De produktie van koolmonoxide m.b.v. de Dow kolenvergasser

lftt/i

o

TU

Delft

Technische Universiteit Delft

Verslag behorende bij het fabrieksvoorontwerp

van

J.G.M. Ubbens H.J.H. Boerstra

onderwerp:

De produktie van koolmonoxide m.b.v. de Dow kolenvergasser. J.G.M. Ubbens Brab. Turfmarkt 61 2613 AS Delft. opdrachtdatum: februari 1988 H.J.H. Boerstra Spoorsingel 13 2613 BD Delft. verslagdatum: augustus 1988

[

r

r

,

~ I FABRIEKSVOORONTWERP 2749:

DE PRODUKTIE VAN KOOLMONOXIDE m.b.v. DE DOW KOLENVERGASSER. Delft; augustus 1988. H.J.H. Boerstra Spoorsingel 13 2613 BD Delft. J.G.M. Ubbens Brab. Turfmarkt 61 2611 CM Delft. I

J

r

n

Samenvatting.

In ditfabrieksvoorontwerp wordt steenkool (Western Subbi tuminous Coal) vergast met zuurstof en water in een vergassingsinstallatie, zoals die door Dow-Chemical wordt toegepast. De reactor bestaat uit twee stages waarin de temperaturen respectievelijk ca. 1550 en ca.

1000 °C bedragen. De steenkool wordt in de vorm van een slurry in 1e

en 2e _{stage ingevoerd in de verhouding van 3.8 : 1. De}

vergassingsin-stallatie is ontworpen voor een capaciteit van 1000 ton steenkool per

dag. Alleen in de 1e _{stage wordt de steenkool vergast met zuurstof.}

Het geproduceerde synthese gas wordt van verontreinigingen ontdaan (meegevoerde onomgezette koolstofdeeltjes m.b.v. een cyclonenbatterij

en een scrubber, Hz 0 en Hz S d.m.v. condensors en molzeven) . M.b.v.

het hete synthese gas wordt in een warmtewisselaarssectie (boiler,

superheater en economizer) H.D.-stoom gegenereerd. De gezuiverde

gasstroom wordt gesplitst in twee delen: 10 vol % wordt gebruikt om

ca. 10000 ton CO/jaar te fabriceren. Hiervoor wordt het Cosorb proces

toegepast. De zuiverheid van het geisoleerde CO is 99.6 % .Deze hoge

zuiverheid wordt gehaald door het gebruik van een flash-tank. De rest

van het synthesegas (90 vol %) en het afgas, dat uit het

Cosorb-proces terukeert, wordt in gasturbines verbrand, om electriciteit op te wekken (78.4 MW). ,.U .. ; .. -.~",l' 'Ç4,l'I'''.-!;' ,1,,4 --.' '," ",<' ,_.,~.

De investeringskosten voor deze fabriek bedragen 241 miljoen gulden. De produktiekosten worden berekend op 76.3 miljoen gulden per jaar. De loon- en onderhoudskosten zijn bepaald op 9.2 miljoen gulden per

jaar. De return on investment bedraagt 9.8

% .

i

( ( ( Conclusies. 1.

j

De uitgaande gassamenstelling van de reactor kan op < 2 vol %

nauwkeurig berekend worden op grond van evenwichten. Dit kon gecon-cludeerd worden door vergelijking van de door Dow gegeven

experimen-tele gassamenstelling en de door ons berekende waarden. _,~ 4

,

v

\(;.L-2. \ ( '" "'\...1 l .... :;--'

Om een temperatuur van ca. 1550 °C in de P stage en een temperatuur/rV

van ca. 1000 0 C in de 2e stage te bereiken bij een g,eg~ven zuu~tof , ,.,A'~.\<- •

invoer, dient de slurry-invoerverhouding tussen de leen 'T stage o p

Ilt.V./

~

grond van de enthalpiebalans 3.8 : 1 te bedragen. ' tJ\'1'1

3.

Het is mogelij k om met molzeven een gassamenstelling te verkrij gen

waarin de H₂0 en de H₂ S concentraties kleiner zijn dan 1 ppm,

waar-door voldaan wordt aan de invoerspecificatie van het Cosorb proces. 4.

( Het in het Cosorb proces gei soleerde CO heeft een zuiverheid van

(

(

(

(

o

99.6 % . Deze hoge zuiverheid werd bereikt door het gebruik van een

flash-tank. 5.

De Return On lnvestment (ROl) bedraagt 9.8 % .

i i

(

Aanbevelingen.

1.

In de enthalpiebalans is geen rekening gehouden met de ontslakking en de verwerking daarvan, omdat adequate gegevens hiervoor ontbraken. Het verdient aanbeveling om hier in de toekomst enige aandacht aan te schenken. ( 2. ( ( ( ( ( (

o

Voor de dimensionering van de desorber is aangenomen dat 99 % van het geabsorbeerde CO desorbeert bij 110

oe.

Het is raadzaam om een desorptiecurve te vinden waarmee deze aanname gestaafd kan worden.

i i i

r .... ( ( ( ( ( ( (

r

o

INHOUDSOPGAVE. 1. 2. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 3. 4. 5. 6. 7. 7.1. 7.1.1. 7.1.2. 7.1.3. 7.2. 8. 9. 10. BI. Bl.l. Bl.2. Bl.3. Bl.4. Bl.5. Bl.6. Bl.7. B2. B3. Samenvatting. Conclusies. Aanbevelingen. Inhoudsopgave. Inleiding.

Uitgangspunten van het fabrieksontwerp. Capaciteiten en bedrijfsuren.

Grondstoffen. De afvalstromen. Utilities.

Fysische constanten.

Beschrijving van het proces.

Motivering van de keuze van de apparatuur. Massa- en warmtebalansen.

Overzicht specificatie apparatuur. Kosten berekening.

De berekening van de totale kosten. Berekening van Kp' de produktiekosten. Berekening van Ki' de investeringskosten.

Berekening van Kl' de semivariabele kosten en het benodigde aantal mensen voor een continu-dienst. De berekening van de Return On Investment.

Symbolenlijst.

Literatuuroverzicht. Bijlagen.

Het berekenen van de uitgangssamenstelling van het

i i i i i i iv 1 2 2 2 2 3 3 13 15 19 34 46 46 46 47 49 50 52 54 56 synthesegas m.b.v. evenwichten. 57 De evenwichten. 57

De invloed van druk en temperatuur op de

evenwichts-samenstelling uit de 2e _{stage. 60}

De bedrijfsvoering van de reactor. 61

De enthalpiebalans over de Ie en 2 e stage en de

daaruit voortvloeiende temperaturen van beide stages

bij gegeven invoerverhouding. 62

De berekening van de vormingswarmte van de steenkool. 62

De enthalpiebalans over de Ie stage. 63

De enthalpiebalans over de 2e _{stage. 64}

De dimensionering van de cyclonenbatterij. 67

De Venturi scrubber. 70

B4. HzO en H₂S verwijdering m.b.v. molzeven. 73

( _{B5. Koolmonoxide scheiding d.m.v. het Cosorbproces. 76}

B5.1. De dimensionering van de absorber. 77

B5.2. De warmtebalans over de absorber. 79

B5.3. De flash tank. 80 B5.4. De desorptiekolom. 80 ( _{B6. De zuurstof compressor. 86} B7. De gasturbines 89 ( ( ( { ( (

o

v

r ( ( ( ( ( ( HOOFDSTUK 1: Inleiding.

Na enige jaren in de vergetelheid te z1Jn geraakt, staat kolenvergas-sing de laatste tijd weer duidelijk in de belangstelling. Dit komt door de enorme voorraad steenkool die nog in de bodem verscholen zit en door de snel slinkende hoeveelheden aardgas en aardolie.

Kolenvergassing kent echter meerdere aantrekkelijke kanten, zoals de grote flexibiliteit van de verschillende vergassingsreactoren voor de diverse koolsoorten. Door het gebruik van een hoge reactietemperatuur

(T > 1450 0 C) is enerzij ds het geproduceerde gas vrij van hogere

koolwaterstoffen en anderzijds wordt de smeltende as omgezet in een inerte slag, die onderuit de reactor wordt afgevoerd. Zwavelverbin-dingen in de kool komen vrij in de vorm van H2 S en COS en zij n gemakkelijker te verwijderen dan S02' dat ontstaat bij de normale

verbranding van steenkool. Bovendien kan uit deze verbindingen

gemakkelijk elementaire zwavel worden bereid, waarvoor goede afzetmo-gelijkheden bestaan (bijv: zwavelzuurbereiding).

Het geproduceerde gas kan op verschillende manieren gebruikt worden. Naast de productie van Hoge-Druk stoom (dat kan dienen voor

proces-verwarming ) en electrici tei t (uit stoom- en gasturbines) kan het

synthesegas na enkele bewerkingen ook gebruikt worden als grondstof voor de bereiding van de diverse (vloeibare) koolwaterstoffen (bijv: methanolbereiding).

Uit het gas kan ook koolmonoxide vrijgemaakt worden. Koolmonoxide is

een belangrijke grondstof in de chemische industrie; het wordt

toegepast in de fosgeen fabricage (uit chloor en koolmonoxide),

waaruit kunststoffen gemaakt kunnen worden. Voorts kan koolmonoxide dienen als bouwsteen in vele syntheses, zoals de Fischer-Tropsch synthese en de bereiding van acrylzuur , aZ1J nzuur, formaldehyde en

methaan. In de chemische industrie worden 3 methoden toegepast om

koolmonoxide af te scheiden: 1) Kryogene scheiding

2) Copper-Liquor proces 3) Cosorb proces

In dit fabrieksvoorontwerp zal het Cosorb proces toegepast worden. In

( hoofdstuk 4 is een uitgebreide motivering van deze keuze opgenomen.

