TU Delft

(1)

Hydrodechlorerina ven Koolweterstoffen

Juni 1989

Tweede Fese Procesontwerpen

.f1?tfr,ii·

T

U

Delft

Faculteit der Scheikundige Technologie en der Materiaalkunde Technische Universiteit Delft

(2)

Tweede Tussenrapport

Hydrodechlorerina van Koolwatersto~~en

Juni 1989

Tweede Fase Procesontwerpen

Tweede Fase opleiding Proces- en Apparaatontwerpen Technische Universiteit Delft Faculteit der Scheikundige Technologie Vakgroep Chemische Technologie

(3)

1. Inleiding 2. De kinetiek 3. 4 . De Tluïde bed-reaktor De lege buis 5. De nabehandelingstrein Symbolenlijst

(4)

Hoofdstuk

INLEIDING

In februari 1989 is een groep van acht assistenten in opleiding

en één persoon van de Schelde Groep begonnen aan een

fabriek-sontwerp over de hydrodechlorering van koolwaterstoffen. Dit

projekt wordt aan de TU Delft uitgevoerd onder leiding van

Prof. ir. A.G. Montfoort.

Voor u ligt het tweede tussenrapport van deze groep. Het eerste

tussenrapport verscheen in april 1989 en bevatte veel

ach-tergrond-informatie over dit onderwerp. Belangrijke gegevens

over de voeding, de kinetiek en de vergassing van kool zijn

daarin vermeld. Tevens werden drie mogelijke

reaktorcon-figuraties besproken: het fluïde bed, de fixed bed reaktor en

de lege buis reaktor.

Nadien is besloten de fixed bed reaktor niet verder te

beschouwen, omdat de vergassing van kool een te onzekere factor vormde en omdat de verdere uitwerking van deze configuratie erg moeilijk was.

Dit tussenverslag behandelt de flowsheets voor de twee

over-gebleven configuraties: het fluïde bed en de lege buis. Deze

beide opties zijn met behulp van het flowsheetprogramma ASPEN

PLUS gemodelleerd. Tevens is de nabehandelingstrein voor een

groot deel uitgewerkt: alle apparaten staan vast en voor het

eerste deel is de flowsheet met behulp van ASPEN doorgerekend. In hoofdstuk 2 vindt u de verdere kinetische beschouwingen, die

nodig zijn om de produktverdeling uit de reaktoren te

bereken-en. Hoofdstuk 3 geeft een overzicht en de resultaten van de

berekeningen voor de fluïde bed optie en hoofdstuk 4 doet

hetzelfde voor de lege buis configuratie. In hoofdstuk 5 wordt

tenslotte de nabehandelingstrein nader uitgewerkt.

Literatuur-verwijzingen, voor zover aanwezig, vindt u aan het eind van elk hoofdstuk.

(5)

2.1 Modellering van het fluide bed 2.2 Thermische effecten (isotherm) 2.3 Thermische effecten (adiabatisch)

2.4 Resultaten van de isotherme berekeningen 2.5 Resultaten van de adiabatische berekeningen 2.6 Conclusie

Na de eerste periode, waarin de kinetiek van het dehalogenatie-systeem is ontrafeld, zijn in de tweede tijdsspanne de thermische effecten van de reacties onderzocht. Hieruit blijkt dat de inlaattemperatuur (Tin) van de reactor rond de 1100 K moet liggen. Dit is onafhankelijk van de gebruikte optie. Door het drukverschil in beide opties verschillen de verblijf tijden en volumestomen aanzienlijk (lege buis P: 10 bar, tv: 1 s, (lJv 1 m3

; fluïdized bed + lege buis P: 1 bar, tv: 2 s, (lJv 8.3 m::3).

(Het verloop van concentraties en temperatuur in de reactor is eveneens bestudeerd.)

De beschrijving van het fluïdized bed is geprobeerd met zowel het van Deemter model (stofoverdracht en dispersie in de emulsie) als het buis in tank model (stofoverdracht en een ideaal gemengde emulsiefase) . Het probleem in, beide gevallen, is het bepalen van de concentraties in de emulsie fase. Deze zijn moeilijk te schatten door de onderlinge afhankelijkheid van de concentraties. Uiteindelijk is een grove benadering gekozen, waarbij de bellen zonder interacties door het bed lopen. Het systeem wordt dan beschreven door een lege buis met de verblijf tijd gelijk aan die van de bellen in het bed.

2.1 Modeller1na v~n het flu1de bed

De modellering van april '89.

van het fluïde bed is beschreven in De vergelijkingen zijn hier nogmaals

dCb -Kov-;:-( Cb

-

Ce) ep s_be 1

+ .~. _{R( Cb)}

dx Ugas Ugas

t

dCe -Kov-;:-( Cb

-

Ce)

+ -::- RC Ce) dx

Z

E

..

eps_ 1

_-

emul E Randvoorwaarden dCe I - C dCe = 0 Cb

I

= C in x=O dx dx x=O x=L het verslag gegeven: Om deze vergelijkingen vergelijkingen worden omgebouwd tot MULODI. De schatting van Ce

I

(voor iedere component moet een set opgezet) is het programma DEHALO randvoorwaarden eisen echter dat een

(6)

De Kinetiek 2-2

afgeleiden bij x=L berekend.

moet een nieuwe schatting

systeem met 40 componenten,

minimaliserings probleem,

oplosbaar was.

Aan de hand van deze afgeleiden

van Cel~_o worden gemmakt. Vaar een

wordt dit dus een 40 dimensionaal

dat in het korte tijdbestek niet

Dak andere modellen van het fluïde bed rekenen met schattingen

van Ce en hebben dus dezelfde problemen.

Om deze reden is besloten tot het modelleren van het fluïde bed

met een isotherme lege buis. De verblijf tijd in de buis is

gelijk aan die van de bellen in het bed. Bijlage 1 geeft de in-en uitgangsstramin-en van het fluïde bed.

De thermogegevens,

staan in tabel 1.

rapport, tabel 2 .2, graads polynoom:

welke bij de berekeningen zijn gebruikt,

Deze waren reeds bepaald (zie het april '89

2.3). Oe Cp wordt benaderd met een derde

Cp(T)

=

A

+ B*T + C*T2 + D*T~ Ui t de Cp( T) en Hf( 298) kan geen drukcorrectie uitgevoerd

de Hf( T) warden berekend.

Er

is in geval van verhoogde druk.

De enthalpie produktie volgt uit de reactiesnelheden: dHt

( f t t

~

*

H(T)

Daar vaar en na een isotherme omzetting Ht te berekenen wordt

de heatduty bij een bepaalde temperatuur gevonden.

Om de reactor adiabatisch

numerieke schema opgezet:

daar te rekenen, is het volgende

een volledige RK reactiestap (isotherm)

berekening van de nieuwe temperatuur.

Het berekenen van de nieuwe temperatuur kan op twee manieren.

De exacte methode

Bij een adiabatische

systeem constant: n t i [C-::-Hf(

T~

. t co, 1 n t i reactor b l i j f t

IC-~Hf(

TJl L -.Jt,.,i de enthalpie

Na berekening van de ingaande

temperatuur van de stroom op een

enthalpiestroom kan

willekeurige plaats

van het

dus de in de

(7)

reactor eveneens polynoom in T i s , leverd bij iedere

berekend worden. Daar de Cp een derde graads

is Hf(T) een vierde graads polynoom. Dit

RK stap een i t t e r a t i e proces.

Methode met

Een tweede

temperatuur.

mogelijkheid is het gebruik van de adiabatische

De berekening loopt dan als volgt:

Berekenen van een isotherme reactie stap (TO)

Berekening van het enthalpieverschil over die stap

(H1-HO)

Berekening van

Cp( TO,CO) }/2)

de gemiddelde Cp (= {Cp(TD,CO) +

berekening van de adiabatische temperatuurstijging: H 1 - HO

T 1

TD-Cp Deze methode

is.

is gebruikt omdat ze eenvoudiger te programeren

2.4 Resultaten van de isotherme berekeninaen

Gemakshalve is bij de verschillende isotherme berekeningen de

koolproduktie op nul gesteld. Tabel geeft bij verschillende

temperaturen de reactietijd, heatdutyen aromaatstroom weer.

Hierbij is uitgegaan van, middels ASPEN berekende optimale,

ingaande reactiestromen met een verschillende temperatuur.

Voornaamste resultaat is, dat

conversie nauwelijks verandert (=

de heatduty

330 kj/sJ .

bij volledige

De benzeen stroom uit de reactor verandert nauwelijks .

Twee voorbeelden van isotherme resultaten bij 1200 K staan in

bijlage 2.

2.5 Resultaten van de adiabatische berekeninaen

Omdat deze stromen in het proces

koolproductie rond de 20 gis gelegd.

gebruikt worden, is de

Het blijkt dat, ondanks de adiabatische doorrekening, de

enthalpie van de stroom afneemt met 40 tot 50 kJ/s. Dit is rond

10 % van de totale enthalpie (= 700 kj/sJ en 20 % van de

isotherme heatduty (= 300 r,J/s); een aanzienlijf<,e fout. Ze

wordt veroorzaakt door de gebruikte rekenwijze ( T adiab. ) . Met

300 stappen blijkt dat de berekendE Tadiab (= 1 K) 0.01 K te

laag ligt. Hierdoor wordt de enthalpie

=

0.1 kJ/s te hoog.

Het gevolg van deze fout is een te lage eindtemperatuur (= 30

(8)

De Kinetiek 2-4

De enige relevante uitgangsconcentraties blijken, bij de lege

buis optie, die van H2, CH4, benzeen, HCl, en inert te zijn.

