Warmteintegratie van een BTX hydrogenerings- en ontzwavelingsinstallatie

(1)

I

,

Nr: 2610

Laboratorium voor Chemische Technologie

adres:

Verslag behorende bij het fabrieksvoorontwerp

van

/

F. Schultze T.Driever

onderwerp:

Warmteintegratie van een BTX

hydrogenerings-... _._-... _ ... --_ ..

.. ~~ ... ?~.~.~~~~~~.~~.~.~.~~~.~.~.~.~~~~ .•... I

Wilgendreef 69 Voorburg. Roland holstlaan 188 Delft.

opdrachtdatum: nov. 1984

(2)

I

1 I

I

1

1 I

I

1

1 I

I

'

I

/

1

In het kader integrat ie SAMENVATTING

van het fa,brieks probleem afkomstig

voorontwerp is voor een wz.rmtE: van DOW Chemical Terneuzen een concept oplossing gevonden . Dz.arbi j is gebruik gemaakt van het " p inch" concept van Linnhoff [ l J . In een deelproces worden olefinen en zwavelverbindingen in een benzeen. tolueen en xyleen (BrX) stroom in 2 reactoren omgezet en verwi jderd. Om de inlaat van de tweede reactor op voldoende hoog temperatuurniveau te kri jgen wordt een fornuis gebruikt. Door de aanwezigheid van een warmte-kracht koppel i n g s i n s t a l l a t i e (stoom extractie/condensatie turbine) is r e l a t i e f goedkope stoom van verschillende kwaliteit beschikbaar. Het is daarom interessant de energiehuishouding van dit deelproces anders uit te voeren . Wa.ardevc·lle brandstof wordt vervangen door goedkoDe stoom. De reboi Ier van de stripkolom wordt losgekoppeld van de warmteintegratie om de regelbaarheid te verbeteren De ootimale. instel I ing

van het deelproces volgt ui t een afweging tussen meerkosten van het beschouwde deeloroces en verminderde kosten van een onbekend opwerkingsproces . Omdat deze laatste kosten ons niet bekend zijn kan de ootimale instelling niet gegeven worden . Voor een a.rbitra,ir bedrijfspunt wordt het volledige warmteintegrat ie schema gegeven.

(3)

I

a )

I

b)

I

c )

I

d)

I

e)

I

CONCLUSIES In de stationaire toestand het

is het fornuis overbodig ;

Wellicht moet vanwege het opstarten

geinstalleerd blijven. De directe inzet van brandstof is te vervangen door goedkopere stoom ui t extractieturbines

de duty van de reboiler kan nu Veranderen van

onafhankel ijk van el1 heeft geen invloed meer op de rest van het proces D.W.Z. de

de stripkolom wordt vergroot

regelbaarheid van In de uitgewerkte s i t u a t i e is 6.70 E6 kJ/uur aan 12

voor de rebo i I er.

5 bar stoom nodig

De warmteintegratie inzet van 3 . 90 is E6 het volledig uit kJ/uur aa.n bedri .ifSDunt Afhankel i jk van

koelwater ingezet worden.

te 36 moet voeren met bar stoom. eventueel

Met inzet van 1% BTX ver lies

koelwater en over de k.O.

flashen naar 6.0 bar drum niet haalbaar

is

De kostenfunct i es moeten bepalen waar bedr j f s P u n t van het proces I igt t . a . v.

inlaa.ttemoeratuur van de f I as h en het toegestane verlies over de top van de s t r i p kolom.

z

het de BTX

(4)

I

CHAPTEP 1 CHAPTER '2 CHAPTER 2 . 1 L.2 '2.3 3 3 . 3.2 3. 3 3 . ij 3 . 5 '\ r ... . .J . 3 . 5 . '2 '\ . ~ . Co II-JHOUD INLEIDING

HET DOW PROCES BESCHI=lI.JVING .

PROBLEEMSTELLING AANNAMEN .

HET VERBETERDE PROCES AANPAK

HET WERKEN MET PI=lOCESS BTX VERLIES OVER FLASH HET KOPPELEN VAN WARME SIMULATIE VAN FLASHVAT

ZONDER VOORVERWARMING MET VOORVERWARMING TOTALE INTEGRATIE. EN EN EN LUCHTKOELER KOUDE STROMEN STRIPKOLOM LITEI=lATUUR APPENDICES A 8 C ENTHALPIE-TEMPERATUUR GEGEVENS INTEGRATIE VAN DE REBOILER DUTY

UITVOER VAN PROCESS VOOR DE 90 oC INSTELLING

- :3 -3 3 q 5 Ó 7 8 9 1 0 1 0 1 1

(5)

'

1 I

I

CHJI.PTER INLEIDING

Stoom kan dir€ct worden opgewekt door inzet van primair€ brandstof of indirect met waste heat Toepassing \/an s"!oom ex tra c tie 1 c·o n den sa tie tu r bin es ge Iè f t d e m o gel ijk h € i d ho 9 e

druk stoom om te zetten in r e l a t i e f duur asvermogen en in ve r scr. i I I ende I agere druk stoomkwa I i te i ten. Twee hoevee I he-den stoom met verser,i Ilend druk- en tempera.tuurn i v€a.u hebben

een prijsverschil dat wordt bepaald door de

e l e c t r i c i t e i t s p r i j s en het rendement va.n de turbine Uti I i ty . indien nodig. moet in de vorm van stoom van zo laag mo gel ijk e druk en temperatuur worden gebruikt Pr imaire

brandstof moet zoveel van hoge druk stoom. Sta.rtpunten bij het netwerk zi jn:

mogel i jk gebruikt worden voor opwekking ontwerpen van een warmte i ntegrat ie

1 z De t a a k stromen u t i I i t Y 1 .

z

.

3. Warmte- en massabalansen .

De basis unit opera,tions: reactoren . kolommen. enz .

is de warme (af te koelen) en koude tussen de unit operations zoda,nig (externe warmte- of koudebronnen) te

(op te onderling koppelen Het gebruik val1 u t i l i t y word"! geminimaliseerd

variabele kosten)

warmen) en mel dat:

(Ia.ge

Zo weinig mogel jk warmte wisselende apparaten gebruik"! worden (lage vas"!e kosten )

Op t i ma I i ser i n g t . a . v l . en 2. con sis ten t b i j f t me t andere ontwerpdoelen zoals regelbaarheid .

In fig . 1.1 is voor de gecombineerde warme en koude stromen de temperatuur uitgezet tegen de enthalpie. Gegeven de mini-maal toegestane dri jvende kracht in temperatuur volgen uit deze fig. de minimaal benodigde hoevee heden hot en cold

u t i t Y .

Het punt van dichtste nadering curven heet de "pinch" . Als hoeveelheid hot uti I ity wordt

tussen hot meer dan de gebruikt zal en cold mi n i ma.a I c omp 0 s i t benodigde het verschi I over

(6)

f '

I

de pinch overgedragen worden en evenvee l meer cold uti I ity nodig 2 i jn . Tegenover hogere var iabe le en vaste kosten voor ut i I ity staan dan de lagere vaste kosten voor de warmtewiss e laars . De mi ni ma le d r i ivende kracht del ta-T is

een belangr i j ke ontwerpgrootheid waarvan de optimale waa rde

wordt bepaald door afweging van energie en kapitaalkosten

F i g . 1 T I .. ( 1 1 Oe (min") minimum cold utility "PINCH" I· minimum hot utility . .. I OH (min) 1 '" 1 I I t:. T_min L -______________________________________________ ~~ H

COMPOSITE HOT & COLD

Energy targets and "the Pineh" with Cornoosite Curves; overgenomen ui t Linnhoff [IJ .

(7)

!

I

1 I

I

1

1 I

I

CHAPTEP. 2 HET DOW PROCES

2.1 BESCHRIJVING Schema

proces stroom

is het vereenvoudigde flowsheet van een actueel

voor de verwijdering van olefinen en zwavel uit een

aromaten (benzeen. tolueen, xyleen= BTX). De

vereenvoudiging betreft het weergeven van meerdere

warmtewisselaa.rs in serie door een enkele in schema die functioneel hetzelfde doet.

De input van het proces bestaat uit de te zuiveren aromatenstroom en een mengsel van waterstof en methaan . (zie

tabel 3 q) In de eerste reactor worden de olef nen omgezet

d .m. v . hydrogenering over een Pd katalysator. In de tweede

reactor . die een Co/Mo katalysator bevat, worden de

zwavelhoudende verbindingen omgezet . Met de flash worden

voora waterstof en methaan afgescheiden Deze stroom, die

ook alkanen en BTX bevat wordt elders opgewerkt .

Zwa.velverbindingen worden in de stripkolom verwijderd. De

bodemstroom van de stripkolom is de (tussen)productstroom.

De topstroom kan dienen als fuel gas . Gezien het hoofddoel

van de opdracht (warmteintegratie) is van de zi jde van Oow

gesteld dat kennis van samenstel I ingsveranderingen, exacte drukken en temperaturen in het proces niet noodzakel jk is om

er m.b . t. warmteintegratie zinvol aan te kunnen rekenen.

Vanuit het oogpunt van vertrouwelijkheid is dit

van zei f sp rek end . We heb be 11 dus tema ken me t e e n .. ges t y lee r d"

probleem.

