Bereiding van synthesegas voor methanolfabricage in fluide bed reaktor

(1)

• .D .. G_Ma.~gheri:ta.

_____ _

onderwerp:

_....

,

I .

~

..:B.EREInUG._Y.,A1L

.SYNTBEpEGAS __

VaçlL

_____ ... _ .

.METHANOLEAliRICA1iE.. IN.

_

ELUI.DJ3. ..:B.EIl

_

.BEAK'l'!l R

. =.t l

• Bodegraven

16 Zoetermeer

Î

...

(2)

'

0 :

(3)

r •

L

r '

r

1 , i I L.J r ' r ~

J

.

, r' 1 , I ~

I. SaD:~rlva t t ing

11. Inlei.dine

INHOFD •

..

---~.-111. Ui tgangspunten voor het ont':e:!.'p

IV. Bepaling van de reaktie omstandigheden

V. Bepali~g van de kapaciteit

VI. BerekeniDgen betreffende mas;ö,a-· en Wél.}'Ir.1;2-stror.,en

van

het

voorontwerp

VII. Berekening fluide bedden

VIII. Dimensionering fluide bedrlsn

IX. Diskussie ~::-l nader te ODi.l<:'l":.:.at'ken In~11.i:~!1

X.

Literatuurlijst

BIJLAGF;IT fI

A. Evewichtskondities voor 95~ k0~V~rGi8 van

T

~

aGOoe

stap

25°0

tot i0010C en

:;

4

6

9

14

16 "19

22

23

26

N '-=

1.5

stap 0.5 tot 4.;

Bi. Stroomschern~ voor reken~rogr~n~a BK2

B2. Algol voor rekeDprogra~~a BN2 (resultaten

B3.

Rekenresultaten

BV2,

als

bijlag;

A

,

doch

m

"

"5°"

+~ 100C t .... ",,'l!~ ~~7 2e zie b'i.;} :'3)) 29 bij J.. ::..:t~, v s, .. ~p . Ov ';/1;0 ~'f !~11 M

=

2.0

stap

0.2

tot

3.7 Ci.

3b:oo!né)cÏl2Ga \TOOY' reken1-'I'ogr-3.!!'..:n'l

3':3

C?. Algol vo)r rekenprogramma, l3I":3

Reker~ret)lJ.l ta ten

m

'1

3:

Sa~cns teIl ing' (-> 'fI'. t~'l'~ s e--['2.S

met kooJd.iox;yde-irlYOer

v66r

r·2forl!:.el.~.

( 2% meth~an in

droog

afgas )

D. Gesc~1ema t1seerd st:roomF!d~m:i3. r~2-;:l-,:_r:.::-)lf8.h:ri8k.~ "\;'31.'

bepaJing hoeveelheid te leve~0~ 3y~~~e~e-~as

Ei. Li j s t ' ! a.:! ti iden t if i ers" l f, \-.(, r';:~.f!. ~.' i .. j l.'e :':

Cnli.T.·u-graml'J:1 JPI4 (zie oo.k bijlr:;;~-r.'·i)

E2~ Plaats v~n identifiera(tahalvc ~.~~ fl~l~e hed)

in gescn,sn:a ti s eerd fJ.OH-·d iE~cr;:I.)T. E3~ A1t:;ol VOOT :cekenprog-ra.m7';:"i. ~~I<4

E4. RekenresulLaten BN4 : 1.)()y'·ç}ken:i.,~;:: V:').i} ','","f.; behele

proces, '~onö.er· dimensi~)!:.srirlt; ","Tl \·/2::'1:.

tuit::b()u,{~-kundige uitwer~ing

5

0

31

32

35

F. Yi 0,,: diëJ,u:~:am van het I",:('i.',CtH:!

G

. Mass

u-

en

warmte-balans )

\

I J.Or:.; Ilijp"'l"0E:{)3 a.c;rJ.tc1:· irl

H. Jitverki~~ proces-8t~ODGU n~nr 2~Ësa

En warDte per kompo~cnt

)

}:(~"i; ve:;'s 1 s.:,'"i: ,

,

)

K. Gegev2ne van de k~talyGatcl'

L1. Warmtcgeleidingskoêffici~nten en ViBko9it~ite~

van de kompone~tcn hij verschj.llc~do t2m~0r2tursn

L2. Grafip.k tec' 1~E:raJ.:tYlg van '1i(~t"-::.~g:oYe:n ' ,iG.:!:.'!]tC'--geleiiiin(;",,;koëff1e:Len"t8!l. der k()l~;poncn';;en

;:~

(4)

r

!U

I

I r

1

U

r 1 I r ' ! f' I "--' r . L... --..I r"' , ~ r-' ~

r

1 I I i "--' , 1 w r 1 u r

1

w r ₁ I ~ r

1

w r 1 I W I I u

-.

Cp

D d

cP

G

kat

Ag

AH

o

<1Hr Ho h k P

L~D

H

==

soortelijke

warli:te

bjJ

konst6.~:te druk

diameter

reaktoren

=

diameter katalysator

deeltjes

=

gewicht van de

katalysator

vrije

vormingsenthalpie

bij 1

atm.

verschil

in enthalpte

=

j.dem

l,ij 1 a tm.

=

verschil

in enthalpie b~ Yo~~!ngsteaktie

=

hoogte

van

het

kataly3at0r~2i

in de

reaktoren

=

warmteoverdrachts-·coëffic·i

e:::i:;

=

warmte

geleiu

in{!scoëf;l'~_eJt>~,t

verhou<ling tussen

hoogtr:: Z:-l;

C:ÜL!!:eter

VB.n

de kat. bedden

=

verhouding van aantal me]

:::1;O,)ffi

en ac.ntal mol koolstof in

de

voeding

M. =

mol.massa van component i

~

Nu

p P Fr

R

=

kental van

Nusselt

"" ·totaal drtü:

in

atm.

partiaalnpanning

=

kental van Prandtl

-. gaskons

ta.nte

Re .. kenté'.l

van

T{eynülds

S.V.

=

space velocity in vol gas per vel.kat.per

uur

T :::

temperatuur

UC

1 '

_...

_~n

)=

lineaire gassnelheid

V. t =

volume van de ka tal

v

_sa

_tel::'

ka- "

Y

_i

=

molfraktle van component

i

E

=

porositeit

=

vormfaktcr katalysator

• ~ C' ~ t.! .

t

.

r;'~"" y / r n

v~"co~,~_ t:J. V8,r_ c(.l.~ e.1; ul.

=

omzettin

gsgr

aad

NE

De di

me

nsies

van

bovengenoemde

~ymbolen

blijken

st

eeds

duidelijk uit de

CODt~xt.

Het Ü1 mOE.~~lijk, dat één SJ'Flboo1

i

n

vf::~'sdüllf;nè:iJ-,

eenhed

ens

telsC'

Is

ui

tg~?drukt is,

a

l

naaT

geld.n.g

dr; a(~llpél.S~:ir..{; é-.l:::.n de ec'bru_i~;:tr; lit(~:r':1t~J_ill~e

:31-ocllts i'ilf?"r (U. t Ylodie; Has 1 \.-!(~X'den €'C)Y1h0(: en-kOnyer8:i.es t oegc!~'1 '?.~1·1.;"

(5)

, , : ' ,

,

r ' r ' r ' r ' r ' r ' , : " r , I. SAr·m:rrA'I'TING.

In dit voorontwerp is de bereiding van synthese-gas in een fluide bed voor een meths.nol-fabriek be~eken.

