Acetyleen (wulff)

BPANDSTOF

----

-STOOM WATER WÁTER BRANDSTOF ACETYLEEN .-____________________________ ~---~---;---OMF KW.gas

I

L----~~=-=~~~=::::==.~~

ACETYLEEN DMF. Di Ac E. G. SCHOOREk 3m I december 1961

-.

"", ; '" \ ""n c

l-<-

t:'.1

V\ü -{

v~ C ("-)

\ '.:1

- 1

-1-1. Inleiding (1,

7, 15)

De methode welke een eeuw E-:e1-euen werd ontdeKt door Bert;helot,

aeetyleenbereidi~c uit koo1w2terstol~en met de eleetrische boog,

wordt heden ten d~ge nog steens in de techniek toegepast. Acety -l een werd het eerst bereid uit water en natriumcarbide. Haar naam heeft ze te danken aÓ.n Bertrlelot.

Na het boogrToces kwam V\~etl!er wet de bereiding van acety-Leen uit calei umcarbide, Lewes me teen kraaklJrOCeS Ul tgaaDd e van ethy -Leen en Bone en Coward verKregen &cetyleen langs therlrlisc.he weg. Het werk van Lewes werd later voortgezet door Wulff.

Acetyleen wordt tegenwoordig nog steeds voor het ~rootste gedeelte uit calciumcarhide bereid. Daarnaast onderscheiden we de verschil -lende bereidingswijzen uitgaande van koolwaterstoffen.

Pcetyleen wordt in de chemische industrie toe~el&st voor de berei-ding van:

1) neopr een Cvolymeer van chloropreen).

Dimerisatie tot monovlny1-&cetyleen, gevol~d door ch-Loreren en polymeri seren. Geen bljzondere productiegroei te verwHchten. 2) vinylchloride.

Dankbaar wordt vaak gebrui k gemaakt van bet ongewenste bi jpro -duct, zoutzuur. Dit proces is slechts econollisch, wanneer

[oeà.-koop zoutzuur &ó.nwezig is.

3)

acrylonitri1.

Een belangri jke toegepbssing van acetyleen is de bereiding van acr ylonitr i l uit acety1-een en HCN. Acry-Lonitril wordt gepo-Lyme -riseerd voor de bereiding van synthetische vezels, een belang -rijk en groeiend afzetgebied.

4) trichlooretliyleen.

Dit belangrijke op-Loswiddel kan worden bereid door chlorering van acetyleen.

5)

vinylacetaat.

Acetyleen en azijnzuur 1-evert viny-Lacetó.at, dat gepolymer iseerd

en gehydrolyseerd polyvinylalcohol geeit, een belangr ljk ingre -dient voor synthetische vezels en verfstoffen.

.'1

\. \,..

j'':''"

,

-

2

-De toepassing van acetyleen in de chemlsche industrie loopt

achteruit door sterke concurrentie. ~o Kan bij de bereiding van vinylchloride, acrylonitril, aceetaldehyde, acetyleen worden

ver-vangen door ethyleen, een product dat voor de halve prijs van

acetyleen kan worden gemaakt.

1-2. De bereiding van acetyleen

(7,

15)

')

I

l

·

\,."~ \ (\. '

A) Uit calciumcarbide.

De bereiding van het carbide vereist een hoge electrlsche

ener-gie. De productie zal dan ook daar plaacs vinden waar

electri-citeit wordt verkregen 1ants hydrau~ische weg. Het proces is

uit te voeren lan~s natte - en langs droCe weg, afhankelijk van

de hoeveelheid water. Bij het in contact brengen tussen carbide

en water vindt de volgende reactie plaats: CH ~ CH + Ca(OH)2 Acetyleen ontwijkt en wordt nagezuiverd.

De bereiding van het carbide vindt p~aats in een electrische

o oven bij hoge temperatuur 2500 C.

CaO +

3

C Ca C

2 + CO 110 kcal.

De electrische energietoevoer tracht men te vervangen door

ver-branding met zuurstof. Ook zijn er ontwlKkelingen, waarbij men

tracht de oven continu te laten werken i.p.v. ladingseewijs.

B) Uit koolwaterstoffen.

De kraakreactie van ê:l.l~e koolwaterstofien van methaan tot zware oliën moet, daar de reactle endotherm is, bij temperaturen

boven 11000C met een verbliJitijd van 0,003 tot 0,01 seconde

plaats vinden. Jammer genoeg is de temperatuur, waarbij

acety-leen snel en economisch gevorm wordt, tevens dicht gelegen bij de temferbtuur waarblj acety~een gaat ontleden. Vier methodes

voldoen op commerciële schaal.

1) De reactie wordt uitgevoerd in een apparaat, waar de energie

wordt toegevoerd aan de Koolwaterstofstroom door een

elec-trische boog.

I . G. Farben Industrie A. G.; (,riliin: Kroepelin; Ediger;

I

-

3.

De Bij H2'

-

3

-2) De reactie wordt uittevoerd in een re~eneratiAvP oven in cyclische werklng, waarin de nodige thermische energie voor de kraakreactie wordt toe...,;evoerd aan het inwendige tralie

-werk van de oven door verbróndlng van verbrandin~sGas, tij

-dens een afzonderlijK, voorafgaand gedeelte van de cycl. s.

Wulff.

3)

Bereiding door rarti~le verbrandlng. De koo.lwaterstofvoeding wordt voor een seaeelte met lucht of zuurstof verbrand.

Badische Analin- und Soda Fabrik

(B

.

A

.

S

.

F

. -

vroeSer Sachsse); Société Belge de l 'Azote

(S

.

B

.

A

.

);

Phil.lips;

ERstman, Montecatini.

4)

Bereidin~ aoor de voeding te injecteren in de hete verbran

-dingsproducten van een goedkopere brandstof dan de voeding.

De vlamchelüe.