PROBLEEMSTELLING

De pr ima i re doe I ste 11 i ng van de

verbeteringen aan het proces

mogel i jlr. zijn

opdracht

er in

is na te gaan welke energet i sch opz i cht Zoals reeds opgemerkt (zie inleiding) is stoom als warmtebron Een mo gel ijk e

goedkoper dan directe inzet van brandstof .

verbetering in het proces kan dus iggen in het

het fornuis door stoominzet .

Tevens wordt gevraagd na te gaan BTX over de gasfase van de flash

of 1 % ( mo I a i r ) haalbaar is bij vervangen van verlies aan luchtkoel in9

L

3

(8)

-WATERSTOF/ METHAAN

-Spui

-naar opwerking 22 )

..

-FUEL GAS ~ ~ --.i I

j

~

TI

>1:

1 GEZUIVERDE BTX 25 R2 FI

PROCESSCHEMA VAN DOW BTX HYDROGENERINGS- EN ONTZWAVELINGSINSTALLATIE

o

Stroomnummer

D

Temperatuur in °C

0

Druk i n bar F. Schu I tze

T. Driever Fabrieksvoorontwerp No 2610 jul i 1985

-Hl WARMTEWISSELAAR Rl HYDIDGENERINGS -REACTOR H2 WARMTEWISSELAAR H3 WARMTEWISSELAAR FI FORNUIS R2 ONTZWAVELINGS-REACTOR H4 REBOILER HS WARMTEWISSELAAR VI FLASHVAT H6 LUCHTKOELER V2 L-G SCHEIDER PI POMP Tl STRIPKOLOM (H 2S) SCHEMA I

(9)

I

tot 60 oC . Hetzei tde moet worden nagegaan voor de topstroom van de striplt.olom.

Des t r i 1:' kolom kan i n de

gerege I d worden . Inzet di t punt een voordeel . aspecten van het proces

huidige van s toom

oDzet voor

niet onafhankel i jk de rebo Ier lever t op

de rege I techn i sche de opdra.eht

Overigings maken geen deel ui t van

2. 3 .AANNAMEN

De volgende aannamen zi jn door DOW voorgesteld :

1 . 2 . 3. <1. s. 6 7. 8.

Reken voor warmtewisselaars met een minimaal

toelaatbare oC .

dr i jvende kracht in temperatuur van 20

Luchtkoel ng is

I u c h t temp era. t u u r

mogel

.:JO oC)

j k tot 60 oC (maximale

Geen chemi sche react ie . De temperatuurverhoging en

drukva l o v e r be i de rea.ctoren I i ggen va.st

De drukval pass) is 0

per tegenstrooms warmtewisselaar

.:j bar

(single

AI Ie zwavelverbindingen worden gerekend als H'2S.

De gezuiverde 8TX stroom mag maximaal bevatten.

De bodemtemperatuur van

z i jn da.n 160 oC.

Maak geen gebruik van de

de stripkolom

superheat van

o . 1 ppm H2S

moet groter

stoom.

I

De DOW sta.ndaa.rd stoomkwaliteiten zi jn :

I

1

druk temperatuur condensat

ie-temperatuur

( bar ) (oC) (oC)

36 350 2;<15

1 '2 5 240 190

4 5 148 1 q 8

Vri jheidsgraden b i j het oplossen van het probleem zi j n : Het aanta I trays, de pumparound rate en de verdampingsfract ie van reboi Ier va. n de s t r i p kolom. De < 1 % BT>: flashdrum

de s troom door de

verlies over de

flashdrum gaat na.melijk

op deze wi jze terug

Deze vrijheidsgra.ad is

dat < 1"10 BTX ver I i es b is

is niet hard. De gasstroom u i t de naar een opwerkings i n s t a l l a t i e . De gewonnen aromaten worden gerecycled .

toegevoegd nadat was gebleken (zie H3)

I uchtkoe I i ng tot 60 oC n i et haa I baar

(10)

I

CHAPTEP. 3

HET VERBETERDE PROCES

3 . 1 AANPAK

Als instrument voor het rekenen aan het oroces hebben we

het simulatieprogramma Process van

gebruik gemaakt van

Simulation&Science Inc .

chronologisch als volgt

Onze aanoak is min of mee r

geweest : 1 2 . 3 . q . 5 6. 7 . 8.

leren werken met Process en kennis nemen van

concepten voor warmteintegre.tie volgens Linnhoff

Duidel i jkheid brengen in het probleem van het verl ies over de gasfase van de k . 0 . drum.

hebben dit bekeken zonder de consequent i es voor rest van het proces kwant i t ~. t i e f n 2. te gaan

de BTX We de Inventariseren en warmteoverschotten van de H-T curves bepalen van de in het proces . voor de warme en warmtevraag en

Het const rueren koude stromen . Het oplossen

en reactor 2

van de pinch-situatie tussen reactor

volgens de inzichten van linnhoff

Nagaan op welke wi jze de temperatuur gebracht kan

voeding worden.

van reactor

1

op

Het s i mu Ier en van de f I as h t Im

het proces vanaf een koeler

de stripkolom voor verschi

de inlaat van de fle,sh.

voo r lende temperaturen van

D.m. V. simulatie nagaan hoever stripkolom moet worden verdampt aan BTX juist 1% van de invoer

de opd2.t bevat

nvoer van de

het topprodukt

Uitwerken van de totale integratie voor een bepae, lde toestand van het proces

(11)

i I

I

1 I

I

1

I

1

1 I

I

_I

I

1

I

3 2 HET WERKEN MET PROCESS

Gezien de hoge drukken en de aanwezigheid van superkritische we gekozen voor de componenten (waterstof , methaan) hebben

volgende thermodynamische methoden die

aanbeveel voor een systeem als het onze:

Process en

-Grayson Street voor de K-waarden -Rice voor:

De molaire volumina van de ga5- en vloeistoffase De berekening van enthalpien.

De verschi Ilen met andere methoden (bi jv Peng Robinson of

Soa.ve Redl ich Kwong voor de K-waarden) bi i jken overigens

r e l a t i e f gering . Alle unit oDerations, behalve de stripkolom (rigorous desti lation) en de pomp zijn gesimuleerd met de verschi lende vormen van de flash oDeration:

2. 3. ADIABATIC met druk specificatie of temperatuur target voor de la.shdrum. van de di t duty(defaul 0) en is bi jv. toegepast temperatuur; Deze ISO met specificatie van druk en

vorm is o.a. toegepast om de dut

(die voor ons probleem niet meer te bepalen.

ies van de reactoren

B U B 8 L E me t spe c i f i cat i e van een stroom. Deze vorm van

dan heater5 zij n )

de kooktemeperatuur de fla.sh is gebruikt

van

orn

bi j de gegeven samenstel I ing en temperatuur van de bodemstroom van de stripkolom de operatiedruk te

ber ekenen. Deze druk ligt OD ca 6 bar .

De slripkolom is gesimuleerd met me t v a, s tie g gin g van:

een rigorous dest I lal ion

1 .

2.

3.

Indien

Aantal evenwichtstraDDen Wi j hebben hiervoor een reeel aa,ntal(6, incl . thermosyphon reboiler) genomen waarmee tevens bleek te kunnen worden voldaan aan de specificatie op H2S in de bodemstroom .

De kolomdruk (ca. 6 bar). Deze druk volgt uit de genoemde berekening van de kookdruk van de bodemstroom. Een kolomdruk iets beneden 6 bar kan

nuttig zi jn bij het omlaag brengen van de reboile. temperatuur·.

Een re b 0 i Ier me t Dump ar 0 u n d

o n der s t e tra p ( tra p 5 ) .

men over het algemeen 2 van speci ficeren (de derde wordt

-heater/cooler duty -pumparc'und rate

-thermi sche cond i tie van L-fract ie of temperatuur delta-T over de reboiler

de of

van de L-stroom vanaf de Voor een pumparound moet de volgende variabelen

berekend) :

uitvoer stroom:

de pumpa,round is gecombineerd met een rebo iler

6

(12)

I

1 I

I

speei f ieeert men va.r ia.bele vloe i s tcof f ract Ie gekozen. De and",re

Wi j 2 hebben volgen hie r voor dan ui t de de speei t i c a l ie Bi) ons l i g1 bodemstroom.

die men mel de SPEC "ka.a,r t " Cl P de kolc.m :<:et .

pprn's 1 ppm 00 sD'?cif i ca t i e op het Min o f volumebasis . mg I I 9 / rn3 me e r a rb i 1 r 2. i r D. w. z . HZS gehal te van hebben we gerekend de met

Omdat de bodemstroom van de geval) ca 66 m3/h bedraa.gt kmol(H2S)/uur.

s t r i 0 per ( voo r een s p e c i f i e k komt 0 1 ppm H.2S neer op ca. 2E-q

3.3 BTX VERLIES OVER FLASH EN LUCHTKOELER

is u i t schema a I lee n het deelproces van \I oor d i t pro bie em

stroom 14 t/m stroom 19 resp. 21 beschouwd . Bi de

5 i mu I a t i e i s de tempera,tuur van stroom lq geva.1" i eerd tussen 50 en 115 oC . Toeoassing van luchtkoel ing na de flash is u i teraa.rd 2.1 I een zinvol zolang

ui t laa,tstromen a,ls volgt ( r u i m) boven 60 de oC temperatuur van i g t De resultaten

Tabel R",su I taten van de beoa I i ng van het BTX verl ies over de gastase van de k .O . drum.

de z i j n

I

Procesomstandigheden:

I

-drukken s t room 1 q stroom 15,16.20 stroom 17,18.19 35 . 1 ba. r 5 . 6 bar - t o t a l e stroom (14) BTX: 5 . 2 515 ba. r kmol/uur He t T (strm lq) ( 0 C ) 115 100 90 80 70 60 50 BTX (strm 19/strm lq) (mo I %) 18 . 8 18 . 5 1 7 . 0;. 1 7 . 0 1 q . ::. 1 1 . <l 8 . q

s d u i d e l i j k dat een BTX v e r l i e s van 1% met deze opzet n i e t haalbaar is . Wordt de flash ui 1gevoerd als een L-G scheider (zonder drukval ) en wordt stroom lq voor de scheider gekoeld tot 40 oC dan is het BTX v e r l i e s ca .. 2 5 %. Dit is. tevens het mi n imaa I haa I bare BTX ver I i es. Na tussenover I eg me t DOW i s bes l o t e n d e 1 % eis t e l at en v 2. I I e n e n de f I 2., S h te

bedri jven op een einddruk die in de buurt i g t van de druk van d e s t r i p kolom. Dit i s a a n v 2., ar db a ar omd a t de B T X i n stroom 19 via een opwerkingssectie wordt teruggewonnen Deze sectie met eventuele recycle (bi jv naar stroom 1 in schema.