Met aardgas als voeding zijn bij varierende temperatuur en

stoom/methaan-verhouding

eN)

de druk en de evem.,richts-samenstelling~m

berekend met behulp van rekentuig.

De methaar:.-koncentratie was telkens 2 volume-procenten, betrokkerl

op droog produktGas.

De

s

amenstellings-ei

.s

voor het

synt

.

hese-gas we"!'!

(

H

₂

)/( CO

+

1.5 CO

₂

)

~ 2.1 • In verbe.nd hiGraee diende (:02 eesuppleerd te wordEm. Zowel CO

2-suppletia v66r als n~ de reaktor werd bezien.

De

gekoz

e

n

reaktie kondities

zijn ale

volGt :

- CO

2

-invo6r

v66r de

reakt

or

ter

:rpe

ra

tuur :

825

er2.cJ.en Celsius - druk: 10.4 atmosfeer

- stoom/methaan verhouding :

3 •

De samenstelling

v

an

het s~JYl.these-gas i::: da!1

CH~/ CO~/

col

11

2/ U2 =

2.0/ 11.07/

15~59/

67.59/ 3.75

•

Met deze

geg9

vens

en de vereiste kapacitei t ( 1000 ton ~et~anoJ. per . dag ) is een rekenprogra::una ( Algol op IBM 360 ) cnt'dikkelà, teneinde het proc8s qua warmte-· en masfHl,-'stromen

v

a

st

te kmmen leggen.

De

vereisi

6 hoeve

e

lh

e

id

reaktie-warmte

wordt

i

ngevo

erd

door recirkulal,ie van de (;ebruikte r:atalyöatc1_'t', 1.ussen rIo refo:

cidng-reaktor ~n de verb~andingB-rea~t~r(Beiden fluide bed ) • De samenstelling van de

kataly

sato

r

was

MgO

/

NiO/

8i0

₂

/ zr0

₂

=

531 el

11/ 28

:De à.eol tjEs~·grootte lng tussen 300 0311 6rJO ,t.<.. . .

In het la~tstgenoe~de rekenprO~r2G~a ~ijn

tevens

de fluide

bedden berekend ~la war~te-overdr~çhts-einen.

De eisen voor

het

goed

funktionerGn

v~n

h

e

t

bed bleken

strenge~ dan die

t.

a.

v.

war~te- en

stof-overdracht. zodat de

e&Ts

te

n

Je

àimensionering van de bedden bep~alden •

Aangezien le berekeningen hoofdzakelijk in d9 vor~ van Tekn n-progrBmm~~s werden uiteevoerd, zijn deze in bijl~gen opgcnom~n,

teneind0 de opbouw van

het

bet0

0g

zo

min mogeli

j

k

te

onder-bre

ke

n.

Bij dit

V0o~ontw2rp

is

uit

slu

it

e

nd

aandacht

b

ec

t

e

ed a8n de

(6)

Î

...

, '

11 INLEIDING

1.

Naast

de

partiäle oxidatie

va

n

koolwaterstoffen ter

verkr

Ug

ing

van

bovengenoemd

synthesegas

,wordt veel toe

ge

past de refor

m

in

_B

van aardga.s

o

f lichte tot

micldel

zware

nai'ta(kC'C'kpunt

tot ±.240

C)

met behulp v

an stoo

m

.

2. Ten opzichte

van de

tot

voor

kort

(ong

eveer 19

66) gebruike

l

ijk

e

w

U

ze om de

m

et

hanolfab

rica

ge

te do

e

n plaatsvind

en

bU 2

0

à

300 atm.en 300

à

400°C

ov

er

een

zno/Cr

2

0 ₃

-katal y sator,is

op

het

o

g

en-blik

de

belan~stelling

gerich

t op

het

la

g

e dr

uk

methanolproces,

zoals in 19

66 gestar

t doo

r

LC.r(50

atm,250uc,Gu kat.).

Het

proces

l

evert een

bespa~ing

op

va~

ongeveer

S

600.000 op de

invest

eringskosten

van

een fa

briek

met

een

capaciteit

van

300 ton

per dag

en

ongev

eer

$ 6

.5 o

p

de produktiekosten

per ton

(geraf

fineerde) methanol

(lit.1

,2),b~ een..

do.cwroduK1ie

van -\OOO+Ofl.

Het

li

gt

dan/ook

i~

de lijn

o

nderl:.avige synthesegas

fabriek

te

enten

op

dit nieuwe

la

ge-druk me

t

hanol,roce

s.

In dit verband

mo

ge kort V8rwezen word,;n naar

een nieu

w

e

ontwik-keli

ng

bU

N

I

SSUI-TOPSOE(lit

.3),die

een zeer

conc

ur

rer

en

d

lag~ tem"p~!a

tuu

r

me"thanolpr

oc

es

heeft on hli':keld. (100-200

a

t

m

,

temper

T

atu

u

r

niet

ver~eld).

Zowel

I.C.I.

als

NIS

SUl

TOPSOE zouden

~itkornen

op ±$10 per

ton

proèJ

.

ll

k

ti

ek

ost

en

'oij

een dacpr

odu

ktie

va'!

300 -

H)

O

ton

met:-:a.nol. In

de "oude"

plantE5

liggen deze prijzen

bij

300 ton

/dag

op

:~.S27,

en

bij

1000 to

n/dag

op

±

$

1

7 .

Deze

cijf

ers

zijn afkomstig

uit

over-zichts

art

ikelen

en dUG

vae

.e.Luidelijk

i

J vIel,

dat de

"oude

"plant

s

niet

concur~erend

zUn ,zodra de totale

capa

citèit van

de

nieuwe

fabrie

ke

n VJor

de

wereldmarkt

v

an

bela~g

wordt

.

Een

st

e

rk

punt

van

de

nieu~e

processen is vooral

€een

veèl geringere

prUsaf-hankelijkheid

van

de

d~gproduktie(

pro

du

:

die m

o

gelijk

vanaf 50 ton

pe

r

da

g

).

Aangezien

d~

oud

ere

plants

eûn

veel

be~ere

ekonomie

hebben

b~

toene

mende :

?Todu

kt

ie

.

\vas

he

t

te

ve:tw20.cll

t e?1

dat de

8

trijd

z

:i.

e

h

op

dit punt

zo~

toes

pitse

n.

lnderdaad zijn

(le

eerste s

cherpe

prijsdaling-en

in

1967

te

zi

en

(15-30%).

In

de zelfd'3 tijd

komen

de

ee

rste

gr

ote

ov

erschotten.Alleen in

Wes

t-

Europa reeds

stijgt

van midden

19G!

:

tot

mid~en

1967 de

methanol

produktie met 200.000

metrische tonnen tot

1.1 mi

lj

oen m

.

t

.

per

jaar(î2

%)

.(lit.1).

Naast

We

st-Eul'opa dringt

i:1

nog

gr

ote

rE

mate

Japan

zich op

ele

methanol-vrereld

mark

t.

'j

a.n

19

65 t

ot

19'7(;

verdu.bb

el

t

de

Jap&ns,;:

proà:nktie zich. In

1969

produceert di

t

la

nd315

Pljljosr

iê

~l/Yéar

.

in 197

0 reeds

380 mi

lj

oen gal/year

.