Etheen komt in de fluïde bed optie ook nog in enige mate ( 0.5

mol/sJ voor. Alle andere concentraties liggen beneden de 1E-3

mol/s. Steld men deze zeer kleine concentraties op nul, dan

b l i j f t een klein aantal vrijheidsgraden over: uit 6*benzeen + CH4 +2*C=C in Koolstof Waterstof Chloor Inert 2*H2 + 4*CH4 + HCl + 6*benzeen + 4*C=C HCl inert

Als de concentratie C=C als een fraktie van benzeen wordt

uit-gedrukt dan b l i j f t slechts een vrijheidsgraad over. Door het

vastleggen van de concentratie H2, benzeen of CH4 ligt het hele systeem dus vast. Omdat de benzeenstroom het minste varieert is

deze als parameter gekozen. Met de optimale invoerstromen uit

ASPEN is de benzeen als funktie van van de ingangstemperatuur

bepaald. Wordt het verband tussen benzeen en de

ingangstem-peratuur in ASPEN ingevoerd, dan is het mogelijk direkt met

ASPEN de legebuis door te rekenen. Tabel 2 bevat de

geprodu-ceerde data.

De volgende zaken vallen op:

de uitgangs temperatuur

ingangstemperatuur.

is rechtevenredig met de

de benzeenconcentratie varieert slechts 4

%

rond de

2.55 mol/s. Deze kan gelineariseerd of nul gesteld

worden.

de reactietijd neemt exponentieel af met de tijd.

Twee voorbeelden van de resultaten staan in bijla~e 3.

2.6

Conclua1.

Uit de isotherme berekeningen volgt een heatduty van 300 - 330

kJ/s, onafhankelijk van de ingevoerde stroom. De samenstelling

van het uitgangsmengsel variëert nauwelijks, ze is echter wel

afhankelijk van de gebruikte optie.

De lege buis kan met ASPEN gemodelleerd worden door de

uitgangsconcentratie benzeen als funktie van de

ingangstempera-tuur vast te leggen. De uitgangsconcentraties liggen dan door

de verschillende elementbalansen vast . De benodigde

reac-tietijd, en daarmee de dimensies van de reactor, kunnen

naderhand worden berekend. Ze zullen echter aan de hoge kant

zijn.

Deze methode van reactormodellering ondervangt het probleem van

de variëende enthalpie bij de adiabatische berekeningen, ASPEN

rekent de temperatuur en enthalpie aan de hand van de uitgangs-concentraties.

(9)

Tabel 1 : isotherme resultaten legebuis optiiir

Tin reactie heat duty ~benzeen

( K) tijd ( s) ( kj/sJ (mol/s) 1050 > 1 1

1100 > 1 1

1150 6.17 -323.8 2.560

1200 2.20 -332.5 2.534

Tabel 1a: isotherme resultaten fluïde bed Tin ( K) 1000 1050 1100 1 150 1200 Tabel Tin ( K) 1050 1100 1 150 1200 Tabel Tin ( K) 1000 1050 1 100 1 150 1200

reactie heat duty ~benzeen

I I tijd ( s)

_I

(kJ/s)

_I

(mol/s) > 1 1 > 1 1 > 1 1 > 1 1 10. 15 -293.44 2.470

2: adiabatische resultaten legebuis optie

Tuit reactie ~benzeen ~kool

( K) tijd ( s) (mol/s) ( g / s)

1295 2.221 2.598 19.77

1353 0.791 2.581 20.75

1418 0.306 2.560 19.98

1483 0.129 2.537 20.33

2a: adiabatische resultaten

fluïde bed -D

It.

Tuit reactie ~benzeen

( K) tijd ( s) ( mol/sJ

J

aA

.

> 1 1 1369 4.77 2.540 1409 1 .99 2.517 1448 0.97 2.495 1491 0.48 2.471

~ö

at:.

J~

jo~

(10)

De Kinetiel<.

2.6 BIJLAGE

uitvoer van het fluïde bed

RepürtFile bij DEHAIO: rand gegevens

pagina 1

kj net i sehe db:: .kin eOlllponentf i 1 e: dbe .cin therillof i 1 e obc • tin report ti Ie : dbe .rep

ISOTHERME CONYERSIE eindtijd van de berekening te!llperatüur in 4. 0000 sec 900.000 K temperatliur uit 900.000 K druk in

.

,'".,., bar .i.. \)V\) totale ~Dlen strooI in

ingaande vüiumestrool

totale ~olen stroom liit uitgaande vaiumestroom "'!'7 ,-,t·,. .,j':;. I)'.) ~ :2437.790 : "TQ 'ii i ..) ... .,00 :2842.905 __ i ;_ mUl/~ lIs liIolis lis de K-waarden bij Tuit: 900.000 K

2 3

.

't 5 6 7 1; ol

.

₁₀, 17 18 19 21 26 28 29 7,-, .)1) kt ArCl --) Ar + HCL k2 CH3Cl --) CH4 + HCl k3 C=CCL --) C=C + HCl K4 Hl + C=CCL (--) C-CCl • kS [-CCl. + H2 --) C-CCL + H kb [-CeL- + Hel --} C-CCl + CL l7 H + C=CCL --)

Ic-ceL

+ H2 K8 C=C + H2 (--) C-C '" C-C +H2 --) 2 CH4 ~I: C-C-CeL --) C-C=C +HCL k12 C-C=CCL --} C-CEC + Hel tl3 C=C-CCL --) C=C-C. + CL KI4 C-C=C + H. (--) [-C-C. (met Cl) US C-[=CCL + Hl --) C-C=C + CL.

kib C=C-[ +H.--) C=C + CH3r (met CII

liJ C-C=CCL + H2 --) C-C=C + HCl +H. kl8 C-C=CCL + HCL --) C -C=C + HCL +eL. 1:19 H-[=C + fil --) R-C=C-K20 C-C=C + H2 {--} C-C-C K2i [-C=C + H2 (--) C-C=C k22 C-C=C + Hl ---) C-C--[ (geen CIl (geen Cl) 'geen Ci) k23 C-C=C + MI

---

>

[-C-C. (geen Cl) H2 ( --;. 2 H : I üg 4K ~ + HeL <" - -> CL + H2 : 1 og K .c-c=: + H2 (Hel) --} C-C=C + H (CL) kOültü:?slag ~: --;. C + H2 +HCL fra~tle C=C --) 2 C + H2 1/(sec*[MJ 7.34E-0003 1.38E-0002 1.50E-0003 2.10E+0006 1.47E+0005 3.59E+0006 !.79E+0009 5.80E+0003 1.65E-0005 7.65E-OGOI 1.50E-0003 2.37E-00ü2 1.89E+0006 1.32E+0009 9.76E+0009 1.47E+0005 3.6IE+OOü6 7. 94E+0009 4.94E+0002 8.20E+û005 2.09E+0009 4.17E+0009 1. 36E-001 i 2.67E-0001 , 2.00E-OOOI ., I. 5.00E-0002 7. 5.00E-0001 31 !raktie C4CL6 + 3 H2 --) 4 C + 6 HCl X O.OOE+OOOO datum 29- 5-1989 tijd 14:24:42 dbc 2-6

(11)

2.6 BIJLAGE

uitvoer van het fluïde bed

tijd (sec i Temp (Kl Druk (bar) Delta H (KJ/s) Delta S (J!Ks) conversi e (4) AR-CL 2 CH3CL ~ C4Cl6 .,j

.

CCl2-CCl-C ~ • _CCl-CCl-CCL J 6 CCl-CCl-C 7 C-CCl2-C 8 C-C=CCl2 9 C-CCl=CCl 1(', _CCL2-C=C ,

.

CCL-CCL=C .L ~ 12 CCl-C=CCL 13 C-C=CCl l ' .~ CCl-C=C 1" • .J C-CCl=C 16 C=CCl ."T _-C-CCl

"

..

,

C-CCl-10 19 -C-C=CCl ..,,0, IC-CCl=C ~I) ",

_.c-c=c

u 22 CH4 . ,., C-C .t:.j ." ~~ _c=c 25 ('\-.--~=~ 26 [-C-C ;.1 c-c=c 28 C-C=C 29 CCl-C=C 30 C-C=CCl ~. AR-H ,)1 7·-,

_ROET

.)~ '77 _HCl .,j.,j '7! H2 .,)"t ~" _Cli .,j.J 36 Hl ,. , 02 '7" _CC ·;0 "'Ti: CC2 .... , 40 H20 41 ~I "", n..::. 42 C=CCL2 43 CCl=CCl u _ARCl2 ~~ 0.0000 900.0000 1.0000 -413.4429 1953.0429 0.0000 malis mol/l !.750E+0000 7.179E-0004 8.750E-0001 3. 589E-0004 8.750E-000l 3. 589E-0004 1.750E+0000 7. 179E-0004 3.500E-OOOI 1.436E-0004 3.500E-OOOI 1.436E-0004 3.500E-OOOl 1.436E-0004 3.500E-OOûl 1.436E-0004 3.500E-000I 1.436E-0004 7.100E-0002 2.912E-0005 i. 4û4E +000 I 5.760E-0003 3.104E+OOOO 1.273E-0003 1. l82E +0000 4.849E-0004 7.603E+OüOO 3.119E-0003 4.0000 900.0000 1. 0000 -388.7327 2132.5172 0.3789 liialis lol/l 1.775E+OOOO 7.282E-0004 2.363E-0002 9. 693E-0006 4.438E-0006 1.820E-0009 4. 438E-0006 1.820E-0009 1.819E-0004 7. 460E-0008 4.429E-OOOI 1. SPE -0004 6.402E-OOOI 2.626E-OOÜ4 3.900E-OOOl 1.600E-0004 5.848E-0001 2. 399E-(j004 5.654E-OOOl 2.320E-0004 4.8b3E-00Ol i.995E-0004 4.ó62E-OOOI 1. 9!2E-0004 4.762E-OOOl 1.954E-0004 4.052E-0002 1.662E-0005 1.107E-0001 4.542E-0005 9.497E-0006 3.896E-0009 !.745E-0003 7.157E-0007 6. 967E-0005 2.8S8E-0008 1.464E-0004 6.004E-0008 3.739E-0002 1.534E-0005 2.536E-0003 1.04üE-0006 3.269E-0003 1.341E-0006 4.224E-0003 1. 733E -0006 7. 153E-00û3 2.934E-0006 2. 659E+0000 1. 091 E -0003 5.304E+OOOO 2.176E-0003 :.515E+00Ol 6.213E-0003 2.438E-0010 9.999E-0014 2.606E-0009 1. 069E-0012 3.104E+OOOO i.273E-0003 1. 182E+OOûû 4.849E-0004 7.603E+OOOO 3.1i9E-0003 1.738E-OOü2 7. 128E-0006 6.907E-0002 2.833E-0005