Farbwerke Hoechsta.G. Phillipsj Eastlilanj S.B.A.; Tsutsumi.

zuivering van het kraak€;as

(7

,

'-j. 1.)

pyrolyse van methaan bestaat het kraakgas uit een mengsel van N

2, CO, CO2, CH4, C2H2, met!".:)'l. , vinyl- en diacetyleen. Gaan we uit van een hogere koolwaters~of als voeding dan bevat het kraakgas tevens olefinen, ZOG.ls ethyleen en propyleen, propadieen en butadieen, aromaten, hogere koolwaterstotfen en teer. Het pro

-bleem is om

4

tot 15 vol.% acet~leen hieruit af te scheiden en te zuiveren.

Ieder proces is slechts economisch ver~ntwoord als men tevens de bijproducten wint en hiervan gebruik maakt. #aterstof en kool-monoxide worden in de B.A.S.F. fabrieken in de Verenigde Staten als grondstof gebruikt voor de bereiding van ammonia en methanol.

Ethyleen, dat bij kraking van ho[ere koolw8.terstoffen ontstaat,

is vaak een waardevol bijproduct.

De methodes om acetyleen te zuiveren ziJn zeer beperkt. De partiaal-druk van acetyleen mag uit veillgheidsoverwegingen niet meer dan 1 tot 2 ~tm. bedragen. Acetyleen valt uiteen en is explosief. Ook mag acetyleen niet boven een tewperótuur van IOOoe komen of in

I

t

'"

c, ",' . ... \ ,.;

-' "

- 4

-vloeibare - of vaste toestand in grote hoeveelheden voorkomen

(triple punt van acetyleen 1,3 ata en -bloC) . Door al deze beper

-kingen is het niet verbazend te ontdekKen, dat aLLe acetyleen

-zuivering~rrocessen sebaseerrl zijn op absorptie in een selectief

oplosmiddel. De bekendste opLoswiddelen zijn: water, ar:wlOnia,

aceton, dimethylformamide, butyrolaceto~, N-methyl pyrrelideen,

koolwaterstoffractj.es en acetonylaceton. Water is natuurlijk goed

-koop en hoeft niet te worden teruggewonnen. Ammonia heeft het

voordeel, dat haar kookpunt tussen c..cEtyleen en lnethylacetyleen

in ligt, hetgeen deze anders zo moeiliJke scheiding vergemakke

-lijkt (koelen en verdampen J -LCt,en nu gemakkelijk binnen de terlipe

-ratuursbeerenzing van acet,yleen) .

Bij de keuze van het oplosmiddel moet een aantal factoren in over~

weging worden genomen die specifiek zijn voor het onderhavige

~eval. Van het meeste belang is de zuiverheid van het acetyleen

die verelst wordt en de soort en de hoeveelheid bijproducten die

gezuiverd en gewonnen moeten worden. Zo krijgen we te doen met

problemen op het Bebied van regeneratie van het oplosmiddel, tem

-peratuur, corrosie etc.

I-l.J. Keuze van het toe te passen l,roces (7,11, 12, L5)

In 11 wordt, zuiver uit het oogpunt van de kosten, de verschillen

-de acetyleenprocessen die in de industrie worden toegepast, met

elkaar verGeleken.

De kostenvergelijking is gebaseerrl 0l' cie ome;eving van de Gulf Coast,

en kan natuurlijk op een andere plaats een ander beeld te zien ge-ven. Bij de keuze waar de iabrlek moet staan, zou ik me willen

beperken door te zeggen: in Nederland, het t een in politieK opzicht

nog niet zo slecht is. Tevens zou ik deze fabrieK uit economiscLe

overwegingen op het terrein van een oliemaatscnappij willen zetten.

Dit komt de levering van de grondstof en de afzet van de gewonnen

producten zeer ten goeae. Bij het vaststellen van de grootte van

de installatie moet natuurlijk gekeken worden naar de grootte van

het afzetgebled. In Nederland lijkt mij een acetyleenfabriek met

~.l " I t()..\ ! t'-V (

.

~ \ ')

5

-Uit economisch oogpunt is een vergr oting van de l~oductiecapaci­

teit bijzonder toe te juichen.

Van de rrocessen die in 11 worden beschouwd, blijkt het

Wulff-proces bij alle productiecapaciteiten de laagste Kosten met zich mee te hrengen. De S.B.A.-Kellog cijfers zljn echter verouderd.

Nieuwe gegevens zullen in een volgend artike~ verschijnen. Een

voordeel van het Wulff-proces is, dat het mogelijk is zonder een

zuurstofinstallatie (duur!) te werken. Bijzonder belangrijk voor

fabrieken op kleinere schaal. De oven biedt het voordeel dat Kan

worden uitgegabn van een wijde reeks van koolwaterstoffen. Een

nadeel is, dat stoom bij hoge temperatuur , met koolwaterstoffen

reageert en dat altijd wat valse lucht in het kraakgas komt. Dit

bezwbar heeft geleid tot een nieuwe ontwikke~ing. Een p~oces,

ge-baseerd op regeneratief thermisch kraken van lichte

koolwater-stoffen, gebruik makend van wa~erstof als verdunningsmiddel (12).

Het proces dat nog in een ontwikkelingsstadium verkeert, heeft

een goede kans om tot een comer cieel Ilroces uit te e;roeien.

Zo is mijn keuze gevallen op het Wulff-proces.

De nieuwe gegevens van S.B.A.-Kel~og zijn nog niet gepubliceerd

en andere processen verkeren nog in een ontwikkelingsstadium.

Bij het Wulff-proces is de meest toegepaste grondstof propaan.

Een kostenvergelijk ge~ft te zien: naphta, natur~}_ gas, ethaan,

propaan (15) --- Propaan is het goedkoopst. Zo kom ik tot:

Een acetyleenfabri ek, volgens he t Wulff-proces, lliet propaan als

grondstof en dimethylformamide als oplosmiddel voor de zuivering.

