I 1 ~} X 3 = l-X 1-X2 O,OHQ8 Xl

o,

62 55(l-X?)

Combinatie van vgl.

5

en

6

eeeft:

Dit'is een vergelijking met twee onhekenden ( A en

warmtebalans over de br~der + reRctor verschRft ons een

Warmtebalans over de hrRnder -\- rp.l'I.~tor

(vgl.5)

(vg1. 7)

(vgl. 8)

(vg1.9)

In deze warMte balans moet tevens het \-larrnteverlies over de

brander en de reactor in rekening worden gebracht. Dit verlies w~, ."'"

op 5% van de warmt~bela8ting O'Ter de brander gesteld. In vgl.3 is

de warmtebelasting ( W ) eelijk ruin hei; Iinker lid van de vergelijltiJ!lfS:~ 'l'

.. -:iI

ne warmtebalans (wer brR11fier ... re8.ctor wordt nu: - '#,!I.'i

IJ

_m, i°EP..(₁ AT.) _1.

verkort weergegeven door: L' == R'

-23-Berekening linker lid vgl.II

25

)

t/J .• ( -A H . m,l. C,l in kcal CH 4 'llQ54.A.X1 CO 2415.A.X2 H2 286

7

0.A.X,

°2

H 20 nafta CH 4 CO H 2

°2

H 0 2 n'Ölfta 1,035 . 1°780 11157,3 +

A.7..0,45.140. = A.(-~,5l)l1.Xl - lO,179.X

2 + 10,700).0,45.140

1,n3~.n,~?~.??~ _ 1??,03

_

.

_---

-

-

'.

-

,

- - _

.

_-

,

-,

~~

m,i·cPi·(

A

rp:i)

,,-(-h,5911.A,Y.₁ - lO,1:9.A.X;> +

lO,7()OA).0.45.140

~'f't

... ]? 2 , 0 3 ( vgl. 1, ):

Door 80fll!'1atie vm ·,rr:l. 1 ') '=!'1

13

pn ~ubsti tutie van X

3

vinden

BerekeninB rechtp.~ lid ve1.11

~, '-,;~')<,'~, .... " \ . '"

.

~

,'. c-

4SH?5, ) in kcal mIJ '

s.L.: ___

_

CO CO 2 H 20

H0

O,ORQR.2~h70 (, C 2H2 0,/20 .11')?O C 2H4 C.320 .11?7~ CH

4

.0,150 .]1~54

C7,612H6,742: 0,065(.

~?~5 C 14H10 0;030 . 91,')0 C3,05H~,474: 0,035 .118~5 = ?571,~.7 ?55t1,110 Y;07 ,AO 1"93,10 6')2 ,;> ?15,O ~ ,~( ,? + (O,CS3hS.A.Y, ... C,l()(Jtl.\.x? .... O,21)~1.(),::>'-lO.1275 CO

co?

H' 0 (2,')2]1,,\,'<1 ... ',~)r-'l?!I'Y2 .... ~,0g?).n,:.?Qo.1275 ' , , : ' 2 H 2 C 2H2 C₂H

₄

Cll'4 r H • J7,612 6,742' C 14H10'

C

₃,03H

4,474

0,05.W.A

(-l~,:s.nl.~,"v, - 1':1, 17f1.tLY" + }O,7nO.A - 0,'371).0,535.121 t

~ 0,oH9,Q. ),1)5('. l'n", a,2?0 .O,')'lH.1:-'7) ~()h,l\h lf7,7~ 1),150 .'),)06.1::>7:' '" lQO,!t(} 0,0636.0.505.1275 40.~5 0,050 .~,5 .1~7~

c,n ... ')

.'),hhQ.1?7S 0, o~

. ( , nl.,., .

A. Y, Cl ,

ns .