Men

voorziet

daar een

verdere

groei tot

600 milJoen g2

,1/:

rea.

r

in

1

9

7

3 en zelfs tot

7'0 rül,joon

O'a

1/

e"r

1'1" 197~(lJ't ;1\ c::.,,(>'-~._.'_ .. 'J-{'Y' 1'", "'-' "'iC:C',Ql1'~1" '''1' c~n

10 y 0,. • ,, \ . . . -r j . '-' 1-_: •. :,cJ.KL • . 8,4._. .., c:.", PI .\'~ .,-,,_ J e,. :Jo. . -'.::

Amerikaanse

m

ethanol

eif

Rotterdam(GULF,konventi~nele

fabriek

),

Meóio 1970

c

a S53,

me

dio

1971

oa$34. met

een

mogelDke

VErdere

prijsd

aling

tot c

a S28

.alle

p

rij

zen

~er

ton.

Het gehele effekt wordt

no~enteel n0g

versterkt

door hst

verdw~n

en van

NTA

(rüt.r:Llo-tri

-azi

j

n7.u'.lr)

ui.t (]e

c1=ter0:é~ltenproclukti.C! in

-verb

and

l11et ~le 8~:r:ijd tef)~n

de

wate:cvcj"Cl:'1tte

ini

_c

;illg, ~je

tot op dat

mo

men

t

(begin

197'1 )

€;

ToeÎf:ndp.

V1'22.g l'2,D-' r:'~.'}.

ha.d

onclcranuE:re

niem.'E'

impulse11 ge!.~e,rer.. a.ar1 de ;l~(!th,J .. Tii.·;lt:1é.l"l-:t(J.j:' ..

5).

(7)

--4-,

₁ I i I ~

.,

...

r ~ r" , , 1 , I I , - I , ' _, I • 1 I • 1 I ...J

4. 5 ..

In het

licht van

het bofvenstaande zal

duidelijk zijn,

dat

maatschap-pijen, die zich

i~

de ko

mende

jaren op de

~ethanol-markt

willen

hand-haven cq vestigen, relatiof

goedkope methanol dienen

te

produceren.

Voor "oude" fabrieken kan

dit

aanleid5n

g

z~jn

tot ui

tbrei_~,:!:?...f

van

de

produktie (daling

van de prijs

per

ton), voor

nieuwe

vestigingen

be-tekent dit het

uitzien

naar een

goeekoper

proces (bv

het Iel-proces).

Lage-druk methanol-fabriekEo

l1

;)estaZ1Tj

uiteen :::toom-reformer

(reforming

van

nafta

of kool

wa

terstof-gas

),

een

la,ge-druk synthese-eEmheicl

en

een destillatio-eenheid,Zie

figuur

1.(

lit

2).

RHOHMlt'JG' SYNTHESIS

figuur

1.

De

stoom-rBfor~er

zal

nader

bezien

worden.

In ve:rl

Jan

d

.

met

het

[j(H::dkoper '·J()Yo.2n

der

me'è;harlol

is een lJtu.cHe

VD.

n

synthese- gas V('()cl:ü:ti.e

zinvol.

Als

vOGdine;

z~·ü ~'Jpèerlands

aardg-8s

,Q'enon

',:::n

"voorden.

De

reforming

2.<11

be

z

i

en

'dO

rel

en

in-·6è-ri.-=~J~Ld e-1~~~.~E}_~f.to

r

•

(8)

r

1 J

r 1

,

. r . 1

L

r ' •

L

~~--,~---1.

Literatuur. 2. j.

De 1i tera tuur, die goed aanslui t bij dit onhrerp (methanol-synthese-gas in fluide bed reaktoren). was op korte terQijn niet te ontsluiten aangezien het hier voorna;:',elijk OOBt-::<:llropese Jitberatuur betrof, uit niet in Delft aanwezige tijdschriften (lit6,7).

Reaktanten. Om de uitwerking

produkt gekczen.

te

konkretiseren ie Nederlands aardgas

Samenstelling in voluos-procenten

als ui tgang8~ methaan ethaan proparlen butanen 8"l.

3

j~

2.85%

O. 37-1~ O.14~ hogerl:~ lnv'Stfn O~09';':' kooldioxyde O.89~ stikstof 14.35~c

BU gebruik van andere lichte koolwatoratoffen

als

voeding

is ec

hte

r

het reaktanten-pakket vrezenlUk gelijk. a." •. ngezien b~i de gekozen l'E:ak<;i

e-omstandigheden van 825°6 en 10.4 at:::()Sf'-;2l'

(zie

hierna.

ptI

v.6

.c

)

alle lichte koohJaters-'coffen volledig g.::konvcrt!::crè, zijn

tot

meth

aa

r

;

,

\.raterstof,koolmonoxyde en kooldi,oxyc1e. 1,: l i t 8) ..

Om

deze reden

zal het

Nederlands aardg~8 verder gespecificeerd wor(~en

als:

85

~ methaan

14 %

stikstof en

1

%

kooldio~{de.

Het had o.

L

geen zin hier n.:lder 0Il in -;0 gaan, aar gezien iedere p l'ak-tisehe voeding anders zal zijn.

AangGzien de ui twerkir.g van d? :pro0eS-(03tandig~eden per

re:tcen-·é).utn-maat geschiedde, levert de2G

fakto

r

ook

in

de

praktijk geen pro~10Gen

op ( zie bijlage

D

2 en C2).

In dit verb2.nd moge gewezen ·{!Ord·::n op bi't fei

t,

dat de te g-eol'u ik€n

kataly

sat

or

(lit

14)

niet gevoeli~ Is ~00r

zwaveJ

,

zodat tier geen

moeilijkheden uit voortvloei<2yt V001" :Jp, aynthese-gas "oe:l~eidiL1g.

vlél dienen 1-tier voorzirol1ingen voer cetrc:ffE"l1, te \wrden, voorda t ::ei.

synthese-gas de methancl--fi-loriek hir:u?!Jf;-::D.-t.

Di t eventuele ontz\,ravelings-,'l','oblE:€lD, io Lier verder niet in ogenscYou",' genomen.

Optredende reakties.

Uit

de vele verschillende m03elijkteden

elit

9)

is Als te beschouwen reakties zijn aangemer~t (lit

0)

(a)

een

(h)

co

+

R 20( ,g')---, _,...:~ CO .... ';, -:- H2 ( shift :r-eaction)

Cc)

(e)

(

Cc),

2 CO ~2: C + CO" (Boudo'J.(-!rd ":,(~c:;,c tion)

<:.

+

2E~ ê. keuze gemaaY.t. I! !i

-1-17.9

11

(9)

,...---

---_._---_.

- - -

~--,

1

• 1

,

' r '

r '

r ' I , 1

Aangezien (d) en (e) afhankelijk gemaakt kunne_{n worden van} _(a), _{(b) en}

(c),

is het voldoende

de

eerste

drie

reakti~8 te bezien.

Blj een stoom-overmaat van tenrnirste 1.5 ( t.o.v. methaan) zal in het

algemeen bij de _{genoemde reakt}_ie_- _{omstandigheden reakti}_e(_ç7_ge_en

grote

hinder veroorzaken.

De werkwijze zal daarom zijn

Voer de berekeningen voor de reaktie-omstandi~leden _uit_met _de

reakties

(a)

en

(t

),

Kon"troleer _{de kC':Jlstof-vorming aall} _de_hRnd _{ve.n de} _hieru_it

af-komstige

gegevens.

4.

Ree.ktie-kinetiek.

Dank zij de aktiviteit der in ~e i~dustrie ge~ruikte _{katalysatoren is} gebleken, dat voo_{r beide ho}ofdreakties

(a

)

en

(b)

de

evenwichtsvoor~ waarden _{bereü:t \Jord.en. (} _lit_{1\'},i1,12,21)}_..