De fabriek zal staan o~ het terrein van een oliemaatschappij

, ... ,'. \

- -

- - -

--

6

-11-1. Beschrijving van het proces (1, 2,

3,

7, 16, 17, l d, l~)

\t

fL"U

Vloeibaar propaan wordt door zijn ei gen détmpdruk verpoInpt naar een vertikale verdamper met vertikale pijpbundel en uitwendige circulatie (lengte

1,5

m; di ameter 0,6 m; ló7 buizen) . De verdam-pingswarmte wordt geleverd door een waterstroom (280 kg/min) . Het water komt binnen bij

35

0C en verlaat de verdamper bij 30oC.

Fropaan verdampt bij 25°C (18,3 kg/min, 9,5 ata).

Aan het propaangas wordt terugvoergas en verdunningsstoom toege -voegd in de verhouding 1 : 1,';!';J : 6,0. Dit mengsel stroomt naar de Wulff-ovens.

De oven bestaat hoofdzaKelijk uit een horizontaal, rechthoekig

/

, traliewerk van

~.j}

,

die warmte absorbeert geaureDde het "heat stadium" en warmte afstaat geaurende het "make stó.dlumfl

• Om dit

traliewerk bevindt z~ch lsolatiesteen. De oven is bekleed met stalen platen. Het tra~iewerk wordt in twee stukken gescheiden

rioor een verbrandings- en Kraakz6ne. Het tra~iewerk lS optebouwd

uit platte rechthoeKig'e e~' op zo'n wijze gee;roefd, dat er

cylindrische kanalen in de lencte van de oven vrij komen met een

diameter van ongeveer

6

m"l. Lengte van de oveD ca. 2 nl. Aan ieder

eind van de verbrandingsz6ne oevln6en zich vljf branders

(inter-mitterend drie aan de ene ~ant en twee aan de anoere Kant) . Wan

-neer van links naar rech~s worat verwarmd, worden ae linker bran-ders gebruikt en omgekeerd voor de verwarmlng van rechts naar links. Is de oven in werking dan kunnen we twee stadia onderRchei -den: 1) het zgn. "heat stadium"

2) het z;gn. "make stadium".

1) Het heat stadium.

Bran~stofgas wordt inge:r::o!,l~t, terwijl van ~Ll~_~ v?orvE;rwarmd~ i

lucht de verbrandingsruimte instroomt. Hierin treedt nu

ver

-hrRuding op. De verbrandingsgassen, die een zeer ho~~ tp0rera

-tuur bezitten, stro~en door het rechter gedeelte van de oven, staan daarbij hun warmt~ pi en worden afcevoerd. Het rechter

gedeelte van de oven ip nu opgewarmd. Even wordt nu een korte

stoomstoot gegeven om de ongewenste gassen te verwijderen en

--- _. ---.---

-r \ 1/. \ \

1

-

7

-2) het "make stadium".

In het rec~ter gedeelte van de oven wordt nu propaan, terug -voergas en stn0~ inLevoerd. Het mengsel wordt door de oven op

-gewarmd en in de KrB.Rk"one is de ternp'ratuur zo hoog opgelopen

dat kraking plp,at,<=; vjnot.

~terke

afkoeling van de kraakgassen om ontleding van acetyleen

• te verhinderen (quenchen) vindt plaats biJ het binnenstromen ven het linker gedeelte van de oven, die al z'n Wbrmte r eeds heeft afgestaan aan de lucht, voor verbranding. De kraakgassen verlaten de oven en worden dan nOG nagequenchdJmet water.

a) b) c) d) De "--.::::---

-

---

-

---Tevens is het linKer [edeelte van de oven weer opgewarmd.

Als het systeem in werking is, is de temperatuur het hoogst in het midden van de oveD (~ 13000C). De_~emp~ratuur loopt dan ongeveer linealr af naóT de ui-ceinden (jOOoe) .•

Het proces kan worden uitgevoerd in 2 oi in

4

stappen. De uit

-voering in h stappen wordt het weest uitgevoerd: heat van het linker gedeelte van de oven

make van het li nker cedeelte van de oven heat van het rechter gedeelte van de oven make van het rechter gedeeJ.te van de oven. beweging van de stromen is nu:

heat make heat make heat make heat make

~ _+---

. . -

~ ----.a.

-

-

---.>

Twee ovens zijn naast elkaar geplaatst, waarvan er ~~n in bet

"make stadium" verkeert en één in het "heat stadi um" of omgekeerd.

Op deze wijze Kan de krru~ing continu verlopen. Het op de juiste tijd werken van de afsluiters is kritisch. De tijdsduur van heat -en make stadiUlD is beide 1 minuut.

(

\W.

De druk in de oven is

0,5

ata. Stoom dient als verdunningsmiddel.

De opbrengst aan acetyleen wordt verhoogd noor een gedeelte van het kraakgas terug te voeren.

De regeneratieve oven heert het voordeel dat het mogelijk is laag calorische brandstof te gebruiken, dat bi.jna alle late::J.te warmte in het kraakgas wordt gewonnen en dat het _{mo 0 elljk} is van een wi jde reeks van koolwaterstoffen uit te gaan. De oven houdt zichzelf

schoon, doordat alle kooló.ansla[: verbrandt tijdens de verwarmi ngs

-periode. ,,\. .

I

1,.,\ (.:' j ,< " i '. f I (.'-I."l . 1((._ , I - I I .t",v~~J . \ \'"

,

-

8

-De verbrandlngsga:::sen verlö.ten d.e oven bij een temperatuur van ongeveer 300°C, worden bekoeld en stromen via. een vacuumpomp in

'7

de B.tmosfeer.

De kraakgassen verlaten de oven bij een temperBtuur van ongeveer 3üOoC. Drukval over de oven is ongeveer 2,5 Jfllli Hg. De Kraakgassen

worden gekoeld ffiet water van 3üOoC tot 38°c in een

cy~indrische

tank van 3,5 m hoogte en een di&meter van 1 m. De cylinder is ge-vuld met schuin aflopende, dakvorJ0ige platen voor een goed con-tact tussen water en kraakgas. Water en teer stromen door gravi-tatie in een teerafscbeider. :Kraakgas, bevrijd van teer, komt over de top en stroomt n~ar de kraakgas vacuumpomp.

