Bereiding vansynthesegas uit aardgas in een gefluidiseerd bed

april 1969

OPWARMEN oUROGAS WATER ~---!

....

-+---~"""-,J-~

...

... _

.

.

lUCHT ZWRSH)F H. - 5.150 1.15 H. -28.3S0 T.l0 H. +9JO T.25 H .• 250 T.25 ".9.13 ~ 40 B.9.63 P. 1,0 C.l0,03 ~ \0 A.9 iJ ~ 40 w.w. A.O,lO ONTZWAVELEN STOOM H.-5.71Q T.40 H.-22.600 T.300 P 10,0 ~0~.~2~,'~1~ ________________________________________ ~EXPVAANTSE ~50 EJECTEUR EJECTEUR H.-2'-l10 T.l72 H.+tI7Q T.l ' A.9.63 B. 63 ~ 2.7 ~ 2,7 REACTIE REACTOR P 2.0 KOElEN

-W.W.IEN I KOELER oH. -4.700 H.-)lB40 T.'liO CO-CONVERSIE MASSABALANS 5 TROHEN IN HmJ/S€C DRUK IN ATHOSFE ER CO 2 ABSORPTIE A AAR(X;A5 B. STOOM/ .... TER C. LUCHT O. ZUURSTOF E. METHAAN F. CO G. WATERSTOF ~.' ~~n.STOF

CONVERSIE VAN AARDGAS MET

STOOf"! EN ZUURSTOF IN EEN FlUIOBEO REACTOR

DP HOIJER H.MW WERKER

r

OPWA_N ONTZWAVELEN HENGEN OP'WMHEN REACTIE KOELEN CO-CONVERSIE CO 2 ABSORPTI E

1

~

,..- -... ,... ----] -L _... ~

-:><::

"1

•

AARDGAS ( : I) ~~- ~ . ' ,

><

rW~~

'-.:.-/

><

~ ( ) ~ ... ...

----~

t

... ... ~

T

₁

~ --1 "- STOOM

1

([1.I; ~ ( , : II ) : ~ ~ _{M I} WATER ~ ---- --_A' ... _ ... _-

---T ---T

~

A

f

)

~ W.

-

W.IEH I LUCHT ZWRSTOF

1

H.-18.170 ~RMTEBALANS

I

A. AAAOGA.S F. CO Hooo

l

H. IN '.CAL/SEC B. STOOM/WATER G. WATERSTOF H. - 5.150 W.W.I _{T IN oe} C. LUCHT

.