Het ont

werp

kan dus

stoechiometrisch

en

thermodynamisch

_benaderd

worden.

Ret

word

t

niet

of

in

ver~aarloosbare _mate

_{door de}

reaktie-kinet

iek

_{beinvloed. ( lit 13}

₎

_.

5.

Fugaciteiten _yo:rsn:3 _dru_k_keno

In

principe

dient

uiteraard

met

f~gac1telten

_gew

_{erkt te}

_word

_en

_in

_plaats

van

met

drukk

en

_s

volgens

F

=

r.p

.

Hieri

n

is

f d~

fU

&B

citeits-ko

ef

ficient.

Aar;gezien in .1,:;i, ·oc3chom ... de gebi ed f ;?:' 0.98 is (llt 8 ), k2.n iIl d:;'t geval gevoegolijk met de da~d~erkelijke 1rukken gerekend worden.

6.

Katalysator.

Een katalysa·t~r die

voll

edig

aan de ~ise~ vel doet,

en

bij deze

tenpera-tuur en drukli

t

s

-Gekend funktionc':':'_'1;,

::.:3

::lf:.menges

teld ui

-t

(1

i t

14) :

nikkt~lo~l<.:yde 8 ~'; . d

5?

" f magnuS~UlJOxy _e ~ ,~ sili(!hèilloxyde ₁0 1

~~

zirco

onox-.fde

28

%

Het soortElij~

gew

icht

bedraagt

_4.23

gTa~

Er

zal

in

dit

vooron

t

w

e

rp

dan ook ge~6rki

van

deze

kataJysator,

t.

w.

t08P-:estane _- éru}\. : 0-150 atmosfeer

0

b

epr

oef1e

t~mperatuur

_:

₇

n

-900

C

3

per en: •

worden met de

speci

fi

ka

ti

se

uitstekend

ntech2nisch

_{/jcdrag (}

_z;ser'

_·

_{be]. 3.'1gr:ijk}

_{voor fluide-bed}

kDtS)

on

gevoe

li

g

voor zwavel

on

organische zwavel-verbindingen

deel tjeHgrootte

₆₀

_{p ..}

.c::.. (1

z

1000/ ... , bij voOrkell.T

300f-

f..

r1

t...

63Cl

r-gemiddelde

deeltjes-dj~Mste?

:

400 j

L

7. Alternatieven.

De produktie VéJ'Î~ vate:rstof{!as enjor syrd:heseo.oL;'cI.S vor;r 8en ::letl:'é'.l101, .. "

fabriek heeft in talloze variaties p]aats~evonden.

Ove:rzicht van de stand van zaken vindt mCJ1 in de lite~~t~~~ (zi~ bv

Ij

t

1 5).

Buiten deze al~e~en~ verwijzi~g val10~ ~~llicht

:

d.e verb e -t. c.;:i c "';~; 1: k'.·: i j ze VOOT lt r~:~

r,

(O'~' (:~ i.c~('rL -I.:l.f[ '1'2. t e :cs to

r

Cl 1 He t 8:,'::: t G i'-bC-'latteYl(~E~ :'·:~~rl~-~·~eï.:; ~\[;~).s) dO!,):::: .::~,' ~:.î(~~·::':·lS S"t-:..1·-I; (_ .. ('(:fnr:'.l~j.~·,;, \;2_!'~ _/~.oc)l_H'"

., r ..

,<.) ) .

])e ka '~r:,,~: :~-f:~;:. \-,".)}" ~L .. : ':":"1 i f.,.~ Z ~·r5.\TS' ~1. O -u b'(:~\ïO t~ 1 i {; [':1: J"] e E ît

CE;:1 1 S'"(i 0115 d GUT. '72.n one;eveer vl ..

i

::"'

,j",2::'.

(10)

r

Î

r ' r ' I I ' r ' I

I '

het in fluid.e

bed

o;nzctt.en van

methaan

tot

Haterstof (~::

0.99 )

over

molybdeen

(

lit

17 )

v01gens :

CH 4

+

Ho....,~ l·1oC

+

2H 2

( Mo C + 0 2 ~ No + CO 2 ).

Hie!.'

loopt dus een

wate:::·stof-li.jr;

na.

:'.

~~t

een

::'egenehtie-lijn. Ka talysa tor : molybdeen-nikkel op al".mina.

De "molybdeen"-methode b"am niet in aanmerking, aangezien het geen "steam-, reforming" behelsde ( opdracht ), de "rheniumfl-methoo.e had in priT'cipe ook

gekozen kunnen .,orden.

Nadeel van de rhenium-katalysator zal ongetwijfeld de prijs zijn.

o

(11)

-,

,

r '

; 1

1. Uitga

hn

de

yan de

hooîdreakti

e

s

(a)

CH

4 +

H20':;::: CO

+

3H2

(b)

CO + H 20:;;;::: CO2 + H2

luiden

de

r

eaktie-vergelijkingen

:

--

( )

3

PCO ' PH?

_en

PCrr

_"'

₄

•

PTT

_':>'2

°

Met de

specifikatiss

van 111.2 en

met

H

2

0 /

CH

4 =

M worden deze

vcr-gelijk:~n8"m~ indien van bv. 100 mol ué\rdgas \-1Oi-à. t 1Ü t gega8n. (05

%

methaan), x mol methaan

wordt

.2mg..9_:e.l 8!1 y mol kooldioxyde .2..ntstaa.!.

K _B - - - -

(y+1)(3x+y)

--

-(x-y) (e)~·::-x-y )

(1 )

~

en

(2) •

De partiaa:.-C',1"Jkken in de fOl'mü.les

Hord.on

omg(~zet Ll mo~.-f:r.'2.ktiesJ ondel' aarmé!r;;e ua t

;'let

ga snengs

el

z ieh i.de~al gedré).&.t;t <

Van Cauv/en1-Jerghe (Ii t 8) bereke:1d.e n&lTJP;,1.ij}:f èat bi,j dr·.lkL'211

tot

(TI

met 25 atmosfeer en

temperaturen

van 90J tot 1250 grad&ll

Celc

ius,

Kr

v:cij

we:

'

.

'j is.

De vf::t'[;eJi;jk.irlgen

(1)

Hl (2) bevêl.t·:\~n

5

"larie.helen)

t.

'

. ."

.

x,y,P,T cu j'I.

Le

gt

D~n

x

vast (

konversie-eis )

&n geert men

~ e~

M

e

en

~Qardef

d

a

n

geven ooveHs·(aaJ.').de vergelijkir:b'en d(~ ',.,a~,,~'rle vaOl' y cm p.

Hierrr.ede

z:'.Un e:.lle evem,,:tchts-koY'lcent:u.:.i..ies te tH':'<:8.:".:Gnen.

Explic~et ' ,

I

Tr

(o~· .. \ (ç:"".- •. ")('''''O.~pc. -"

\2l 0.5

l

J.~it· \ 0 ) · - . 7 .. ) \. ... )]1·!.· ... l .. -·,y . I'~J .. -t-G .. ,,!·;-r-,-X/

J

(1)

p " - - -.---.--.--.--.. ---.-- .- .. - -.--.-.-.-.. - - - -.... --( \ 1 - ,'j x-y 1\. )x+y ) .'