1) moet buiten beschouwing b l i j v e n

(13)

-WATERSTOF/ METHAAN BTX • (2

-H2

PROCESSCHEMA VERBETERDE BTX HYDROGENERINGS- EN ONTZWAVELINGSINSTALLATIE

o

Slroomnumm.r

D

T.,mp.,rotuur °C

0

Ab •. druk in bor F. Schullze

T. Driever

Fobrieksvoorontwerp No 2610

ju 1 i 1985

(14)

·

1 I

I

3 <I HET KOPPELEN VAN WARME EN KOUDE STROMEN Wa rme en koude stromen zi jn:

Nu de

1 . De gecombineerde inl opgewarmd worden tot oC) ._ - e hiervoor k ... l/uur . aatstroom (strm 3) de inlae.ttemperatuur benodigde duty is : Deze moet ve.n Rl (90 10 67 E6

\._-3 . kunnen we.rme

De uitlaatstroom van R 1 ( st rm 5 ) . Deze moet opgewarmd

(280 oC)

worden tot De hiervoor

de inle.attempere.tuur van R2 benodigde duty ie· 36 . 70 E6

k J I u u r

De uitlaatstroom van R2 (strm 9) worden tot de inlaattemperatuur

temperatuur I igt niet vast De stroom door de

duty wordt mede van de tlash (zie

reboiler

bepaald

<I . 5 ) .

De door

Deze moet gekoeld van de tle.sh. Deze

hiervoor benodigde de inlaat temperatuur

de en

HIT curven worden koude stromen

gebruikt om te beoordelen hoe het beste geintegreerd kunnen worden . Voorafgaand aan de plaatsing

appare.ten zi.in de exacte drukken niet de vorm van de HIT ourven beinvloed is

van warmte overdragende bekend. Omdat de druk hier sorake van een terat ieve ontwerpprocedure:

Begin met een HIT ourve die hoort

beeld van het proces

bij het globale

2. Integreer warme en koude stromen. d.w.z. warmtewisselende apparaten. Hiermee

drukken vast

3. Bepaal de nieuwe HIT curven

plaats

I i gg en de de

4 . Ge. verder met 2 totdat het versohi I met de oude HIT

curven nihi is .

Wi j geven nu de HIT gegevens en ourven die horen bij het definitieve flowsheet (scheme. 2). Voor HIT gegevens· zie aDpendi x Fig. 2 geeft de HIT ourven van de warme en koude stromen zonder overshoot aan de warme kant. De stroom door de reboiler is niet opgenomen in de oold curve omdat het ïegeltechn isch gesproken een groot voordee is in zijn warmtevraag te voorzien d.m.v . stoom. Het bi i jkt nu dat het punt van dichtste nadering van hot en cold curve bi j resp. 20Q oC en 194 . 5 oC ligt (de Dinoh). In tig. 3 is de oold curve zover evenwi jdig aan de H-as verschoven dat de dr i jvende kracht in de pinch 20 oC is. De cold overshoot

(3 90 E6 kJ/uur) is de minimaal benodigde hoeveelheid hot ut i I i ty . In de DOW versie van het proces wordt de oold overshoot nog eens vergroot doordat de reboi Ier van de stripkolom als warmtewisselaar

reboiler duty is in de cold curve De volledige cold overshoot wordt

is uitgevoerd. d.w. z. opgenomen (zie appendix in de DOW versie van

de

2 )

(15)

I

-r

Fig. Z H/T curven zonder hot overshoot voor het loca.1 iser'!:n

I

van de pinch . De duty voor het opwarmen/ partiee l

verdampen van de voeding van de st r i p kolom is hier niet in de cold curve opgenomen .

I

~20

I

'300

I

(O()

1.&0

I

2.60

I

2L,O

I

2.20

I

100

I

180

I

160

I

/40

I

120

I

100

I

(Jo

I

60

I

l.jo

I

1.0 10

zo

(Eb kJlhr)30 40 50 é

1 I

>- H

(16)

I

1

f '320 300 ( ~C) 2110 lbo 2.40 2ló '200 lJ>o ,1,0 I~O 116 1°0 tJo 60 1(0 20 Fig. 10

HIT curven met hot overshoot ~n ZO oC dr l Jv~nd~ kracnt

In d~ pinch voor het bepalen vall de mi'limaal bell0dl9Q~

hot uti I i ty De duty voor het oowarm~nl cart lee l verdampen van de voeding van d~ strIpkolom is hIer niet in de eold curve ooge!,om~n .

--1-_________

:T",:~

2.0 (E6 IqJ Jh ... ) ~o H ~"t 'á,l,"~ ~ 60 I I I I I

(17)

I

Fig . 4 HIT curven behorend bij de warmte integratie volgens-:·chema 2 .

I

320

I

'300

(De)

H4

I

2.c70

I

'l6D

I

140

I

2.10

I

1DO

I

I Po

H.ç-I

\ 60

Î < ~.), • \-{1. J~Il,

I

\ 'io r}.r

~~

&'" 1'10 ~

I

{OO &0

I

60

I

yo

I

10

I

I I 10 ZO ( E 6 k -; I h.,. ) _lo lto .ço 6 ) H

I

(18)

I

oroces geelimineerd met het fornuis . U i t f i g . Z i s a I

auide! i jk dat het fornuis fei te

I ig t meer dan ZO oC beneden de

hoogste kwaliteit stc,om (36 b2.r

i jk overbodig is: De pin c h

condensatietemDeratuur van de

OOY. worden 5 toom. I n van hot overeen met Z45 oC) De pinch \<. è. n teruggebracht tot ZO

ig 4 komt dit tot uiting

curve bi j Z45 oC. De

3.90 E6 kJ/uur Uit fig .

oC door inzet van 36

in hei horizontale

lengte van dit 4 volgt direct stuk de du s· bar s t u Y. komt ink met de warmte wisselende aDDaratuur

wordt in 3 trajecten opgewarmd:

De koude stroom uit Rl

125 200 oC; met warmtewisselaar HZ, duty= 2Z 60 E6 kJ/uur 200

21 3

213 oC; met voorverwarmer H3 ,

280 oC; met warmtewisse aar H4,

duty= 3 90 E6 kJ/uur duty= 10.Z0 E6 kJ/uur De warme stroom ui t R2 wordt in Z tr2.jecten gekoeld:

310 245 oC; met warmtewisselaar H4 , duty= -10.20 E6 kJ/uur 245 158 oC; met warmtewisselaar HZ, duty= -22.60 E6 kJ/uur Het probleem is nu opgelost

worden eerst gemengd en dan t . o . v . het separaat ODwarmen ( me n g e f fe ct) .

tlm stroom 11. De stromen en 2

De koude stroom warmtewisselaar

he e f t hiervoor

opgewarmd. Het voordeel hiervan

is een lagere target temperatuur

3 wordt opgewarmd van Z4

met duty van 10 67

nog voldoende w2.rmte oC

E6

tot 9 0 oC met een kJ/Llur Stroom 11

afgekoeld van 158 oC tot 1 15 oC. ( zie en fig. zou dan 3) De HIT worden curven van de stromen 3 (fig. 2,3,4) en 21 ( f i g .

getekend. In werkel i jkheid zi jn ze bo dr i jvende kracht is het verschil niet van

3 . 5 SIMULATIE VAN FLASHVAT EN STRIPKOLOM

l j ) zi)n als

maè.f door belang.

rechten

de grote

I

Deze simulatie hebben we uitgevoerd voor Z s i t u a t i e s

I

1 . 2, Zonder voorverwarming stripkolom, In deze 5 . 6 bar '. van de si tuat ie voed i"g V2.n de wo r d t ge f I as h t naar Met voorverwarming zodanig over van de de top voeding van 1% BTX ( t , o

BT::': in de voeding) verloren gaat In wordt geflasht naar 6.0 bar zodat

stripy.olom dezelfde is a.ls in s i t u a t i e

de stripkolom v, van totaal deze s i t u a t i e de druk van de

1 .

Voor de berekeningen wordt

a )

b)

Het proces van schema 2 a h.w. doorgeknipt in stroom

1 1 .

Stroom 11 alleen gebruikt om stroom 3 op te warmen.