.

~~~STOF T.1S AH.+'40 H.-5.710 _H.·2t.Jl0 O. ZUURSTOF L. W.W.

~

T.40 _I EJECTEUR r T.I72 1 AH. '5.440 E. METH ... N REACTOR T.1.ooo H. -21.350 W.W.U: H-1UOO FORNUIS H.-22.600

t

t

1.10 AH. 04950 TlIO 6H.+700 T.300 ~ 00

1

H.-rn~ KOELER H.-31B40 CO _{CO 2 } - - .}

î'

T.190 KOELER

H ... g30 COM' AH. -4.700 CONVERSIE ABSORPTIE

H.·920 11,+1.170 W.W. H.·4.100 PRESSOR EJECTEUR +

f

T.2S I>M. ·10 T.2S T." I>H,2.930 T,700 H.·25O H .• 250 EXPANSIE T.l0 T.2S VAT p 20

,

,

_~m I 8.8,35

I

A.9,13 _A.96J ONT· E.O,25

,

,

, COz .~ CO ~ 40

j

~ 40 , ZWA VELINO , P 40

,

EJECTEUR ~ 2,7 F.7,18

REACTOR G. 18,8 I CONVERSIE I 'ABSORPTIE ~B.9,63 _TER T " ~ 2,0 K.l,97 ~ 1,0

1

ww. P'l,4 FORNUIS Pl.' L. ',72 A.O,10 I

I

g~8

C.l0,03 _COM· CONVERSIE VAN AARDGAS

~ \0 PRESSOR ~ 10,0 EJECTEUR _{~ 2,7} MET

MA SSABALANS STOOM EN ZUURSTOF

r - t \ 1 EEH FlUIOBEO REACTOR

0.2,81 EXPANSIE IN

~50 VAT STROMEN IN Nm 3/SEC DP HOIJER

DRUK IH ATMOSFEER H.MW WERKER MEI

1 1 1

-

----! ... . blz.

Hoofdstuk

I

Samenvatting

H

oo

fdst".lk

11

Inleiding

Hoofd

s

tuk

111

Vervallen

H

oofd

stuk

IV

Bes

chrijvin

g

v

an het

proces

H

oofdstuk

V

f

·j

assabalans

VJarm

teba

lans

Hoofdstuk VI

Fny

sische en

Chemisch

e

Aspecten

Hoofd

s

tuk

VII

A. Reactor-ontwerp

B.

Cntzwav

e

1ings

i

nstal

latie

C. Luchtcom

pressor

D.

Ejecteurs

E.

Warmtewisselaars en

fornuis

F.

M

eet e

n R

egel apparatuur

Hoofd

s

tuk V

II

I

Literatuurlijst

2 4

7

10

19

27

28

36

37

37

40

43

45

-2-Hoofdstuk I

Kort overzicht van de technologische uitvoering van het proces.

Opdracht:

een eenvoudige berekening van een installatie, die uitgaande van aardgas, stoom en zuurstof in een

fluïde bed synthesegas produceert voor de bereiding van 1000 ton ammoniak per daB.

Bij de berekeningen moest voor zover mogelijk en rede-lijk l i t . l als leidraad gebruikt worden.

Ontzwaveld aardgas, stoom en zuurstof worden in de verhou-ding 1:1:0,6 verhit, gemengd en in een fluïde bed reactor geleid. De temperatuur in deze adiabatische reactor

is 1000oC.; de druk 2 ata. De reactie wordt versneld

----

-met een katalysator. (lit.2). In de reactor reageert het methaan, de belangrijkste component uit het aardgas

voor

99

%

en levert een mengsel van H

2,CO, H20 en CO2• Teneinde de voor de bereiding van NH

3

noodzakelijke molaire verhouding van

3

molen H

2 op 1 molN

2 te verkrijgen wordt de zmurstof voor een deel in de vorm van lucht toegevoerd.

Vallende buiten het bestek van dit verslag is de weg van het gasmengsel verder als volgt:

CO wordt omgezet in CO

2 door extra toevoeging van stoom en gebruik van een katalysator. De CO

2 wordt geabsor-beerd met behulp van een ethanoldiamine oplossin~.

-3-N₂-H₂ mengsel bij hoge druk en temreratuur tot reactie

gebracht. Hierbij ontstaat am~oniak. Dit is een

belangrijke grondstof. Bijvoorbeeld voor stikstofhoudende

kun~;t:r:est •

De ver~elijkinb ']let andere processen

is in het ontwerpstadium, dat in dit verslag bereikt is

nog moeilijk. jij zijn gebeigd aante nemen, 6at het

proces Qua investeringskosten niet veel verschilt

van andere processen voor de bereiding van synthesegas.

~~

~

~W""

Hoofdstuk 11

EiEenschaD~~n nroduct:

H~t synthesegós wordt gebruikt voor

de productie van ammoniak. Na de CC-conversie moet de

~

molaire verhouding van waterstof en sikstof dus 3:1 zi~n.

Verder moet de hoeveelheid bijmen~sels ( methaan, argon)

zo klein mogelijk zijn, omdat anders onevenredig veel

gespuid moet worden bij het ammoniakproces. Het

rnethaan-gehal te is

<

1

%

.

Technische Bereidingsmorrelijkheden~

Lit.9 verstrekt het

volgende staatje:

procenten

wijze van fabricage febr·'59 febr. '62

aardgas 31 38

fuel oil 15 13

raf. gas 9

'1

cokes en kolen 40 40

andere methoden

₅

2

Uitgaande van cokes als grondstof is het oudste proces het watergasnroces, dat opereert bi~ atmosferische druk en een wisselende tempeartuur van 1000-15(00C.

Bij het Lurgi-ox?gaspr oces is het proces continu gemaakt. Bij 17000C. wordt koolstof in tegenstroom met stoom en lucht vergast.

Het fluIde bed van tinkler kenmerkt zich door een grote

flexibiliteit

t.a.v.

de voeding.

Bij de koolwaterstoffen kan men onderscheid maken naar het femt, of een katalysator gebruikt wordt en of stoom dan wel zuurstof de belëmgrijkste tweede grondstof vormt.

In de V.S. wordt veel synthesegas gemaakt door kataly-tische conversie van methaan met stoom bij 7500C., 15 ata en een _CH4-H

20 verhouding van

t.

Voor gebieden, waar

"J

aardgas schaars is ontwikkelde Iel een proces, waarbij

-5-lichte nafta katalytisch met stoom bij gemat igde

tem-peraturen en drukken omgezet wordt.

\ In ~uropa l igt de nadruk meer op de partiële

oxidatie-~ processen. . ~

Ke llor;rg, C:;;TA en r;ontecatini ontwikkelden katalytische processen, terwijl Texaco, 3hell en Fluor niet- kata-lytische processen ontwierpen.

e...v.."..