Het ontwerp van het vergassingsgedeelte is gebaseerd op de

kolenver-gassingsinstallatie van Dow Chemical U.S.A., die in Plaquemine

( Louisiana) gesitueerd is. Deze fabriek, genaamd "The Dow Syngas Project", is in 1987 opgestart en heeft een kapaciteit van ruim 2300

( I ton steenkool per dag. In dit voorontwerp is uitgegaan van de

vergas-sing van 1000 ton steenkool per dag en een productie van 10.000 ton koolmonoxide per jaar.

o

HOOFDSTUK 2: Uitgangspunten van het fabriek voorontwerp.

( 2.1: Capaciteiten en bedrijfsuren.

Bij ditfabrieksvoorontwerp is voor de produktie van synthesegas ui tgegaan van steenkool vergassing m. b. v. een vergassingsinstallatie zoals deze door Dow Chemical U.S.A. wordt toegepast. Een schematische tekening van deze vergasser is weergegeven in figuur B1.1. De fabriek

( is ontworpen op een belasting van 1000 ton kolen per dag en een

produktie van 10.000 ton CO per jaar. Er is gekozen voor een

effec-tieve bedrij fsvoering van 85 % di t komt overeen met ca. 7446

bedrijfsuren per jaar.

(

2.2: Grondstoffen.

Als grondstoffen wordt gebruik gemaakt van de kool soort Western Subbutiminous coal. De samenstelling van deze kool soort is weergege-ven in tabel 2.1. De vergasser is niet kieskeurig en kan ook andere kool soorten verwerken zoals Illinois nummer 6 en lignite.

( Tabel 2.1: De kolen samenstelling.

( ( (

o

element hoeveelheid (gew %) C 69.51 H 4.98

°

N 0.96 17.23 S 0.48 as 6.84

Er is voor deze kool soort gekozen omdat zij gevonden wordt op een afstand van ca. 3 km van de plaats waar de vergasser is opgesteld

( l i t. 17, 18). Voor de productie wordt verder gebruik gemaakt van

886.8 ton HzO/dag en 799.5 ton 02/dag. 2.3: De afvalstromen.

In tabel 2.2 zijn de hoeveelheden en herkomst van de afvalstromen weergegeven.

(

(

(

Tabel 2.2: De afvalstromen.

soort uit appa stroom- hoeveel- absolute

tempera-stroom raat nr. nummer heid(kg/s) druk(atm) tuur(OC)

slag Ml7 30 0.804 I

-water H19 36 4.849 24.8 75 lucht H19 36

-

-

-water H20 37 1.236 24.8 152 water H22 38 0.296 24.8 25 koelw. H22

-

30.165 3 40 koelw. H23

-

28.342 3 40 water H24 32 0.771 1 25 freon H25

-

1.351 1 -80 gas V28 47 0.099 1 51 water H31

-

9.50 3 40 stoom H35

-

0.688 3 140 koelw. H36

-

8.004 3 40 freon H37

-

0.255 1 -80 gas M38 67 23.067 1 ? 2.4: Utilities.

De produkt en die met deze fabriek gemaakt worden zijn:

1. hoge druk stoom: 16.206 kg/s, met een temperatuur van 371°C en een druk van 46 atm. De condities van de hoge druk stoom zij n zo gekozen dat ze in de Louisiana Division Steam System ingevoerd kunnen worden.

2. electriciteit: 78.4 MW, 110 volt wisselstroom.

3. koolmonoxide: ca. 10.000 ton per jaar, met een zuiverheid van 99.6 vol

% .

2.5: Fysische constanten.

De fysische constanten zijn weergegeven in tabel 2.3 t /m 2.11.

Tabel 2.3: De fysische constanten van de steenkool, bij 25 °C.

constante omschrijving waarde eenheid

ps

stortdichtheid 800 kg/m3

~Hf

°(25

stofdichtheid 1400 kg/m3

° C) vormingswarmte -1105 kJ/kg

HHV High Heating Value -27599 kJ/kg

Tabel 2.4: De fysische constanten van water, bij 25°C.

constante omschrijving waarde eenheid

(Jl

dichtheid 1000 kg/m3

PI viscositeit 1E-3 Pa.s

eHf . (I) vormingswarmte -285.84 kJ/mol

eHf . (g) vormingswarmte -241.83 kJ/mol

M molmassa 18.02 g/mol

C _p soortelijke warmte 4.184 kJ/kg.K

p(H2O) dampspanning 23.76 mm Hg

( Tabel 2.5: De vormingswarmte bij 25°C en de molmassa van de

verschillende gasvormige componenten.

component vormingswarmte molmassa

( kJ/mol ) ( g/mol )

co

-110.53 28.01 CO2 -393.51 44.01 H2 0 2.02 H2 ° -241. 83 18.02 N2 0 28.02 °2 0 32.00 CH₄ -74.85 16.04 H2 S -20.15 34.08

Tabel 2.6: De fysische constanten van de molzeven, bij

25°C.

constante omschrijving waarde eenheid

~(H2

0)

stortdichtheid 720.8 kg/m3

maximale beladingsgraad 11.9 _{kg H2O/kg}

M(H2S) maximale beladingsgraad 4.07 _{kg H2S/kg}

4

molzeef molzeef

( ( ( ( ( ( ( ( (

o

n

Tabel 2.7: De soortelijke warmte van de verschillende gasvormige componenten. constante component CO CO₂ H₂ 0 (g) H₂ CH₄ N₂ H₂ S C

=

a + bT + cT2 _{+ dT}3 _(J/mo1/K). p a b c d

(*10E2) (*10E5) (*10E8)

30.87 -1.285 2.789 -1.272 19.80 7.344 -5.602 1. 715 32.24 0.1924 1.055 -0.3596 27.14 0.9274 -1.381 0.7645 19.25 5.213 1.197 -1.132 31.15 -1.357 2.680 -1.168 31. 94 0.1436 2.432 -1.176 Freon 13: CC1F₃ condensatietemperatuur: -81.4 °C üH(condensatie) = 148.4 kJ/kg. 5

"') 0\ ") (') CAS·nt: 11333·74 Ol fYSISCHE GROOTHEDEN JooIICMtn' C 1),,)

"'I .. ",punt 1: lrf4n41toUf ;."

leUOf\lbf.ndon9t1emlMl,:u " 1: ,., A,I'h ___ C O.m~I,,*J II~I.II 0.1 OOIOIO",,, .. d Ift .'.H "' .. hOlOSltg"l\ltn, 'tOI>Jm' ';' Ir ~M . n

Lt'f\lmurft OnUttktr.9MfM1i'"

mi 0.01' Rel ... MoIKUWlmuu 2.0 DIRECTE "--'VARENI VERS·:HU,',SElEN 81.", fnr bundg ... I. ~

_"""

_" WATERSTOF*

~

(drukhouderl H, BELANGRIJKE GEGEVENS

111""'00$ OlUUOOS SAMlHGIJ'lJIST GAS

"'lg",.Io("I"~1wCN .... " .. YCWI'N •• plOt .... tMng~ ... 1ucJ'4 ""R"nMl'IlgmMrwmol.nUOl.n

("'00f tNI UnI . . . nd ~ "~.

"'AC wurdt n.b.

PREVENTIE BlUSSTOFfEN/EERSTE HULP

~., open 'nAII. 9"" ~ .... ,.. foll.n. loevo. .ts'ulitn. ,ndten "." moljl'ht'-.n g.e" oe

-~Uf VOOI omO""'"O. ,.'tn ullbt.nden . .,,!)ell tllu"

N" ""I pcMOtf. hllon.n, 1l000lUUl'.

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

_---upaolia: g" met tu::M t'rl(.u.f,

InedemM_ .CS.mno<.d. t\ : 1.11)1"'. OU."hgMtd. beo

~51.loo$ll"d.

OPRUIMING

WNtt'h'.

OPMERKINGEN

,,'SlOI.n .pp.t,lUu'. WI'IbIMI'. '.""'''''''.''9' .Itc·

lr.scn. 'PPI"''''''' en wen<N.f'19. ... dII .... von .. ·.fm

bil b,.nd. drukhoud., kotl hOu4en doof .pun.n mei

wtllt.

gtt.td.KI\ • .,. .1. ____ . __________ _

.-nt,III ••. pluutAtfIk • • buogtng 0' .dlmOt,,""·

I

tnn. luctIt. lUst. 10 nodig be.o.mlng .• n 1'1'"

,..-""ng. k.nl'lut. lI.rvo.,.n.

OPSLAG

ko.l ... nul.W. bI.,..,h;. enchft btMtn "1'1 te"

...

GEBRUIKSETIKETTERING (bags. ags. agp)

8'1 ~ tonc: .... u ... ft I" ... ,,'" b Wo til MfI ,*"1 ,"'"hl"'at ","",Ie. onua . . """"DIV'bI" met httt GD Mwulltloothtod. W.t.,,,~..,...~ met guc,.,h.