(2)

T.- ! l (r"I" \ ['no _J.) I _\X--Y I t;-; ''J- Z --{ I v . \ . . . .' ;

(

-;:

,

./x""y) -1

In

dien

KDeL KR

in

gevoe

rd

~~~dcn, z~Jn J

en P

iter2rend~e ber

eken

en

r~ ... :.: t 1) e:~'U~l\, Vél,i' 0 ~,l re k'?!18. 'J. t(1rr!,".~.

t.

(

L 1':;;;0 1, Im,r

360 )

(12)

- - - _ . _ - - - _. - --... _--_.... --- -,._---r ' , '--' r ' ( , ( , , 0...1

NB:

( -15382584

(-OS)

=

-0,15382584

• 10-

8 ).

*

:

De waarden van KC hebben betrekking op de nog in de kO!ltrole te

betrekken reaktie

(c).

2. Het synthese-gas voor de methanolproduktie zal E(~Gpecificeerd worden mets

Dit houdt in ons geval in dat CO? gesuppleerd moet worden.

Dit kan

v66r

of

n'

de reformerse~tie. ~eide eevallen zullen worden bezien. In eerste instantie zal worden nagegaan

in

een

tamelijk groot gebied (800°C (. T

<:

10000

e ,

1.5

<:

M -( 4.0), zonder vooraf CO

2 toe te voegen, wat de e~enwichtskondities zijn.

Uitgaande van

100,ffi

aardgas (methaan/3tikstof/kooldioxyde 85/14/1) en

8SM

m waterdamp bevat het produkten-pakket:

(85-x) mol methaan

14

n:ol stikstof

,

(y

_

+

1) mol kooldioyde.

(3x

+

y)

@ol waterstof.

(85M

-

x -

y)

mol

water,

(x

- y)

mol koolmonoyede , tezamen

(100

+

85M

+ 2x) molo

De resultaten van

dit

eerste gebied ("grote stappen") Y~ndt men in bijlage

A.

Hierbij

is

x

vastgelegd op 83#30 mol (methaan veor 98~

gekonverteerd)9 terwijl de resultaten zijn vastgelegd in volumeprocenten. Het computEr-programma hiervoor is ~naloog aan dat van progrnmna EM2

(zie bijla~e B1 t/m

B3)

met andere temperatuur-grenzen en -stappen, en andere stoom/methaanverhourlingen.

Er dient overigens I! .. et voorz:i cntigheid te worden "afgetast", aangezien

het vergelijkingenstelsel niet steeds ~o!lvergerend is. Men voorkomt grote rekentijden door het inbouw0n va~ tijds- of divergentie-kriteria.

3.

De ICI-lagedruk-procesomstandigheden zijn(o.a.) p =

50

atm9

T

=

250°C.

Aangezien er bij de reaktie molen bijg~vormd worden heeft het zint

indien mogelijk

te

komprimeren vóór de reform-reaktie. Uiteraard

ligt

hier een optimalisat:Leproble<;ffi tussen, hetgeen verder

kv,anti

tatief niet uitgewerkt zal worden~

Uit bijlage

A

blijkt ~e grote invloedran

M

en

T. In

verband ~et roetvorming bestaat praktisch een duid915jke voorkeur voor ean ~ van

3.

N6g groter zou nóg gunstige}r zi.]:1, d.och dit geeft W88r extra

kosten f enz.

Uit

de

industrigle literatuur blijkt een

M

=

3

vaak redelijk~

zodat

die hier aangehouden zal ~orden.

In ver-:)and met l evensduur y&n stalen buizE,n (li

t

19), die vn::.8.1'scrdj n-lijk in het voorontwerp gnbruikt zullen wQrden, u~l de temp(~Y'ntuur toch niet veel ho{;cr dan 900°C mogen worden (de'1kend aan lc:,.l~:!l'.::d\lUr van enkele jaren) .

Om tot een keu~e te konen werd met rekenprogranme BM2 een gebied onde r-zocht VRn

(

e7

~

o

c

~

T

{945°C

,

2 ~

O

I

hl (

3 .6)

met kloinere sto.ngrootten.

Hierbij werd tevenc berekend het a~ntal mo~en kooldioydp, nadi~hand toe

t _e _""_./_oef?;::n _OI:'. _r.1~'J.n " t h _,./.0' _3:J"n _eS2-gas _{r:2);;~·CJ..1.)..t:}' .A.~'-' _i-.?. _..; _~.e ( _u..l.t;... , .. ~ -i'_"~t''' 0 \ _-J +.-. _IJ\.:;' -_';1-,.]' _{. . .}_OOE!J.,-

-alsmede het totaal aantal moien afcas (nat per 100 wol voe~lng~

(13)

10-r 1 r 1 I I L... r . I I r 1 I I • 1 ' ,---, r 1 '---' , 1 r 1 I ... ;.

totaal aantal molen stoom in afgas per idem, en het percentage stik-stof, betrokken of droog sfgas.

Hiertoe zie men bijlage B1 t/m B3.

4. Ter vergelijking werd eveneens nagegaan (met rekenprogramma BM3) hoe de stand van zaken werd bij toevoegen van kooldioyde yó6r

de reformer. Het principe van de berekening werd hierbij nauwelijks aangetast, met dien verstande, dat een iteratie plaats vond over

3

vergelijkingen (de synthese-gas-specifikatie is de derde yerge-lijking); hierbij was tevens een op het droge afgas ingevoerde me-thaanspecifikatie, alsmede de synthesegas-specifikatie.

Zie bijlage C1 t/m C3.

5.

Voordat de reaktie-omstandigheden gekozen kunnen worden, zal moeten worden bepaald of kooldioyde v66r of ná de reaktor wordt ingevoerd. Deze

keuz

e

is nu reeds

te

maken, omdat

d

e

effekten over het gehele te onderzoeken gebied dezelfde zijn.

Beziet men bijlage B3 en

C3

bij bijv.

925°C

dan verkrijgt men:

Uit bijl.C3: C0 2toevoeging v6ür de reformcr Uit bijLE3:

~

CO . ., toevoegi.ng ná<:'de reform,;r ,---'N-~

---+---3-.-o---r--.-3

.

o----

-

-i

T(oC) 925 925

I

p(atm) 29~5

27.f3

CO

₂

(V%

droog afg9.s)

9.4)

7~5 CO ~ " , , ) 17~7 ~ 3<: 14~4

H

" , , )

67.0 )

7282 N2 \ " , , ) 3e8

3.9 H~O(moltoo

mol voeding)"

164,7

151 ..

0

Nat

Bfga~(mol/100 mol voeding 531.3 510

Droo5(~

3

f

_)é

_·

_{as (} _'I _"

_{23_66~6i)}

₂_{359 • 6} _._U.) CH

4 Vit"

I

---·---+---~r---l

Molen

CO~

toe te voegen

I

21 .. 0

21~24

t'<

I

~p_e_r_1_. O_O_n~_o_l_y_o_e_d_i_n_g_, ________ . _ ______ .. _ _ ___ , _ _ _ _

J

~ I

i): :i.i):

~: XI

hiervoor is ingebouwd (II

2)/(CO + 1 .. 5C02) 2.1 betrekken op droog afgas

betrekken op wolen methaan in voeding

in

p:rodu

kten-pakk

et

(72~2)/(CO + 1.5 CO 2) -

2.1

1~5C02=

72.2/2.1 -