:> , l.; • ::~~ 15 ( + Door soocatio, "itwerkinp, on euh$tituUe van Z on X

3 'lit vgl.

i

" ,~ IJ ~{~~r. ;~&. :1- "

-25-

_.,'

Door sommatie van vrl. 15 en 1~ vi~den wij voor het rechter lid

VRJl vgl. 1]:

l ' :: RI, en substi.tutiF' van Xl uit vgl. q, J8vert een

in A en X

2,

Oplossinr; van oe "f'l. 1 r) ~n l~ levArt :

A = 0,4703

X 2 % , ( ) 1 '2..5 R.~

c.o

Dnor flubstit'ltie 'lRn X,_, ) i"1 'Irl. q vindt Men: Xl 0,27(,2

e..1-hI

Substitutie V~"l Xl 1:'1 vel. Ij lI:~vert: x)

=

O,165j

11"l--Resul tatpn V'ln oe IT]P.SSA.- en wA.r"'!tAb,<I1n.nsp.n over branrier ... reactor

()n grond '\mn rif' in. rl"r"lf'rj<.:!:uk VIT. T'~r r"'I'H'tor hû~ekendp productie van A~ptyJp",'1 ... etrpf'n ;>"'r 'aRr (17.0n(1 t;"'n/ci) on hpt fejt dat op 1. kg .

naf'+:a. 0,54. kg I'\C8t~r1Pf"1 + nthppT' (mt"l-':R"t. i.~ l1p.r rpactor een vnedings ..

8tr0nm norli~ vRn:

r: , '7 , 1 '"

Z'{.'-,. ')1 •• ~I,r;(i

:

r

îi..ïi:

Vonr -iE' brRw'lr>r p.T' 'f()"r elp. h!""nrip,y ... J'!?qctor knnnfln nu do m8flR8

b81'3,J1Sû'1 '')n~~stp:., wo"ripn ',"''''r "'''':1 ',T0P-li",p: vFln l,()'V) J.:-e '1Rfta/!J. Dit komt

nver",en !110 t 1,0.'.t; l<:e cvm ,.1" rpp"t,.,r t,,,?["p',op~n8 ""i,,~\.:e" nafta.

D00Y s'Jhf'ti t;'.1t _{t", "!Om ri0.} r>:'<::n. Wq:'''''~PI'1 'mn ft ,X] ,X? en X

3 in, de

Il'e:emp.nf' ~,q9sah',1!"mf;er. ,,-i'1.-It ~'pn clp Ma!"R::lr,~lH.!'tREm 1~f'hRSeerd Ol") ne invoer

V!1Jl 1 tOOO kp; rUlf tl'l/ r . r0.'jr,tnr.

A. MassablllHns OVP.T ri"" tr"nrer

(~r8.!lrlor ~ , J '1"1. ,kJIi~ (n0] 13 "-~ ("l,1~()" R., ')c,n n,'Jr-;'>7 Q,~'1?? n n~'7'7 - , . ! 3f~, 8"i()() 1,?)78 3f-1,6~r;? ~,~!)?6 83,4500

~} ~

0

~

.

R

.'

._

...

(Brander) ' t ' Ul. gmol/s ?,4Q

45

0,6219 ~ _f~{I);1 3.3660

-26- ,

.

.

~

B. Massaba1anR over de b'ranflf>r

...

r'f'AC~1)r

( ~pn(ler

..

rr><lct')r', ( l)randp,r + rpactor) . t

cr. 'ut ---_._._-......

-kp/9 f"'ln1 Ie:. kg/s

mOl/

s CH

4

O,13()() '1, P50 0,1500 9,375

co

0,')6:':7 (),~n?? _C,2Q

₉₃

_10,690 H? (', rl7'17 )>-l,qt.;(lO 0,0~9q 44,0{){)

°2

1 ,?37'~ ~<4,h')~') H 2() 1,C;(1?r; 11~14~nl) 2,l~~5 1]1 J 97? CO? 0,°139 20,770 r;?H 2

o

,2?O')

e,461

C{lH_t 0,3?00 11 ,4?1 r.14H1O I} ,030(' O,168

~'

..•

'

..