(H5 ontbreekt en de ingangstemperatuur van koeler H6 is 115 oC,)

(19)

I

c ) 3 . 5 . 1

De benodigde warmte voor de

geleverd door denkbeeldige

ZONDER VOORVERWARMING

opw?rmi ng va.n

not Ll t l l i ty .

cie voed inp

Omda t de optimale inlaattemperatuur van de flash onbekend is

naast het al genoemde

de gevolgen voo r de hebben effect we op deze het BTX

gevar i eerd. Nu kunnen

de spui gerla I te van bepaald . in H stripkolom worden wordt is beschreven

Hoe d e s t r i p kolom ges i mu lee r d

3.2. Omdat stoom bij gelijke

energieinhoud goedkoper is naarmate de temperatuur ervan

I a:9 er i s i s het zin v 0 I en mo gel i jk d e r eb 0 i Ier te bed r i .i ven

met 12.5 bar stoom (190 oC). Om een dri jvende kracht van 20

oC in de reboi Ier te handhaven moet de ternperatuur van stroom

26 kleiner zi jn dan 170 oC . Deze temperatuur wordt op de

vo gende manier bereikt:

1 . De kolomdruk wordt kleiner druk van verlaagd totdat de bodemtemperatuur mo gel ijk b i e e n

is dan 170 oC . Dit i!:

5.6 b2.r.

2 . De L-fractie van de pumparound wordt binnen

aanvaardbare grenzen zover verhoogd dat de

temperatuur van stroom 26

Dit levert een L-fractie

ook beneden 170 oC I i gt

van 0 . 9

Voor een overz cht van de resultaten: zie tabel 3 .2

de voeding van de stripkolom steeds als vloeistof en

kookpunt wordt ingebracht is het duidel i jk dat de

duty st ijgt met dalende temperatuur van de voeding.

verl ies over de top van de stripkolom s t i jgt nauwel

Omdat

toenemende inlaat temperatuur en is

b ij na 00 reboile r Het j k s dan BTX met de toegestane 1%. Het st r i p kolom) i s bij oC de he l ft van dat totale BTX verlies veel ( 0 ver kle ine r flash en top

een inlaattemperatuur van de f I as h van 50

bij 1 1 5 oC .

3. :=.; .2 MET VOORVERWARMING

Gezien de snelle toename van de reboiler duty en de nog

aanwezige marge m.b . t . BTX verl ies over de top van de

str ipp.olom is het zinvol de voeding van de stripkolom

partieel te

ma:~ i mum van resul taten

belangr jkste

verdampen. Dit kan worden uitgevoerd totdat het

1% is bereikt Voor een overzicht van de

van de simulaties : zie tabel 3 3 De

conclusies zi jn: 1 . Afhanke I i jk van globaal 2-<1.5 E6 de betreffende kJ/uur aan 12 5 temperatuur kan

bar stoom bespaard

van de reboi Ier

worden .

du tie 5

Dit volgt uit Ha met en zonder

1 0

het verschi

(20)

Tabel S.2 Resulti'!ten v'In si'l11Jl."Jtiec; ViJn fl;:)shdrtJm~ event'Jele luchtkneler en }' C f l ) 11 -4 • 9ó lUO '10 -.;0 /0 68 50

stripkolo'l'J voor versch 'ilL':'!nde t~'l1lJer."'lturen V::)r! de \/oe-JinfJ van de

fLi'lsh rlru.:J.

De gegevens hebben hetrekkinq ~p pen proces l~Y-0ut wi'!r!rin t.O.V.

schema 2 war~tewisc;el~'1r H5 0nthreekt.

Par'lm~ters: inl<li'lttempAri'lt!JUr '16 i n l a i'! t ei r II k :~ 6 inla;:;tdruk fli'lsh eindrlrIJk fl,3sh spec s t a b i l i s e r pumpi'lrounrl L-fri'!ctie ti'lrget temp. Hl S Y 'l] bo l en: '.:' ( f l) (0 C )

Duty 116 (10E6 kj/uur)

T(st) (oC)

Duty ~7 (10E6 kj/uur)

Duty H(\ C1<lê6 kj/uur) Tot. prnrl. (kMnl/h) FHX \/~P (krnol/h) RTX prnd. (kmol/h) Cl '1' ;( n vhd (k rn [) l / h ) PTX loss (%) ~u~o ar. (kmnl/h) T(rin) (0 C) T(r'!;t) (r) C) lJuty 'l' ( st) r; IJ t Y ~6 H7

n

S 2. 1 -5.4n - S • ~) 1 lb. 5 -2. 95 -4.<)~j Ilo? -1.58 - 6. (5 ti 5. 1 -'l.4~ - P. • 4·;~ 5 t~. 6 () -1fl. f)<) 51 • 5 (l - ï 1 . .>3 1 _'+.5 8 H'l'X \/.1p 96. ') '} 5. ? 92.3 ~ 7 • :) 74.9 5~.7 4).4 114. 96 35.5 3'5. 1 5.6 D.OCJD? 0.9 60 oC h"l r bi'! r b."l r kmolCY/S)/uur

=

nC 0.1 ppm i n l a él t t:: m per él tiJ I) r f l i1 <; h d r ti m

rilJty van de koeler voor de flash

in l a3 t tem 0) e ri) t '.1 U r v i'l n d e s t r -j p koL 0 m

d !.I t Y V;:J n ei e l ti C h t koe l e r

dllty \/;;Jn de r p.Joi l e r

t~tr!le bodemstroom stripknlom

\/ ? r l i e s :1 'l.' X 0 I j e r q.") S f ."1 :, e k.o. d r lJ 'll

nTX in borlemstronm stripkolom

~rx in t00strnnm strioknlnrn

lTX I/erlies over k.o.-drllm en str;pkolom

;J 1.1 m p 3 r ('I u n d r r! te t her mos Y;)1 0 n re b n i l e r

inl~rlttemperatlJur van de rehoiler

uitl.3rltt~MDer.1tlllJr \lan de rebn;ler

Duty [' ') t • F1 ex Rl'X RTX pump

Hg prod. prorl. ol/hrJ loss rl r.

8. 1 2 4/6.2 1+ 1 Ó • 2 1 • KI 1 <I. ? 2-?Yl.S '1.61 !~ 18. ') 41 ti. 1 1. 6 '3 1~ • -'5 ?9n~.1 Q. 8') 4/-lS.2 _{4 ? 1 • 1} _'_{/ • 57} _'I~. _S 31l66.) G.ó7 4i39.9 It?6.2 L 49 '17. :5 3265.4 lf).55 5Cl5.2 4 S8. 7 1 • 4;> 1 I ... • ::~ :5 5 6~ • 1 1 1 .50 5 2 {~. i~ 454.8 1 • ',5 1'1.7 3893.9 'l? • 5 8 5 4 3.5 4 I iJ • '/ '/ • 4 Ó ~ • I 4261'>.8

-

..

-TCrin) T(ruit) 168.5 110.8 168.3 169.7 107.8 169.) 167. 2 16~.7 -166.6 1 ó R. 1 165. 9 167.4 165. 3 106.8

- - -

(21)

--Tal)eL 3 . .5 Re suLtélten " ,"In sirT1uLélties V<'ll) fLélshdrlln, eventueLe Luchtkoeler en s t ri ,) I( () L O:l] V IJ 0 r "r~ r s c f, i L L·~ n d .~ t e 'Tl p ~ rat 11 ren I/ oor ti e " 0 e cl i n 9 v ;l n d e

f L '1 S h d r ! J m • ,) P v I") E' cl i n 9 v êl n ei ~ s t r 'i IJ koL 0 m w o r d t f r act ion e e l

zover ver1~mpt dat h~t ~oLRir nTX v~rLies over de to~ 1% herlrélélgt

V;) 11 rl !~ V () e rl i n 9 V;j n d e s t r i p k 0 l0 ~. H 5 'J i t 5 C h e ,;J;") 2 i s n i F' t il él n lJ

e-Z;9; stro:>:rl 21 wordt ofJ<Jewarmrl r;H~t hot u t i l i t :

'• Parameters: inL~élttemper~tuur H6 inlarltdruk !J6 inLai'ltdruk flash einddruk fLRsh spec stabiLiser pumparound L-fractie target temp. H7 Sy-nhoLen: T ( f l )

Outy L{ó C11E6 kJ/ulJr)

D'Jty Hl ClnEA kJ/'Jur)

'1' ( 7 'J ) T (s t )

f) ti t Y e x (1 n E 6 '< J / ' J U r )

i'lTX V,"Ip CkrTlol/h)

DI/ty I-j?-; (11E6 kJ/'JI.1r) Tot. prnrl. Ck~l") l/~) RTX p roc!. (kmoL/h) R'1':< ("\vhcl CkmnL/h) 114.96 :5 5 • 1 54."1 6.0 f).CJOrJ2 0.9 60 ('IC bél r ba r ba r kmolCH2S)/IJ1Jr = oC 0.1 ppm

terriperatlJur str00m l!t (inlaat fl"lsh drum)

vermoçlen .'l'ln cold 'J t i l i t y

,j IJ t Y V.~ n 'i e L IJ C h t k 0 e l e r

t~rn,)eréltIJtlr v:,n str()()f'1 21 (te l/erd8mpen voeding)

t~~~eréltuur Véln stroom 2~ Cinlaat stripkolom)

cj IJ t Y v I") n r ;:>;:) r t i e e L v ~ r rl él fT) P ,:> n "t r () eH1 2 1 v F' r l ; e s '1 'i' X \I i ., s t ron -n no ', 'I ( k.o. d ru rn )

i '.I t Y I/ a n '.i er'? 'J 0 i l er

tJt;:)~l stroom':) (bode'1l c;t ab i l i s e r )

lTX in stroom 7')

;'31'X in str')om 77 (top c;télbiliser)

RTX loss (ï~ )

p iJ 11 p a r . C k f11 ') l / h )

TCrin) Cf) C)

T(ru;t) (0 C)

prncp.ntuer! l :';'J:':< I/erli (~s o\l~r k:nock-oIJt drum en s t a b i l i s e r

r-'lte stroo,n 2/. Cpllrnp i'1rol_._Jfld ther"losyphon rf~bo;ler)

tem;)f?r"ltuur c;tr()OfTl ~4 CinLaat rebniler)

t 2 rn per .1 t 11 ' J r c; t r ') I) n ? (, ( t l ; t L a ;:l t r e ~

°

i l er)

TC f l ) [i IJ t Y T(71) T(st) iJuty DI/ty nTX nuty Ta t. lnx FIT X HTX pU'np T(r;n)

Hó "!x il7 V"'lp Hi\ prod. ornrl. olJhrl lose; ar.