.-pIo,.,."..,., •• ...-o" •• _.~.,... .. ,. dlenrour fto . . tI g'OI'voUftl I .. op~ ... ".W op Nt hoot". Dw'lt B .. O""DI~ IvtllllCIfNnl " " . """, hl'! , .. lont

• • ~o""r.clen Tr.".,*, t",,,..., ü.tt T :((A"lOGOA YN·"*",,",,,: 1t111 ... ... r~ ,.~

,

,

,

\ ZWAVELWATERSTOF*

~

CAS·nr: 17783·05-41 FYSISCHE Gfll)OTHEDEN lO(Mgunt"C -60 SlNtl""nl '( -15 VI.mpunt·e bi • ...,.., qb ZtI'onlbl'nd,nvSttmU"'lvur C 160

".I.h~. o.cl'llrI'td 'toOI"" .11 0.' R.I"'Ift".D .. mgdl(till~ Uudl'-lI U o"mClIP'Mlngln b,' bol.!: 'e 11.1 OOiOUtUltlt_d '1'1 •••• ,. 01100 mi GIl 20 "C Q.5 f-plo"tq""'tn. woI'l1T" :, '1'1 IUCI'II •. l · " R.llt,ev. MOIKUUhnuw 301.1 DIRECTE GEVARENJ VERSCHIJNSelEN "W. 'H' bl'nOg.llur ....

bp6o .... lil" met ~t 'lp/naïef.

(drukhoudlfl

H,S

BELANGRIJKE GEGEVENS

WURLDO$ 0fC)(JI OIIUI JUf VlDEISlOf V(JIlOOIf GAS. UIl Ol GlUII Tl H(AllNHlH

Hllg" .. I'W . . ,.,dtllluCN.,...-uw.'I:I.IC1\O'V'II'.g'Ondrnt'U"'DO~.tw;lOP.t •• nd. TIfft~

'111'1 '* 9'""91 O".",1Wf"fI'ICJOtI' VIM dot ~o''''''''''''' .1«VO.Mltene led"",," WOIdtft ~ btt momtn\!. ~Ing WIl. 80, wuIIItn. 'MPOI" of .,.,.rtfl' OMn peB!vent lotcYUtn. 8It WftIt.ftOIng OtMlU.n

Othlg.dI""*'IIW~'O'llM.tdM' •. RNgMf1Nh'9"*O&~Itn . . . UntOlJtw"""'"u·

cwosa •. lu'''''''IMtI6IIn ...

... C·WUt'dl'IACII)/'n MAC·wurdt In mQf"'ll

10 IS

W4N ... : 0. lIGt taft WOIdtn OJI9Inom.n In hfIIltd\Nm doof INdtmlng.

Dw-1C'l1....,..,..: 0. Il0l . . ,.. pflÖ.ltnG 00 dot O9.n.n 0. tdemNlonvlOfg.nen. Doc:w lftI4 ... ,OI"'01n hn

dI .. IOI.Qot brw'I.U.t\9 ... 001'1 .... ". 0.. Itol w.m op Nt ,.nuwsr""'.lI'\aotlTlttlQ lI.n n09'conc.enllallft lI.n

flit QU tin ~'" wroon .... n I •. In .,n'hQ' 9.."lIen uni op Inet _red.noe o.wultttoo''''ld '1'1

doo •. ,tl. ,hOOp.

PREVENTIE

, - " OP'" V\M', e-' wonbn.,. ... 1Ot.tt\

IiI.SIOCM.PPlrllUUf. ~ ... tJtPlM! ... wlil· .",. ,""", 'CIOItJtuur '"~ a.trdIft. vonl·.rrn

,,,-BLUSSTDFFENJEERSTE HULP

lOeVOIf .tslul\en. H'IIdoI.n nttt fn09IItlk .n 9 . . n O. VN' WOOf 0I'n9lV"'O. I.ltn uttDrandtn .• no.n

blut-.. n ,... IPI_IUut "11'. poe4ef. "'Ion.n. kool·

...

~ brvId: """"""'* kM! t\ouGton doof lputl'" mil

...

~·b<I"""·Uf"9·'O;4J·'K.P'fn.emllJ~bltnd· I ~._ ... ~

--,,,,. ",,~WI mI't WM\ •• : GUN 'I.cttno .., GA .ldouc:Nn.'" UlnreU:en. nAM "uld tOOIIt"nnu.. '

_on.

~. 0., ;;;,*,ng. SI;~; ~;;;'-;;:;;';-pi~t g.IIIWChtfrn. '" 009~ !ft c:omtMnabt lInI "*"'" """ weet .~ .... din 10 nOCh\! n . . , .rts

mil IdtmDndlWIftIIII. wervoet ...

OI'RUIMING OPSLAG

omQt'rIng onUvlmtn. dfn"nGlg. """""uwen. I koet. bf~ tndlM bIIIneft Mft ,.bouw.

\'.nUI.e ••. een" PGt1OOo1"_' b"Chetm~g: pen .

IuctItm'Sbtl.

OPMERKINGEN

GEBRUIKSETIKETTERING

.(bags. ags. agp)

Alnri.I., .. II.nd.ln".·, • .,tMoot .... ,NjI •• _IOdt .. o.,. ... ~.,...,... I.O'...:f'M"...v"'~~tftridt ... PH"'eM ...

uren.n word'" tr9ftt,," .1".,.. 1tt:~',.,1 ,n",.""",O. ~II en ~!ft W' ""tftft ... " da.fOm ftOOGf.k.11J&. f....oteft a ... 1, "'11' hulp 100000no"V y.n Mn

conICOtl.,OIOf1o~.· l·". Ooof ,ni ol d,I'IOOf del. O.tTlKN'p.""-OoIfft ~", .,. ru81AA nEIUJ)' JOy." dl ~1ftIO«I. worden UIfVOeI'9I

,"lUua, .. O~ .,0()' ... ' 9 ... fl' "'" "'~"'''''''. ~ " " ' . , . . ... 'PCI'Ii'WW9" I~ .. ""'.

l,...,.l""" . . .cyCII~ '1eun·llt ""'"___.: tOU

1-:3 Ol 0" CD ... tv CO (") ::r CD ;3

....

CD ~ Ol Ol 11 rt CD ::l

'J -....J J CAS·nr: /630·08·0/ kolendamp \..) FYSISCHE GROOTHEDEN lCoohu". 'e Stn~lpunt 'C Yl.mount "C b,.ndblif 9_ 1.lfonltw,"dll'!9s.emOlf.tuur"C R"'h"" O".,pdtCIUftM !lUCht-U O,mO'SOfMI"9 !ft b..- .... 20 "C OplOlburnttd I" WIIH

hploS''9'I'''II\, WOIurnI .. !ft lueftl R ... h ... MoIecuu6m... • DIRECTE GEVAREN! VERSCHIJNSELEN ... : ,..,b'.""9I1V .... h~

E.qMo": 'I" mee ludII ... P'o ...

-1'1 -lOS lD5 0." 5 ... 12· IS /1.0 , .... KOOLMONOXIDE* (drukhouder I

~

co BELANGRIJKE GEGEVENS

IUUIIlDOS (N lOIunDOS SAMlJOG(1(IIST CAS

... ,n

"*"9t """ ta.iI "'" lucN .1NUA'ot', wOI'"'"I U" ,.~,,,,, ~"'L

t.4"C·"M"de '""""

MAC·.,.utd, Ift m9fml

\0 'I

loS 'I

'Mj.n ... : 0. nof.., .ordwI OOQt'"OfNft "" hili 1<" • .." door I~" .

Oirwt. , ... : OtItClf --'" 00 ,.. ~1'4S1"

~ bij"""'" ~k. w.crcal ... : 0. I'ot kt" • ."....,'''9 Qt'f.., tOC bloedv.,.ndtnn9'".

. . . ..., -beoIcN09'"9M' kuntwI OOUId ....

PREVENnE

IMf' CIC*" vuur. geen ... "" "' .. ,IM ...

BLUSSTOF.=EN!EERSTE HULP

1Drf'1)'" ,1.luI'.", , ... dl'" ," .. '"00"'" .rt gren

09-•• 11 WOOf Otnqw"'O. 1.1"" u':bun4en, 1n<Mt.

blut-Mft !TI_ poeóef. ft •• Of' ... 'Ootrvuf.

-_4 _______ • ____ •• _-". -,. ____ •••• _ __ _ •

"'nlOl ... OOf''''-'''H." " ' ... II~'CJ.~· ~b'.nd:cá'ukttOUCH',..fW~dOOf.DUllenrN1 1"td"f.00MftNI' . . ~,.... w'lef.

tri . . ,...: tIoofcfplf'\. dwlk9,*d. ~. I ... ~.IdIm~

hood. 'nu.lucM~hj6;.,IM' . "" .. bo'Itt'"",,"'9.... f""..,.'~'". nNmof IDeOtMn . en

.. OPRUIMING

CWTMil""'''' ontNtlNft. dNW'dtV' "'.~. I br~.k_ .... n"'.ltI. I.au. ~.u ~: pen.

1ucNtf'I • ...,1.

OPMERKINGEN

OPSLAG GEBRUIKSETIKETIERING Ibag •. ag •• agpl

'I' I'Sttdll .. I-.zn",:o.~MIII:·", ... woor . . . -.sr .... ~_M"..,....,'I4' fCG,.-cMe'de\lOfllll'cMf." 'r'''rWt .... woor,.ItOfftOO

:~::!'~.:~.~~;I:'=,=,:=~w::..~:..~~=c.::';oC:!,:::~ :;~r;:~~=~J-:''=:==:

l'I'tIf'IIt-.mot.'""'erIOIicM..,.dI'CIIldt .. Mod'""· ... ~ .. IMt~ ... ',,.·' .... doof~I.""""'tU.,..ftulPI'tOOdl .... ·!&-O'

~,...,.,..~fNMleft"'~tlAM.