~'

!

tt

;4<~ , '':1<:', . C7 ,f;12H

6,742

O,OHF, (1,fit1.9

r.2;

,O,HtI ,nt1 (1,0<;50 (\857 C"i .

8/'

~

')

.

hF~ 1 ,0z_t.,Ó

'

),

..,()~ ---.

~

J

l.

yS"r

i

Jl~ ç~

r.

~·/flrl':tp.hpl~s+,i~f "q'1 rln ''''r'''n(-1~r -~--

-~---Doo~ I;,~t li"11r~f Hoi '.rom 'ld,. '\ ~'ot f\ t;r vprmpnitrf1l1rii.GEn-! en daarin rie betreffen'~e wAArrirm V'1m' n. y 1 I YO) ("1 X ~ in tf' substi tuer~n ~rinctt mpn 1.8 war!'ltebe1 ::.,stÎ.'1(" (I"P'" np l--rl1."11èr, f,.e"A~p~rd on ,1 kp: ,naft.A./s.

Deze ',erlr'll1.;-:t! ~?,:<}

!.::.'l

_'.::',

° '\

'-)

..

-27-VII. Ontwerp van apparatu~. (lit.17 t/m 21). , .

A. Bran.der.

:&eschrijvinAf· ~

.-Volgens Bachmann e.a. (lit.1) kon in e.~ proeffabriek na uitg.Qreide proefnemingen ui t een brander Tan 72 ca ' in een schaalvergrotin .;voan

1:

7.:

165 de · procesbrander ontwikkeld worden. Om de warmteverliet'en aan

het kOQlwater zo klein mogelijk te houden is enerzijd~ een ho ,

branderbelasting nodigt anderzijds volgt uit, het kleine "o,lume.,d. t cl.

menging van brandstof en zuurstof zo goed moet zijn t da.t het me . 8el

zeer snel en volledig verbrandt en de vlam niat weggeblazen

wor

i,

BOTendien moet de oppervlakte/volume verhoudin~ zo kle~n moge11'~

zi

Het bleek mogelijk een branàerbelasting van 10 kcal/. h toe te at

waarbij in de proce~brander het verlies in de orde ~an ~, ligt. ,

Bijlage 11 g~~ft weer hoe de diverse reactanten aan de brander

voerd worden. Om aan bovenvermelde voorwaarden te voldoen wor

en

brandstof en de zuurstof op werschillende vlakke~ zodanig tan

n •

ingeyoerd, dat de to~voero~eningen op verschillende afstand vanh~t

centrun liggen. De brandstnf en de zuurstof vormen in de brande'~

tegengesteld roterende rtngen van verschillende diameter. - .~'

De op dez.e wijze gemengde reactanten verschaffen een zeer ko,rte.'. 1 . .

zoals ook bekend is van vlammen van voorgemengde gassen, maar

vo9r-komen dat de vlam kan terugslaan in een mengkamer.

Voor wat betreft het constructiemateriaal bleek dat keramisch .

riaal onvoldoende temperatuurwisselbestendig is en bovendien ni$t

bestan.d tegen 5ie corrosiev.e en erosieve omstandigheden. .

De druk in de brander moet gezien de toelaa:\bare wanddikte in v rha: Dlet de afvoer van stralingswarmte en. gezien de expanste maar de reactor voor het verkrijgen V1ln een hoge gassnelheid, experimen .eel

'b~paald worden. De brsnderdruk werd vastgesteld op

5

bar.

Besloten werd een watergekoelde metalen brander te ontwerpen.