105

-

?n

., t' ,..., .... ' 'j 'l 2 '' .) • -, l!

:5.

8 (j 9 • {; o. :d It 81. .5 ft?:} • 6 ft. ? 1 g • :5 2zrJ3.1 163 • .5 1 ij Q _- _.5.1 11 1 'J? 2. 2

.

s

• .

}

(S:~ • 9 6 . 55 4 ;~ 2.

:s

421 • ? 4. ;~ IK.? 2?n8.( 1 68.2 90 - ft • l) _/7. l lJC) _?_•_S 1./ .:;, , b • 'I t 6. (,'-+ ft '3 ). ( Lt) 3. ! I •• ) 'I ! . ( 27./ /+.1 16/.3 HO - 6. d 06 9/ 2 • iS rJ.6 ,.; ? • () l . fJ 5 lt 91 • '\ 42k.? 4. 9 " .) • r; ?3~L4 1 6 7 . 3 10 -g. Lt 6G ') :5 j . ? / "? ~ / • 46 'jDS. 5 4.)(.ó 5. ,J '1 ') •

n

? 5 ::>tt. 7 'Î Óó. / 60 -1 q. 1 57 '') 9 5.6 S ':i • '} ö. ;11 52:50 :) 1.53. 'l 5. ? 11 • 9 273·4.9 166. 1

-TCruit) i69. 13 169. 7 16 Q. :5 168.g 168. ? 167.6

(22)

-I

I

3 6 2. ----:--...,---~---:----,---.- -_.-._ ..

Wat op de reboi Ier aan stoom wordt uitgespaard moet

aeels in de voorve rwarme r gespendeerd worden

G<;!zien het benodigde temperatuurniveau (110 120

oC) is de besparing in ieder geval het kost pr ijs

verschi tussen 12. 5 en q . 5 bar stoom. Uit fig . q

en de duties voor de voorverwarmer (duty ex in tabel

3 .1) bli jkt dat in alle gevallen voldoende enthalpie

en dr i jvende kracht bes eh i kbaar i s om zowe I st room 3

als stroom 22 0 0 te warmen met stroom 13.

levert de

energ i eIJ,osten

moet va,nwege

voorverwarming De volgorde de dr i jvende aangegeven i n schema 2 . geen bi jdrage van de warmtewi kra,cht wel zo Hiermee tot de sselaars zijn 2.ls TOT/HE INTEG~ATIE .

Het grootste BTX verl ies

heeft een sterk effect

treedt op via stroom 19 .

op de grootte van dit verl ies

in een opwerkingsinstallatie

Koelen

d aa r

wordt de BT>: i n deze stroom

teruggewonnen kan niet echt gesproken wo rden van een verl ies

De kosten van deze i n s t a l l a t i e per eenheid teruggewonnen BTX z i jn onbekend .

Ui tgaande va.n

via stroom

instel I ing van het

27 bi i jkt uit tabel oC of 60 oC de volgende effecten gebonden kosten:

Ver hogi ng cooler duly (H6 )

Verhogi ng reboiler duty (H8)

Ver lag ing 8TX in stroom 19 oroces op 1 0/. Q.2 dat. koelen heeft voor de BTX tot niet 3 . 1 - -} 6 . 6 - -} - 1 0 . 1 8 . 1 89 - - } 56 verlies resp. 100 aoparaat E6 kJluur E6 kJ/uu r kmo I luur

':3es tel d da t koelw2.ter (Schelde ) niets kost s koelen naa.r 60

oC rendabe indien de meerkosten aan 12 . 5 bar stoom van 1 5

E6 k~l/ uur k leiner zi jn dan de afname in de kosten van de

opwerki ng . Omdat wi j de kostenfunctie van de opwerking niet

kennen kunnen wij de optimale inlaattemperatuur V2.n de flash

niet ber:oalen

Voo rverwa rming geeft enerzi jds meer echt ( ! ) BTX verf ies over

de top van de stripkolom, anderz i jds een reductie van de

reboi Ie r duty die des te groter is naarma te de

f lashtemperatuur lager I ig1 Het extra verl ies aan BTX vàn

ca. 4 kmol l uur over de top van de stripkolom moet afgewogen

wo rden tegen de verla.agde reboi Ier duty . De minimum kosten

hoe ve n n iet b i l % B T X t e l i 9 gen . Om een ins tel I i n g van het

proces te kunnen doorrekenen en presenteren in een vo ledig

fl ows heet hebben we a r b i t r a i r gekozen voor een

inlaattemperatuur van de flash van 90 oC en 1% BTX over de

top De volgende drie tabellen geven de massabalans, de

dut ies van warmtewisselaars en de enthalpiebalans:

(23)

I

Ti!,bel 3.4 (.Ie m2,ssabaI2.ns over inflaa.nde en ui1gaa.nde

s. tromen

(s tromen

van in

het oroces van schema 2

kmo I/u u r ) . strocom 2 1 9 27 25 comp . NC::, NC6 NC? NC8 NC9 8 T mX H2S HZ CH.:] Totaal Tota.a I Totaal in : ui t : 1000 270 1270 7 35 20 6 20 260 1 75 80 1 . 57 60'l.57 'l 77 1 4 .61 3 . Q 1 O. 4 2 O. 38 67 .24 1 6 99 2 1 5 .:] 9 998 .85 '26 B 28 - - -- -1 379 . 08 1270 + 604 . 57 187 Y .57 62 86 23 o q . 06 3 43 1 5 26 08 1 5 7 1 9. 58 1379 .08 + 9 .58 + 48590 = 187'l.56 6 1 1 9 . 53-1 5 . 86 <. ,; .5.;1 19 . 56 1 89 .33-156 87 77 . 5 ~ 0002 .0000 0000 -485 . 90

Tabel 3 . 5 De enthalpiebalans over ingaande en ui tgaande

in item stroom stroom 2 Rl H3 R2 Pl HS tot2,a.1 Tabe I 3 . 6 componentstromen en waarden E6 kJ/uur apparaat bi jdragen . -;... 0 .28 mega.-Wa.tt waarde - 3 .50 1 . 69 6 .99 3.90 4 . 81 0. 003 6 . 70 20. 59 L! i t i tem H6 H7 stroom 1 Y stroom 27 stroom 25

Duties van de warmte wisselaars.

waarde 2 53 1 . 68 53 O. 35 1 4 . 50 20.5';1

( waarden E6 kJ/uur * 0.28 mega-Watt )

warmtewi sse I a'aar duty

Hl H2 H3 H4 H5 H6 H7 Ha 10.67 22.60 3 .90 10 .20 2.50 -2.53 -1.68 6.70 1 2

(24)

-I

:

I

[ 1 ] G. 'f 0 r The LITERATUUR

L i n n hot f, A Us er Gu i deo n Pro ces~, I 1"1 te {J ( 2 t ion the Efficient Use of Energy,

Insti tution of Chemical Engineers 1982.

1 3

(25)

I

APPEND 1::< /;

I

_Tabel _A.₁ _{H-T geqevens voor de hoofdstroom} _{( zie} _tabel 3 . 4 )

Tra jee t 90 - - ) 3 10 e,C

34. 3 --:> 36. 3 bar

I

Tra, jee t I I 280 --> 1 Z :::' oC 38.3 - -) 39.5 bar

I

Traject I I I Z q _--> 90 oC 11 1 . 9 _--> 4 1 . 5 bar

I

Tra.ject Temperatuur ( oC) H ( E 6 p,Jfuur)

3 1 0 57.36 290 5 q . 16 270 ~jl . 02

I

250 47 .94 230 114.92 210 4 1 .97 205 4 1 . 00

I

200 35' .30 190 35.24 170 28. .07

I

150 22.13 130 1 7 . 1 1 11 0 12 . 76

I

90 B .86

I

Tra.jec.t II TemoeratLtur (oC) H + 4.8 ( E 6 ~,J fuur)

125 20 .64 140 ~ _Z4.17 . J 156 Z 8. .25

I

17 1 ~ . J 32.85 187 38 . 1 7 202 .5 44.38

I

₂₁₈ ₄₇_.90 233.5 50.21 249 52 .5 é. 264.5 5tJ.9tJ

I

280 57 .36

I

Tra.ject 111 Temperatuur ( oC) H + 1 1 . 78 (E6 kJ I uu r )

24 9 . 98 90 20.6tJ

I

14

-I

(26)

I

:

1 I

I

1 I

tv

'"

VJ o i-I:) t-' '0 0 <:> C-\"-. _t-> ~ r-'

a

'---' O. fll

,

"

1.0 > < o DJ o ::; o. a. Itl C I ... < -l () C .... < fll ::1' Itl ....