14.4= 20.1 CO₂

=

20.1/1.5 Reeds aanwezig 13. 4~0

-'1..1!..

512

Toe

te

voegen 5~9%,

hetgeen overeen komt met 0.059 x

359 ,

6

21,24 mol.

Gekozen wordt voor CO

2 toevoeging v66r de reformer, omdat~

- p

i

etA

hoee~

is

blj gslijkR T

8n

M

h~t

c

r

'

r-,-r.'î ... 1 .'·( .. 1TI }-I~+ c .. r1t:'·;"J(,J~,,~.,.;::: .... ~ l:...,r.rcr .;~ ")8 -''"I'rl1+~(~~(;:) f:,...~~~:_'

- J. ç ) .... ) 2 h ... ...... <.: ... \.. , - ... 'J . J J _. ..:. ... -t..") 'I.,.. - ~ .2) ~ - c ~ J J ..-~ ,~""", _

SC~lj_t?{t vsr_,J.c.l b-~~ _C!'vt2 ~(, \~Ç;1)(:'_"1ti~2t1e _cn _dt; _{:i.p·",.,-J.I.·'GU} ~~'::il (~ç'n

cc

('} -

.

~;~2v.l' .~ .~. E·~.~;: 1 S p~ ._.~!:.~J ~._:; u ~.:; (i "',

(14)

<-I

I r Î ~

,

r 1 I r , r ' I r -I '----' - - -

-6.

Keuze reaktie-omstandigheden.

~. Aangezien het Iel-proces op 50 atm draait, dient het streven erop gericht te zijn de druk in ons proces op 55 ~ 60 atm te brengen (i.v.m.regelmogelijkheden).

De temperatuur ligt dan vast, aangezien gewerkt wordt met

evenwichts-kondities. Hier kan dus een beperkende faktor uit voortkomen i.v.m. de levensduur van de te gebruiken materialen bij hoge temperaturen

enz.

Andere beperkende faktoren zijnr

- stoom/methaanverhouding i. v.m. roet,vorming - temperatuur grenzen van de katalysator,

alsmede de vraag: hoe de reaktie-warmte over te dragen.

I.v.m. dit laatste werd een globale berekening van de w armte-overdrachtskoäfficient stalen-wand/reaktie-gassen uitgevoerd.

He~ bleek dat deze niet veel hoger zou gaan worden dan 500 kcal/ (m .hr.oC) (berekeningen uitgevoerdzmet behulp van lit.24). I.v.m. de ongeveer benodigde 18

x

10Jkcal/~ gaf dit een war~te

overdragend opperv'lak van meer dan 10.000 m , hetgeen o.i. cie voor-delen van een fluïdebéd geheel te niet deed.

~. Als bekend alternatief drong zich een samenstel van 2 reaktoren of,

waartussen een hoeveelheid katalysator recirkuleert. In 1 re~ktor

vindt de reaktie plaats, de andere dient om de katalysator op een

temperatuur-niveau te brengen, hoog genoeg om de reaktie-warmte

mee te voeren en snel af te geyen in ll~ "reaktie"-reaktor.

De A T tussen reaktor en generator dil.-JLt dan in cle orde van 200°C

te zijn.(mll'\.~e.Yl.s).

Op di t pun-~ wordt het interessant de tE~mpera tuurgrenzen van de

katalysato).· na te gaan. De laagst smel'~ende komponent (Si0

2, zie

bijlage

K)

heeft een smeltpunt van 1703')C. Helaas is van' de

kai;a-lysator uiterst weinig gegeven (lit.14J, zodat zonder laboratoriu~

proeven o.i. aangenomen dient te wordelit dat de gegla.nde temperatl'.ur

van de katalysator niet hoger moet W0r(~en dan 1000 C" Di tomdat :'liets bekend is van sinteringstempera tUTGn,

mengkristal-eigenschappen,

en

eventuele temporatullr uitschieters

bij momentane ontregeling van het procE~so

U .B.: 10000

e

is waarschijnlijk redelijl:, aangezien in d.e beschr;Lj.,

ving van het Franse patent procestempeJ'aturen voorkomen tot 9()()u_C•. Het behoeft echter geen betoog, dat bij een eventuele realisering van dit proces, de katalysator grondig onderzocht dient te worden, o.a. op dit punt.

Met deze beperking liggen de reaktie-omstandigheden rapds tamelij~

gepind, aangezien deT nu niet veel hocer dan 800°C kan

zijn~

waarbij een druk hoort van ongeveer

9

atm,(terwijl gedacht werd 0 aan drukken van

60

atm, met bijbehorende temperatul1r van 1000-1100 C.)

Als volgtmd baken dient de stcom/meihnan-veTl.oudinG(?!:) be~;i8n te worderL:

te laag --~ roetvorming )

te hoog ~ extra kosten) O~dA VRn grootte 2 ~ hl ~

4.

c .Gezien het vorenstaande lijkt o.L re(lE:lijk:

o

T

=

825

c,

!ft ::

3,

===========~=-~=============~==========-~=

(15)

-12--- -r ' u I ~ ·

,

· ,

I

· ,

r ' : I

De

hierbij

optredende

bruto-reaktie:

1.0000 CH, + "!.2505H,..,0--.·O.2505CO + O.7495CO + 3.2505 H 2

4 .::.. 2

(N.B., van aanwezige CO~ in droog afgas in rekening brengen de

in-gebrach

t(~ G0

2 ~j/de Ül net D...'J.:'d.gas reeds aanwezif;e CO2).

o

De generator zal werken bij een te::npera tuur va,n 1000 C.

7.

Roetvorming bij de gekozen omstandighedeno

De drie koolstofvormende reakties zijn de reakties(ö), (d) en

(e)

van IIIF

3

met

bijbehorende

reaktie-konstanten:

K c K e exp( eX1)( ~ \

exp(

-..

(Go \ 'CO

_.

"

t'. (,,0 \~H 0

-2 ( 2Go

-li 2 2.,0

_)/Rm'

_G..,O ' j . .... j c,.

L-GO

_-

,.,0

₎

_/:H'1)

uH c .• l • CO _?

G~H

)/

m:)

ç 4

De reaktie snelheidskonstante 'ran b"v.ecaktie (c) (lit.a)t

/ ( ( , ' / I ) / )

( ) 2 (

r(

)/r

)2')/

rc

""

de, dt = ke; P_eo/-- \,PC0 2 ,Kc kçx Peo \ 1-\ PC0 2 ,'PeG ' I

Als PM ,

I(

PCI) 2

<.

K treed.t koolstofv0rming

op

~

VV'" \ C

L

Voor reakties (d) en

(9)

treedt koolstcfvorming op indien:

en als

De gehele uitwErking van deze kriteria vindt men terug bij van

Cauwenberghe (lit.O).

'fer

kontroll:; ''(fHl zijn 'berekenijlgen werd elf)

berekening van K nagege~an bij 1033:';K (112: waaTde van V~El Ca'.l\'ren~,

berghe bedroeg

0~273).

Reaktie (c): 2CO~C + CO₂

1nKc

(

-

(D.G~)/

RT)

1053

(~(LiG~

C(\2

-

C:LG~co)/m

:

')1033'

De teller van

h

At

rechterlid werd ber~kJnd met de grocps-bijdr

age-methode van van Krevelen en Chermin (lit.20).

(6

G~CO)103