De kraakgas vacuumpomp is een waterringYJoDp. Zuigdruk 0,395 ata.

perSdrUk~

\

ata

.

Capaciteit 167 m3/min (lljO omw./min). D = 1600 mIl!.

Achter de vacuumI,omp bevindt zich een koeler om de compressie-warmte te verwijderen. Het gbS wordt hierbij afgekoe~d van lOOoe tot 38°c. Een horizontale koeJ.er met hori~ontale pijpenbundel en uitwendige circulatie, lengte

3

m, diameter 0,6 m, 160 buizen en 4 passes. Het koelwater komt binnen bij 200e en verlaat de koeler bij 30oe. De boeveelheld water en teer die bij deze koeling wordt gecondenseerd, wordt verwijderd in de torenafscbelder. Deze is 2,5 m hoog en I m in diameter en is van binnen voorzien van netten om druppeltjes af te schelden. Aan de gasstroom wordt voor de toren-afscheider nog een hoeveelheid terugvoergas toegevoeGd afkomstig van de stabilisator. Water en teer wordt door het aanwezige druk

-verscbil (1 -

0

,

4

ata) naar de teerafscheider verI29Rt]Jt.

De kraakgassen worden nu in twee trappen GecolllI:rimeerd tot 11 ata. Uit voorzorg bevindt zlch voor de comrressor een göshouder. In de eerste trap van de compreEI'30r wordt het g2.S 6f'co!1!primeerd van

1 ata tot 3,3 ata. De cOilllrressiewarmte wordt verwljderd door een vertikB.le warmtewisselaar rt'et vertikale pijpenbundel en uitwendige circulatie. Het koelwater komt binnen bij 200e en verlaat de koe-ler bij 30°C. Het kraakgas wordt hlerblj ófgeKoeld VèLn 130°C tot LgOc. Condenswater wordt aan de bodem van de Koeler afgevoerd.

In de tweede trap van de com~ressor wordt het gas becomprimeerd van 3,3 ata tot 11 ata. De compressiewarmte wordt op dezelfde wij -ze verwijderd als bij de 18te trap. De kraakgassen worden nu

ge---

--

---

-; j l " 1> .

/

- 9

-koeld van

i43°C

tot 3do

c.

Condenswater wordt aan de bodem van de

~u.'St..\..

koeler afgevoerd. DeVCof!lrressor is dubbelwerkend, slaglengte 600

mm. De kraakgassen (11 ata, 38°C): worden gevoed aan de diacetyleen

absorptiekolom.

J 1.,\ !

, ;'1 i '.)' t ~

Scheiden en zuiveren van acety~een

Voor de scbeiding en zuivering vl'ordt" dirnethylformar:ade (D.H.F.)

als oplosmiddel gebruikt. Niet alleen moet acetyleen worden

afge-scheiden, maar ook diacetyleen ffioet worden verwijderd. Door de

gas-sen eerst met een zeer kleine hoeveelheid te wassen wordt de diace-tyleen eys-t verwijderd. Dit vindt plaats in de

diacetyleen-absorptiekolom. De kolom heeft een lengte van 20,9 m en een di

a-meter van 1 m. De kolom is gepakt met Raschig ringen van I-inch.

In de top wordt D.M.F. gevoed. Diacetyleen-rijk D.M.F. wordt

ge-pompt van de bodem van de diacetyleen-stripkolom, voor de winning

van geabsorbeerd ~~Sf~~en en voor de winning van D.M.F.

Kraakgas';Jbevrijd van

diacety~een

,

stroomt van de top van de

diacetyleen-absorptiekolom naar de bodem van de acetyleen-

absorptie-\ kolom. In de top wordt D.M.F. gesuppleerd. A~le acetJleen, methyl-acetyleen en in evenwicht verkerende hoeveelheden van de andere gassen, zoals ethaan, éthyleen, methaan, carbondioxide, carbon-monoxide, worden geabsorbeerd. Over de top van de absorptieKolom

komt spuigas, CO, CO

2, H2' N2, 02' CH

4

en C2H

4

.

Dit spuigas dient als stripgas bij de oplosmiddelzuiverlng en ook als brandstof

(oven, compressor, kookketel) . Het spuigas wordt met water bewas

-sen om sporen oplosmiddel te verwijderen. Het water van deze was -ser gaat , tesamen met het wa.ter van de andere waterwassers , naar

de oplosmiddelwi nningtank.

De acetyleenabsorptiekolom is gepakt met Raschig ringen van I -inch, heeft een lengte van 17 m en een diameter van 0,9 m.

De waterwasser is een klokjesschotelkolom met een hoogte van 2,5 m en een diamet er van 0,5 m.

Acetyleen-rijk D.H.F. van de acetyleena.bsorptiekolom stroomt naar het midden van de stabilisator. De druk loopt hierbij tepug van

- lü

-11 ata tot 1,7 ata. De bodemtemperatuur van de stabilisator wordt

op 87°C gehouden door een stoom verwarmde kookketel. Een terug-vloeistroom van D.M.F. in de top beperkt de hoevee~heid acetyleen die over de top gaat. Onder deze omstandithe~?n w0r~c~ practisch alle gassen die in het D.M.F. zijn opgelost, behalve acetyleen en

methylacetyleen, uit het D.M.F. verwijderd. Om een grotere

zuiver-heid te bereiken gaat ook een deel van het acety~eea over de top. De koolwaterstoffen die over de top komen, worden met water gewas-sen en teruggevoerd naar de torenafscheider. De waterwasser is een klokjesschotelkolom met een hoogte van 2,5 m en een diameter van 0,5 m. Het waswater van de waterwasser gaat naar de oplosmid-delwinningtank. De stabilisator is een gepakte kolom met Raschig

ringen van l-inch, heeft een lengte van

14,8

m en een diameter van

0

,

9

m.