"

in o 3 iJ) ::; -\

(27)

I

_I

.

I

APPENDI X B

INTEGRATIE VAN DE REBOILEI=:

De energiewinst i ntegra.t ie van is de reboiler die voor de de reboiler duty bi 168 90 oC b I ijk t toestand te behalen is uit f ig , Al , n dez e 5 0 C (6 70 E6 kJ/uur) in de met f i 9 , cold curve opgenomen ,

vanwege het gemak rebo i I er opgewarmd

De 168 , 5 oC is een gemiddelde temperatuur

In werkel i jkheid wordt de stroom door de

van 167,8 tot 169 , 3 oC zodat de cold curve

over dit temperatuurtraject een samengestelde curve is , Door

de vereenvoudiging kan de cold curve 6 70 E6 kj/uur naar

I inks weer bi j 168 .5 oC voortgezet worden met de koude stroom

ui t reactor 1. Er onstaat nu een tweede pinch. Deze kan

worden teruggebracht tot 20 oC door inzet van ca, 5 5 E6

kJ/uur 12 . 5 bar stoom. Het verschil met de losgekcoppelde

reboi Ier (1 , 2 E6 kJ/uur) wordt oogebracht door 2 extra

warmtewisselaars van resp . 0 , 7 E6 kJ/uur (de hQgere

temperatuur) en 0 ,5 E6 kJ/uur (de lagere temperatuur) in

stroom 10 van schema. 2 dat er da.n ongeveer als volgt komt ui"t te zien : a) b) c ) d ) Stroom 10 (245 oC) tot 192 oC. Met inlaat temperatuur

uit H4 zal in H2 worden afgekoeld

de daaruit beschikbare duty mag de

van de door H2 op te warmen

stroom hoogstens 168 , 5 oC zijn , De t o"t 1 92 oC afgekoelde

190 oC in de

s"troom wordt verder

,,'-'gekoeld tot me"t dut y O. 7 E 6

extra, warmtewisela,ar Hl

pumparound van

vleoei stoffract ie

kJ/uur met de warme

de stripkolom (die 0. 9 wordt verdampt). P. a nt d a, ar bi van 1. 0 t de een vervolgen~,

De tot 190 oC afgekoelde stroom wo rdt

verder afgekoeld tot 189 oC in

warmtewisselaar Hl I met duty 0 . 5 E6 kJ/uur

koude kant van de pumparound stroom

stripkolom, Tussen beide warmetwisselaars

de kant van de stripkolom de rebo i ler

verminderde duty.

De warme stroom wordt 189 oC in

de ex tra. me t de van 5 t iè. a t Ha de 2. a, n met e x tra wa.rmtewisselaar H I I I vanaf

verder afgekoeld tot beneden

158 oC met de ui t laat van reactor die daarbi

vanaf 125 oC wordt opgewarmd tot 168,5 oC,

De koude stroom van 125

trajecten opgewarmd :

oC u i t

Do 0 r de door H2

kJ/uur

reactor 2 wordt nu dus in

extra, warmtewi sse I a,ar H I I I 2 van Ook 125 oC naar 168 . 5 oC en 168 . 5 naar 200 oC , E6 met de extra 1.2 onttrokken t .O.V, de s i t u a t i e van die a a, n de warme van s t r Co om wo r d t voldoende schema 2 i s nog beschikbaa r

dri jvende kracht en vermogen

voorverwarmen

stripkolom en

stcoombespar ing

van achtereenvolgens

stroom 3 . Tegenover

door bovenstaande oozet

v Co 0 r de voeding van he t de het sta at voordeel het nadeel van van de 3

extra warmtewisselaars, 8i j bovenstaande overwegingen moe"t

een reeds gemaakte opmerking worden herhaald : Door de

(28)

I

•••• , • • 'C ._ . _ , -•• - - . -~ .----,~_,__,__--,-.'""': •• -. ' -,:'7C' --~-, ' -'-" --~~

olaatsing van 3 extra warmtewisselaars veranderen

drukniveau's en daarmee de vorm van de HIT curven zod2,t

de de

preciese temperatuurniveau' s en duties Das "i terat iestap"

verder kunnen worden bepaald

(29)

I

APPEND 1::< C

PROCESS UITVOER VOOR DE 90 oC TOESTAND

De in deze appendix opgenomen ui tvoer spreekt 9rotendeel~

voor zich. Een eigenaardigheid in orocess bleek de fail op het opmengen van de stromen 1 en Z ui schema 2 d.m.v een

MIXER "kaart" . Hierdoor bleek het onmogel i Jk de temoeratuur van stroom 3 rechtstreeks te bepalen. We hebben di t op de volgende wijze o'mzeild : De stromen en Z zijn eerst in een aparte run d.m.V. twee ISO flashes opgewarmd tot 90 oC. Resul taten hiervan zi jn de benodigde duties Vervolgens wo r den i n e e n t we ede run a a n de eer 5 t e d e v 0 I 9 end e 0 per a tie §.

toegevoegd: De 1. Opmengen van temperatuur beide lukt di stromen we I) 2. Afkoelen voor het du tie s van de opgemengde opwarmen va.n de

bij 90 oC. .: B i deze

stroom met de som van de

aparte stromen benodigde resul terende temperatuur van stroom 3 is 24 . 15 oC

1 7

I

(30)

I

VEHSJON 0883 St·j

PHOCtSS INPUT LISTING - PAGE 1

TITLE PROBLEM=fINAL TEST, PHOJECT=HEAIHECOVER, USER=TDfS,DATE=050785

OlMENSION SI,TEMPERATURE=C,PRESSURE=BAR IOLERANCE ENTHALPY=O.0005,* TEMPERATURE=O.Ol,DUTY=O.OOl,STREAM=O.OOl,O.05,O.OOOl,O.001 COMPONENT DATA L1BIO l,NC5/2,NC6/3,NC7/4,NC8/5,NC9/6,BENZENE/7,TOLUENE/8,MXYLENE/* 9,HYDROGEN/10,METHANE/11,H2S THERMO DATA TYPE KTYPE=GS,HTYPE=RICE,STYPE=RICE,VAPD=3,LIQD=3 STREM1 DATA PROP STRM=1,TEMP=40,PRES=41.9,COMP=9,1000/10,210 PROP STRM=2,TEMP=20,PRES=41.9,COMP=1,7/2,35/3,20/4,6/5,20/6,260/7,175* /8,80/11,1.57 NAME 1,STRM1/2,STRM2/3,STRM3/4,STRM4/5,STRM5/6,STRM6 UNIT OPERATIONS DATA

fLASH NAME=F1,UID=F1 fEEO=l PROO V=3 ISO TEMP=90,PRES=41.9 fLASH NAME=f2,UID=f2 fEEO=2 PROO ~1=4 ISO TEMP=90,PHES=41.9 MIXER NAME=M3,UID=M3 fEED=3,4 PROO t-1=5 fLASH NAME=f3,UID=F3 fEED=5 PROO M=6

(31)

I

VERSION 0883 SIMULATION SCIENCES, PROJECT HEATRECOVER PROBLEM FINAL rEST INC. SM PROCESS INPUT

I PROBLEH AND PROCESS DESCRIPTION

1 PROBLEM DESCRIPTION

I

3 DIMENSIONAL UNITS - SI

I

1 I

I

TIME ENERGY VISC fORM FOR - HR - KJ - PAS ENTERING 4 TOLERANCES WEIGHT - KG WORK - KW TH COND - \.IMK COMPONENT LIQUID TEMP - C

LIQ VOL - CUM SURf TEN - NM DENSITIES - DENS

PRODUCT CONVERGENCE ON COMPONENTS \JITH X GT 0.0001

TEMPERATURE PRESSURE TO\JER ENTHALPY BALANCES

BUBBLE POINT RELATIONS COMPONENT BALANCES SPECIFICATIONS ON TEMPERATURE PRESSURE STREAM RATE/PRCPERTY PURITY/RECOVERY HEATEH/COOLER DUTY OTHERS 7 CALCULATIONAL OPTIONS NUHBER OF TRIALS

COMPUTE WATER PROPERTIES ASSUMING SATURATED CONDITIONS

PAGE

TDFS

050785

PRESSURE - BAR

VAP VOL - . (UM

0.00100 o.o~o 0.001 0.00050 0.00100 0.00100 0.01000 0.00500 0.01000 0.01000 0.00100 0.00100 10 1

(32)

°

l

I

·

1 I

I

VER510N 0883

SIHULATION SC1ENCES, INC.