T~( ... Cdna'R)-~ ~. "11

,...

CAS·nr: /10B·88·31

methylbenzeen"; toluol

FYSISCHE GROOT -lEDEN

.. Kooilount "'C Srn"'QUnI "C Vl.mOUnl 'C 1.IIDtlfDl.ndlngSltmptf'.NUI "'C R.I.h ... o.ctnn.,4 ."''' ... -11 A.I.II ... O.mt)dtd'lltltod /lwc.M-" R.lal' ... OoCtlthttd bi 10 'C v.n v.n.dIQO d.m~utnlm..,gl" (lucht· I1 O.mpsp,nn.1\CJ In mb., 0.., 20 C OotOSb""~fld .n ""'M EaolOlI'9t't\l.n, .elum. , !ft

''''''' Rtl.tt..,. MOiKUUlmuJ,l

DIRECTE GEVAREN! VERSCHIJNSElEN

1tMd: IUf Dr'ndqf\j' . . ,h.l. --_.

bpIoM: dtmp met lud'II .. O!OSI".

111 -~

•

510 U 1.2 1.01 2t

-Il·) 11.1 ~_: hooIdOlIA. cbl-"9t1tMt. muMitkNid. kllh'ld.

Hu":*OtCIIo~.f'OOdnetd.

ot-:,oodtI"d.P'tn. ---

-... ,ke .. ; buI.h.mptn. hooldp ... duaM'9.."....

IUlh .. <J.

OPRUIMING

Ittwto..lIo1 0~'''9''' In ,f~ ... ,bt,. v..,., mot'I.

'tlOllllof O"",",,.n In • lnel ol tntI"I .000000trftlddtll ." "NI ",log. Ol .. u .f'votftft. t.lI'II' pen.oonII,u beld\ertnlt'IQ: ,*"""""",s.;wl OPMERKINGEN ... r-.. ,-.. TOLUEEN

~

C.H,CH, BELANGRIJKE GEGEVENS

ILf\JIQ.OD VlOOST'Of'. AM DI Ga. TI HDlUJMN

OtcUnlP"'."9I""'9oed,.,..1ucN.1NÖ ... m'tt9w." .. ~"'It'IO ... L T",vl\'olq •• ", Mi v""'"

ge9iNtd1nq~w"'dtW.""'ItunNn...,lOStMlKNtlOnqenworoenoPO ... bllsaron'M~.O'

~WI9tnl.8.t"""'-'.atu""*'~""""' __ '*a/.uctCIOtpIUoM.R.~m .. , . • ....uuurlM~." OtIIdItW,""I~

... AC· . . . rdt",""'" l00H MA( .. . . 'dlIII ~J IDH

v.,rew ... :OtlSCllfkM'tfIIOnIIIIft00lJll'l0l"'tf"'l\tIMcNam4ool11\ldtln."'.I" .... kt.nenYt.dll'Ilnd..

Oirta., ... O'JlOfweR'l~OOdt09en.dI"Utd.ndl.dtmnaMI'WOJIOI'Q'ntn.O''tloe ... oIOMV.

dI" ... d. o.lIo1 ... m OOM! ""U"'IU'''. "'emsug.gtv.lIf1't kan, op beW'uSl,loothe64. N'lnlhkbnw,n d4I w'0II1010' kunnen dNOperf,u"" die iOftgen "'tem kom." ttspttlttll .'''door' "'" ~on~ltI"" un optt.

...

.

PREVENTIE BLUSSTOFFENIEERSTE HULP

, . . Ol*' YWtI. o-t" 'fOMIIt en ~ fObrt • ~. A.J.F.F .• id\lam, ha4OMn, kocMlWI. SI~.PCNmuur. YWIOI . . . n~ • • ItC·

INCN ,pg.ntWt en ~....-oen.

--

..

-,..

...

_.

en.. kd'a. ruil. aft lftI WNf\dIUwW\.

---

~'Gd4Ikledl",ulUttÜ.tft.~apoeletIm.

~ ... ol ,idoucntft.

-""...,.

..,. ~enlNl ""-' • • •. dan 10 ftOdIQ na" ,rts

- o n .

mondt ... ~ ... I.I ... dttftUn.GEEN br • • 0 " " ' ' ' ' .• n onmtdOtlltjk nUf '1t&tnN.q

_

..

.

OPSLAG GEBRUIKSETIKETTERING Ibag •• ag •• agpl ~tJtllt.l~--"""""' . .: 11·20 S: '.lI-D ~

[&J

l.JchIOMYIambU' $d\tdfh,t CttItutk ".,. .~ • .,.._ ... .,. dl 1ICNdIIII ...

T,.,....,. I..., (.,,1 nall1·11 VN...-: IlM _._-

-( ( { ( ( ( ( ( , 0 (î Tabel 2.9:

FV:J!lIation of thcrmod)'Il:Jlllic functions for form:ltion rcactions of gases*

ol, If'; = AH': ... + aT + bT' + cT' + tfT' + d'r + f U/mol

~ G; = MI",.. - aT In T - br= - (c/2)T' .- (.lIJ)]" + kl2T ) + f + gT kj/mol

~ S; = (~G; - tl,lI';Jfr U/(mol· K) Compound

Formula Name ~

Ir. ....

€I b c d . ~ _I g

CH, ~1cthane - 74.8 -4.620E-2 +1.130E-S + 1.319E- 8 -6.647E-12 -4.89IE+2 + 1.4IIE+ I - 2.234E- I

C,I{. Ethane - 84.7 -9.834E-2 +6.414E-S -9.31IE-9 -3.S53E-12 -9.782E+2 +2.717E+ 1 -4.S35E-I C,H, Ethylene + 52.3 -7.281 E - 2 +S.802E-S -1.86IE- 8 +S.648E-13 -9.782E+2 +2.032E+1 -4.076E-I C,II, Acctylcne +226.7 -2.269E-2 +2.228E-5 - l.208E - 8 + 1.618E-12 -9.782E+2 +8.373E+0 - 2.0-l4E - I C,II, Benl.cne + M!.9 - 1.824E-I + 1.903E-4 -8.670E- 8 + 1.208E - II -2.935E+3 +4.950E+ I -9.787E-I ClI,OH Methanol - 201.2 -5.834E-2 + 2.070E-S + 1.491E- 8 -9.614E-12 -4.891 E + 2 +1.688E+I - 2.467E-1 C,II,OH Elhanol -2185 -1088E-I +8.252E-S -1.706E- 8 -4.056E-12 -9.782E+2 +2.886E+I -5.189E-I C,H,OIl Phenol

-

96.4 - 1.983E-I + 2.S22E-4 - 1.499E-7 + 3.375E- 1I -2.935E+3 +5.025E+ I -I.OOOE+O CO Carbon monoxide -110.5 +5.619E-3 -1.l9OE-S +6.383E-9 - 1846E-12 -4.89IE+2 +8.684E-1 -6.13IE-2 CO, Carbon dioxide - 393.5 - 1949E-2 +3.122E-5 -2.448E- 8 +6.946E-12 -4.89IE+2 +5.270E+0 - l.207E- I Hp Water -2418 -8.950E-3 -3.672E-6 +5.209E-9 -1.478E-12 0 +2.868E+0 -1.722E-2 NII, Ammonia - 45.9 - 2.896E- 2 + 8.345E-6 +8.124E-9 -4.366E-12 0 +7.71IE+0 -8.876E-2 H,S lIydrogen sulfide - 84.9 -1.315E-2 -4.225E-6 + 1.270E- 8 -4.849E-12 0 +3.999E+0 -5.023E-2 NO, Nitrogen dioxide + 33.3 -1.944E-2 +2.755E-5 -1.72IE- 8 +4.193E-12 0 +3.769E+0 -5.55IE-2 NO Nitric oxide ,+ 90.4 - 2.850E-4 +2.92IE-6 -4.124E-9 +1.744E-12 0 -7.917E-2 -1.307E-2 SO, Sulfur diuxide - 361.7 - 2.220E-2 +3.316E-5 -2.234E-8 +5.979E-12 0 +4.216E+0 -6.026E-2 • All products aml rcactants an: gascs except carbon. Constants calculated on basis of Eqs. (2.39) and (2,49) and data for specific heats of gases from Ref. 15j

Speel/ic heat of cartIon (graphilc) given by 11.1 Hol + 1,0,}5 X 10-' T - 4.891 X 10'/T' JI(mol . K) and for sulfur gas by 17,95 - 6,276 x

Tabel 2.10 T, ·K 0 29~.16 30n 40U 500 600 700 800 I,'C -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 TOLUENE (C, 11. ).

III-eHl

"-/ Molecular weight 92.134

Ib"il = 110.625 °C at 760 mm lig; Imelt = - 94.991 °C;

Icr

=

320.8 °C;Pcr = 40,5 bar; Per = 290 kg/m'

ThCllllullynalllic propertjes of toluene . : cp" (kj/kg· deg), jO (kJ/kg) and s' (kJ/kg· deg) c • •

I

I '

I

...