! Acetyleen-rijk D.I1.F. stroomt continu van de kookketel van de sta-bilisator naar de acetyleenstripper, die onder atmosl.erische druk werkt. De vloeistoistroom wordt geregeld door de vloeistofhoogte in de kookketel. De acetyleenstri~per is op dezelfde wijze van een

kookketel voorzien. Een bodemtemperatuur van l210C wordt g

ehand-haafd. Onder deze omstandigheden ontwijkt acetyleen uit het D.I1.F., terwijl methylacetyleen in het oplosmiddel blijlt. Een

terugvoer-stroom van D.M.F. be~et methylacety~een mede over de top te gaan.

Hethylacetyleen-rijk D.:·l.F. wordt contlnu weggepompt van de

kook-ketel naar de uiteindelljKe stripKolom voor de winning van het op-losmiddel. De bcety~eenstripper is een tepaKte ko~om illet Raschig

ringen van I-inch, heert een lengte van 7,4 m en een dlameter van

0,75 m.

Het ontwijkende acetyleen wordt aan nog met water gewassen om

spo-ren D.M.F. te verwiJderen, daarna gearoogd over calciumchloride

en opgeslagen. ?

De zuivering van het oplosmidde~ D.H.F.

D.M.F. van de acetyleenabsorptieko~om wordt gestript in de

strip-kolom en D.M.F. van de acetyieenctripkolom in de uiteinde~ijke

acety-I'

,\

\~.~ .

- 11

-1eenabsorptiekoloill gebruik gemaaKt als stripgas. De gassLromen

van de toppen van de stripkolommen worden gezamen~ijk gewRssen

met water en naar de ovens gevoerd als terugvoergas. D.M.F. van

de uiteindell jke stripkolom wor1t van de bodem afgevoerrt, gekoeld

en opgeslagen.

Waswater van de vier m~terwassers en D.M.F. van de

diacetyleen-strirkolom worden bijeengebracht in de op~osmidde1winningtank.

De tank bevat dan voor de helft wat~r en voor de helft D.M.F. Na

filtratie wordt door destiJlatie gescheiden. De scheiding v~n

D.~.F. en water gebeurt in twee kolommen. De werking van deze

I

I

I

I

I I ) , . l (I.' ('. ,-\,1

.,

" ()

I

I

t

-~

,

.'-Comp

.

H 2 N 2 °2

co

CO 2 CH 4 C 2H2 C 2

H

4 C 2H6 C 3H6 C 3

H?

C 3HS C 4H2 C 4H4 C

6

H

6

C H 20 I

1

L~ ,'.'

Berpkeningen gebaseerd

oE

een °Ebrengst van 4010 val'

kmol kg C H 0 N kE'!ol kg C - - "-- - - -- -21.0 42.0 42.0 55.7 111.4 5.2 146 10.4 ~.2 146 1.1 35·2 2.2 0.7 ?2.4 2.5 70 2.5 2·5 6.9 193.2 6.9 0.6 26.4 0.6 1.2 1.6 70.4 1.6 5.6 89.6 5.6 22.1.,- 15.0 240 15·0 10.0 260 20.0 1.4 39.2 2.8 5.6

)

.

8

106.4 7.6 0.1 3.0 0.2 0.2 6.4 0.6 0.2 d.O

0

.

6

16.7 734.8 50.0 133.3 0.04 2.0 0.16 0.16 8.5 0.64 u.4 31.2 2.4

69

.

6

5.8 54.1 11Ö3.2 61.5 203.3 5,. S! 10.1., 100.0 .1200.5 6~.1' 5.6 100.8 11.2 , .6 1264.0 61.5 214.5 11.5 10.4

Opbrengst acetyleen is 40~ van de C-balans

ofwel de acetyleenopbrengst is, 35,5 gew.'}'u.

Hieruit volgt de hoeveelheid propaan

=

16,7 kmol Nu is de verhouding:

propaan : recycle gas : stoom

=

1 1,99 : 6 Hieruit VO.1gt de hoeveelheid recycle gas

=

33,3 kmol

-

12

-cl (-' C-ba1ans H 0 N 111.4 10.4 1.4 6.S! 3.2 60.0 20.U 15.2 0.6 1.2

0

.

8

0.08 0.64 2.4 212.32 11.5 10.4

Deze 33,3 kmol wordt nu evenrediE (met vol.% kraaKgas) verdeeld over

H

-

13

-Rec;lcle gas vol. ?,é' kmol

CO

6

.

9

7

.

6

2

.

5

CO

₂

1.6

1.

8

0

.

6

H

₂

55

.

7

62

21

N

₂

5

.

2

5

.

8

1.9

CH4

15

.

0

16

.

7

)

.

6

C

₂

H

₄

3.8

4

.

2

1.4

O

2

0.7

o.ö

0

.

3

88.9

9cL

9

33

.

3

N

₂

1.9

+

3.3

=

5

·

2

1:/

~\.'\(~{

O

2

0

.

3

+

0.8

=

1.1

t

t

recycle lucht ,-'\~

De fabriek heeft een capaciteit van

3

.

000

.

000

kg acety~een/jaar ofwel

9000

kg/dag (1 jaar

=

330

werkdagen)

op basis

96%

rendement bij winnlng

9370

kg C

2

H

2

/dag

=

360

kmol C

2

H

2

/dag

~6,_7

De fabriek verbruikt hiervoor

10

x

360

=

600

kmol propaan/dag.

I i'- \ I -\ L\.~ )~ ~ . "t

I

...

\ I '\'

e .

~

('

\0, l l t ) '.. I t I . URI (.' .. 1 '"

_~ _ _ _ _ _ _ ~ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - L _ .. _

- - - . . , . .

- 14

-Stofbalans over de Wulff-oven .... ,. ...