PROJECT HEATRECOVER

PROBLEM fINAL TEST

COMPONENT DATA L1BRARY VERS10N 1183

NUMBER Of DEf1NED COMPS

=

11 COt1P NO CaMP TYP LIB NO NAME HOL \.IT NBP, DEG C SID COND.LIQ SP GR DEG AP1 KGS/M3

uor

K IC, DEG C PC, BAR VC,CC/G-MOLE ZC ACENTR1C fAC MOD ACEN fAC SOLUB1L1TY P MOLAR VOL,CC H fORHATION G fORMATION CONP NO CO~1P TYP LIB NO NAME MOL l,.lT NBP, DEG C STD COND.LIQ SP GR DEC API KGS/113 UOP K TC, DEG C PC, BAR VC,CC/G-MOLE ZC ACENTRIC FAC MOD ACEN FAC SOLUBIL1TY P MOLAR VOL,CC H E'ORMATION G fORHAIION 1 NC5 L1BRAHY 9010120 NC5 72.151 36.074 0.6307 92.644 629.432 13.0418 196.500 33.69l 304.000 0.2623 0.251 0.239 7.020 116.100 -146.464 -8.543 5 NC9 LUmARY 9030100 NC9 128.260 150.800 0.7228 6l'.264 721.323 12.6427 321.400 22.879 548.000 0.2536 0.449 0.449 7.649 179.373 -228.816 24.824 SM PROCESS INPUT 11 DEf1NED COMPONENTS 2 NC6 L1BHARY 9010060 NC6 86.178 68.740 0.6633 81.8/.13 661.887 12.8245 234.200 29.688 370.000 0.2604 0.294 0.294 7.269 131.785 -166.931 -0.121l 6 BENZENE L1BHARY 12010010 BENZENE 78.115 80.100 0.8848 28.425 882.970 9.7188 269.450 49.241l 260.000 0.2737 0.209 0.209 9.159 89.333 62.953 129.680 3 Ne7 L1BHARY 9020130 NC7 100.206 98.430 0.6876 74.279 686.217 12.7180 267.000 21.358 432.000 0.2632 0.350 0.350 7.Lt 29 141.578 -187.693 8.087 1 TOLUENE L1BRARY 12010070 rOLUENE 92.142 110.630 0.8118 30.801 870.046 10.1395 318.570 41.087 316.000 0.2639 0.263 0.263 8.909 106.843 50.032 122.335 PAGE. TD1"5 050785 4 Ne8 LIBRARY 9020210 NC6 114.233 125.670 0.7070 68.647 705.529 12.6651 295.600 24.825 492.000 0.2583 0.398 0.398 7.549 163.460 -208.812 15.883 8 MXYLENI:: 2 LIBRARY 12010110 MXYLENE 106.169 139.100 0.8688 31.372 866.994 10.4208 343.820 35.413 37b.000 0.2596 0.327 0.327 8.81Y 123.460 17.199 118.805

(33)

1 I

I

1

1 I

I

VERSION 0883

SIMULATION SCIENCES, INC.

PROJECT HEATRECOVEH

PROBL~M FINAL TEST COMP NO COMP TYP LIt~ NO NAME MOL WT NBP, DEG C STa COND.LIQ SP GR DEG API KGS/M3 UOP K TC, DEG C PC, BAR VC,CC/G-HOLE ZC ACENTRIC FAC HOO ACEN FAC SOLUBILITY P MOLAR VOL,CC H FORMATION G fORHATION 9 HYOROGEN LIBRARY 16020090 HïDROGEN 2.016 -252.800 0.0700 1869.930 69.856 47.4439 -239.900 12.970 65.000 0.3050 0.000 0.000 3.250 31.000 0.000 0.000 PHOCESS INPUT 10 HETHANE LIBHARY 9010090 METHANE 16.043 -161.490 0.3000 340.167 299.383 19.5255 -82.600 46.002 99.000 0.2875 0.010 0.000 5.680 52.000 -74.586 -50.535 SH 11 H2S LIBRARY 16020140 H2S 31.1 .079 -60.340 0.7901 47.600 788.436 9.1924 100.400 90.078 97.700 0.2834 0.100 0.087 8.800 43.100 -20.584 -33.474 PAGE TOfS 050785 3

(34)

I

VERSION 0883

PROJECT HEATRECOVER

PROBLEM FINAL TEST

1 SUm1ARY

SET K VALUES LIQUID

1 GHAYSON-S. HICE

STREAM HOT LIQ OENSITIES STREAM HOT 'lAP OENSITIES

111 H ARE ARE SM PROCESS PAGE ij TDFS INPUT 050785

IHEHMODYNAMIC DATA

VAPOR H LIQU10 S VAPOR S

RICE RICE RICE

CONPUTEO

BY

RICE CORRELATION COMPUTED

BY

RICE CORRELATION

(35)

I

VERSION 0883

PROJECT HEATRECOVER

PROBLEM FINAL TEST

SM PROCESS

INPUT

IV STREAM DATA

1 STREAM 1 I STRM1 , IS Of MIXED PHASE

2

COMPONENT

9 HYDROGEN

10 METHANE

TOTAL RATE, KG MOLS/HR

TEMPERATURE, DEG C PRESSUHE, BAR MOLAR COMPOSITION 1000.0000 270.0000 1270.0000 40.0000 41.9000

STREAM 2 , STRM 2 , IS Of MIXED PHASE

COMPONENT 1 NCS 2 NC6 3 NC7 4 NCS 5 NC9 6 ElENZENE 7 TOLUENE 8 MXYLENE 11 H2S

TOT AL RATE, KG MOLS/HR

TEMPERATURE, DEG C PRESSURE , BAR MOLAR COMPOSITION 7.0000 35.0000 20.0000 6.0000 20.0000 260.0000 175.0000 80.0000 1.5700 604.5698 20.0000 41.9000 PAGE TDFS 050785 5

(36)

I

VERSION 0883

PROJECT HEATRECOVER

PROBLEM FINAL TEST

VIllA UNIT STHEAM

UNIT NO 1 2 3 ij ID F1 F2 M3 F3 STREMt 10 1 F 2 F 3 P F 4 P F 5 P F 6 P SM PROCESS INPUT CORHELATION MATRIX PAGE 10 TDFS 050785

(37)

1 I

I

,

I

VERSION 0883

PROJ~CT HEATRECOVER

PROBLEM FINAL TEST

St-1 PROCESS SOLUTION PAGE TDFS 050785 13

SUMMAHY OF FLASH DHUMS,HIXER/SPLITTERS AND VALVES

UNIT ID FEEDS SEQ NO NAME TYPE PRODUCTS TEMP, DEG C PRESSURE, BAH fRACTION LIQUID DUTY, MM KJ /HR F1 1"1 1 FLASH 1 3 (V) 90.0000 41.9000 0.00000 1.97872 F2 F2 2 FLASH 2 4 (L) 90.0000 41.9000 1.00000 7.24276

t-M3 M3 3 MIXER 3 4 5 (M) 81.9191 41.9000 0.31819 0.00000 f3 F3 4 [o'LASH 5 6 . V-i) 24.1502 41.9000 0.33315 -9.22182

(38)

-I

VERSION 0883 SM

I

SIMULI\TION SCIENCES, 1NC. PROJI-XT HEATRECOVER l:'ROCESS TOFS PAGE 14

PROBLHI FINAL TEST SOLUTION 050785

I

S1REAM COMPONEN'! FLO\.J RATES - KG MOLS/HH

S1REAfvl 10 1 2 3 4

I

NAME STRM1 STRM2 STRt,u STRM4

PHASf:: VAPOR LIQUID VAPOR L1UUl.V

I

1 NC5 2 NC6 0.0000 0.0000 35.0000 7.0000 0.0000 0.0000 35.0000 7.0000 3 NC7 0.0000 20.0000 0.0000 20.0000 I ij _NC8 _0.0000 _6.0000 _0.0000 _6.0000

i

l

5 NC9 0.0000 20.0000 0.0000 20.0000 6 I3ENZENE 0.0000 260.0000 0.0000 2bO.0000

I

.

7 TOLUENE B HXYLENE 0.0000 0.0000 175.0000 80.0000 0.0000 0.0000 175.0000 80.0000 9 HYDHOGEN 1000.0000 0.0000 999.9998 0.0000

I

.

10 METHANE 270.0000 0.0000 269.9998 0.0000 11 H2S 0.0000 1.5700 0.0000 1.5700 r01ALS 1269.9995

I

IEMPERATURE, OEG C 1270.0000 40.0000 604.5698 20.0000 90.0000 604.5698 90.0000

I

PRESSURE, BAR 41.9000 41.9000 4-1.9000 41.9000 H, MM KJ /HR -3.5000 1.6876 -1.5213 8.9304

MOLE FRAcI LIQU1D 0.0000 1.0000 0.0000 1.0000

I

-

RECYCLE CONVERGENCE 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

STRl::1\11 10 5 6

1 I

NAME STRN5 STRM6

PHASE r-nXED MIXED

I

1 Ne5 1.0000 1.0000 2 NC6 35.0000 35.0000 3 NC7 20.0000 20.0000

:

1

4

Nce

6.0000 6.0000 5 NC9 20.0000 20.0000 I 6 BENZENE 260.0000 259.9998

:

1

7 TOLUENE 175.0000 175.0000 8 MXYLENE 80.0000 80.0000 9 HYDROGEN 999.9998 999.9993 10 METHANE 269.9998 269.9998

I

11 H2S 1.5700 1.5700 TOTI\LS 1874.5693 1874.5619

I

TEMPEHI\TURE, OEG C PRESSURE, BAR 81.9191 41.9000 41.9000 24.1502

H, MM KJ /HR 7.4853 -1.8128

I

MOLl:: FRACT L1QUID RECYCLE CONVERGENCE 0.3182 0.0000 0.3331 0.0000

I

!

.