(12)

De Kinetiek

2.6 BIJLAGE 2

uitvoer van isotherme berekeningen aan de legebuis optie

ReportFile bij DEHAIO: rand gegevens pagina 1

kinetische dbe .~in

eOllponentfile: dbc .(in therllofi 1 e dbe .tlï: report file : a:lbi12üO.rep

ISOTHERME CONVERSIE eindtijd van de berekening

temperatuur in teiliperatüür uit druk in

totale molen stroom in ingáande volumestroom

totale molen stroom uit uitgaande volu~estroom 2.2021 :1200.000 : 1200.000 : 10.000 : 105.398 : 1038.086 106.820 : 1052.100 de K-i'iaarden bij Tuit: 1200.000 K

k1 ArCI --) Ar + HCl 2 k2 CH3Cl --) CH4 + HCl 3 k3 C=CCl --) C=C + Hel 4 K4 Hl + C=CCl (--) C-CCll 5 k5 C-CCll + H2 --) C-CCl + H SEC K K bar eol/5 lis lol!s lis b kb C-CCll + HCl --) C-CCl + Cl 7 k7 H + C=CCl --) IC-CCl + H2 8 KB C=C + H2 (--)

c-c

9 ~Q C-C +H2 --) 2 CH4 11 kIl [-[-CeL --} [-C=C +HCL 12 k12 C-C=CCl --) C-C=C + HCl 13 k13 C=C-CCL --) C=C-C. + CL 14 K14 C-C=C +

Hl

(

--

)

C-C-C. (met Cl) 15 k15 C-C=CCl + Hl --) C-C=C + Cli 16 Ui C=C-C Hh--) C=C + CH3. (:net Cl) 17 kl7 C-C=CCL + H2 --} C-C=C +

Hel

+HI 18 kiB C-C=CCL + HCL--} C-C=C + HCL +Cli 19 k19 F:-C=C + Hl --) R-C=C. 20 K20 C-C=C + H2

<

--

>

C-C-[ {geen Cl) 21 K2! C-C=C + H2 < --> C-C=C {geen Cl j 22 k22 C-C=C +

Hl ---

)

C-C.-C (geen Cl) 23 k23 C-C=C + Hl ---> C-C-C. (geen Cl) 25 H2 < --> 2 H : i og ·Ir~ 26 H + Hel < --:- CL .. H2 : 1 Dg K 28 .C-C=C + H2 (HCLI --) C-C=C .. H ICL! 29 kooltoeslag R --) C + H2 +HCL 30 fraktie C=C --) 2 C + H2 31 fraktie C4CL6 + 3 H2 --) 4 C + b HeL , I. J. % 'I. 1/ (seef[Ml 2.30E+OOOl 4.13E+OOOI 2.41E+OOOl 9.52E+OOü3 1. 41E+OOOb 1.10E+OOO7 2.91E+OOO9 4.48E+OOOI 4.09E+OOOO 1.30E+OOO3 2.41E+OOOI 3.40E+OOOl 6.63E+OO03 1.95E+OO09 1. 17E+0010 1. 41E+OOOb 1.10E+OOO7 1. 16E+OOIO 6.26E+0000 2.21E+OO03 1. OOE-0032 6. 17E+0009 1.73E-0008 3.20E-0001 2.!iOE -000 i O.OOE+OOOO O.OOE+OOOO O.OOE+OOOO datum 29- 5-1989 tijd 14: 7: 2 dbe 2-8

(13)

a.8 BIJLAGE a

uitvoer van isotherme berek.eningen aan de legebuis optie

tijü (sec) Temp

on

Drük (bar) Delta H tKJis) Delta S (J/Ks) conversie (~) 2 3 4 " J 6 AR-Cl CH3Cl C4Cl6 CCL2-CCL-C

CCL-cel-ceL

CCl-CCl-C 7 C-CCL2-C 8 9 10 i. I ! C-C=CCL2 C-SCL=CCL CCl2-C=C CCL-CCL=C '-'ï-i ,--_,-',--i L..L..:,...-\..-1.L. ... i 7 ,"" Î'_i"",.; .:.~ l,.-l"-l.,,I..L 14 CCL-C=C 15 C-CCL=C 16 C=CCl 17 -C-CCL 18 C-CCl-19 -C-C=CCL 20 IC-CCL=C 21 IC-C=C 22 CH4 23 C-C " " r"_f'-L't l.-l. 25 C=C 26

c-c-c

' -,"'l ,-. Ï'_r" i.l :"-l.-l.. 28 C-C=C 29 CCL-C=C 30 C-C=CCL 31 AR-H 32 ROET 33 Hel 34 H2 35 CL. 36 Hl 37 û2 38 CO 39 C02 40 H20 42 C=CC~2 43 CCL=CC~ 44 ARCl2 0.0000 1200.0000 10.0000 -632.5003 5790.2827 0.0000 .-, '"'I;'," 4 .:..~v.:.~ 1200.0000 10.0000 -964.9835 5915.0253 0.9999

moils Violfl 1101IS .oli!

1.750E+0000 1.686E-0003 1.026E-0003 9.884E-0007

2.220E-0007 2.139E-0010 8.750E-OOOi 8. 429E-0004 8.750E-OOOI 8. 429E-0004 1.750E+0000 1.686E-0003 3.500E-OOOI 3.372E-0004 3.500E-000! 3. 372E-0004 3.500E-OOOi 3.372E-0004 3.500E-OOO! 3. 372E-0004 3.500E-OOOI 3. 372E-0004

2.776E-OOOI 2.674E-0004 1. 120E+OOOl 1. 079E -0002

2.942E-0002 2.834E-0005 2.976E-0002 2.867E-G005 1.457E-üOO5 1.403E-0008 1.054E-0004 1. OlbE-0007 4. 225E-0005 4.ü70E-OOOa 3.365E-0007 3.242E-0010 3. 262E-0004 3. 142E-00ü7 2.534E+OOOO 2.441E-0003 1.400E+OOOl 1.349E-0002

4.201E+OOOl 4. A7E-0002 2.292E+OOO! 2.208E-0002

5.217E-Oû07 5.025E-0010

2.669E-0006 2.571E-0009

5.051E+OOO! 4.866E-0002 5.051E+OOGî 4. 866E-0002

3.420E-OOOi 3.295E-0004 3.420E-OÜOl 3.295E-0004

2.550E+OOOO 3. 420E-Oü03 3. 550E+OOOO 3.420E-0003

1.709E+OOOG 1.646E-0003 1.709E+OOOO 1.646E-0003

(14)

De Kinetiek 2-10

g.S .êIJL.AGE 2

uitvoer van isotherme berekeningen aan de fluïde bed optie

ReportFile bij DEHAIO: rand gegevens

pagina 1 kinetisc'le cOlllpünentfile: theriÏlüf i ie dbc dbc dbc .kin .cin . tir:

report file : a:fbiI200.rep

ISOTHERME CONVERSIE

eindtijd van de nerekening 10.1530 sec

teillperatuur in :1193.800 V

temperatüur ui t : 1193.800 K

üfü~ li: ,.000 bar

totale ~olen stroom in

ingaanüe vülu~estrDol

totale lolen stroom uit

: 89.982 mOliS

:8816.756 lis

: 88.670 iIIoi/s

üitgaanüEvoiu:T:estrool :8688.172 lis

de K-riaarûen bij Tuit: 1193.8ÜO K

2 7 .;, 6 7 8 ., l ~ 1i ,6 " I1 18 20 21 ;,', .,;.\) U ArCI --) Ar + Hel L2 CH3CL --) CH4 + HCl ~l C=CCL --) C;C + HCl K4 H. + C=CCL (--) C-CCl. k5 C-CCll + H2 --) [-CCl + H kb C-CCll + HCl --) C-CCl + Cl k7 H + C=CCL --) IC-CCL + H2 t~8

c=c

+ H2 {--)

c-c

~~

c-c

+H2 --) 2 [H4 kil [-C-CeL --) C-C=C +HCL kl2 C-C=CCL --\ C-C;C + HCl k13 C=C-CCL --} [=C-C. + CL K14 C-C=C + Hl (--) [-[-Cl (met Cl) kiS C-C=CCL + Hl --) C-C=C + Cli L16 C=C-[ +HI--) C=C + CH31 (met Cl) k17 C-C=CCL + H2 --) C-C=C + Hel +HI ~18 C-C=CCL + HCL--) C-C=C + HCl +Cli kl9 R-C;C + Hl --} R-C=C. K20

c-c=c

+ H2 {--)

c-c-c

(geen Cl) K21

c-c=c

+ H2 ..: --

>

C-C=C (gEEn Cl) in

c-c:::

+ Hl ---) C-CI-[ (geen Cl) t:23 C-C=C + Hl ---':- [-C-C. {geen Cl; k .. Hel < --> C~ + h2 : i Dg K

.