0

grond van de proeffabriekresultaten (SChaal

7)

waarin met een b

v'an 0,5 1 ee.n productie va.n ca. 710 ton/jaar acetyleen en. etheè

werd bereikt kan verwacht worden dat met de grote brander (scha 6~)

een pnoducti.e van ca 17.000 trm/jaar bereikt kan worden. " : ; :

Voor een productie van 153.000 ton/jaar zijn dan 9 brander/r,e '

è'A~.r-systemen nodig. '

Berekeningen.

Vo~r de berekening van de brander werd aangenomen dat de gassen het volume bepalen.

Uit de massabalans volgt voor de uit'de brander tredende

~mol~ 156 mOlls .(CO,C0₂,H₂

0).

Bij een gemiddelde temperatuur van 20000C wordt de volumestr90ml

~ ~ 156 ~~ L~2

=

5 82~ m3/s

Pvol , • 5 ·273 ' ~

Uit de warmtebalanR volgt de warmtebelasting c

4283

kcal/s.

Stel nu de warmtebelasting op 10

9

kcal/m

3

h.

Uit de laatste twee gegevens volgt de branderinhoud.

Inhoud . '12H5.3600 = 0,01542

~3

=

15,42

1.' 10

9

VerblijftiJ'd 0,01512 . .. 5,822 0,0026 s .. 5 bar geëxpande.erd na •. F" () , I

(

-28-j" _I)

Indiert bij expansie van oververhi tte stoom de v_erhouding v ' , d

onderstroomse druk en de bovenstroomse druk kleiner is dan'

0,.5 ,

word t de maasas tro.om alleen door de bove,na troomse druk bep,.alft :,

De kr! tische doorsnede kan dan worden be,rèkend met de formul L·'

Hierin is F 2 kritische doorsnede (m2)

c C

k= coëfficiënt waarvan de waarde

1 •

Voor oververhitte stoom lS de

(lit.25) ~

van

%;

afhangt~

waarde

20,67."

bovenstroomse druk

bovenstroomse soortelijke massà (kg/m ).

(Nim

~

Daar de gasstroom hoofdzakelijk uit stoom bestaat, werd de ,C

k

het mengsel op die van stoom ~esteld.

Uit de massabalans volgt de massastroom van de uit de brander

tredende ga8~en: ~ .. 3.21 08 kgf s . ril b l = _m.verblijftijd = ,,2108.0,0026 =0,5413

r

branderinhoud 0,01542 F _c '"

0.

_-

_V

~,2108

s

"'

=0,00921 0,67 ~.lO .0,541~ diameter openin~ ~ 10,8 cm. 2 m

Om aen kletn~ oppervlakte/Anhoud verhouding te krijgen~ werd

intredeh0ek bepaal~ op 43 en de lengte van de 'intredeconus

Voor de ~eellengte werd épn keeldiameter genomen.

De brander werd beschouwd te ei n,iigen op de hartl ijn van de na!: invoer.

Met het berekende volume volgen hieruit de andere afmetingen.

Nabij de toevoeropeningen zorgen de ingevoerde gassen voor de

koeling van de branrrer. '

Uit de dimensionering volgt een tP. koelen oppervlak van 0,~35

De maximaal toelaatbare binnenwand temperatuur wordt op 500

C

g

De warmteoverdracht van de vlam en de hete gassen naar de wand voornamelijk door straling veroorzaakt,de convectie wordt ten opzichte hiervan verwaarloosd, ook al omdat de voedingsgassen tangentieel langs de wand worden ingevoerd.

De warmtestroorn kap bepaald worden met de formule:

Hierin is es +1 4 n.

=

,A.-2

- .

cr

.e .

(Tl ~w , g . A2 oppervlak (m2) e 2 emissiecoëfficiënt s ~ = stralingsconHtante e = emissiecoëfficiënt g T = vlamtempera~tur

T~~

wand temperatuur (li

t.

24)

van het m:Salen2gp~ervlak

=

5,75.10 Wim K •

van de vlam .

o

De vlaMtemperatuur Tl werd op 2500 C gesteld.

van de