T, ·K

I

c ' p

I

/'

I

0 0 0 900 2.691 1425.6 1.127 195.7 3.472 1000 2.826 1701.7 1.131 197.8 3.479 1 100 2.941 1990.3 U i l 330.3 3.858 1200 3.O-t0 2289.7 1.812 498.4 3 4.141 1 300 3.125 2598.2 2.116 696.78 4.5931 1400 3.198 2914.1 2.3-13 920.02 4.9366 I 500 3.262 3237.6 2.532 1164.2 5.2624 _I

Latent heat of vaporization , (ld/kg) of loluene

_.

-I

_

~=J

, f. ·C

I

,

I, 'C

I

,

1-I, 'C 452.1

I

0 423,0 90 376.7 170 324.0 250 449.8 10 419.0 100 370.8 180 315.8 260 447.1 20 414.4 110 364.4 190 307.2 270 444.4 30 409.4 120 358.5 200 298,1 280 I 40 4O-t .0 130 352,2 210 288.S 290 50 399.0 140 345.3 220 278.5 300 4·H.7 438.5 60 393.5 150 338.5 230 267.2 310 ! 70 388.1 160 331.7 240 255.4 320

I

80 382.2 I 43-1.9 431.2 427.1 -8 s' 5.5700 5.8608 6.1358 6.3961 6.6429 6.8769 7.1000

I

,

242.2 227.6 211.8 193,6 172.7 147.2 112.2 30.4 10-1 _{T J/(mol . Kl."}

( ( ( ( ( ( ". , r 0

o

Saluraled vapor preuurc of loluene

t,

·e

1 -70 1 - 60 1 -50 1 -40 1 -30 1 -20 1

-lol-~-l-l-:-r~;

~~~~_

._

.

.

-

I

0.0091 0.0331 0.1041 0.2891 0.720 \ 1.63

3.43

_

16.7~.J

12~:3-\

21.8.: p, mOl lig t, ·e p, bar t,

·e

1 25 1 30

I

40 1 50

I

60

1

70 80

I'

90

I~

'

~

128.44136.67159

.

16192.121138

.

91·203

.

71291

~

~ 1406

.

~J 556.31746.~_

I

120 1 130 1 140

I'

ISO

I

160

I

170 1 180

I

190'T-~~-

-

1~0-1~

1.31211.70412.180 12.75213.43314.23315.16516.241

17.474-r-9~~I~

230 240 250 260 270 1 280 290 300 3)0

~~

...

__

..

.L

12.98 15.26 +--17-. 7-7-i--20-.-50--';-2-3-.4-8-+-1-2-6-. 6-9-+--3-0-.1-5-+--33. 82 I-~

[)cmily p (kg/m') of liquid lolurnc

-IQ

'

10-'

','e Ie

.

JO-'

I,

·e

',·e Ie

.

_JO-' I,

·e IQ

'

_JO-'

I,.·e

I

~. 10' ,

I,

.

·c

I

f! . In -I I -100 0.9799 -60 0.9413 -20 0.9039 20

I

0.8669 50

I

0.8.188 90 0.8 D()O -90 0.9701 -50 0.9318 -10 0.8947 25 0.8623 60 0.R293 100 O.79lJO -80 0.9604 -40 0.9225 0 0.8855 30

I

0.8576 70

I

O.HI'J7 110 0.77'JB -70 0.9508

I

-JO 0.9132

I

10 0.8762

I

40 0.8483

I

!l0 (l.!'O<J9

YiscosilY I) (N . slm') of loluene vapor al p <:; I bar

I,·e

I

T)' 10' _I,·C I 1)' 10' _[I'.C I 1)' 10'

l

l',·c

I 1)' 10'

I,··c

_{-_._} IT)_{.. -}' _{- -}10' -[,."C

-_

I _{.. _ - -}'1· 10' 0

\

76.5 ₅₀

I

76.3

I

:~I

89.1

I\;~

I

112.0

I

~~

I

133.5

15(~

I

17·1.5 25 69.8 75 82.6 100.8 123.0 15·U (,00 195.0

Yiscosity TJ (N . slm') of liquid toluenc

" ·C

I

1)' 10' I,·C

I

1)' 10' ','C 1 1)' 10' ,.'c

I

1) . I u' '.·C

I

' I ' lOl 0 0.768 30 0.522

I

60 0.381 100

I

0.271

I

160 0.172 10 0.667 40 0.466 70 0.348 120 1 0.231 180 0.150 20 0.586 50 0.420 80 0.319 140 0.199

lIeat capacity of liquid tolucnc

t,

·e

I

-50

I

0 20 50 100

Cl" kJlkg . dcg

I

1.51

I

1.63 1.67 1.80 1.97

( l ( ( ( ( ( ( ( I

r

Tabel 2.11:

Approximate Overall Heat Transfer Coefficient, U·

Use as guide as to order of magnitude and not as limits to any value. Coefficients of actual equipment may be smaller or larger than the va lues listed.

Condenslna

Rot Fluld Cold Fluld Steam (pressure) ... Water Ste:!m (vacuuml. ... Water Saturated organic solvents

ne:u atmospherie ... Water Saturated organic solvents,

vacuum with some non-cond .... Water, brine Organic solvents. atmospheric

and high non·condensable ...

Aromatic vapors. atmospheric

Water, brine with non·condensables ... Water Organic solvents, vacllum and

high non·condensables ... Water, brine low boiling atm05pheric ... Water High boiling h)'drocarbon, vacuum Water

Heaters Steam ...•••... Ste:!m ... . Steam ... . Steam .•... Steam ...•...•... Dowtherm ... . Dowtherm ... . Flue gas ... , ... ,." , Water Light oils Heavy oil, Organic solvents Gases Gases Heavy oils Aromatic HC and Steam Evaporators Steam ...•... , ... , .' \Vater Ste:!m, ... , .. , .. , ... , .. ,. Organic solvents Steam ... , . , ... , .. Light oils Steam ... , .. ", ... Heavy oils

(vacuum) \Vater. . . .. . . ... ReCrigerants Ol'ianic solvents. . . .... ReCrigerants

U, BTU/Hr. (Sq. Ft.) (OF.) 350-750 300-600 100-200 50-120 20- 80 5 - 30 10- SO S0-2oo 10- 30 250-750 50-150 10- 80 100-200 5 - 50 +- 40 8- 60 5 - 15 350-7SO 100-200 SO-lS0 25- 75 75-1SO 30-WO

Heat Exchanaer. (no ehanae of pb ase)

\\'ater ...•..•... Organic solvents ...•. Gast! ...•••...•.... Light Oils ...•..•...•..•.. Heavy oils ... . Organic solvenu ... , ... . \Vater ... . Organic solvents ...•...•.... Gases ... . Organic solvents ... . He:! \')' oils ... . \Vater Water Water Water Water Lil{ht oil Dnne Brine Brine Organic solvents Heavy oils 150-300 50-150 3-SO' 60-160 10- SO 20- 70 100-200 30- 90 3 - SO 20- 60 8- SO

• By permusioD, Tbe PCaudler Co., Rochester, N. Y., Bul· lin 949.

General Evaporator Overall CoefTicients, U·

1. Long·tube vertical evaporator

Natural circulation ... , ... .

Forced circulation ... "

2. Short-tube evaporators

Horizonta!. ... . Calandria (vertical, thermosiphon) ... . 3. Coil evaporators ... . 4. Agitated-film evaporators, Newtonian liquid

1 Centipoise ... . 100 Centipoise ... . 10,000 Centipoise .... _ ... . U, BTU/Hr. (Sq. Ft.) (OF.) 200-600 400-2,000 ·200-t00 lSO-500 200-400 400 300 120

• From: Coates, J. and B. S. Pressburg, Chem. Eng., Feb. 22,

p. 139 (1960), by permission

Approximate Film Coefficients, hl or ho·

\. No Change of Phase Water ... . Gases ... . Organic Solvents ... . Oils ... . CondenslnQ Steam ... '" ... . Organic solvents ... . Light OiJs ... . Heavy oils (vaeuum) ... .

Ammonia ... . Evaporatlon Water ... . Organic solvents ... . Ammonia ... . Light oils ... . Heavy oils ... . Film Coefl, BTU/Hr. (Sq. Ft.) (OF.) :100-2000 3- 50 jO- 500 10- 120 1000-3000 ISO- 500 200- 400 20- SO 500-1000 S00-2000 100- 300 200- 400 ISO- 300 10- SO

• By pennission, The Pfaudler Co., Rochester, N. Y., Bul· lin 949. cu .r. en 0.45 0.40 .~ 0.35 Cl

-

... ~ :; 0.30 U u GO _ - 0

:s

~ 0.25 co Cl ~'i; 02 o:r . 0 0.15 1 \

-'

_\

I'"

_"'"

I'-...

2 3 4 5

Oio. Shell/Boffle Pitch

Determination of equal now areas in bundie cross·now and batfle window-shell side performance. (By permission, Engineer-ing Data Baak, Sect. 2., Wolverine Tube Div., Calumet & Heela, Inc.

[19591.)

,

L

:;

Figuur 2.1: De absorptie van verschillende gassen in tolueen.

Abb. 11. Absorplion in Toluol

~~~r

M!'llill

·

•

c

[!:Olilllli+I:I:H~Dj~~~~J

l

· ' .

...

I

p

IJ

.

l/

,H1

. _

10" lal

~::::

<

_:

-

.

..

:

.

~:

·

1

~

II,ft.C~~:'::;::t~

J

ITl

·

.

·

.

•.

.

.. ....

..

..

.

.

Jlr

.

'T+I

H'-1

1-++4+~11+-1

CH. -:

~o

~

-

:

~

ti

I

Ol I; - - .