Component Invoer Afvoer

kmol/dag kg/dag kmo.l/dag

H 2 756 1512 2005 N 2 ld7 5236 :u37 O₂ 40 1280 25 CO 90 2520 248 CO 2 22

968

5d CH 4 202 3232 5~·0 C₂H₂ 360 C 2H4 5l l326 137 C 2

H

6 4

C

3H6 7 C 3H7 7 C 3H

8

600 26400 C 4

H

2 1

C

4

H

4

6

C 6

H

6 l4 C 208 st OO~l (6:1)

f

202 3636 3398 61164 3398 5548 1072'74 7205

De verhouding propaan recycie gas stoom

=

1 :

1,99

:

6

.

0

12240 m3/dag ( l i t t . ) of 2040 3600 kmol st oom/dag

l

1800

c

}

12240 m3/dag 125 p.s.i .g. kg/dag

I

4010 5236 800 6944 2552 ö640 9360 3836 120 294 280 50 312 1092 2496 61164 107186

-

15

-Warmtebalans

over de Wulft-oven

IN

UIT

:JE

103

x

x

10

3

C

OtlE.

kmol

°c

H

kc:=,l

i kmo1

kcal x

kmo

l

°c

H kcalikmo1 kcal

H

2

756

25

0

0

2005 300

+

1';147

+

3894

N

2

187

!

0

0

187

~

+

1';144

+

364

O

2

40

0

0

25

+

2100

+

52

CO

90

-

26416

2377

2

48

24400

6051

CO

2

22

-

94052

2066

58

90900

52

7

2

C

H

4

202

17889

.)615

540

14500

7830

C

₂

H

₂

360

ot

5öOOO

+

20880

C

2

H

4

51

+

12496

+

637

137

+

.1.7000

+

2329

C

2

H

6

4

14700

59

C

3

H

6

7

+

14000

+

98

C

3

1I

7

7

C

3

H

8

600

-

24820

lL,892

C

4

H

2

1

C

4

H

4

6

C

6

H

6

14

+

32000

+

44

8

C

208

+ .1460 +

304

H

2

0

3600

180°C

-

564 73

-

203303

3398

5.?521

-

188660

554

8

-

225618

7205

-

17'-3807

,

225618)

f

10

3

De oven moet

dus

i-

179

ö07

-

(-

kcal

/d

ag aan wa

r

mte

leveren

.

45.811

10

6

kcal/dag

=

187

lOb

BrrU/dag

192

1

0° k

J/d

ag

:JE) I

n

H

is

de vormingswarmte

en de soortelijke

WF~rrnte

bijeengenom

en

·

, ,

-

16

-Druk in het midden van de oven 1::;" Hg vac.

=

7

.

35

p.s .i .a.

DrukverJies over de oven 1" Hg

=

0

.

50

p.s.i .a.

6

.

85

p.s.La •

.I

Uit de oven str oomt K.W.

3807

kmol/dag: =

46022

kg/dag

stoom 33';jo

_"

=

61.

1

64

"

7205

kmol/dag =

107186

.Kg/dag Waterkoeling ~ .' ,. I , ~ ( (t (,. v

Comp. kmo 1 H kcal/kmoloC kcal x

103

kmol oC H kcal/kmoloC kcal x

103

H

2

2005

N

₂

187

°2

25

co

248

C8

2

58

CH

₄

540

C

2

H

2

360

C

2

H

4

137

C

2

H

6

4

C

3

H

6

7

C

3

H

7

7

C

3

H

8

C

₄

H

2

1

C

4

H

4

6

C

6

H

6

14

C

208

H

20

3398

Stoom

7205

300

7

.

08

7

.

07

7

.

85

7.29

11.32

11.94

13.

8

1

6

.5

20

.

2

20

4259

397

55

542

1<j7

1944

490

677

24

210

238

6910

18<j43

1336

17607

2005

38

1.Ö7

25

2

4

8

58

540

360

137

4

7

7

1

6

14

2190

580

,

-

-x

103

kcal/dag

6.87

6

.

61

6.41

6

.

97

9

.

05

Ö.92

11.2

11.

2

13

.

2

1.

00

6.40

522

48

6

66

20

183

153

58

2

10

1336

?

\ hOl ~ ( ( ( {\., l( L. J al

!

~ Hoeveelheid meeges~eurd H 20: \./ ."\... /'-. .-' . -7 .95 35<;19

x

580\kmol

H

20 damp/dag . 6.85 - .<;15

=

Condensatie H 2U (~398

- :2

8

0") _x 38400 kW

₌

1250 kW 24 x 3600 Koeling kraakgas (300 - 38°C) : (18943 - 1336) x

1U

3 x 4,184 kW ö50 kW (queneh) Koelwater 2100

x

60 4,184 24 x 3600

=

30000 kcal/min o s.w. H 20

=

1 Kcal/kg C

=

2100 kW 30000 29 x l = 1040 3599 x .95

=

165 - .95 21 kmol H20 damp/dag

99

.95

35

x

50 - .95

=

70 kmol H20 damp/dag .95 4 /

3599 x 15 _ . 95

=

2 2 kmo1 _H20 damp dag

In de afscheidertoren verdwijnt (580

-

242)

In de lste trap van de compressor verdwijnt (242

_-

70)

In de 2de tra}2 van de com}2ressor verdwijnt (70

-

21 )

17 -kmol H 2O/dag kmo1 H 2O/dag

r

'

kmol H 2O/dag

Koeler na vacuurnpornp

IN

K. W. 3599 H 20 damp 580

8

.

2

2950

495

3445

1147

UIT

359~

242

7.6

8

.4

- 1

8

-1070

77

1147

22~8

x

10

3

Kcal/dag

=

22~bOOU x

4

,1

84

kW

=

24

x

3600

=

112 kW Condensatie H 20

(5bO-242)

krnol/dag

=

(500

-

242) 38400

kW

=

151

kW 24 x 3600 263 kW

r " _ "

, \ { • ; :\ • • v

,

Compressor eerste trap

IN

UIT

Comp. s.w. bij 130

0

C 3

kmol kcal/kmol

0c

kcal x 10 kmol s.w. bij 49°C kcal x 103

K.W. 3599 H 20 damp 242 . ; .', P \ . ' .~'L

\;'"

i

"

"-

,

' .. '

.'