o

De niet-katalytische processeb werken bij een hogere temperatuur dan de katalytische processen, nl. tot

1800oK4 het probleem van de roetvorming doet zich bij niet-katalytische processen dan ook veel voor.

Het gebruik van ziurstof maakt een dure zuurstoffabriek

nodig. Daarentegen gebruiken processen ~et stoom dure katalysatoren.

De ontwikkelingen van de laatste tijd worden gekenoerkt

door een hoger wordende druk.

Lit. 9,8 ,~,6,5 geven een nadere beschrijving van de 2 ~ gebruikte bereidingsmethoden.

Toepassingen v~~ synthesegas.

Synthesegas wordt voornamelijk

gebruikt voor de bereiding van stikstofhoudende

kunstmesten.

Daarnaast wordt synthesegas gebruikt voor de produktie van koolwaterstoffen in die gebieden, waar geen aardolie voorhanden is.

1.\.

Tenslotte wordt methanol~gesynthetiseerd

synthesegas. ~b-~

{

---t~

-

6-Ontz'

,':a

ve lir.::r :

_(lit.15)

Ontz'"m

ve

lin

gtot

e

e

n

gehalte kleiner dan

1

ppm.vl.

is

nodig, omdat

:

1. de in het flulde bed te

g

ebr

uiken

katalysator

gevoeliG

is

voor

zwav

el

.

2.

de bij de

latere

CO

-c

onversie

te

geb

rui

ken

kataly-sator

zeer

gevoelig

is voor zwavel.

3.

de

flex

ibili

teit

wat betreft

de

voeding

fI

'oter wordt.

Aardgas bevat

25

mg

.

zwavelhouden

de

componenten

per

r~m3

.

De veel gebruikte

natte

ontzwavelings

pr

oce

ssen

,

zoa

ls

het

sulfinol-

en

de

et

hanolam

i

ne I)rO

CeSsen,

rea

g

eren

op zure

bestand

d

elen in

het

gas

_~

.

~et

de

H~S _c:.

zou dan

ook

de

CO

₂

verwijderd worden. Dit is niet noodzakelijk

en

zou de installaties alleen zeer

veel

groter maken.

Bovendien

is

bij

het sulfinolproces de

fysische

oplosbaarheid

van de

koohJate

r

stoffe

n

ho

g

er

dan methaan

aanzi

enlijk

, zeker als

de ontzwavelin

g

onder druk wordt

uit

g

evoer

d

.

De

voorkeur

moe

t

daaro

m

uitgaan naar e

e

n

droge

ontzwavelin

g

met

behulp

van

ijzeroxide.

De eis:

maximu

m

1

ppm.w.

zwa

vel

is

met

het ijzeroxideproces

makke

lijk te bere i

ken

.

i1

2S

en

de

andere

zwav

e

lhoud

ende

componenten, zoals

COS

en

CS

₂

,

rea

ger

en vlot

tot

FeS.

Voor een goede

werking

van het

pro

ces is het

nodig

0,8

~

zuurstof

aan

het aardgas

toe te voegen voor

de regeneratie ter plaatse van het

gevormde FeS.

Bij deze regenar

a

tie ontstaan vri

j

e zwavel en ijzeroxide.

Tevens moet

3

NI/sec.

ammoniak toegevoegd w

e

rden om

de pH in de ontzwavelin

g

st

:

rens op

8

à

I

C

te houden.

In principe kan men bij ontzwaveling zuiver

ijz

e

roxide of ijzeraarde

g

ebruiken. Gezien

de

vrij kleine

installatie en de vereiste zuiverheid

moet de

voorkeur

gegeven worden aan zuiver ijzeroxide.

-7-Hoofdstuk IV

Beschri~ving van het proces.

Bij het opstel len en berekenen van het

fa-brieksvoorontwerp is uitgegaan van de volgende omstan-digheden waaronder de grondstoffen besccikbaar zijn:

druk temperatuur

aardgas 40 atm 15°C

water 1 atm 100e

lucht 1 atm

'V

25°C

zuurstof 50

ato/~f

'

25°e

Daar de katalysator (nikkel op drager) zeer gevoelig is voor zwavel, zal er eerst voor gezorgd

dienen te worden dat al de zwavel uit het aardgas is

verwijderd. Daartoe wordt het aardgas met behulp van

een warmtewisselaar opgewarmd tot 400e en vervolgens

ontzwaveld in torens, gepakt met ijzeroxide.

Het aldus ontzwavelèe aardgas zal alvorens de

reactie plaats vindt eerst gemengd dienen te worden

met stoom. Daar bij deze menging absoluut geen conden-satie van stoom mag plaats vinden wordt gewerkt met

oververhitte stoom. Deze stoom wordt bereid door eerst

water in een ketel te verdampen om het vervolgens in

een fornuis te verhitten tot 300oe.De druk van deze

oververhitte stoom mag niet hoger worden dan 1,4 atm.

De drukbegrenzing is hierom noodzakelijk, om

-dat het aardgas en de stoom het beste gemengd kunnen worden in een ejecteur. Willen we de gewenste einddruk

van 2,7 atm. na de ejecteur handhaven, dan spreekt het

-8-De mengir-g

van lucht en

zuurstof geschiedt

evene

ens

in een ejecteur. Als

"hoof

dgas

I1

kan jar:

ir.

_er

ge

-noeg de zuurstof

niet fungeren, daar

ruim vier

maal

zoveel 11..<.cht

hiermee

gemengd

moet worden.

Daarom zal

eerst de zuurstof in een expansievat

~oeten

expanderen,

tot een druk die

hier

1,1 atm is

genomen.

Daar de

eind-druk na de ejecteur evenals in het vorige geval weer

2,7

atm.

moet

zijn

zal de

lucht

met

behulp van een

compressor

moeten

worden

opgevoerd tot

minstens

10

atm.

Na

de

meging met behulp

van

de

ejecteurs

dienen de

Qengsels eerst te

worden opgewarmd. Dit is

noodzakelijk,

daar anders de

reactie

niet

verloopt

zo-als gewenst wordt.(zie

hoofdstuk V

)

Het

opwar

men geschiedt

in een gaswarmtewisselaar,

waar-bij

de warme reactiegassen als warmtebron fungeren.

De te reageren mengsels

worden aldus

verhit tot 7000 C,

wat

voor