[-c

=

:

+ H2 (HCL~ --)

c-c=c

+ H Kooltoeslag R --) C + H2 +HCL fraktie C~C --) 2 C + H2 l i ' l '. ~l." ... 1 ï. ti (secHMi 2.03E+0001 3.65E+0001 2.07E+0001 1. 04E +0004 1. 36E +0006 1. 08E+0007 2.89E+0009 4.83E+000I :.37E+OOOO 1. 15E+0003 2.07E+0001 3.03E+0001 7.24E+0003 1. 94E +0009 1.16E+0010 1.36E+0006 1. 09E +0007 1. 15E+0010 c.69E+OOOO 2.42E+0003 1.00E-0032 b.13E+0009 1.55E-0008 3.i9E-OOOl 2.00E-üOOl O.OOE+OOOO O.OûE+OOOO ~; fraktie C4CL6 + 3 H2 --) 4 C + 6 HCl % O.OOE+OOOO datum 29- 5-1989 ti jd 15: 44: 19 dbc

(15)

~.S

BIJLAGE

~

uitvoer van isotherme berekeningen aan de fluïde bed optie tijd (sec) Te[;f> (Kj Druk {bar} Delta H (KJIs) Deita S (JiKs) cDnversie (;,) AR-CL CH3CL 7 1''';:; i .. ' L·'tL..LO 5 6 CCL2-CCL-C

ceL -CCl-CCL

CCL-CCL-C 7 C-CCL2-C 8 9 .,\ ~ \; 1i \ 7 I·;' 14 15 16 17 i8 19 20 26 '-,""T L l 28 2S' 30 7\ ~: ;;;1 • 32 :.-, •• )"i 41 42 44 C-C=CCL2 " ",,-.; _("\r·, 1..-:..:..:..-",,:.. CCL2-C=C

ceL

-ceL =:

:

:CL-C=CCL C-C=CCL CCL-C=C C-CCL=C C=CCL .C-CCL C-CCl. .C-C=CCL .C-CCL=C .C-C=[ CH4

c-c

C=C [::C

c-c=c

C-C=C i-,---, ,-'-r· I _.~l. -l,,=\..

c-c::ceL

AR-H HOET HCL

co

~'i:'-' \",U..:. H20 ,-,_,-'r·, .; I.",-l"i.": .. k CCL=CC~ ARCL2 0.0000 1193.BOOO 1.0000 -1200.2641 5(139.0046 0.3789 moiis iliol il 10.1530 1193.BOOO 1.0000 -1493.7004 5045.7048 0.9999 mol/s iAol !I

1. 775E+OOOO 2.013E-0004 1.0IbE-0003 1.152E-0007

2.363E-0002 2.bBOE-0006 7.769E-0008 8.812E-OOI2

4.438E-0006 5.034E-0010 4. 438E-0006 5.034E-0010 1.819E-0004 2.063E-0008 4.429E-OOOl 5.023E-0005 6.402E-OOOI 7.261E-0005 3.900E-OOOl 4.423E-0005 5.848E-ûÛOl 6.633E-OOû5 5.b54E-OOOI 6.413E-0005 4.863E-OOOI 5.516E-0005 4.662E-OOOI 5.288E-0005 4.762E-OOOI 5.401E-0005 4.052E-0002 4.596E-0006

1. 1 07E -0001 1.256E-0005 8.040E+OOOO 9.119E-0004

9. 497E-0006 1.0 ï7E -0009 2. 167E-0002 2.457E-0006

1. 745E-0003 1. 979E-0007 3.737E-OOOl 4.239E-0005

6.96 JE -0005 7.902E-0009

1. 464E-OO!)4 1 . 660E -0008 8.b8IE-OOG? 'i. 84bE-OOI i

3.739E-0002 4.241E-OOOé 1.ü80E-ûOü4 1.225E-0008

2.536E-0003 2.87bE-Qu07 4. 499E-0005 5.103E-0009

3.269E-0003 3.708E-OOOï 2.924E-OOOï 3.317E-OOll

4.224E-0003 4.791E-OOOï 3.509E-0004 3. 980E-0008

7. 153E-0003 8.113E-0007 2.470E+OOOO 2.802E-0004

5.304E+OOOO 6.0 lbE -OO(l4 1.400E+OOOI 1.588E-0003

2.536E+OOOi 2.876E-0003 1.059E+OOOI 1.201E-0003

i.438E-001G 2.765E-OOI4 1.996E-0006 2.264E-0010

2.606E-0009 2.956E-0013 4.735E-0006 5.370E-0010

6.871E+OOOO ï.793E-0004 6.87iE+OOOO 7.7'i3E-0004

~ ,~!f r .'""1('"

~. I1 'IC;. VV~\) 5. 868E-0004 5. 174E+OOOO 5.868E-0004

2.424E+OOOl 2. 74'iE-0003 2.424E+uOOl 2.749E-0003

1.689E+OOOl 1. 916E -0003 1. 689E +0001 1.916E-0003

1. 738E-OOC2 1. 'i71E-ûü06

(16)

De Kinetiek. _2-12

~ I

ft

IlUJL.AtU

~

uitvoer van adiabatische berekeningen aan de lege buis optie

ReportFile bij DEHAIO: rand gegevens

pagina 1

kinetische dbe . kin

cOloonentfile: dbc .ein

tiierll:cfi Ie dbc . tin

report file : a:lbaI200.rep ADIABATISCH CONVERSIE

eindtijd van de berekening

temper atuur in 0.1285 : 1200.000 sec .,. t,

teülper atuur ui t :1484.390 K

oru,: in : 10.000 bar

totale molen strooID in

Ingaande voluffiestrooÜJ

totaie molen stroom uit

uitgaande voluffiestroom : 105.398 : 1038.086 : 108.521 : 1068.849 mails 1/;: lIIo1/s lis

de K-waarden bij Tuit: 1484.390 K

2 ,

.,

6 7 8 " 11 i2 kl ArCI --) Ar + HCl k2 CH3Cl --) CH4 + HCl k3 C=CCl --i C=C + HCl 1:4 Hl + C=CCL {--) [-CCll k5 C-CCll + H2 --i C-CCl + H kb C-CCll + HCl --) C-CCl + Cl kJ H + C=CCL --) IC-[Cl + H2

K

B

C=C + H2 (--) C-C 19 ~-C +H2 --) 2 CH4 kil [-C-CeL --I C-C=C +HCL kl2 C-C=CCL --) C-C=C + HCl k13 C=C-CCL --) C=C-[I + Cl 14 KI4 C-C=C + Hl (--) C-C-CI (met Cl) 15 16 17 i ,-, IC , n 10 20 21

.,,,

1...1 26 28 2S' 30 7i ,,)1 k15 C-C=CCL + Hl --) C-C=C + Cli Ub C=C-C +HI--) C=C + CH31 (met Cl) k17 C-C=CCL + H2 --) C-C=C + HCl +H. kl8 C-C=CCL + HCL--) C-C=C + HCl +el. kl9 R-C=C + Hl --) R-C=C. 1:20 C-C=C + H2 < --, C-C-C (geen Cl) K21 C-C=C + H2 (--) C-C=C (geen Cl) kZ2 C-[=C + Hl ---) C-CI-C (geen Cl) kZ3 [-C=C + Hl ---) [-C-CI (geen Cl) H2

<

--

> 2 H : 1 og ~K ti + HeL < --:- CL + H2 : log K IC-C=C + H2 (Heli --, c-c=c + H (CU kooltoeslag R --) C + H2 +HCL fraktIe C=C --i 2 C + H2 fraktie C4CL6 + 3 H2 --) 4 C + 6 HCl i: .; Jo

.

I. 'i. 1/ isect[Kl 2.35E+OO03 4. 12E+0003 6.29E+OO03 4.29E+OO02 5.19E+OOO6 2.09E+OOO7 3.86E+OOO9 2. 87E+OOOO 5.17E+OOO3 9.31E+0004 6.29E+OOO3 2.22E+OOO3 2.70E+OO02 2. 44E+0009 1. 29E+OOI0 5. 19E+0006 2.10E+0007 1. 44E+OOI0 5.33E-0001 7.72E+OOOI I.OOE-0032 7. 72E+0009 1. 01E-0006 3.55E-OOOl 2.00E-OOOl 4.70E-OOOI 5.50E+0000 O.OOE+OOOO datum 29- 5-1989 tijd 14: 2:54 dbc

(17)

2.6 BIJLAGE 3

uitvoer van adiabatische berekeningen aan de lege buis optie

tija (sec! Temp (n Druk (ban Delta H {~J;s) Del ta S {J/Ks} AR-CL -, CH3C~ :' C4CL6 ,

..

., I r; c 10 12 13 14 15 16 ,., 1/

lB

,r; 17 20 22 '" ~

..

CCL2-CCL-C CCl-CCL-CCL CCL-CCL-C C-CCL2-C j. r-_, .... ï-I .-, ~-~-L.:""~ C-CCL=CC~ ,""ri·' ,- _,-. \"I,.,L,..!.-t,.-! ... CCL-2CL-w CCL-C=CCL C-C=CCL i"r-. r·_,-, ~~L-L.-~ C-CCL=C C=CCL -C-CCl .C-C=CCL .C-CCL=C -C-C=C CH4 25

c=c

27 . ~.-, ~c 30 31 36

c-c-c

c-c

=c

c

-c=c

CCL-C=C ;. ("\-l"', .... i L,-l.=l"l..L AR-f{ ROET

HeL

Hl 37 02 38 41) CO C02 H2D 1.;.-, rt.:: . . ,.-, ,,_ r - i'; ~: "t.... L,-L,L..L..::. o! "'T ,-,,-., _,-',-'1 .,~ L.~L-L.~~ 44 ARCL2 0.0000 1200.0000 10.000!) -632.5003 5790.28T 0.0000 mei Is 0.1285 1484.3899 10.0000 -599.1920 6125.4938 0.9999 molis moi ii

1.750E+0000 1.686E-00D3 1.161E-0003 1.118E-0006

3.576E-0007 3.445E-0010 8.750E-000I 8. 429E-0004 8.750E-000I 8. 429E-0004 1.750E+0000 1.686E-0003 3.500E-0001 3.372E-0004 3.500E-0001 3.372E-0004 :.500E-0001 :.372E-0004 3.5ûOE-OOOl 3.372E-0004 3.500E-0001 3.372E-0004

2.776E-000! 2. 674E-0004 9.59IE+0000 9. 239E-0003 4. 180E-0004 4.027E-0007 5.760E-0003 5.549E-0006 1.500E-0006 1.445E-0009 1.113E-0004 !.072E-0007 4.10IE-0005 3. 950E-0008 2.796E-0007 2.694E-0010 2.121E-0004 2.043E-0007 2.537E+0000 2.444E-0003 1.694E+0000 1.632E-0003 1.400E+0001 1.349E-0002