! ./ I Condensatie H 20 8.2 8.5 3840 267 41.07 1399 359:1 70 7.8 6.4 2708

x

103 kcal/dag

=

= 2706000 4,184 kW = 24 x 3600 x (242-70) kmol/dag

=

(242 - 70) 38400 24 x 3600

=

130 77 kW kW 1370 29

Er moet dus 130 + 77

=

207 kW aan warmte worden afgevoerd.

Compressor tweede trap

IN

Comp. kmol s. w. bij 143°C

in kca1/kmo1

K

.

W

.

3599 8.3

H

20 damp 70 8.5

UI'l'

kcal x 103 kmol s .w. bij

4270 3599 7.8 85 21 6.4 4355 1072 3263 x 103 kcal/dag

=

3283000 x 4,184 kW 24 x 3600

=

Condensatie H 26 (70-21) kmo1/dag

=

(70 - 21) 36400 24

x

3600

=

181 kW moet in de 2 e trap worden ~fgevoerd.

38°C kcal x 103 1065 7 1072 159 kW 22 kW lol kW

-

20

-Diacety1een-absorptieKolom

Comp

.

Voeàing

kmo1

(1)

H

2

2005

N

2

l~7

°2

25

co

248

+

4

CO

₂

58

+

2

CH

₄

540

+

29

C

2

B

2

360

+

62

C

2

H

4

137

+

17

C

₂

H

6

4

C,3

H6

7

C

3

H

4

7

C

3

H

8

C

4

H

2

1

C

4

H

4

6

C

₆

H

6

14

H

₂

0

21 D.H.F.

3

62

0

+

114

D.M.F.

O

,

l

gallon/min

M. W. DMF

=

73

1'1

a

teriaa..Lbalans

D

.

H

.

F

.

Afvoer

top

kmo1

(2)

kmol

(3)

2u05

l67

25

252

60

567

401

153

4

7

7

7

4

7

3(,72

0

,

1

y ~1785 x

0

,

945

7'>

Afvoer

boàem

kmol

(4)

l 6

14

21

3

l:<mol

DMF /rnin

-- 4

,

9

-

10-3 knlo1/mlo n

=

60

x

24

. x :4 ,

9 l-

0- 3

k

ma

1 DIvrF /dag

=

7

kmo..L

DMF/dag

- - - - -- -

-- 21

-Hoeveelheid meegesleurd DMF

₃₆₇₂

x

165

u

_

IR

0

,

18

=

4

kmol DMF/dag

(

m:F 38°c

en

0

,

18

p.s.i .a. ; lito

6)

Lit. l,-,

5

,

6

" h. L

=

absorptie factor

=

= vloeistofstroom L K' V kmo1/dag V dampstroom kmol/dag Po Ij

K

'

=

evenwichtsconstante y/x, ~ TI

TI

=

druk van het systeem

P

=

dampdruk o

r

=

activiteitscoëfficiënt K'

=

=

165

₉₀₀

x

0

,

2

0,037 A

C

2

H

4

K

'

A

=

=

=

L K' V

7

₀

_,

₀₅₂

=

₀

_,

₀₃₇

_x

₃₆₇₂

=

,

.

165

x

2

0

,

30

1100

=

7

_0,0065 0,30 x 3672

=

0

,

0065

x

154

~~ kmol C

₂

H

4

geabsorbeerd K' = 165

₆₉₀

x 3 = 0,74 A =

₀

_,

₇₄

7

=

0

,

003

x

3672

0,003 x

569

=~~mo1 CH

₄

/dag geabsorbeerd

7

K

I _

165

x

4

,

5

1

05

.

-

700

=

,

A

=

₁

_,

₀₅

x

3672

0,002 x

4

= - kmol C 2H6 geabsorbeerd ,/ \. I

=

0,002

/

tfv

'

-

22

-Acet;y:1een absor:t:tieko1om

"-2

64 ( de toren is slechts \ C 2H2 K'

=

0,037 A

=

0,037 x 320d = 4,75 ( ₍ gedeelteli jk (21%) ~ werkzaam C 2H4

K

'

0,30 A 564 0,585 0,21 x

0

,

585

x 158 = = 0,30 x 320é5

=

=

=

17 kmol C H /dag 2 4 geabsorbeerd CH 4

K

'

0,74 A 564 0,24 0,24 x 0,21 x 567

=

=

_{320é5 x 0,74}

=

=

=

29 kmo1 CH 4/ dag geabsorbeerd C 2H6

K

'

=

1,05 A

=

2

64

=

0,167 0,21 x 0,167 x 4

₌

3208 x 1,05

=

0,14 kmol C 2H

6

/dag geabsor -beerd

co

31J ,6 510 psi K' 165 1

y

rv

2 Pc

=

=

=

₅₁₀

=

₃ ~ A

₌

0,07 0,21 x 0,07 x 252 .; 4

4 kmol CO/dag geabsorbeerd

Pk CO₂ 73,0 1080 psi K' 165 0,152 ( "-J 1

=

=

=

₁₀₈₀

=

~ A

₌

0,15 0,21 x 0,15 x 60

=

2 2 kmol CO 2/dag geabsorbeerd

-

23

-Acetyleen absorptiekolom

(materiaalbalans in kr.:.ol/dag)

Comp. (3) (5) (6)

('n

Cö)

C

9)

kmol kmol kmol kmol kmol kmol

H 2 2005 2005 N 2 187 lÖ7 °2 25 25 CO 252 4 248

,,(

CO 2 60 2 58

\-

-CH 4 567 29 538

.

L

,/

\

)

1

!'C".i.j~

' /

C

t&l

C 2H2

,

--

401~

-

-

--C 2H4 153 17 136 C 2H6 4 !.j. C 3H6 7 7 C 3H4 7 7 C

3

H

8

C 4H2 C 4H4 C 6H6 H 20

9

9

D.M.F.