het juist verlopen van de reactie

voldoende

is.

De twee verhitte

gasmengsels

worden

vervol-gens gescheiden

in de

reactor

gevoerd(zie

hiervoor de

reactorbeschrijvin

g)

.

Tijdens

het verloop

van

de reactie

stijgt

de temperatuur tot 1.0000C en bij deze

tempe-ratuur verlaten

de

fassen

de fluid-bed reactor.De

gassen

worden

dan

op

de reeds

boven

beschreven methode in

een

gaswarmtewisselaar gekoeld

en verlaten

de

warmtewisse-laar bij

352

0

C.

Het nu

verkregen

mengsel bevat naast de

com-ponenten van synthesegas nog een zekere hoeveelheid

niet

gereageerd methaan, stoom,

CO

₂

en natuurlijk

stikstof.ln

het

verdere

proces wordt eerst

de CO

om-gezet in een CO-conversietoren.Het

is nu een zeer

ple-zierige bijkomsti

gheid

,

dat reeds al de

zwavel is

ver-ijderd.

N

u is

het mogelijk met katalysatoren, zoals

conversie--

9

-temperatuur van slechts 1900C voldoende is.Het mengsel

kan dus verder affekoelt worden, waarbij de dan vrij

-komende warmte nuttig gemaakt kan worden voor de op

-warming van de gassen.

Na de CC-conversie wordt nog verder afge

-koeld voor de C02-absorptie~ vervolgens me~e

en tenslotte de ammoniak synthese.

Daar het niet in dit bestek valt al deze

processen te behandelen zijn de makers van dit fab rieks-voorontwerp niet verder gegaan dan tot de CO-conversie. Daarbij werd wel beseft, dat hierdoor vergelijking met een ander proces zeer moeilijk werd.

Wel moet hierbij opgemerkt worden dat het

zeer twijfelachtig is of voor de menging van twee g as-stromen geen betere oplossing lliogelijk is dan een ejec-teur met de nu hierbij behorende (dure) compressor.De

gekozen oplossing lijkt verre van ideaal, doch i s voor het proces niet van wezenlijk belang. en daarom wordt

c~<{~

e..

t

'tt11.

~ Col. f

c..

~ z-Co ~C,tDz ~ zCo

;::'.~71

OK.. It,p /( L Co C-o (

~. l P

--Ie",,~

,

~~

~ ~

~OZ

Hoofdstuk V ~assa- en Warmtebalans.

De r:assatalans.

In een specificatie van het Groningse aard-gas vinden we voor de samenstelling van het aardgas

uit Slochteren het volgende:

~

CH4 88,3 Vol. % C 2H6 2,5

, ,

%

C

₃

HS

1.1

,

,

1; N 2 7,1

,

,

%

\~ CO ₂ 1,0

_'

_,

%

Voor de berekening van het evenwicht in de

reactor zijn de volgende aannamen gedaan:

1.

De problematiek wordt geeeel ther~odynamisch en

stoechiometrisch benaderd.Er wordt met de kinetiek

van de reacties geen rekening gehouden. (wel controle).

2.

De oxidatie met zuurstof vindt plaats onder in de

reactor en heeft geen invloed op het eindevenwicht.

3.

Alle aethaan en propaar. verbrandt eerst met de zuur -stof en vervolgens een deel van de methaan.

4.

In het eindgas bevindt zich geen zuurstof meer.

5.

Er wordt geen externe warmte toegevoegd.

6.

In het eindgas moet de verhouding

(CO

+

E

₂

)

:

N

₂

=

3

te zijn, i.v.m. de hieropvolgende a~moniaksynthese.

De reacties in de reactor worden als volgt

voor~esteld:

G)

_CH4

+

_H20

~

CO

+

3R2

(1)

~ +~~C02+4H2 '~ (2) _

(J)

CH₄ + 202 _ CO

2 + 2H2C

i~

(!)

Go~ ~

\'\1.-"

~ ~

Co"\- }\'l.O /

Bij de reacties (1) en (2) horen de volgende evenwichtsconstanten: P p

3

CO

•

H?

Kl

=

~

P

CR

₄

•

PH

₂

0

,terwijl ln Kl

=

11·570 + 13,04 T

; C)

C...-o

C V t c....'1'1

N1.

qJ~~

~ciJ-/~~

~J~~

~

~(J

-k

\1't o

IJ)

t

)

I

\'

, ,

~

---

)'2..

I I

r

/

(

-IL

I

·

1

PH 2 4

terw

ijl

In K') :::

-

<-2.9

0 8 ₊

₁₁

_,

5

₃

T

(zie li

t

.

3)

De

reactie

(3)

is aflopend naar

recht

s

. (aanna

me

4)

1

f

il

et

behu

lp

V8

.n

deze

5

vergelijkingen

is

het

mogelijk

de

5

onbekenden op te

lossen,

indien

de

totaal

-,

druk

wordt

vas

tge

le

gd

.

I

Dit oplossen is

geprobeerd met

beh

ulp

v~~

de

TR-4, doch

dit

bleek zeer

tijdrovend te

zi

jn

,

vooral

d0

0r

het feit

dat er

een

8

e

graad vergelijking

ontst

aat

.

Daarom is

hier tensl

o

tte

een

graf

isc

h

e o

pl

os-si

ng

g

ekozen,

die

bovendien

een

beter inzicht

in

de

vari

atie

van

diverse

fact

oren

gee

ft.

Van

gr

oot

belang

voer

het

reactorontwerp

is

hier

de

druk

,

ter

wij

l

men

bovenaien

het

nodi

ge

w

il

weten

ov

e

r

de

con-versie va

n

het aard

g

as.In

een

graf

i

ek

wor

den

uit

g

ezet

de

druk tegen

de co

n

centratie

methaan

in

het

eind

g

as

bij

verschillende

temperaturen

.

De

grafiek

werd als vo

lgt

bepa

a

ld.

Uitgegaan wordt

van 1

Nm

3

aard

ga

s

en

1

Nm

3

stoom.

Om

aan

punt

5

van

de

aannamen

te voldoen ';

lord

t

een

ze-kere hoeveelh

eid

zuurstof toe

ge

voegd.

B

ov

end

ien is

een

verschil tussen afvoer

tempe

ratuur reactie

p

roducten

en

invoertem

pe

ratuur der

reactanten van

on

g

eveer 300

0

nodig,

(zie lit 1), o.a. voor

goede

warmtewisseling.

Uit de reacties:

CH4

+

_{2 02--' CO2}

+

_2H20

+

191,7 kcal

en

_CH4

+

_H20

~

CO

+

3

_H2

- 50

kçal