3

= - 26.582 - 20122 x 1035/ 100

=

-

48.502 Kcal /mclo

In K

_c

K

=

O:308~

c

De

\

r

aard

e s

t

em

t

a.ic voldDende nau~keurtg o~er88n ; et die van van

CauVifmberg;he. Afg2,Etndi;:' (''!) :2; i jl, ui, tW'::"king en konkl Hsi es kan met

zekerheid gekonst~teerd ~orde~, dat Gee~ ~o~tvorilling optreedt bij

G.f) z e reakt i e .. -·,\))7~~ tr"l~_f:;~ :; .. ~)·)-".i.8Ü 0n./$

' IK )

(16)

I

~

, 1 1 , 1 .- 1 c 1

~

j

L.J

ij

. 1

..J

-

, , ... J

v.

BEPALING

KAPA

CITEIT.

1. Er moet voldoende synthese-gas geleverd worden voor een

methanol-produktie van 1000 ton per dag.

2.

3 ...

Er zal gerekend worden Bet 1100 ten per dag (10% overmaat). Dit komt overeen mets

(1100 x 10

3

/32) x (103/24 x 3600)

=

398

= 400 mal/s.

De methanol-pr~duktie is ongeveer 20% per pass (ca. 2.) vol% in het afgas (lit.21,22».

Dit

houdt in dat er een grote

recycle-stroom is.

Ter voorkominG van een te hoge ffiethaan- en stikstofspiegel in de reaktiegassen zal er een spui dienen te zijn.

De voornaamste optredende reakties bij de methanol-synthese:

(r)

CO

2H

2 ---"-Cll

30H ó'H o

-21

6

60

cal/!ilol +

...--(g)

1'0 _{, 2} +- 3H 2

.:::::=

CH

3

0R H20 l:\.Ho -'j1830 cal/laol (h) t~O ₊

_{3R2 :;-""}

_CH

₄ ₊ H 20 Ano -49270 cal/mol (i) ~02

_4H2

~

CH

4 2R

2 O

L~Ho ~3940() I + +

-

cal/mol

Dit leidt tot het stroom,=:chema (allo stromen i.n molen/si, gegeV

.

,

);:1

in bijlai{e

D

.

Dit geeft een stelsel van 15 vergelijkingen met

15

onbakAnden.

Deze sta~n eveneens eangegeven op bijlage

D.

Het ste13el behoeft echter geer" oplossing, aangBzjen he1; ir: ons ge"ml uitslui.tend om d.e invoer in IlUl;t 0 gaat (bljle,ge

n

).

Bepalend hiervoor zijn de twee uitgnngen, t .w. de k

onfieueatie-stroom

C

en de spui

E.

In 1i

i

13 werd gevonden d,::, t de GIm.i:Jtroom in de orde van 25% van de voedi1g (zonder stoom) was.

Aangezie:l ds.ar de extra toe Le voertm CO

2 in dezelfde verhoudini~ staat tot de ',roeding- als in ons ew:aJ, k:in d::'.t aa11eeholld,:=r. wordt~!1.. Bij de ffi3thanolwinning eaat bij e~n produktie van 400 mOl/s

CH

3

0H verloren i -_{- 2}3~2 ₃

m

_mOl

OI/s

_/sdimethylethcr_gssmengs_el

-(

_{C0 2/CO/H2/CH}

4 =

26/

6 /3

6 /

3 2 )

.

In ons g~val dient voor dit laatste cekorrigeerd te worden

v,ünwegH Ile aar!wezige si~ikstof (küi'rekti.ert~ki:cr ongeyee:;r

100/13r:

,

)

"

(zie. ook p{-, YI

,

-'1)

.

Schematisch! zie pagina 15.

(17)

-14-r 1

I

LJ

r , I L~ r • . r ' r . r , ,

...

r ' I ; L-; ~ r _; \ _~' r I ' W 1 I ; I I ~-J r

.

I I

...

r

.

,

I

! W

aardgas: A

s"toorn:2.55A

CO

2 :0.21

A

~

;V,..,'thCZ5e

..BQS o..b ... ~~

koolstof:

o.86

A

u.it

O.2'IA u.i t

@

t~:dgas

f~ m~~ho-~

~

~\

· Fa br-te..k.

I

---

_.-Alle stroman in _._{_ _ _}_{__}molen _{'""'--___}Der ~skonie _.·_{_v_ ..}_,_..._~~" _ ... • _~.

C-balans:

'

-4JC

+ 2

x

3~2 +

23 x

0.64

+

0.25 A x 0.19

=

"

O

.. 86A

+

0.21A

A

=

410 mo). / r, • . I

Deze ei.::: \jST'd. inge"/(',cl'cl in he'~ Gcmpu' ,er-programma, i'i"~:..arll.i t de

gehele

1.:.i:.V70rl:ing 'n:~~"1.

het proces

werc'. verk:cE:'gen. Zie volgende hoofdst~kken.

(18)

r l i I U

r

1 - 1 r ,

J

VI

1?!::..E.ekeninge.n

betreffend(~

mass

a-en

'tlar

:

ntestrOr:1.811

~

het

vooroy'!'~

1.Inl

e

iding

De in hoofdstuk

111

en

IV

genoemde reaktiecondities werden gebruikt

als basis

VOOl.'

een rek

enp

rogramma ,met

behul

p

\Taarvan de fabriek

berekend werd,

v

oor

wat

betreft

nassa-en

ws.rmtestromen en de

~ide

bed reaktoren .

D

i

t

prO

GTaCi!ü2.

is zo

al

gem

een

mogelijk

ge

h

ouden, teneinde

variaties in r

Cé:-k

tiec

onditie

s,capaciteit enz.

snel

te kunnen

door-rekenen. In

bijla

g

en

E1

t/rn

E4

is

dit

p

r

ogra

rl\

ma

op

g

enomen.

In de

beschrijvi~g

v

a

n de

borekenin

G

en

zal zo

veel

mogel~k

verwezen

word

e

n naar

d.e SC

nu

mnering

'Voor

de

desbetreffende

berekening(bij-la

ge

E3

).

In b

ijlag

e

B1

(bl

a

d

1 t/ffi

4)

is de

l

ijst

van de

gebruikte

~dentifiers"met

d

e

beteke~is

en dime

n

sie

op

g

enomen. Bijlage

E2

geeft de pl

aats va

n

de

v

ari

abelen

aan

in het proces.ln verband met

de overzicht

e

l

ijkhe

id zijn

de

variabelen

van de fluide

bedd

en

hier

weg

ge

laten. In

b~ilage

E4

vindt

nen

de

uitwerking,

· ....

aarvan

een

nadere

uitleg zal pl

aat

svinden.

2 .MaBsa-balans~eaktor

115 De gekozen

re~ktiecondities(SC

46-57)

met

de berekende

c

apaciteit

(SC71)

bepalen volledig de in-en uit

ga

ande stro

m

en van reaktor

R5

De

berekening

geschiedt

in SC 72-107.

3

.ReaktJ~warmte

U 1

t de berekende

mansa-balans

is à.e benodigde reaktiewarmte

ui

t

ge

-rekend(SC107)

met

behulp

van

de

massastrornen(SC72-107) an

de

vcrrning;-enth

alpieen

van

de

compon

e

nten(SC24-45).(lit.23

,

25).

De b

en

odigde hoeveelheid

rea

ktie

wa

rm

t

e

is zo

grootfdat

b~

dit

ont-werp

het

raadza

am

is de rea

k

ta

nten

ten

mins

te

op resktiet2~peratuur

in

te

voeren.

Sen

ve

e

l ho

ge

re

temneratuur

is niet zonder

ris

ico i.v.m.

de ther

mis

che