~

o

t

I

"100 ' . . ~ 100 ' ~

§

_I

..

~- 5-100 ' ". ; lil Ilo

ft Abb. 18. Absorplion in Toluol (FOrl5eIlUns)

WATER KOLEN

P 1 SLURRY POMP R 9 SLAG aUENCH 1.1 17 Sl.~G ONTWATERING H 25

v 2 SLURRY VOORRAADVAT P 10 POMP P 18 I'OMP T 26

C 3 COMPRESSOREN (2X) IJ 11 DRUK AFLA TER H 19 PART. CONDENSOR T 27

P 4 SLURRY POMP H 12 BOILER H 20 WARM TEWiSSELAAR V 28

lol 5 MOLEN H 13 SUPERHEA TER P 21 POMP V 29

Cy 6 CYCLONEN (4X) H 14 WARM TEWiSSELAAR H 22 PART. CONDENSOR P 30

R 7 REACTOR: 2E STAGE IJ 15 SCRUBBER H 23 KOELER H 31

R 8 REACTOR: IE STAGE P 16 POMP IJ 24 CONTINUE INDIKKER H 32

,

-, ,J

,

,-,...------"r' " .. "" I " r-~ ....... ~, I \ I \ ... ... ' ~---~

PART. CONDENSOR P 33 POMP

PROCESSCHEMA

ABSORBER T 34 DESORBER

MOLZEVEN H 35 REBOILER _m.b.v.

FLASH TANK H 36 PART. CONDENSOR

BUFFERVAT H 37 PART.CONDENSOR H.J.H. Boerstra

POMP IJ 38 GASTURBINES J.G.M. Ubben.

KOELER V 39 BUFFERVAT

o

Stroomnummer WARM TEWiSSELAAR ("1 _r I ) .r-., van de PRODUKTIE von M38 KOOLMON-OXIDE KOOLMONOXIDE

de DOW KOLENVERGASSER

FVO 2749 Jun; 1988

D Temperatuur ( 0 C )

o

Ab,alute druk (atm)

. r '

(

HOOFDSTUK 3: Beschrijving van het proces.

( De steenkool (Western Subbituminous Coal) wordt in molen M5 gemalen

en met water vermengd tot een slurry van 47 gew

%

water en 53 gew

%

kolen. Met behulp van pomp P1 wordt de slurry naar het voorraadvat V2 verpompt . Vanuit het voorraadvat wordt de slurrystroom met pomp P4 naar de vergasser gepompt. De slurrystroom wordt in twee delen in de reactor ingevoerd:

( 1) 9.309 kg/s kolen en 8.255 kg/s water wordt in de 1e _{stage van de}

vergasser (R8) ingevoerd.

2) 2.450 kg/s kolen en 2.173 kg/s water wordt in de 2e _{stage van de}

vergasser (R7) ingevoerd.

Met behulp van compressor C3 wordt 9.401 kg/s zuurstof gecomprimeerd

tot ca. 25 atm en in de 1e _{stage van de reactor (R8) geïnjecteerd, om}

( de kolen te vergassen bij een temperatuur van ca. 1550 °C. De

reac-tieprodukten uit de 1 e stage vervliegen naar de 2e stage waar ze

verder reageren met de aldaar ingevoerde slurrystroom, waardoor de

temperatuur zakt tot ca. 1012 °C. De 2e _{stage is uniek voor de Dow}

kolenvergasser. De hete gassen die de 1e _{stage verlaten worden}

gekoeld door de in de 2e _{stage toegevoerde hoeveelheid slurry. Het}

( voordeel is dat meer energie, die in de kolen voorradig is, wordt

omgezet in chemische energie om in de gasturbines uitgebuit te worden dan dat deze energie terug gewonnen wordt uit het hete gas in radiant heat boilers.

De in de vergasser ingevoerde kolen bevatten een hoeveelheid slag

( die door de hoge temperatuur smelten onderin de vergasser wordt

opgevangen (R9), alwaar de gesmolten slag gequenched wordt met koud water. Via drukaflater M11 (tot atmosferische druk) wordt de gestolde slag samen met het water opgevangen in M17 alwaar het aan de onder-kant verwijderd wordt en het water aan de bovenonder-kant via pomp P16 teruggevoerd wordt naar de water quench (R9).

(

In de vergasser wordt niet alle koolstof volledig omgezet waardoor de

gasstroom die de 2e _{stage van de vergasser verlaat nog ca. 1 gew}

_%

onomgezette koolstofdeeltjes bevat, die afgescheiden moeten worden.

De koolstof deeltjes worden voor 85 gew % afgescheiden door een

batterij van vier parallelle cyclonen (Cy6). Vanuit de onderkant van

( de cyclonenbatterij worden de koolstofdeeltjes weer teruggevoerd naar

de 1e _{stage van de vergasser (R8). De gasstroom die de}

cyclonenbatte-rij verlaat (T

=

1012 °C) loopt door een

hoge-temperatuur-warmtewis-selings-sectie, waar Hoge-Druk stoom wordt geproduceerd ( T s t o o m

=

371

°c, Pstoom

=

46 atm). Deze sectie bestaat achtereenvolgens uit een

boiler (H12), een superheater (H13) en een warmtewisselaar (H14) ,

( l waar het ketelwater verwarmd wordt tot kooktemperatuur. Het

ketelwa-ter wordt door pomp PlO op de gewenste druk gebracht. De condities

van de hoge druk stoom Z1J n zo gekozen opdat ze in de Loisiana

Division Steam System ingevoerd kunnen worden. De stoom kan gebruikt worden voor het opwekken van electriciteit en voor procesverwarming. Hierna bereikt de gasstroom de scrubber (M15) waar de laatste kool-stofdeeltjes afgevangen worden. Onderuit de sc rubber stroomt een zeer verdunde koolstof/water-slurry die, na drukaflaten, via koeler H23 naar de continuë indikker M24 wordt afgevoerd. In deze indikker wordt

een slurry gemaakt van 53 gew

%

koolstof en 47

%

water, die weer in

de 1e _{stage van de vergasser wordt gepompt (P18). Een groot deel van}

het water wordt weer teruggevoerd naar de scrubber m.b.v. pomp P21. De rest van het water wordt afgevoerd.

( ( ( ( ( ( ( ()

o

De gasstroom die uit de scrubber stroomt (T

=

158°C) bevat nog zeer

veel H₂0 en een weinig H₂S wat verwijderd moet worden. Het overgrote

deel van het water wordt uit de gasstroom gehaald door te koelen naar 25°C (H20; warmtewisselaar, H19; luchtkoeler, H22; partiële

conden-sor) , waardoor condensatie van het water optreedt. De voornaamste

functie van H20 is het opwarmen van de gasstroom die later in het proces naar de gasturbines gevoerd wordt. Na de partiële condensor

H22 stroomt het gas door de mol zeven (T27) om de laatste restjes H₂0

en H₂S te verwijderen. Een van de twee bedden is aan het adsorberen,

de ander wordt geregenereerd met droge hete lucht.

Na de molzeven wordt de gasstroom gesplitst in twee stromen: De

grootste stroom (ca. 90 vol %) wordt opgewarmd met behulp van

warmte-wisselaar H20 om vervolgens in de gasturbines (M38 ) verbrand te worden zodat electriciteit opgewekt wordt. De afgassen worden in de

lucht gespuid.

De kleine gasstroom (ca. 10 vol %) stroomt naar het Cosorb proces

dat uit drie onderdelen bestaat: een absorber (T26), een flahtank (V28) en een desorber (T34). De absorber is, evenals de desorber, gevuld met 35 mm Pall-ringen. Het gas wordt onderin de absorber ingevoerd en wordt tegenstrooms in contact gebracht met een oplossing

van AICuC1₄ in tolueen. Dit AICuC1₄ heeft de eigenschap dat het

selectief CO aan zich kan binden. De andere componenten uit het gas

(zoals CO₂ , N

2 , H2 , CH4 ) complexeren niet, maar een zeer klein

gedeelte hiervan lost wel op in de in overmaat aanwezige tolueen. De gasstroom, die de top van de absorber verlaat, wordt gekoeld met freon (H25) om het meegevoerde tolueen te condenseren. Het gecon-denseerde tolueen wordt opgevangen in een buffervat (V29). Via dit buffervat wordt tolueen terug naar de top van de absorber gepompt (P30). De gasstroom die uit de partiële condensor (H25) komt wordt opgemengd met de grote gasstroom uit de molzeven sectie, om vervol-gens in de gasturbines verbrand te worden.

Onderui t de absorber (T26) komt een tolueenstroom die het

gecom-plexeerde CO en de fysisch opgeloste gascomponenten (N₂ , H₂ , CH₄ ,

CO₂ ) bevat. Deze stroom wordt naar een flash-tank (V28) gevoerd waar

door het aflaten van de druk de fysisch opgeloste stoffen uit de vloeistof vervliegen. Deze gassen worden in de lucht gespuid. Deze flash tank heeft dus direct invloed op de zuiverheid van het

eindpro-dukt : koolmonoxide. Vanuit de flash-tank stroomt de vloeistof via

warmtewisselaar H32, waar de stroom opgewarmd wordt tot 110°C, naar de top van de desorber T34, waar door de hoge temperatuur het CO decomplexeert. Het topprodukt uit de desorber bevat naast het CO nog

een grote hoeveelheid tolueen (ca. 49 vol %), die eruit gecondenseerd

wordt door eerst met water te koelen tot 25°C (H36) en dan met freon diep te koelen tot -40°C (H37). Het gecondenseerde tolueen wordt opgevangen in buffervat V39 en weer op gemengd met de vloeistof stroom uit de reboiler (H35). De gasstroom die de partiële condensor (H37)

verlaat bevat zeer zuiver CO (ca. 99.6 vol

% ).