4.201E+0001 ~.047E-0002 2.627E+0001 2.531E-0002

3.144E-0005 3.029E-0008

1.662E-0004 1.60IE-0007

5.05IE+0001 4. 866E-0002 5.051E+OOOI 4.866E-0002

3.420E-OOOl 3. 295E-0004 3.420E-OOOl 3.295E-0004 3.550E+OOOû 3. 420E-0003 3.550E+OOOû 3.420E-Oû03

1.709E+OOOO l.646E-0003 !.709E+000G 1.646E-0003

(18)

De Kinetiek

~,ê ~tJL.A~~

:l

uitvoer van adiabatische berekeningen aan de fluïde bed optie

ReportFile bij DEHA!O: rand gegevens

pagina i kinetische cOlllpünentfiie: therliof iÎ e dbc dbc dbe .hn .Cln .tin

report filE : a:fbaI200.rep

AnIABATISCH

CONVERSIE

eindtijd van de berekening

temperatuur in 0.4769 sec :1193.800 temperatuur uit :1490.977 druk 1;, ; ,."."., .L I \JVV : 8_.Q _{. .}MV' _7C~

totale ~ojen stroü~ in

ingaan~e volurnestrOOili

totale molen stroü~ uit

uitgaande yolumestroüm :8816.756 : 88.860 :8706.771 de K-wcicirden bi j T ui t: 1490.977 K kt ÄrCI --;. Ar + HCl 2 k~ CH3CL --) CH4 + HCl J k3 C=CCL --) C~C + Hel 4 K4 Hl + C=CCL (--) C-CCll 5 k5 C-CCll + H2 --) C-CCl + H 6 kb C-CCLI + HeL --) C-CCL + CL 7 kj H + C=CCL --J~

Ic-ceL

+ H2 8 }~8

c=c

+!-:2 {--) C-C ~Q C-C +H2 --) 2 CH4 11 kl1 [-C-CeL --) C-C=C +HCL 1~ k12 C-C=CCl --) C-C,:[ + HCl 13 kl3 C=C-C[L --) C=C-CI + CL ~~ I/ t, bar woifs lis lolis lis 14 ~,i4 C-C=C + Hl {--) C-[-CI (met Cl) '" 1-' 16 lï kl5 C-C=C[l + Hl --) C-C=[ + Cli

kib C=C-C +HI--) C=C + CH31 (met Cl! kIl C-C=CCL ~ H2 --) C-C=C + HCl +HI 18 kiB C-C=CCL + HCl--) C-C=C + HCl +Cli 19 ki 9 F:<~C + H. --> R-C=C I 20 K20 C-C=C + H2 (--> C-C-C (geen Cl; 21 K21 C-C=C ;. H2 (--) C-C=C tgeen Cl) 22 k2~ C-C=C + Hl ---) [-C.-[ (geen ei) 23 k~3

c-c=

c

+ H. ---) C-C-C. (geen Cl j 25 H:

<

--

>

2 H :iüg JK 26 !-: +HCL ·:·--> CL+H~ :lüg K 28 iC-C=C + H2 (HeL) --) C-C=C + H 29 kDültüesl ag R --> C + H2 +HCL 30 fraktle C=C

--

>

2 C + H2 31 fraktie C4CL6 + 3 H2 --) 4 C + 6 Hel dcitum 29- 5-1989 tijd 15:36:38 dbc 11 (seCf:[l'Il 2.56E+0003 4. 49E+00û3 6.98E+û003 4.05E+OOO2 5.32E+û006 2.12E+OOO7 3.88E+OOO9 2.73E+üOOO 5.91E+OOO3 1. 0IE+OOO5 6.98E+OOO3 2.39E+OO03 2.54E+OOO2 2. 45E+0009 1. 3ûE+OO10 5.32E+OO06 2.13E+OOO7 1. 45E+0010 5.09E-OOOI 7.25E+OOOI 1.00E-0032 7.ï6E+OOO9 I.09E-0006 3.56E-OOOI 2.0üE-OOOI 'l. O.OOE+OOOO 7. O.OOE+OOOO

..

O.OOE+OOOO 2-14

(19)

2.8 BIJLAGE 3

uitvoer van adiabatische berekeningen aan de fluïde bed optie ti jó (sec) Tellp (Ki Druk (bar) Delta H (KJ I s) Del ta 5 (J/Ks) conversie (1.) 2 7 -' 4 5 6 ï 8 :~ 11 ... ,"-13 14 15 16 . 7 11 18 19 20 21 22 23 26 .... 7 .:..: 28 7.-. -.J'.,,' 7 • .;" 32 34 .,,, .J"; 36 38 40 " 't't

AR-CL

CH3CL C4Cl6 eCL2-CCL-C CCl-CCl-CeL CCl-CCl-[ C-CCL2-C C-C=CCl2 C-CCL=CCL ,-·,-·t .-, , .... _r :"L..L~-l..-L. CCL-CCL=C r,-·; ,-·_rri I..:..L-I,.,-\.r\..L.. [-C=CCL CCL-C=C C-CCL=C C=CCl .C-CCL C-CCl. .C-C=CCL .C-CCL=C .C-C=C CH4 C-C

c=c

,-. ,-. ,-. i..-I..-~ CCL-C=C C -C~CCi..

AR-H

ROET

HeL

H2 Hl 02 CO C02

H2J

ti2 i'_r".-'i '"". t."-l,,l,,:"":' CCL=CCL ARCL2 0.0000 1193.8000 1.0000 -1200.2641 5039.0046 0.37B9 iIIoiis 0.4769 1490.9768 1.0000 0.9999 IlIOUS 11101/1

1.775E+OOOO 2.013E-0004 1.012E-DC03 1.147E-0007

2. 363E -0002 2. 680E -0006 I. 023E-0007 i. 160E-OO 11

4.438E-0006 5.034E-0010

4.43BE-0006 5.034E-0010

1.819E-0004 2.063E-0008

4.429E-OOOi 5.023E-0005

6.402E-OOOl 7.261E-0005 3.900E-OOOl 4.423E-0005

5.848E-OOOi 6.633E-0005 5.654E-0001 6.413E-0005 4.863E-0001 5.516E-0005 4.662E-OOOI 5.28BE-0005 4.762E-OOOi 5.401E-0005 4.052E-0002 4.596E-0006

1.1D7E-00OI 1.25bE-ûOO5 7.B04E+OOOO 8.B52E-0004

9. 497E-OOOb 1.077E-0009 1.7!7E-0003 1.947E-0007

1.745E-OOO: 1.979E-0007 5.094E-OOOI S.778E-GOO5

6. 'i6 7E -üOOS 7.902E-0009

1.464E-OüC:4 1.660E-0008 i. 144E-0007 i.297E-OOll

3.739E-OOû2 4.241E-0006 1.818E-0004 2.062E-0008

2.536E-0003 2.87óE-0007 6.794E-0005 7.706E-0009

3.269E-0003 3.708E-0007 3.826E-0007 4.340E-OOll

4.224E-0003 4.791E-0007 3.493E-0004 3.962E-0008

ï.153E-0003 8.113E-0007 2.4 ï 1 E ·00')0 2.803E-0004

5.304E+OOOO 6.016E-0004 1.403E+OOOl 1. 591 E -0003

2.536E+OOOi 2.876E-0003 1.0g7E+OOOl 1. 233E -0003

2.438E-0010 2.765E-0014 1.534E-0004 1.740E-OOOB

2. 606E -OOO'i 2.'i5bE-0013 3.346E-OOü4 3.795E-0008

6.871E+00OO 7.793E-0004 6.871E+OOOC; 7.793E-0004

5. 174E+OOOO 5.868E-0004 5.î74E+OOOO 5.868E-0004 2.424E+OOOl 2.749E-0003 2.424E+OOOl 2. 749E-0003 i. 689E tOOG l i. 916E-0003 1. 689E "00(, 1 1.916E-0003

1.738E-0002 i. 971 E -0006

(20)

Hoofdstuk 3 DE FLUIoE BED-REACTOR 3.1 De Reactorconfiguratie 3.2 Simulatiegegevens 3.3 ASPEN-opzet 3.4 Resultaten ASPEN-simulaties 3.1 De Reactorconfiguratie

- '

o7/JE

s

De basis van deze reactor-configuratie is natuurlijk een fluïde

bed-reactor. Deze wordt op een temperatuur van 900 K bedreven

om een redelijke conversie te bereiken. Deze conversie bedraagt

30-40 % van de chloor, gebaseerd op een kinetiek-model

(hoofd-stuk 2). Omdat niet alle chloor wordt omgezet in het fluïde bed moet een buis-reactor worden nageschakeld. Hierin vindt de rest van de omzetting plaats.

In het fluïde bed wordt kool gevormd (volgens kinetiek-model

35 gis C). Aan genomen wordt dat deze kool zich op het

bed-materiaal afzet. De kool wordt afgebrand in de regenerator. De

afgassen uit de regenerator moeten de inlaatstroom voor de

buisreactor op de juiste temperatuur brengen (eerste aanname:

1100 K). Oe koolafbrand alleen levert hiervoor niet voldoende

warmte. Daarom wordt methaan bijgestookt. Dm de vereiste

buis-inlaat temperatuur te bereiken moet de regenerator-temperatuur

1400-1500 K bedragen . Het fluïde bed wordt middels een

circula-tie van bedmateriaal op zijn temperatuur van 900 K gehouden.

Voor de dechloreringsreacties is waterstof nodig. Als

water-stofbron wordt steam reformer-gas uit methaan aangenomen. Voor

een redelijke samenstelling van dit reformer-gas is een

tempe-ratuur van 1200 K en een druk van 10 bar nodig. Dit

reformer-gas wordt toegevoerd in een verhouding H2 :CI van 1:1 aan het

fluïde bed, en, in een verhouding H2 :Cl van aan de buisreactor O:4

(-dit i.v.m. het verloop van de reactie-).