~~~

?

volgt voor een isotherme reactie:

1

Bij de warmtebalans bleek echter, dat deze

verhoudin

g

niet helemaal juist was en

moest

zijn 2

-

: 1

Het zal later blijken,

dat

deze verhoudin

g

voldoende

is voor het handhaven van de temperatuur in de reactor.

.

.

-12-Als

uitga

nGsprod

ucten

wordt

nu

ge

nomen:

aardgas

stoom

zuurstof

stikstof

1 1

Nm

3

Nm

3

? 0,5 I-çm3_",~ . P Nm

3

De

stikstof

hoeveelheid

wo~dt

l

at

er bepaald

en

aan

de han

d

daarvan

d

e

hoeveelheid lucht en extra

toe

te

voeren

zuurstof.

Eerst wordt aangen

o

men

,

dat

alle C

₂

H

₆

en

C

3

HS

verbran

d

t

en

vervo

l

g

ens

met

de

rest

van de

ov

er

-gebl

even

zuurstof een

deel

v

an de methaan

.

Totaal is

nu

aanwezi

g

:

C

H

₄

C

₂

H 6

C

3

H

8

N

2

°2

CO

₂

H

₂

0

O

n

derin

de

C

₂

H 6 +

3+

C

₃

HS

+

5

CH4

+

2

Zo wordt verkre

g

en:

Uit 25

N

l.

aethaan

Uit

11

N

l.

propaan

Over aan zuurstof:

500

Nl.

8

83

25

11

1.000

P+

₇₁

500

10

1.000

r

e

actor eerst de

°2

°2

°2

--+

2

_CO2

---

3

C

_O2

--

CO2

50

N

l. C

O

₂ +

33

N

_{l. CO2}

+

Nliter

+ + +

,

,

,

,

.,

,

,

,

,

,

,

,

ox

idat

ie

3

_H20

4

_H20

2

_H

₂

_°

75

N

l.

H

2

0

44

N

l.

H 20

88

Nl.

-

55

N

l.

=

358

Nl.

02

Dit verbrand met

179

N

l. methaan en vormt dan:

179

N

_{l. CO2}

+

358

N

l.

_H20

Alle zuurstof is nu verbruikt , zodat voldaan is aan

aanname 4.(zie lit 1.)

-13-Gevormd is door

de

ze oxi

da

tie:

CO

₂

50

N

l.+

33

N

l. + 179

N

l.

=

26

2

N

l.

H

₂

0

75 N

I.+

4

4

l'~l.

+ 35

8 N

l.

=

477

N

l.

Verbrui

k

t a

a

n

_CH4

1

7

9

N

l. , zo

da

t voor h

e

t vervo

18

van

de reactie resteert:

CH4

8

8

3

-

17

9

₌

704

I

n.

H20

1.000

+

477= 1.477

In.

CO

2

10

+

262

=

27

2

I

a.

N

₂

1.000

P + 71

~ü.