Het bodemprodukt uit de desorber (T34) wordt naar een reboiler geleid (H35) die zoveel tolueen verdampt dat er voldoende warmte geleverd wordt om het CO te decomplexeren. De vloeistofstroom onderuit de reboiler wordt eerst opgemengd met de gecondenseerde tolueen uit de topstroom van de absorber en dan terug gepompt (P33) via warmtewisse-laar H32 en koeler H3l naar de absorber (T26).

( ( ( ( ( ( ( (

o

o

HOOFDSTUK 4: Motivering van de keuze van de apparatuur.

Elke molen (M5), die deeltjes levert waarvan 90 gew % ~ 70 pm is, is

geschikt voor dit ontwerp. Het ontwerp van de reactor betreft een type reactor zoals dat toegepast wordt door Dow Chemical U.S.A. Deze reactor bestaat uit twee stages (een horizontaal en een verticaal

stuk). In de Ie stage ( het horizontale stuk) wordt de temperatuur zo

hoog gehouden (T > 1500 °C ) d.m.v. exotherme vergassing van

steen-kool met 02' dat de as afkomstig uit de steenkool smelt en omgezet

wordt in een inerte slag. Onderin de reactor wordt de vloeibare slag

gequenched met koud water en afgevoerd. In de 2e _{stage wordt weer}

zoveel slurry toegevoegd dat de temperatuur zakt tot ca. 1012 °C. De absolute druk in de vergasser is gekozen op 25 atm omdat:

1. bij hoge druk de volume stromen beperkt worden zodat kleinere apparaten nodig zijn t.O.v. procesvoering bij lage (bijv: atmosferi-sche) druk.

2. hoge druk de ad- en absorptie van de verschillende componenten uit het synthese gas bevordert.

3. het patent van de vergasser (lit. 9) een optimale procesvoerings-druk tussen de 16.5 en 26.5 atm aanbeveelt.

De niet omgezette deeltjes die meegevoerd worden, worden eerst

afgescheiden door een batterij van vier cyclonen. Deze cyclonenbatte-rl.J haalt ca. 85 gew % van de koolstofdeel tjes uit het gas (li t.

19b). De overige 15 gew % wordt verwijderd m.b.v. een scrubber. Er is

voor een Venturi scrubber gekozen omdat deze nog deeltjes met een

diameter van 0.5 pm kan afvangen met een rendement van 90 gew %

(lit. 20, 26).

Na de venturiscrubber wordt de gas stroom gekoeld tot 25°C om de waterdamp voor het grootste gedeelte uit de gasstroom te condenseren. Een deel van de warmte van deze temperatuursdaling wordt afgevoerd in de lucht (H19) het overige deel wordt afgevoerd m. b. v. koelwater

(H22). Dit wordt zo gedaan om de thermische verontreiniging te

verdelen over de lucht en het water.

In het gas zijn nu nog kleine hoeveelheden H₂0 en H₂S aanwezig. Dit

moet verwijderd worden (milieu verontreiniging (H₂ S), verontreiniging

van het Cosorb proces (H₂ S en H₂ 0) ). Deze componenten worden met

molzeven van het type 5A uit de gasstroom gevangen. Er is voor molzeven gekozen omdat:

1. H₂0 en H₂S selectief afgevangen kunnen worden in aanwezigheid van

andere componenten zoals H₂ , N

2 , CO2 en CH4 •

2. ze H₂0 en H₂ S met een hoog rendement kunnen afvangen.

3. de procesvoering betrekkelijk eenvoudig is.

Nadat het gas de molzeven doorlopen heeft wordt de gasstroom

ge-splitst: ca. 90 vol % wordt afgevoerd naar de gasturbines (M38) om

verbrand te worden en zodoende electriciteit op te wekken. De

reste-rende 10 vol % wordt naar het Cos orb proces geleid. Een uitvoerige

beschouwing van de drie belangrijkste CO afscheidingsmethoden volgt hieronder.

In de chemische industrie worden twee methoden gebruikt om uit een gasmengsel d.m.v. chemische absorptie selectief CO af te scheiden:

o

1. Het Copper-liquor proces.

2. Het Cosorb proces.

(

(

(

Een derde mogelijkheid is die van de Kryogene scheiding, dit is een fysische scheidings methode.

De voor en nadelen van de drie methoden worden hieronder uiteen gezet.

1. Het Copper-Liguor proces (lit. 1, 2, 3, 4, 7, 8).

Di t proces berust op chemische absorptie van CO aan een Cu (NH₃ ) x •

ion. De reactievergelijkingen die dit proces beheersen zijn: De absorptiereactie: + CO - > Cu( NH₃ )x CO· . ( 4.1 ) ( en de nevenreacties: ( ( (

o

(î 2 NH₄ 0H + CO₂ - > (NH₄ ) 2 C0₃ (NH4 )2 C03 + CO2 + H20 - > 2 Cu( NH₃ )x • - > Cu( NH₃ )x 2 • + Cu + X NH₃ • 2 Cu( NH3 )x 2 • + CO + 4 OW - > 2 Cu(NH₃ )x· + C0₃ 2 - + 2 H₂

° .

De belangrijkste nadelen van dit proces zijn:

(4.2) (4.3) (4.4)

(4.5)

1. CO₂ wordt mede geabsorbeerd aan het ion; er zit ca. 19 vol % CO₂

in het droge synthese gas.

2. De oplossing die in het proces gebruikt wordt is zeer corrosief,

zodat speciale (= dure) constructiematerialen gebruikt moeten worden.

3. Er is een aanzienlijk verlies van actief component (Cu( NH₃ )x • )

tijdens de procesvoering (reactie 4.4).

4. Er is een aanzienlijk warmte effect (-42 kJ/mol CO geabsorbeerd).

Er moet dus gekoeld worden, omdat bij lagere temperatuur betere

absorptie plaatsvindt.

5. Er is een aanzienlijke omzetting van CO naar C0₃ 2 _{- (ca. 4%).}

6. reactie (4.4) zorgt ervoor dat er Cu(NH₃ )x 2+ ontstaat, wat CO niet

aan zich kan binden. Verder ontstaat er bij die reactie vast koper, wat zich afzet in de absorptietoren. Hier treedt dus een capaciteits-verlies op.

Als voordeel van dit proces kan gelden dat het proces veelvuldig wordt toegepast in de chemische industrie.

De invoerspecificaties voor dit proces zijn: H₂ S: < 1 ppm.

H₂0, CO₂ , NH₃ , CH

4 : geen speciale eisen.

2. Het Cosorb proces (lit. 1 t/m 8, 12).

Dit proces berust op chemische absorptie van CO (complexvorming) met

een AICuCl₄ complex dat opgelost is in tolueen. De

reactievergelij-king die bij dit proces een rol speelt is:

CO + AICuCl₄ : tolueen - > AICuCl

4 :CO + tolueen. (4.6)

(

r

Ondanks dat de gevonden literatuur over dit proces voor het grootste

deel afkomstig is van het bedrijf dat dit proces verkoopt (lit. 1 tlm

4, 8, 12) zijn er voor ons genoeg redenen om aan te nemen dat dit proces het meest in aanmerking komt. De voordelen van het proces zijn:

1. H₂ , CO₂ , CH₄ en N₂ worden niet chemisch door het complex

geabsor-beerd, het complex is selectief voor CO.

2. Er kan een zeer hoge zuiverheidsgraad bereikt worden (ca. 99.6 vol

% CO).

3. Procesvoering is mogelijk bij iedere gewenste druk en binnen een temperatuurtraject tussen de -10 en de 40°C.

4. De absorptiereactie heeft nagenoeg geen warmte effect.

5. Het complex heeft een hoge stabiliteit.

6. Het proces heeft een hoge capaci tei t, ca. 0.8 mol CO per mol

complex kan geabsorbeerd worden, en een hoge selectiviteit voor CO. 7. Het proces wordt ook gekenmerkt door een lage viscositeit van de absorptie vloeistof.

8. De absorptie vloeistof is niet corrosief zodat (goedkoop) roest-vrij staal gebruikt kan worden.

9. De bouwkosten zijn relatief gering.

10. CO is goed te scheiden van N₂ i . t . t . kryogene scheiding.

11. Er treedt al decomplexering van CO op bij een temperatuur van 90 °C (met een maximum van 137°C).

Het proces heeft ook een aantal nadelen:

1. H2 0 reageert vrij heftig en irreversibel met het complex onder

vorming van HCl en een ander oplosbaar complex zodat de werking van

het proces afneemt. Het voedingsgas moet dus volkomen droog zijn ( <

1 ppm H2 0). Voor H2 S geldt een soortgelij ke reactie. De

reactie-vergelijkingen zijn als volgt:

T

AICuC1₄ AIOHC1₂ ---> HCl + AICuC1₄ 0Cl.

+ CuCl (4.7)

(4.8)

2. De overige componenten uit het gasmengsel (C0₂ , H₂ , CH₄ , N₂ )

lossen gedeeltelijk op in de absorptievloeistof, zodat een flashtank

r

nodig is om een zuiverheid van > 99 vol % CO in handen te krijgen.