lU'aking van methaa;

.

Tot

±

300 oe t

reed.

t

zeker

geen( li

t.

8)

ther

m

ische

kraking

op.ln h

e

t

uitgE"'J~rkte

geval(

Tem:p.825°c)

zullen

daaro:n

de

realdan ten

tot de

rea

k

tiet

em

p

e:.:'8.

tUUT

",orden oPG

8h'a.rm

d

(SC1

45).

4.fviassa-balans ~,?~_!.ot- R7

en

absorbe

r

De

rea

k

tiew

ar

nt

e dient

geleverd

t

e

worden door

de

verb

randing

s-reak

tie

van

1:: )oh:o,

ters

toffen

met

lucht,

in

genex

'

8 .tor

R7.

In hoofdstuk

IV

we

rd reeds

vermeld,dat de benodigde reaktiowarmte

(per

sekonde)

i

n de

reaktor

R5

wordt

ingebracht door tussen

R5

en

R7

circul

e

renrie

ka

ta

l

ysa

tor,

aangezien

1tdirekte!f,~armteovcrdracht

via

stal

en

p~pen

een

6norm~pervlak

vergt

.

In

een

patent

van

I.C.I (lit.18)

swaarin een dergel~ke

fabriek

ond

er

vergel~kbare

con

dities werkt

,

wordt

voor de verbranding

v

an

kool

waterstoffen

ook

e

en

gedeelte recyclegas

uit

de

mothanoIfabriek

g

e

bruikt

.

De h

o

eveelheid hiervan

is

1/4

v

an

do

verbruitte hoeveel-·

hei

d methaan

in de

reakto:c

E.5 .

:

'

:en

zolîde

verhoucli.ng

-":C?:o. hier

aan-geno~en.De samen9telli~g

vanhet recyclegas werd

wel

aanGe;~8t

op

de

8.am.'ezigheid van El tiks

tofU)C

194 .

)

.

.Deze geócvu!3 zijn

v12r.r

·z

rk

t in

SC

20

3.

Ook

de

·benodigd~

luc

h

t(:i.n dit g'eval

±

.

1 Oj~

OVCr

;

ila3.

t ?:J1C'S ter)

als

:ned.e

de tempE:Te.:tè:m'L' van d<~

lucht

ve'or d0

gE'1H:ra

tor

\{e:r.'(l(~n 2.1B

uitgang

sP

QntAn

0vergeno~en.

(19)

-16-, I

J

, , I , 1 r ., r '

In

~et

patent

bedroeg

de

temperatuur van

de

afgassen van

de

generator

970

C. Met

deze

gegevens

werd

een

warmtebalans

over

de

generator

opgesteld: .

aardgas(kg/s)*enthalpLe(OoC)+

recyclegas(kg/s)* enthalpie(:250

o

) +

luc

ht

(

kg/s)*

enthalpie(325°C)

=

reaktiewarmte benodigd in

R5

+

rookg

as(kg/s)* enthalpie(1000oC

)

.

Gevoegd

bD

de

koolstof,waterstof

en

Zilliretof

bal&nsen over

de

generator

leveren

deze v8rgsl~kingen do volledi~~ oplossing

van

de

werrnte-e&

massabalans(SC

194-285).

Eier~ede liCGen

de

massastroman van

het

~cyclegas,de lucht en het aardg~s door de generator vast.

De

hoeveelheid

koolstofdioxIde

uit

de

generator is

ruimschoots

vol

-doend

e

om

de

extra invoer voor de

re

akt

or

R5 te

verzorgen

.

De

ver-houding 'flan à.e

koels

tofd.oxi,le

in

de Genera t.orgass.en

ber:odigd

voor

recycle en

de

totale afgas-Btroo~(beiJe i]l kg/s),levert

de

Gpui

ver-houding(SC340).

~eze

verhouding

bepaalt

dah

de

rnassastromen

~oor

de

absorber(T12,H13,

1;

14,T15)

(30343-·3)9)

en uiteraa.rd de

spui

in de

ahsorber

na Yer~/ijd.ering v~n

de

banoàl (:sde

koola tofdioxide •

5.Warmtewisselirg (zie bijlagen E1

t/ro

E4)

De reaktanten voo

r

reaktor

liS

dienen opgewar~d

te

worden

tot

825°C.

Het stoomcircl.:.i

t

werd een

tempe:r.:a

tuur

va~1

250°C

toegedQ,cht, zijnd.e

eon

g0ede temlcratllur

00 de

te-veel

geproduèeerde

stoOi" elders te

göbruiken.

Voor

het

opwarmen

van

de

reaktanten

werden drie

warmtewisselaars

berekende H29R~,H4),waarin de

temperatuur

van de gassen tot resp.

250,700

en

825 C

opliep.

De eerste

wa:t";)

!

tev

i

is8sla2Ts

H2 enH3 ~jjn gesch8.kE:ld in de

proclukt-gasle

idir:g var'. rea

lctor

li5.

In ve:::"oanr'l

;

:1

8

t het te!l1perat.".lurni veEm

van

825°c

vierd de te:npeJ.'El.tuurgrens voor d(~

'.wr:r.te

"ris

ue

lir:

g

in

1-1"5

O?

700

0

e

gesteld

.

De

lBatste warmtewi8sel~ar

E4

is

om

deze

reden

ge-schakeld

in het afgasclrcuit van

generator

R7(direkt

na

de

reaktor,

T=10000C).

De berekening van do benodi[':ue

'..!a:r:r:1t

est

:rO

i!JC'

Il in

deze dri,:! tegen8tronrn ,.[armte~Ji8sela8,rs zijn te

vinG.

e

n

in SC13~·""i 33 ~ rEJSll. ~)C140-143; :ces}).

SC144-14S.

Voor

warmtewisselaar

IT3 is

llet uittcwis20len verDogen bekend.

:or:

Aa.n de 'l-iarme 2ijcle HY' is de in trede-h;;upéra tun::: van het produktgas

bekend:

oassastroom

*

ent

halpievers

c

h

il

produktga6~massa8t~oom

*

enthalpie-verschil reakta

nten.

Uit d8ze vergelijkinG is de

ui

ttreàe~"\;cT:'lpercJ.:i:uur van

b

.c

t

prcch))~tg'as

berekond,door met variörencle ternperatuQr dry afgegeVél1 warm~88tJ.'oC~

te vergE;l~jken met c.e

opt

enemeil

Vlar;ntestro·Ji..l(SC150-161).De t6111p2~:'a

tuur

varitierde

t01kens

10

C.

De aldus

be

rek

e

n

d8

te~peratuur dient alo

uitgangspun

t voer

Ge~

zelfde

procedure

in

warmte~is3elaar lI2.Deze 1e~8kening

lev

e

rt

de

teoperatnur van Iw t. pr.odul~ti:~as v0ór wu::cmte"risscld,2.r 116 (SC 16

3-

1 72).

Er is rekening gehouden !net eventuele kondnnsatic vnn de oV2r.~2.at

stoom

in

het gas~engsel,SC

17 2-

1 83)

b~

deze

lnatste berekoninc.

Onder de

kekczen rcaktieoc8tandighQ~en blij~t

dit

niet lIet

G

eval

te

zijn.De l

aa

tst

e

war~tewls3eling van

ds

reektanten

j~

li4

~Gt

het af

g

as van de

gel12rator.

R

7 werd

op ~en ~elfdo W~Z8

berekend.

De ter::r-eratuur val. <Ut 3.fg2~S n;~ H4 i s h:i.8.t'la(Jd.e be~en(1(SC2[J7-299) .