Het fluïde bed heeft het voordeel van flexibiliteit, maar het

zet niet alle chloor om. Daarvoor is een buisreactor

nage-schakeld. De ingangstemperatuur van deze reactor is gesteld op

1100 K. De uitgangstemperatuur van deze adiabatische reactor

bedraagt dan 1425 K. Er is aangenomen dat er in de buis geen

kool gevormd wordt. De opbrengsten van benzeen en etheen uit de buisreactor zijn gebaseerd op het kinetiekmodel (hoafdatuk 2).

Behalve de steam-reformer werkt het geheel bij een druk van

atm. Voeding, methaan en lucht worden bij deze druk en een

temperatuur van 300 K toegevoerd.

De invloed van de volgende procesvariabelen is bekeken: -koolvormingssnelheid

-buisinlaattemperatuur.

Deze beschouwingen zijn opgemaakt aan de hand van de flowsheet-simulator ASPEN.

(21)

3.2 Simulatiegegevens Gestelde eisen:

temperatuur fluïde bed-reactor: temperatuur buisreactor, ingang: He/Cl-verhouding fluïde bed-ingang: He/Cl-verhouding buisreactor, ingang: De-concentratie regenerator-uitgang: temperatuur steam-reformer:

druk steam-reformer:

HeO/CH4 -verhouding, steam ref.-voeding:

druk overal, behalve steam-reformer: temperatuur voeding, methaan, lucht: warmtehuishouding fluïde bed-reactor: warmtehuishouding regenerator: warmtehuishouding steam-reformer: warmtehuishouding buisreactor: 900 K 1100 K 1 : 1 3: 1 ±O 1200 K 10 bar 3: 1 1 bar 300 K isotherm adiabatisch isotherm adiabatisch bijstel-variabelen voor het kloppend maken v.h. flowsheet:

-luchttoevoer aan de regenerator -circulatie-snelheid bedmateriaal -productie van synthese-gas

vastliggende stromen (bij normaal bedrijf) voeding naar fluïde bed:

syn-gas naar fluïde bed: methaan naar regenerator: koolvorming in fluïde bed: kool vorming in buisreactor:

0.85 kg/s

26 mol/s

2 mol/s

35 gis

(22)

f7"ItItlllVl lucllrl De Fluïde Bed-Reactor reggas ------... reg-split regen re{}~l!Jsr regmix KJ--:----reç;kool prereg kool /~ ~ .v:.J . '-----_.!

1 flUlde bed reactor zalxt kOpI

G

fl-spilt ----.----. ---voecfll?{} fl9l!JS sr-split syngas stref

:0

....

srvoea reggas 2 regenerator 3 stearrreformer Fig 3.1 De Configuratie met ASPEN-opbouw buis-mix buis-in buis bUls-uit OOIsvoed buisprod 4 buis reactor 3.3 bypass

(23)

3.3 ASPEN-opzet Fluïde bed-reactor:

De fluïde bed-reactor is in ASPEN gemodelleerd als een

yield-reactor (RYIELD). Het BLoCK RYIELD draagt de naam FLUID. In dit BLoCK gaan de stromen VOEDING en SYNGAS1 binnen. De met een

ki-netiek-model opgestelde opbrengsten bepalen de samenstelling

van de uitgaande stroom FLUIDUIT. Het hete afgebrande

bedmate-riaal uit de regenerator wordt als stroom REGVAST daarna in het

BLoCK MIXER FLMIX, toegevoegd aan de stroom FLUIDUIT. De

uit-gaande stroom FLPRoD wordt in het BLOCK SPLITTER FLSPLIT

opge-splitst in de 3 stromen KOOL, ZAND en FLGAS. Deze 3 stromen en

de stroom FLPROD hebben als temperatuur de temperatuur van het

fluïde bed: 900 K. FLUIDUIT heeft dezelfde gassamenstelling als

FLGAS en FLPROD, maar nog niet de juiste (bed)temperatuur. Regenerator:

De regenerator is gesimuleerd in ASPEN als een adiabatische

evenwichtsreactor: BLoCK RGIBBS REGEN. Er gaat een inerte

com-ponent door de regenerator: kwarts, dat is genomen als

bedmateri-aal. In het na het BLOCK RGIBBS REGEN volgende BLOCK

SPLITTER REGSPLIT wordt dit kwarts als stroom REGVAST uit de

regenerator-product stroom REGPROD afgesplitst. REGVAST wordt

teruggevoerd naar het fluïde bed. De afgassen REGGAS gaán naar

de buisreactor.

Voor het BLOCK RGIBBS REGEN komt een BLoCK RYIELo PREREG. Dit

BLOCK zet de gedefinieerde kool (CH o . e ) om in de conventionele

componenten C en H2 . Een BLoCK RGIBBS kan namelijk alleen

werken met conventionele componenten . De uitgaande stroom van

het BLoCK RYIELD PREREG heeft de naam REGKOOL.

Na PREREG worden de stromen REGKOOL, METAAN, LUCHT1 en ZAND

op gemengd in een BLDCK MIXER REGMIX. De uitgaande stroom heeft

(24)

De Fluïde Bed-Reactor 3.5 I I FLJ GAS KOOL

...,

_....

--

7 FLSPLIT /1

_...

~

'"

ZAND J~ FL PROD REGVAST

1

FLMIX

I

f

FLUIDIUIT

I

I I FLUIO I

j

f

I VOEDING ISYNGAS1 I Fig . 3.2 A8PEN-opzst Fluïde Bsd --- - -

(25)

-METAAN JI' REGSPLIT J~ REG PROD REGEN JI\ REG VOED REGMIX 11' R E G K 0 0 L LUCHT1 41' 41' Fig. 3.3 ASPEN-opzet Regenerator REGVAST ZAND KOOL PREREG ~

(26)

De Fluide Bed-Reactor 3.7

Steam-reformer:

De steam-reformer is gemodelleerd door een isotherme

even-wichtsreactor BLOCK RGIBBS STREF. De ingaande stroom SRVOED is

een mengsel van methaan en stoom in een verhouding CH4 :H20=1:3.

Het syngas wordt na STREF in het BLOCK SPLITTER SRSPLIT

opge-splitst in de stromen SYNGAS1 en SYNGAS2. Deze gaan naar het

fluïde bed resp. de buisreactor. Buisreactor:

De buisreactor is in ASPEN gemodelleerd door een adiabatische

evenwichtsreactor BLOCK RGIBBS BUIS. Oe in- en uitgaande

stromen INBUIS resp. UITBUIS bevatten niet de componenten CO en

CO2 . Deze worden afgesplitst als stroom BYPASS in BUISIN en

weer opgemengd BUISUIT. CO en Co2 reageren namelijk niet in de

reële buisreactor. Voor BUISIN wordt in BUISMIX de stroom

BUISVOED opgemengd uit de stromen SYNGAS2, REGGAS en FLGAS. De

uiteindelijke product stroom BUISPROD gaat richting

scheidings-trein. ~ "' SYNGAS1 SYNGAS2

I

1

SRSPLIT I~ SYN GAS STREF I~ SR VOED Fig. 3.4 ASPEN-opzet Steam-reformer ~ r

(27)

SYNGAS2 J~ BUIS PROD UITBUIS ~~ UIT BUIS BUIS

'"

IN BUIS BUISIN 'I~ BUIS VOED BUISMIX

f

' \

r

REG( AS Fig. 3.5 ASPEN-opzet buisreactor

--FLGAS B Y P A S S

(28)

Oe Fluïde Bed-Reactor 3.10

Vervolg 5troomtabellen

J

stroomnummer 9 10 6

/

A5PEN-naam VOEDING FLGA5 REGGA5

HI2 [mol/s]

_I

0.0

_I

15.707

_I

1.488

CH4 0.0 0.0 2.6 E-8 ArCI 1 .756 1 .933 0.0 oCPaan , .756 0.0 0.0 oCPeen 1 .756 2.779 0.0 TCPaan 1 .756 0.0 0.0 MCPeen 0.0 0.967 0.0 HCI 0.0 5.558 0.0 Benzeen 0.0 0.0 0 .0 Etheen 0.0 0.0 0.0 TOTAAL [mol/sJ 7.026 39.268 30.007 (k.g/sJ 0.85 1 . 1203 0.8057 TEMP [ KJ 298 900.4 1443.7 DRUK [ barJ 1 1

,

MOLGEW . [ g/molJ 120.987 28.530 26.853 ( vloeistof)

(29)

3.4 Resultaten ASPEN-simulaties:

Stroomtabellen:

De stroomnummers zijn dezelfde als die in het flowsheet .

7.603

_I

CH₄ ₀_.₀₇₁ TOTAAL [ mol/s] 26.000 [kg/sJ 0.3053 TEMP [ K] 1200 DRUK [ bar] 10 MOLGEW. [ g/mol] 1 1 .745

(30)

De Fluïde Bed-Reactor 3. 1 1

Vervolg Stroomtabellen

15.498

_I

CH₄ 0.041 ?O?? ArCI 1.933 0.0 DCPaan 0.0 0.0 DCPeen 2.779 0.0 TCPaan 0.0 0.0 MCPeen 0.967 0.0 HCI 5.558 14.016 Benzeen 0.0 2.500 Etheen 0.0 0.400 TOTAAL [ ma I Is] 84.449 83.371 [ kgl s] 2.1043 2. 1043 TEMP [ K] 1099.9 1424.5 DRUK [ bar] 1 1 MOLGEW. [ g/molJ 24.918 25.241

(31)

stroomnummer 7 8

ASPEN-naam REGVAST KOOL en ZAND

zand ( SiOIZ; [ IqU

9J

0.7978 0.7978

roet 0.0 0.0350 C [ molis] 0.0 2.800 H 0.0 1 .400 TOTAAL [kgis] 0.7987 0.8315 TEMP [ K] 1443.7 900.4 DRUK [ bar] 1 1 MOLGEW. [ g I mo 1] 60.085

-DICHTHEID [ g i l ] 2648.3 1382.3 ( vast) ( vast) Toelichting stoT-aTkortingen ArCl monochloorbenzeen DCPaan dichloorpropaan DCPeen dichloorpropeen TCPaan trichloorpropaan MCPeen monochloorpropeen

(32)

De Fluïde Bed-Reactor 3.13

De berekende stromen zijn vermeld in de stroomtabellen.