N

u

zal

in contac

t IT.

et

d

e

k

atalysator het

metha

ê.

n met de s

t

oom r

e

a

g

e

ren

CH4

+

H

₂

0

~

CO

+

2

H

Lt _ _ .-:;::..:.0---""""

vol

g

ens:

+

3

H

₂

of

De

CO

en

CO

2

zullen

weer van

elkaar afhangen volgens

het

Wat

e

r

g

as-ev

e

nwicht:

CO2

+

_H2

~

CO

+

Stel nu de hoeve

e

l

h

eid CO die gevor

m

d wordt X

en

de hoeveelhei

d

C

O

₂

d

ie

ge

vormd wordt Y,

dan

kunnen

we met

behulp van

bovensta

a

nde

reactievergelijkingen

voor

het

eind

g

as dat de reactor verlaat het

volgende

opschrijven:

CH4

H 20

CO

704

-

X

-

Y

1.477 -

X

- 2Y

X

272

+

Y

3X

+

4Y

1.COO P

+

71

Tot. 2524+P+2X+2Y

Wanneer

de

evenwichtsconstanten worden opgeschreven:

X

• (

3X + 4y)3

Ptot

3

•

C704-X-Y).(1477-X-2Y)

(2

5

24+P+2X+2Y)

In plaats van

K

2

kan

ook

de Kw worden

o

pge

s

chreven, wat

rekentechnisch

enorme voordelen heeft.Aldu

s

:

-14-X.(1477-X-2Y)

(272+Y).(3X+4Y)

(log

K, =

-1

2jO

+ W

T

1,66 !

(lit

4)

De K's worden bij

de

betrokken

te~peratuur

bepaald

en in

de vergelijking ingevuld.

:·1et

behulp van deze twee

vergelijkingen wordt

Figu~r

I bepaald.

Voorbeeld

Stel

temp

eratuurl

.

050

0

C.

De

K's worden uitgerekend.

Kl

=

72,5 en Kw

=

Neem

aan

dat

er

_{34 liter CH4}

resteert,

m.a.w.

1,85

X+Y

=

670

Dan

5

2

+ CO

=

4X+4Y

=

2680

H2

+CO

2680

N2

=

=

3

3

=

893

m.a.w.

P

=

893

-

71

=

822

Uit X+Y

=

670 vol

gt

uit de

vergelijking van de

Kw

'

dat Y

=

-82

en

X

=

752.

Invullen van

deze

X en Y

in

de

eerste

verge-lijking

met

P

_to

_t

=

1

atm. geeft

een

Kl

=

8,15.

vJillen we

nu

voldoen

aan

Kl

=

72,5

,

dan moet

P

_tot

hoger

zijn en wel:

V

'/:

::

,5'

=

3,0

8,15

Het totale eindgas

heeft nu een volume

van

2524

+

822

+ 2.(670)

=

4686

De concentratie van

_CH4

in

dit eindgas bedraagt

dan

34

_{• 100%}

=

0,73

%

4686

Voor dit voorbeeld vinden

we dus

een

eindconcentratie

van CH4

=

0,73

%

bij een druk

in

de reactor van 3 atm.

Zo zijn voor verschillende

waarden van

CH

4

en bij diverse temperaturen

de reactordrukken

bepaald,

wat tot figuur 1 leidde.

In het uiteindelijk verkregen synthesegas

is de hoeveelheid

_CH4

van

groot

belang.De

hierin

aan-wezige methaan is als

volgt

saillengesteld:

1,8

1.6

en

~

1.4

Cl

z

-w

z

1,2

z

<l:

1,0

<i

:r:

~

w

~

0.8

w

~

~

q6

~

z

w

u

5

0,1.

,

-,.---u

0,2

-1

5

-FIG UUR

I

TEMPERATUUR IN

oe

T. 850

T. 1000

T. 1050

1

2

3

4

5

6

--~)DRUK

IN ATMOSFEER

7

-~---

IN DE REACTOR

-16-a. Restant

methaan

na de

reacto~

b. CO dat resteert

na

de CO-conversie

c.

CO

₂

dat

overblijft na de CO

₂

-absorptie.

De overgebleven CO en CO

2

worden

in een

methanisator tot methaan omgevormd, daar CO en

CO~

c..

sterke

giften

zijn

voor

de ammoniaksynthese-katalysator.

(li

t1?)

Is

de concentratie

CH

4

in het synthesegas nu te hoog,

dan

zal er bij de ammoniaksynthese veel gespuid moeten

worden.De benodigde hoeveelheid synthesegas zal dan

groter

moeten

zijn, wat

economisch

zeer

on

gunst

i

g

is

(o.a.

door

groter

aardgas verbruik en het groter worden

van

de

gehele

installatie.

Rekening houdend met deze

fact

oren

~oet

uit

Figuur

1

de

optimale

co

nditie

gekozen worden, door

het varieren van

temperatuur, druk en

concentratie

CH

₄

in

het eindgas.

Het werken

onder

een kleine verhoogde druk werpt direct

vruchten

af in de

vorm

van een veel kleinere reactor.

De

temperatuur

kan zonder gebruik te maken

vfu~

zeer

dure

constructie-

materialen

niet hoger zijn dan 1.OOOoC ,

indien

nog een zekere

veili

gh

eidsmarge

in acht wordt

genomen.