3. Aangezien hier met tolueen en een chloride complex gewerkt wordt,

moet de groots mogelijke voorzichtigheid in acht genomen worden opdat er geen lekkages optreden in verband met het milieu en de gezondheid van de werknemers en omwonenden.

( De invoerspecificaties zijn:

H₂0, H₂S: < 1 ppm.

CO₂ , H₂ , N₂ , CH₄ : geen speciale eisen.

3. Kryogene scheiding (lit. 7, 8, 10).

Dit proces berust op het verschil in kookpunt van de verschillende gascomponenten. Het is dus een fysische scheidingsmethode.

De belangrijkste nadelen van het scheiden van CO uit een gasmengsel,

bestaande uit een mengsel van CO, H₂ , CO

2 , H20, N2 , CH4 en H2 S, met behulp van kryogene scheiding zijn:

1. De invoer van gas in een kryogene sectie mag totaal geen H₂ 0 en

CO₂ bevatten ( « 1 ppm) omdat deze stoffen zich als vaste stoffen

afzetten zodat een totale 'shut-down' kan optreden.

2. Het door ons geproduceerde gas bevat ca. 19 vol % CO2 • Om dit te

verwijderen is een extra scheidingsstap nodig die extra kosten met zich meebrengt.

3. N₂ is met behulp van kryogene scheiding moeilijk van CO te

schei-den omdat de kookpunten van CO en N₂ zeer dicht bij elkaar liggen

(li t. 20).

4. Het koelen van de te scheiden stoffen is een grote kostenpost. Het voordeel van het gebruik van een kryogene scheiding is, evenals bij het Copper-liquor proces, dat het proces al zeer lange tijd in de industrie gebruikt wordt zodat er veel kennis op dit gebied voorhan-den is (Linde, Duitsland).

De invoerspecificaties van de voedingsstroom van een kryogene sectie

z~J n (li t. 7):

H₂0, CO₂ : « 1 ppm.

H₂8, 8°_{2 ,} NH_{3 :} < 1 ppm. N₂ , CH

4 , H2 : geen speciale eisen.

Op grond van de voorgaande beschouwing lijkt het Cosorb proces voor onze gassamenstelling (tabel BI. 4) het meest gunstig te zij n. Met

name de hoge CO₂ concentratie (ca. 19 vol %) maakt dat zowel de

kryogene scheiding als het Copper-liquor proces minder aantrekkelijk zijn dan het Cosorb proces.

HOOFDSTUK 5: Massa- en warmte balansen. ( ( (

r

( ( 19

r

<.

IN

(

tv1

Q

(

/0/-12..8

/b5"4J2)g

( /IJ

f

S5

/2gfj3,l-( ( ( . ( \ 0

9

)

t.;.

0

I

0 (' ('

V

oor-

_{Massa -e}

w

aarts

Warmtebal

tv1

Q

~ (i) vJ

aJ:er \

_,

Ms-r~ kOee~'h _, ,11 '12., J

81

---

~

/7~ 406}S

PI

----

-

-

-

--0-

_w

1.2J/8t;_

/1~'fof:LS-V:t

______

~v l.~J.J 8

't

/18L;tJ6,s

P4

~

"'

, {3)

7./.LlJ.j' S

tcd..

/

C3

\11

~

'f'

22J

/8

-0-~

J!Z840

6~

n

ans

20

R

etour

M

Q

-

-UIT

M

Q

I I

I

I

l

_--çC40

₁

--~~

-

-

---0 IS _5h~

_....

,

I

,

@:--O/go'f 0

-ill ,

slljrr"'!:1 /+,S6S

_-

_-

_-

_{_.}

R8

CJ ,01..3 ch4.r

rec~16

/7.;.

,q

/4/z3g

,

';'

10

8939F

ve..rbr~..I,:'" _Wc:V'WTt.~ ;'

,

ra~@

(

\V

_w Lf,,6~'J...

--çp,

---...

3':1-/1,8.,0

_Rf

1\ ( 30)

g!:f9

.z

8

'4S/8,1.J.

--

- -. - - -.~ 'I ,~ ) \ I 0,010

Mb

' /13

-

-

-/~.2.,q / (

30,9D9

---~v

2.B7.s,8lf

( _1/ r -I'"

Hl')..

\ ' ( ,11 30) 809

--@

---

-

-.

2.f>o55"1) I _I~

-H/

₃

H.p.@~

₄

_tS-6~1

L-...;

/6

)

206

S!:OOVll\ '

30,~o9 ---~ 2.5" b Cp.3,J

_,11

o

)~

ke.~&Afty-

,

HtLf

\

_®

..-I~

/b

)

2.0~

0

,ft 21 \

<.

₃₀

₉₀₉

---®-J

l3~ 955";;

3'J

8

9/2,.

C.OAJ I> ëAJSJt.1;1(

wr;:,ter

I

_S3

3,39"1-

_'88

_L.J,5"

~A1\I\fTé /

"

~

.

MIS"

I <. 1\

-""J

\ /

'I,

/9

I / '

-j-

"

/

~

'8

b{,O .3 - - - lA' f 30, ó /

S-~

...

Z289 6

8,,:/-1..

8,3lJJ...

0

k

oee

lAl

ttJer

\

_I

Ww~u,-.

:<.8,3'12

:Z3~')

J

H2.3

,

( ( _\V

...

-1[\

"

~/9 ,

-

_-

-

--

--~

'\

(, &2.89,l..

_...

-(

1'114

_wa:tu"

_®-

_-

_0)11'

_1:t~J)8

_.

"

(

r-llu. ...

..-~

,

,lt 0) O-t3

~.-J

.-

-I

/1.2..,9 \

/

l

~ _~ 3, ~9

1-

I !

-

_-

39 i

5388LfS"

, (

p/g

sfUYr~ ....

'Jb'

0) 02..3

1!f.l,9

'UG:1':.&'

----( ~lt~ I~ /

p)./

:zg - 3)39

:r

SJ 88Lf).!" \.

\v

/ 30~ 0 /S ~ 2.Á8 ~{,8')f '-232063 , /

'>

~~

:2.3, 063 /33

!!J1;f.

-~

"

F

H~

/3689 , .

S-

/

b~O

Cc _~TE A/t:>EJI!SAile, _/

wakr

6iL-~

_,

/)236

/ J'I6:h

6

,

"V

28,

:r;q

---®--t

')..11 ?-bJa

kr,efPucÀt

,...I-

W&~

147-9j

/ /

(

2;"5""

/4p

Con~eMSa.4

_W~\1te..

_/

HIj

\Ahter

(ij;)- - -:.

_,

Lf;PLftJ

lb1

88

_Jj

( '--r---23) 930

- - - --6Jh

/LJ2b8g~

V

( '

-30)/b5"'

₀

k~waier,

_I

k~w~,

30)/65"

2513)

h

H2:L / con~ati,

(

_JLJ

_42.)

_'f

_~ée...

_•

_IwA.W--

Cir - -::

_0,2J(,

f;.6~t)8

'--~

:t3,

~~ ' /

-

---~

/ 3h

.tIJ.)

,ft.

_' -(

{Q.,

_H,.s

_...

o)Obl

36,3

,

(

Wa.te-r-

....

_/ ö}o2

t

362J ':;

23,o6~ / ' J32,9.91,6

--

----"~v

(~-1.J68'1

-

~ /,20 8 ~~

~'---31"19)8

'1:lS"S 3.o,oIS j0.J0J~-22896C)7

_{3Lf )}

.z.:t

bD~3 ( ( ~r---~3jO

61

_---~

V

/

-

-

[\ / 3f, 8:)6,0 r--~

I

.eMr,"CI"h;/:

:;g

_'+Ob){,

-1

M3g

G,4SS~~

@

--,

_23,6b

_':f

S8

4Jq/~

" - - -

,

o

_~

6..

23

₃

-

-

-~~

~

/

-

/OJ1!i.-'-.7

4S2,2 LJ6 .

_7fll

""

6bl)

3.

a.b5o,.pti~ _{wa .. "'"}

_tt./

R2(,

11\ IJ bS"1 _ljo

'-Q":r:;'9,

8

...

t

_-V

Ir:-. ~ I) Jg)

"'

2..:3

t-

3J3 - - Ljlf

~

23

-

-'

-~'

1,1.39

ft

"J

,+s.z.

,

2.

t

1

)

3!ï/

0

Fre.cn.

\.

H25"

T~n.

"

/.J3S / _2.o~S

_.

"

/ ~AS

...

I

/)20 ~

,

h

+lSs,o

( (

oi

o

3/

_-

_--

_---~v

-3.1 3 -fbtU(,~ ( ~-- _1\

\

I

Vlcj

(

-r---,v

(

P30

11'

(

-

r--/0) -:;

4:z..

0)03/

--~

V

-

--

_"

If+, ~ -3,3 F

7g,Lf

10

7111

_--~

---~~

! 81,7 ; , g).)(Jo

0

_k~)

H3/

Ww~

!3)sao

79

'i

8

( ( _\I

"

~ _/Olr//

,

_{- - - - -}

-'d.!J6

..

S

lI.,

Iq

I

_--$

spuJ

JfD--;:

₆₎₀₉₃

_88Lf.s

.:lQ-:;l3 4 ... F / (

V2$

r -//") 092

,- -0r.

20

8KJ9

----

-/ ,11

1"---. / /0'L1/1 2.J

00,3

fiJt

" <:J,

~

I

/ \ JI~ 092-

-

--

~It

,

_I 33/2.)7- ₂₄ I

I