De bijstel-variabelen convergeerden naar de volgende waarden:

luchttoevoer regenerator: 0.74 kg/s

circulatie bedmeteriaal: 0.80 kg/s

syn-gas naar buisreactor: 15.2 mol/s

In de regenerator verbrandt alle kool en wordt alle zuurstof

verbruikt (0 2 < 10-10 _molls _aan _uitlaat) _{De CO/C02-verhoudina}

uit de regenerator liat op 1.14. Alle methaan is in de

regene-rator opgebrand. De uitlaat-temperatuur van de regenerator is

1444 K. De buisreactor heeft een eindtemperatuur van 1424 K.

De totale massastroom aan het einde van de buisreactor bedraagt

2.10 kg/s. De totale syn gas-behoefte bedraagt 41.2 molis.

Hiervoor is 6.9 mol/s methaan nodig. Samen met de methaan voor de

bijstook in de regenerator komt dat op 8.9 molIs.

Variatie in de koolvormingssnelheid levert het volgende op. Bij

nagenoeg geen koolproductie zal de toevoer van methaan in de

regenerator aan de regenerator moeten worden opgevoerd naar

± 3 molls om de vereiste regenerator-eindtemperatuur te halen .

Een verdubbeling van de koolproductie (± 70 gIs) betekent een

vermindering van de methaantoevoer tot ± 1 molIs.

De effecten van variatie in de buis-inlaat temperatuur is bekeken

om de invloed hiervan op de regenerator-uit laat temperatuur en de

temperatuur aan de buisuitlaat te bekijken. De waarde van de buis-inlaattemperatuur, die volgt uit het kinetiek-model (hoofdstuk 2), was tijdens de simulatie nog onzeker.

(33)

Stroomtabellen

Oe stroomnummers zijn dezelfde els die in het flowsheet.

stroomnummer 2 3 4

-+f

Het Fluide Bed 3-T 2

15.498

_I

15.498

_I

CH4 0.041 ?o?? ArCl 1 .933 0.0 oCPaan 0.0 0.0 oCPeen 2.??9 0.0 TCPaan 0.0 0.0 MCPeen 0 .96? 0.0 HCl 5.558 14.016 Benzeen 0.0 2.500 Etheen 0.0 0.400 TOTAAL [mol/sJ 84.449 83.3?1 [ kg/s] 2. 1043 2. 1043 TEMP [ K] 1099.9 1424.5 DRUK [ bar] 1 1 MoLGEW. [ g/mol] 24.918 25.241

(36)

Het Fluide Bed _{3-T 4}

stroomnummer 7 8

ASPEN-naam REGVAST KOOL en ZAND

zand ( SiO e ) [ke/sJ 0 .7978 0.7978

roet 0.0 0.0350 C [ mo 1/ sJ 0.0 2.800 H 0.0 1 .400 TOTAAL [kg/sJ 0.7987 0.8315 TEMP [ KJ 1443.7 900.4 DRUK [ bar] 1 1 MOLGEW. [ g/mol] 60.085

-DICHTHEID [ gj 1] 2648.3 1382.3 ( vast) ( vast) Toelichting stof-ofkortingen ArCl - monochloorbenzeen DCPaan dichloorpropaan DCPeen dichloorpropeen TCPaan trichloorpropaan MCPeen monochloorpropeen

(37)

4. 1 Inleiding 4.2 Oe Vergasser 4.3 De Reaktor 4.4 Keuzes 4.5 Resultaten 4.6 De Pelletizer 4.1 Inleidina

De lege buis configuratie bestaat uit een olie vergasser die de benodigde waterstof maakt en een reaktor waarin het dehalogene-ringsproces plaatsvindt. Na de reaktor gaat het produktgas naar

de HCI opwerkingseenheid. Het roet dat ontstaan is wordt

daarbij afgescheiden als olie/roet pellets die worden gemaakt

in een pelletizer. De vergasser wordt gevoed door zware

stookolie, zuurstof en stoom. Daarnaast wordt de gevormde

benzeen teruggevoerd naar de vergasser, evenals de gevormde

roetpellets, die in de olie gehomogeniseerd kunnen worden.

4.2 Oe Verieaaar Beschrijving:

In de vergasser worden

vermengd, waardoor een

geoxideerd wordt:

olie deel

en zuurstof intensief met elkaar

van de koolwaterstoffen geheel

(n + m/ 4) O2

--->

n CO2 + m/2 H20 (1)

Deze reaktie is sterk exotherm en verloopt snel. De brander is

zo geconstrueerd dat een recirculatiewervel ontstaat. Door de

retourwervel wordt de ontwikkelde warmte teruggevoerd en een

goede menging van de zuurstof en de verdampte olie verkregen

met de verbrande gassen. De vrijkomende warmte wordt gebruikt

om het gasmengsel tot reaktietemperatuur (1300-15000_C) _{op te}

warmen en om de hieropvolgende, endotherme vergassingsreakties

te laten verlopen:

--->

Berekening:

ASPEN model: RGIBBS

Werking: Minimalisatie van

uitgaande stroom.

de

n CO + (n + m/2) H2 ( 2)

2n CO + m/2 H2 ( 3)

Gibbs vrije energie van de

Aannamen: Omdat de temperatuur in de vergasser hoog is zal de

uitgaande stroom bij benadering in evenwicht zijn.

Ingaand: water (519 K), zuurstof (509 K, _{met 5% Nz ), olie (509}

K), benzeen (509 K) en roet (509 K), allen onder 31.5

(38)

De Lege Buis Reaktor 4-2

en Vogel (1963). De olie heeft een bruto

samenstel-ling C21.1eH33.9Do.o24No.oeeSo.33 (ontleend aan Le

Clercq (1970)

Uitgaand: CD 2 , CD, H2, CH 4 , N2 , H2 S, H2 0 en roet. De reaktor

wordt adiabatisch verondersteld. Vergelijking met de literatuur:

Het vergasser model is gebruikt om de resultaten van Shell (ter

Haar en Vogel, 1963) te reproduceren. Als voeding wordt

genomen:

0.691 kgls olie 0.741 kgls zuurstof 0.277 kgls stoom

Na sealing van de resultaten van de Shell vergasser zou de

opbrengst 42 mails waterstof moeten zijn . Dit is de vereiste

3:1 overmaat ten opzichte van de 14 mol chloor in de voeding.

De resultaten van de Shell vergasser staan in tabel 1, evenals

de resultaten van ASPEN. Vooral opvallend is dat er geen roet

gevormd wordt. Daarom is een tweede simulatie uitgevoerd

waarbij de roetproduktie op 20 gis (1.67 molis) is vastgelegd.

De resultaten staan in tabel 1.

Tabel 1 . Vergelijking van de Shell vergasser met de resultaten van ASPEN.

Produkt Shell ASPEN 1 ASPEN 2

( Mails) geen roet met roet

volgens het evenwicht geen roet geproduceerd zou worden, is de

roetproduktie vastgelegd op 20 gis.

4.3 De Aeektor

De reaktiekinetiek kan worden berekend met

Pascal) programma. Daarin worden CO 2 , CO,

inkomend roet als inert verondersteld. Voor

ASPEN worden deze stromen via een bypass om

geleid en met de reaktieprodukten opgemengd .

een apart (Turbo-N2 , H2 S, H2 0 en

de berekening in de reaktor heen

Uit de reaktor komen nu dus vijf komponenten met drie soorten

atomen. Deze vijf komponenten zullen niet met elkaar in

(39)

Oe Lege Buis Reaktor 4-3

modelleren, mits er voldoende uitgaande molstromen opgegeven

worden. HCI is de enige komponent met chloor, waardoor deze

stroom vast ligt. Als van de andere vier uitgaande stromen er

twee opgegeven worden ligt de produktstroom vast. Deze stromen

moeten met het kinetiekprogramma bepaald worden. Oe Gibbs

reaktor wordt nu dus niet gebruikt om een evenwicht uit te

rekenen, maar alleen om de atoombalansen kloppend te maken. Het

ligt voor de hand om voor 'de vast te leggen stromen roet en

benzeen te nemen omdat deze stromen bij volledige conversie

vrijwel constant zijn.

ASPEN model: RGIBBS

Werking: Ingaand: Minimalisatie van uitgaande stroom. H;;!, CH4 , HKW, temperatuur. allen de Gibbs vrije onder 10 bar

Uitgaand: roet, H2, CH4 , benzeen en HCI .

adiabatisch verondersteld.

4.4 Keuzes:

energie van de

en met 2;elijke

De reaktor wordt

Er zijn vier stromen te kiezen, de water, zuurstof en olie

voeding van de vergasser en de extra water stroom na de

vergasser. Met deze vier vrijheidsgraden zijn vier grootheden

vast te leggen. De volgende keuze is gemaakt:

1 - De reaktor voedingstemperatuur is vastgelegd op 1100 K.

Bij een te lage begintemperatuur zal de reaktor niet op

gang komen en bij een te ~ begintemperatuur zal de

produktstroom erg warm worden, / wat extra problemen geeft

in de opwerking. /~/~

2 - De vergasser moet 42 mol waterstof per seconde maken . Dit

is de 3: 1 overmaat voor de 14 mol chloor in de voeding.

3 - Oe temperatuur in de vergasser moet

15000 _C _li~~en_{om er voor te zor2;en dat}

ties verlopen. Gekozen is voor 1400 o C.

tussen de 1300 en

de

veraas9in~9reak-4 - Als laatste is gekozen om de totale massastroom door de

reaktor te minimaliseren. Dit vergemakkelijkt de

(40)

Oe Lege Buis Reaktor 4-4

In figuur 1 is een schema gegeven van de blokken en stromen die

in de Aspen simulatie gebruikt zijn. Omdat de inerte

componen-ten uit de reaktorvoeding via een bypass om de reaktor heel

geleid worden is de eigenlijke reaktorvoeding de combinatie van

de stromene RFEEo en BYPASS. Oe samenstellingen van de in- en

uitgaande stromen van de vergasser en de reaktor zijn gegeven

in tabel 2. Benzeen, olie, zuurstof en roet gaan de vergasser

in bij 509 K, stoom bij 519 K.