Bij een druk

van

2,0

atmosfeer

werd ,

werkend

bij een temperatuur van 1.O

O

OoC

een eindconcentratie

van CH

₄

=

0,55

gevonden, wat aanvaardbaar is.

Voor het

proces zijn

dan ook de volgende

omstandig-heden

genomen:

Druk

Temp.

2

atmosfeer

1.0000 C

Na

_{itereren wordt de hoeveelheid CH4 dan}

26 NL.

en

dus X

+

Y

=

678

waaruit

volgt

N

₂

=

4/3 .678

=

905

Nl

.

Totale volume:

2524

+

(905-71)

+

2.678

=

4.714

Nliter.

Alles uitgewerkt

geeft

voor de samenstelling van het

gas, dat de reactor verlaat:

'--17-

!

L

_A-~j(l

.

_ft-

_t

j , Y"-_{I ...} /.?

r""'

<./

...t/ ~ I \ ' ~, c)J-'

%

%

gedroogd

gas

ONIA

CH

₄ 26

Nl

0,55 0,67 0,1 ~ ~

H

₂0 867

Nl

18,4

CO

74ó lü 15,8 19,4 19,2 CO₂ 204

Nl

4,3 5,3 8,0

H

₂ N 2 1966

la

41,6 51,1 50,2 905

Nl

19,2 23,5 22,5

Ter

vergelijking zlJn hierbij de waarden,

gevonden bij

het ONIA-proces(zie lito 6)

vermeld.

Dat

de

daarbij

gevonden

CO

₂

waarde hoger is is niet

verwon-derlijk

gezien de veel lagere temperatuur waarmee

ge-werkt

wordt, n.l.

7500

C

Uit

het

bovenstaande

blijkt, dat totaal nodig

per

Nm

3

aardgas:

905

Nl

.

N~.In

_c..

het aardgas

bevindt zich

reeds

71

Nl, zodat afkomstig uit de

lucht:

905 - 71

=

834

Nl.

Hiervoor is

nodig:

10. 834

=

1.041

In

.

lucht.ln deze

hoeveelheid lucht

be~indt

zich

~.

1041

=

208

Nl.

02'

zodat nog

eens

extra

aan zuurstof moet worden

toegevoegd:

500 - 208

=

292

Nl.

M.a.w.

per

Nm

3

aardgas moet

worden toegevoegd:

stoom

1,00

Nm

3

lucht

1,04

Nm

3

zuurstof

0,29

Nm

3

Volgens opgave dient de totale productie

aan ammoniak

1.000

ton

per

dag

te

bedragen.

Rekening

houdend met de reeds

gememoreerde

spuiverliezen, te

schatten op

1/7

deel, dient de productie te bedragen:

7

~

~y~~.)

8/7 •

1.000 = 1.143

ton Idag, d.w.z.

1.14J)

₁₇

3

-18

-Nodig

aan

H

₂

+

CO

/ 1. 14

3.

10

3

3

2 .

17

=

101.103 k.mol

pe

r

dag

of

1,167

k~ol

/

sec

.

1

kmol

=

22,4

Nm 3

,

dus

nodig aan

H

2

+

C

O

1,167 •

22,4

=

26,1

1:m

3

/sec.

Uit

1

Nm 3

aardgas wordt geproduceerd:

1,966

+

0,746

==

2,712

Nm3

H

₂

+

CO

Dan

is nodig

per seconde:

26,1

=

9.63

I

'

~:n3

aardgas

2,712

Uit

de

reactor

komt dus

per

secon

de

:

CH4

0,25

Nm 3

==

11,2

mol

N

₂

8,72

Nm 3

₌

389

mol

CO

2

1,97

Nm 3

7-

=

88

mol

CO

7,18

Nm./

₌

321

mol

H

2

0

8,35

Nm 3

=

374

mol

H

₂

18,90

Nm 3

==

845

mol

Totaal

45,37

Nm)

.,,-rfer controle:

H

₂

+

CO

₌

18,90

+

7,18

₌

26,08 Nm 3

N2

=

8,72

Nm 3

H2

+

CO

26,08

= =

3,0

N

2

8,72

-19-De 'h'armtebalans

CT.1 de warmtebalans

te

berekerlen dient men

eerst

te weten

bij

welke temperatuur

en

druk

de

reac-tan

ten het proces binnen

treden en bij

welke

temperatuur

en

druk

de

reactieprcducten het

pro

ces

verlaten.

De

intreed-o~standigheden

zijn als

volgt gekozen:

aardgas

15°C

40 atm. (hoofdnet)

stoom(water)

100e

I

atm.

lucht

25°C

1 atm.

zuurstof

25°C

50 atm.

Deze

veron

derstel

li

ngen

zijn

vrij

willekeurig

gekozen.

Immers

op een

raffinaderij

b.v. zal

altijd

stoom

aanwezig zijn en

wellicht

ook

perslucht,

zodat de lucht,

stoom

en

evt. zuurstof

onder geheel

andere omstandi

ghed

en

daar aanwezig zijn.