4 564 564 4 3672 564 9 l024 3208 l3 D.~.F.

:

8 gallons/min ₌

8

x 327

8

5 x

°2

945 _{60 24 564 kmol/dag} 73 x x = H 20 wassen: 42 gallons/dag 42 x ) 27b

;2

kmol/dag

9

kmol/dag

=

₁₈

=

.

,

18

Hoeveelheid meegesleurd D.)vI.F. 3208 x UI

₌

4 kmol D~:F/dag

l65

-

O,lö

Stabilisator Materiaalbalans in kmo1/dag

Comp

.

(7) (10) (11) H 2 N 2 °2 CO 4 CO 2 2 CH 4 29 C 2H2 401 C 2H4 17 C 2H6 C

3

H6 C

3

H4 7 C

3HS

C 4H2 C 4H4 C 6H6 H 20 4 D.MF 564 106 1024 106 4 H

20 wassen: 18 ga~lons/dag = 4 knol/dag

D.MF: 1,5 gallons/min = 106 kmol/dag (12)

339

7 669 1015

(13)

4 2 29 62 17 114 114

x

0,18

Hoeveelheid meegesleurd

D.M.F.

=

25 _ 0,18

=

1 kmol/dag 10 psig

=

25 psia D.MF

38°c

en 0,18 psia Hoeveelheid C 2H2 over de top

A

=

l

ii

x

~1

S;:

0,

1-

511

- 24 -(14) 4 1 5 /Ç>o

0

,1

5

?

x 400

=

~ kmol C 2H2/dag over de top

- - - -- --

-- Z5

-Acetyleen-stripkolom

(Materia~lbalans in krnol/dag)

Comp. (lZ) (15) (16) (17)

kmol kmol kmol kmol

HZ N Z °2 CO CO

_z

CH 4 C 2H2 339 339 C 2H

4

C

_z

H6 C 3H6 C 3H

4

7 7 C 3HS C4 HZ C 4H4 C 6H6 H 20 DMF 669 106 4 771 1015 106 343 778 Hoeveelheid meegesleurd DMF 339 x 0,18

=

14,7 - 0,18 4 kmol DMF/dag

De acetyleenstroom gaat nu nog door een waterwasser om DMF te

ver-wijderen en wordt daarna over calciumchloride gedroogd. Acetyleen

is dan

9S,5%

zuiver.

'" ", j

-

26

-Stabilisator (warmtebalans)

De absorptiewarmte wordt verwaarloosd. Daarom geen warmtebalans

voor absorptiekolommen.

Warmte IN/min UIT

kcal kcal

Voeding

28

,

5

kg DMF

38°e

650 33

,

8

kg DMF

87°e

1770

Terugvoer

-22

0

e

1

,

0

kg

terugvoer-stroom

5,3

kg DMF

70

gas

_38°e

16

720

1786

720

1066

kcal/min

1066

kcal/min moet aan warmte door de kookketel worden gesuppleerd.

1066

kcal/min

=

4470

kJ/min

=

75 kW.

Acetyleen stripkolom (warmtebalans)

Warmte IN/min Voeding Terugvoer -stroom kcal

33

,

8

kg DMF

8

7°

e

1770

5,

3

kg DMF

38°e

120

1890

1

013

kcal/min =

4240

kJ/Min =

70

kW. UIT Bodem Top

39

,

1

kg DMF

6

,1

kg

C

₂

H

2

121

0

e

kcal

2840

63

2903

1890

1013

101

3

kcal/min moet aan warmte door de kookketel worden gesuppleerd.

sj

11

~

t

AI'9F/5 e/{/lf./ c>s Tt> F f

I

I I

I

,

\1

_:/

(

" r \ i\ I' i i i; ; \

i

1

I

I

I i i \

I

\ i

I

!

i

I

,

I

_I

,

~ --tho ' - - , - - - - . . . . , . - - 4 . . . . J). 11. F

(~

.

Literatuur

1 G.H. Bixler en C.W. Coberly. Industrial and Engineering Chemistry, ~L' blz. 2596 (1~53) .

2 N.C. Updegraff en J .C • .i<eynolds. Petroleum Refiner 32, no 9, blz. 162 (1953).

L

M.J .P. Bogart en H.H. Dodd, Chem. Eng. Progress 50, blz. 372 (1954). 4 A.C. McKinnis, Industria1 ~nd Engineering Chemistry 47, blz. 850

(1955).

L

J.F. Farnsworth c.s., Industrial and Engineering Chemistry 47, blz. 1517 (1955) .

6 W.H. Stanton, Petroleum Refiner 38, no 3, blz. 209 (1959).

L

F. Rosendahl, Chemie et Industrie d4, blz. 357-374 (1960). 8 S. Tsutsumi, Petroleum Refiner 37, no 3, blz. 169 (1~58).

~ J.W. Haun, Petroleum Refiner 37, no 11, blz. 204 (195~) .

10 J .L. Patton c.s., Petroleum Refiner 37, no 11, blz. 180 (1958). 11 W.E. Lobo, Chem. Eng. Progress 57, no 11, blz. 35 (1961).

12 T. Kunugi c.s. , Chem. Eng. Progress 57, no 11, blz. 43 (1961). 13 C.H. Chi lton, Chernical Engineering, blz. 144 ClSJ57).

14 Petroleum Refiner 38, no 11, blz. 207 (1959).

15 M.J.f. Bogart c.s., Petroleum Processing ~, no 3, blz. 377 (1953). 16 M.J .P. Bogart, The Oil and Gas Journal, 58, no 1, blz. dd (1960) . 17 L. lhrenberg U.S. patent 2,726,734 (1955)

18 M.J .l'. Bogart

_"

_"

2,789,149 (1957 ) 19 M.J .P. Bogart

_"

_"

2,796,951 Cl 'J57)