I

(39)

I

VERS ION 0883

PROJECT HEATRECOVER

PROBLEH fINAL TEST

SH PROCESS SOLUTION STREM1 SUt-1MAHY STREAM ID. NAME PHASE fROM UNIT/TRAY TO UNIT/TRAY fRor'l STREAM KG MOLS/HR TEMPERATURE, DEG C PRESSURE, BAR H, MM KJ /HR M KJ /KG MOLE KJ /KG

MOLE fRACT LIQUID

M KGS/HR MOLECULAR t.lEIGHT STD LIQ M3/HR UOP K DEG API SP GR KGS/M3 REDUCED TEMP REDUCED PRESS ACENTRIC fACTOR **VAPOR** M KGS/HR MOLECULAR WEIGHT STO LIQ M3/HH STO t~ M3/HR ACIUAL M M3/HR KGS/H M3 Z CP,KJ /KG MOL C ~'*LIQUID** M KGS/HR MOLECULAR WEIGHT STO LIQ M3/HH ACIUAL GPM

z

M3/HR KGS/M3 CP,KJ /KG MOL C 1 STRMl VAPOH 0/ 0 1/ 0 1270.000 40.000 LH.900 -3.500 -2.756 -551.395 0.00000 6.348 4.998 43.328 832.372 0.1468 146.5020 28.392 4.695 2.096 0.002 6.348 4.998 43.328 28.466 0.827 7674.695 1.04809 1.4687E+02 0.000 0.000 0.000 0.0000 0.000 0.000 0.00000 O.OOOOE+OO 2 STRM2 LIQUIO 0/ 0 2/ 0 604.570 20.000 41.900 1.688 2.791 31.393 1.00000 53.758 88.919 64.207 37.157 0.8390 831.2556 10.450 0.511 0.991 0.260 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.00000 O.OOOOE+OO 53.758 88.919 64.207 283.4917 64.388 834.901 0.18309 1. 5696E+0 2 3 STRM3 VAPOR 1/ 0 3/ 0 1270.000 90.000 41.900 -1.521 -1.198 -239.669 0.00000 6.348 4.998 43.328 832.372 0.1468 146.5021 28~392 5.445 2.096 0.002 6.348 4.998 43.328 28.466 0.960 6612.168 1.04901 1.1186E.+02 0.000 0.000 0.000 0.0000 0.000 0.000 0.00000 O.OOOOE ... OO PAGE 15 TDFS 050785 ij STRM4 LIQUID 21 0 31 0 604.570 90.000 41.900 8.930 14. TIl 166.123 1.00000 53.758 88.919 64.207 37.157 0.8390 837.2556 10.450 0.633 0.997 0.260 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.00000 O.OOOOE. ... OO 53.758 88.919 64.207 313.6045 71.228 754.731-0.16350 1.7889E+02

(40)

I

VERSION 0883

SIMULATION SCIENCES, INC. PROJECT HEATRECOVER

PROBLEM fINAL TEST

SM PROCESS SOLUTION STREAM SUMMARY STREAM ID. NAME PHASE FROM UNIT/TRAY TO UNIT/TRAY FROM STREAM KG MOLS/HR TEMPERATURE, OEG C PRESSURE, BAR H, MM KJ /HR M KJ /KG f.10LE KJ /KG MOLE FRACT LIQUIO M KGS/HR MOLECULAR WEIGIlT STO LIQ M3/HR UOP K DEG API SP GH KGS/H3 REOUCEO TEMP REOUCEO PRESS ACENTRIC fACTOR **VAPOR** 1-1 KGS/HR MOLECULAR WEIGHT STO LIQ M3/HR STO M H3/HH ACTUAL M M3/HR KGS/M M3 Z CP,KJ /KG MOL C **L IQU 10:::;:< M KGS/HR MOLECULAR ~EIGHT STO LIQ H3/HR ACrUAL GPt-1

z

M3/HR KGS/M3 CP,KJ /KG MOL C STRH5 5 MIXED 3/ 0 4/ 0 1874.569 81.919 41.900 7.485 3.993 124.537 0.31820 60.105 32.064 107.535 121.138 0.5601 558.9385 12.345 1.542 1.547 0.085 8.797 6.883 45.586 28.647 0.941 9346.680 1.04~26 9.1821E+01 51.308 0.000 61.949 302.4878 68.703 746.814 0.163Q8 1.7332E+02 STRM6 6 MIXED 4/ 0 0/ 0 1874.568 24.150 41.900 -1.813 -0.967 -30.160 0.33315 60.105 32.064 101.535 121.138 0.5601 558.9385 12.345 1.291 1.547 0.085 6.485 5.188 42.693 28.019 0.773 8389.402 1.04824 1.2659E+02 53.620 0.000 64.841 289.5254 65.759 815.410 0.17849 1.5366E+02 PAGE 16 TOFS 050785

(41)

I

VERSION 0003 St'1

PHOCESS INPLT LISllNG - PAGE 1

TITLE PROBLEM=FINAL TEST, PROJECT=HEAlhECCVER, USER=TDFS,DATE=050785 DIHENSION SI,IEMPERATURE=C,PRESSURE=BAR TOLEHANCE ENTHALPY=O.0005,* TEMPERATURE=O.Ol,DUIY=O.OOl,SIREAM=O.OOl,O.OS,O.OOOl,O.001 COMPONENT DATA L18ID 1,NCS/2,NC6/3,NC7/4,NC8/5,NC9/6,EENZENE/7,TOLUENE/8,MXYLENE/* 9,HYDROGEN/IO,METHANE/11,H2S THERMO DATA TYPE KTYPE=GS,HTYPE=RICE,STYPE=RICE,VAfD=3,LIQD=3 STHEAt-l DATA PnOP STRM=1,TEMP=40,PRES=41.9,COMP=9,lOOO/10,270 PROP SIRM=2,TEMP=20,PRES=41.9,COMP=1,7J2,35/3,20/4,6/5,20/6,260/7,175* /8,80/11,1.57 NAME 1, STRt11/ 2 ,STHM 2/3, STHM 3/ 4 ,SIRM4/ 5 ,S lRMS/6, STRM6/7 , STRM7 /8 ,STRMBJ:;t 9,STRM9/10,STRM10/11,STRMll/12,STRM12J13,STRM13/14,STRM14/1S,STRM15J* 16,STRM16/18,STRM18/19,STRM19/20,STRM2C/21,STRM21/22,STRM22/25,STRM25* /27,STRM27

UNIT OPERATIO~S DATA MIXER NAME=Ml,UID=M1 fEED=l,2 NWO ~1=3 FLASH NAME=Hl,UID=Hl FEED=3 PRon M=4 ADIABATIC DUTY=10.67,PRES=41.5,TEST=90 fLASH NAME=R1,UID=Rl FE:ED=4 PHOO M=5 ISO TEMP=125,PRES=39.5 FLASH NAME=H2,UIO=H2 fEED=5 PROD 1'1=6 ADIABATIC DUT)=22.6,PRES=39.1 fLASH NAME=H3,UID=H3 FEED=6 p ROD ~1=7 AOIABATIC DUTY=3.9,PHES=30.7 fLASH NAME=H4,UID=H4 fEED=7 PROO ~1=8 ADIADATIC DUTY=lO.2,PRES=38.3,lEST=280 FLASH NAME=f<2,UID=R2 fEED=8 PROD 1'1=9 ISO TSMP=310,ERES=36.3 FLASH NAME=R-H4,UID=R-H4 fEEO=9 PHOO 1'1=10 ADIA8ATIC DUTY=-10.2,PRES=35.9 fLASH NAME=R-h2,UID=R-H2 FEED=10 PROO M=11 ADIADATIC DUTY=-22.6,PRES=35.5

(42)

I

1 I

I

1 I

I

,

I

1 I

I

.

I

I'

I

1 I

I

SI1

PHOCESS INPUT LISTING - PAGE 2

FLASH N At'lE=R -HS, UlO =l\-H 5

F [ED=11 PHOD 11=12 ADIABATIC DUTY=-2.5,PRES=35.1 fLASH NAME=H-Hl,UID=R-Hl fEED=12 P J-WO 11=13 AUIAUATIC OUTY=-lO.67,PRES=34.7 fLASH NAME=H6,UID=H6 fEED=1) PROD :1=14 ISO TEMP=90,PRES=34.3 FLASH NAME=FLASH,UID=V1 t'EED=14 PfWD V=15,L=16 AOIABATIC DUTY=O,PRES=6.0,TEST=80 fLASH NAME=H7,UID=H7 fEED=15 PROD L=18,V=19 ISO T~MP=60,PRES=5.6 PUMP NAME=Pl,LID=Pl FEED=18 PROD L=20 OPER PHES=6.0 MIXER NAME=M2,UID=M2 FEED=20,16 PROD M=21 FLASH NAME=H5,UID=H5 FEED=21 pnOD M=22 ADIABATIC DUTY=2.5,PRES=5.6 COLUMN NAME=SlRIPPER,UID=11 PARAMETER TRAY=6,SUHE=15 FEED=22,l PHODUCT OVHD=27 PRODUCT BTMS=2S,490 HEAT 1,6,7 PSPEC TOP=5.6 PRINT ITEH=2,lRIAL,lRAY=2

ESTl ~lODEL=1, lTE~1P=130, BTEHP=168

PA FROM=6,TO=6,LFRAC=O.9

SPEC STRM=25,COMP=11,RAIE=O.0002 VARIABLE HEAT=1