Tabel 2 Samenstelling van de

in-stromen van de vergasser GASIN Massa f 1 . (kgis) 1 .6076 Mol f 1 . (molis) 39.579 Componenten: ( mo I Is) C02 0.0 CO 0.0 H2 0.0 CH4 0.0 N2 1 . 1251 H2S 0.0 H20 9.37B7 02 21 .377 Olie 1 .56B2 Benzeen 2.7000 TCPaan -::. _0.0 oCPaan -;:- _0.0 oCPeen ~:- _0.0 Cl-Benzeen 0.0 Ethaan 0.0 Etheen 0.0 HCI 0.0 Roet 3.4300 Temp ( K) 502.oB Druk ( Bar) 31 .500 TCPaan oCPaan oCPeen 1,2,3-TriChloorPropaan 1,2-oiChloorPropaan 1, 1-oiChloorPropeen GASUIT 1 .6076 97.494 0.3421 50.50B 42 .009 0.2776 1 . 1925 0.5175 0.97B1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1 .6700 1673.0 31 .500 en uitgaande en de reaktor BYPASS EINDPROo +RFEEo 2.6200 2 .6200 1 13.54 119.03 0.3421 0.3421 50.5OB 50.50B 42.009 27.676 0.2776 B.6633 1.1925 1 . 1925 0 .5175 0.5175 9.9930 9.9930 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.7000 1 .7564 0.0 1 .7564 0.0 1 .7564 0.0 1 .7564 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 14.051 1 .6700 3.4300 1100.0 1361 .4 10.000 10.000

Zoals in 4 .2 vermeld, is bij deze berekeningen de geproduceerde

hoeveelheid roet vastgelegd op 20 gis . Apart is uitgerekend

hoeveel roet gevormd zou worden als het roet wel in evenwicht

is met de rest van de stroom. Daarbij zijn dezelfde zuurstof,

stoom en olie voedingen genomen. Het blijkt dat er dan 5 gis

(41)

Figuur 1 ASPEN berekeningssehema H20F ee d 02Feed OlieFeed BenzeenFeed RoetFeed Bloek: InVergas Model: MIXER Gasln Bloek: Vergasser Model: RGIBBS GasUit

HKWFeed Bloek : InReaktor

Bypas s

ExtraH20 Model: SEP

RFeed Bloek: Reaktor Model: RGIBBS RProd Bloek: UitReaktor Model: MIXER EindProd t

(42)

De Lege Buis Reaktor 4-6

4.6

De Pellitizer

Om de roet, die gevormd wordt in de vergasser en de lege buis,

te kunnen verwerken wordt gebruik gemaakt van de 'Shell

Pelletizing Separator' (3). Deze is niet in Aspen gemodelleerd.

Het principe van het pelletizeren is gebaseerd op agglomeratie

in suspensie . Daarbij worden vaste deeltjes (doorgaans < 100

um) m.b.v . een binderstof gebonden tot bolvormige agglomeraten

van enkele mm's. De bindervloeistof moet onmengbaar zijn met de

suspensievloeistof en moet de vaste stof preferent en volledig

bevochtigen.

Dit principe is van toepassing op suspensies van kool (roet) in

water, waarbij olie wordt gebruikt als bindervloeistof. De

koolstofbestanddelen in kool zijn hydrofoob van aard en kunnen

door veel verschillende koolwaterstoffen bevochtigd worden.

Olie bevochtigd dus de koolstof-oppervlakken en bind de

deeltjes samen.

Enkele belangrijke parameters zijn:

De hoeveelheid olie: Een hoeveelheid van 5 tot 15 wt% olie

t.o.v. de vaste deeltjes is nodig om goede pellets te

krijgen (afhankelijk van het type kool). Bij toevoeging

van te weinig olie zullen geen pellets gevormd worden; bij

te veel olie ontstaat een 'pasta' van deeltjes in olie

waardoor verstopping van de pelletizer kan optreden (4).

Vochtgehalte: De hoeveelheid water in de agglomeraten is

omgekeerd evenredig met de diameter van de pellets (5).

Een vochtgehalte van minder dan 10% is haalbaar (minimaal

5%) .

Samenstelling van de olie: De chemische samenstelling van

de olie kan van invloed zijn op het as-gehalte van de

pellets (5). Daar in ons geval de roet verondersteld

wordt nauwelijks of geen as te bevatten, is de

samenstel-ling van de olie bij ons niet van primair belang.

Viscositeit van de olie: Bij te lage viscositeit worden

de pellets niet voldoende hard, en zijn ze moeilijk

hanteerbaar; bij te hoge viscositeit kan de olie niet

voldoende gedispergeerd worden om alle deeltjes te

bevoch-tigen(S) De olie moet dan voorverwarmd worden .

pH van de suspensie: De pH van de suspensie lijkt - - - - ,

nauwelijks van invloed. Een hoge pH geeft een enigzins ~

betere recovery (5). Blijkt de lage pH in ons geval niet

~

accepteerbaar, dan zal de roet-suspensie voor de pel-

k':~~~

letizer geneutraliseerd moeten worden. ~~'t.fl

Algemeen kan opgemerkt worden dat voor goede pelletvorming een ~~

p

int e n s i e f 0 1 i e - d e e 1 t jes con t act n 0 d i g i s . 0 i t wor d t b e p a aId

'

;IfI.-::J.

door de viscositeit van de olie en de roersnelheid in de

".7

pelletizer. Bij hoog visceuze olie l i j k t het voordelig om de olie te emulsificeren voor toevoeging aan de pelletizer (5).

(43)

Literatuur:

2

le Clercq, H.M., 'Partiële Oxidatie', Fabrieksvoorontwerp

2284, Technische Universiteit Oelf't, Laboratorium voor

Chemische Technologie, 1970.

Ter Haar, L. W. ; J.E. Voge 1, 'The Shell gasification

process, a proven industrial tooI f'or synthesis gas

product ion from oil products', Sixth world petroleum

congress, Section IV, Frankf'urt, june 1963, 383.

3 Zuiderweg, F .J. and N. van Lookeren Campagne, 'Pelletizing

of sniJ!. in w,..n;Lt, WMt.~,r· of' oil gasification plants-The ·

Shell Pelletizing Separator', rhe CIWlIli cnl Engineer,

Jul Y / f\ u ~ '.1 ., ~ ~ ' j i i·

Cepes,C.E . , A.E. McIlhinney, R.E. McKeever and L.Messer,

'Application of spherical agglomeration to coal

prepara-tion', 7th International Coal Preparation Congress,

Australia, 1976.

5 Verschuur,E. and G.R. Oavis,'The Shell Pelletizing

Separator: Key to a novel process f'or dewatering and

de-ashing Slurries of' coal f'ines', 7th International Coal

(44)

Hoofd.tuk S

DE NABEHANDELINGSTREIN

5.1 Thermodynamica

5.2 Koelen van het produktgas 5.3 Keuze van de quenchvloeistof

5.4 Toelichting en motivatie apparaat-configuratie. 5.5 Uitvoering van de berekeningen

5.6 Resultaten

5. 1 Thermodynemice

Ter verheldering zal een stukje thermodynamica worden behandeld over componenten die in de nabehandelingstrein een belangrijke rol spelen. Dit zijn naast HCl en water, benzeen en inert (H2 ,

C012 enz.).

HCl en HI20 zijn volledi2 men2baar en vormen een z02enaamde

maximum-temperatuur azeotroop. De ongelijksoortige moleculen trekken elkaar sterker aan dan de gelijksoortige moleculen. Bij atmosferische druk ligt de azeotroop bij 11 mol% HCl (20 .2 wt%) en 109gC. Een HCl oplossin2 zal men in praktijk niet te geconcentreerd maken (tot 33 wt%) omdat anders bij lichte temperatuurstijging er HCl gas vrijkomt .

Benzeen en HI20 vertonen een zeer sterk niet ideaal gedrag en

ontmengen nagenoeg geheel. Beide componenten oefenen hun volledige dampdruk uit, onafhankelijk van de samenstelling van het mengsel.

Het kookpunt ligt bij 70 g C (pseudo-azeotroop) . Er lost slechts circa 6E-2 mol% benzeen op in water (0.25 wt%) en 1.3 mol% water in pure benzeen.

Wegens het feit dat benzeen z'n pure dampdruk uitoefent zal dus in een systeem verontreinigd met een spoortje benzeen al het benzeen in de gasfase zitten, zelfs bij aanzienlijk lagere temperatuur dan de kooktemperatuur van het benzeen.

9.2

Koalan ven

h.t

produktie.

Het produktgas uit de reaktor heeft een temperatuur van circa 1100 g C. Om tot een hanteerbaar temperatuurniveau te komen moet dit gas worden gekoeld (warmte-terugwinning), gequenched of geëxpandeerd tot boven het zuurdauwpunt van HCl . Deze laatste optie valt af vanwege de lage druk van het gas.

Het zuurdauwpunt ligt beneden de maximum-temperatuur azeotroop van HCl en water (Tazeotr .= 109 g C bij atmosferische druk) .

De grootte van de stroom produktgassen uit de buis is afhan-kelijk van de gekozen reactor configuratie (lege buis, fluïde bed) en de samenstelling van het gebruikte syn-gas.

Stel dat deze stroom 100 molls is en kan worden gekoeld in een gaskoeler tot circa 120 g C. Oe hoeveelheid af te voeren warmte bedraagt Q~g~ .CP .• _~.deltaT

=

3.4 MW. Deze warmte kan in de koeler in hoogwaardige stoom worden omgezet. De exergie van deze warmtestroom is Q( 1-Tg!T •• ~)= 2.2 MW (bij T._m van

560 g C) .

Stel dat deze exergie volledig in nuttige arbeid wordt omgezet (b.v . elektriciteit), dan kan er door warmte terugwinning jaarlijks fl 0.6 miljoen worden terugverdiend (1 MWe

=

fl 0.04) .