De CO-conversie geschiedt

met behulp

van een

katalysator, bestaande uit oxid

en

van koper, chroom en

zink met een toeslag van aluminium en magnesium.De

con-versie

kan

dan reeds

plaats

vin

de

n bij

een

t

emp

eratuur

van 190°C ,

waarbij

zeer lage CO-concentraties bereikt

worden.

De eindgassen verlaten daarom het door ons berekende

systeem bij een druk van 2 atmosfeer en

een

temperatuur

van 190

0

e

Het aardgas, dat bij een temperatuur van 15°C uit het

h

o

ofdnet wordt opgenomen, dient

te

worden ontzwaveld bij

een temperatuur van 40 o e.In

de

volgende tabel wordt de

enthalpie van

het

aargas bepaald bij een druk van 40 atm.,

( J''''~ .• \

waarbij gebruik

wordt gemaakt

van:

:

,

'.Ir-Y,l / : )

Bij deze druk dient een druk-correctie te

-20-Hierbij

worden

~et

behulp van grafieken de enthalpie

van

een reëel

gas

(H)

afgelezen bij bepaalde Tred en

P

_re

d

als

de enthal~ie

_-

van het biloehorende ideale gas

v

(H*)

beker:d is.

De er;.thalpie van aardgas

wordt voornameli

jk

bepaald door

de CH

₄

en daarom

is

de

druk-correctie

al-leen

voor de CR

₄

uitgevoer

d

.

Het

CH4

C

₂

H

₆

C

3

H8

CO

₂

N

₂

totale

Tkri t. Pkri t

_82

0

45,6

Voor CH4 zien

we

2261

-

H

1,0

=

191

beeld wordt aldus

Invoer

1,51

0,

88

dan

:

dus

H

=

2261

met behulp

van

A

q

0

_(Oo

_K)

mol/sec.

(H~

-

H

~)

+ -Jl

fi

380

_•

(2,07

15,99)

==

10,8

_•

(2,33

16,52)

==

4,7

_•

(3,21

19,48 )

==

4,5

_•

(2,10

93,97)

==

30,5

•

(2,97

0 ) =

Totale enthalpie

invoer

aardgas

- 191

lit

n*-H

Tkrit •

1,0

=

2070

21

:

kcal.

-

5.280

150

75

410

+

60

- 5.850

cal.

Na

verlaten van

de warmtewisselaar

is de temperatuur 40°C.

Dan krij

gen

we:

Uitvoer

(

HO

_

HO)

+

A

H

~

(Oo

K)

kcal.

mol/sec

T

°

-,

f~

CH

₄

₃₈₀

• (

2,42

15,99

)

=

- 5.150

C

2

H

6

10,8

• (

2,80

16,52 )

=

145

C

3

H

8

4,7

• (

3,89

19,48)

=

72

CO2

4,5

_• (

2,41

93,97)

=

410

N 2

30,5

• (

2,20

0

) = +

67

-21-Hieruit volgt, dat door de warmtewisselaar moet

worden toegevoegd per seconde:

5.850 - 5.710

=

140 kcal/ sec.

Van het wat~r, dat bij een temperatuur van lOoC het

proces binnenstroomt, wordt eerst stoom van 1,4 atm.

gemaakt bij 1100C en vervolgens in een fornuis

over-verhit tot 300oC.

Voor de stoombereiding Totaal opwarmen: 9,63 1Jm 3

=

Water van 10 naar 1100C verdampingsw. 7.740 3<.0,54 Totaal nodig: is nodig: 430 mol

=

774 kcal 4.180

,

,

4.954 kcal 7.740 gram.

Dus door de warmtewisselaar moet worden

toe-gevoerd: 4.950 kcal/sec. In het fornuis:

Enthalpie stoom vóór het fornuis: (temp 110o C)

430. (3,06 - 57,11)

= -

23.300 kcal Enthapie stoom ná het fornuis: (temp 300°C)

430. (4,65 - 57,11)

= -

22.600 kcal Door het fornuis moet per seconde worden toe-gevoerd

23.300 - 22.600

=

700 kcal. De compressie van de lucht

Uitgegaan is dat de temperatuur na de com-pressie hetzelfde is gebleven als er voor,

n.l.

250C, met in gedachte de veronderstelling, dat de gecompri-meerde lucht van een centrale compressor wordt aangevoerd en onderweg zodanig afkoeld, dat deze de omgevingstempe-ratuur aanneemt. De veronderstelling dat de compressie aldus isotherm geschiedt is natuurlijk onjuist en bij de berekening van de compressor dient daarmee rekening

gehouden te worden.

, , ,

Bepaling enthalpie van de lucht voor en na de compressor:

totaal 10,03 Nm 3 lucht, bestaünde uit 80% N 2 en 20

%

O

-22-N

2

358,5

•

(2,072

-

°

)

=

+

744 kcal

°2

~ po, ,

,

7

(2,070

-°

)

=

+

1

86

,

,

Totale enttal

l

J

ie

lucht voor com.";)ressie

+

9

30

kcal

t:a

de

co

;:;press

ie

d

i

ent

weer een drukcorrectie

te worden

toefepast ::1et behu

l

D

van

lit

20

*"

T

krit

P

krit

Tred

P

red

H-H

°c

atm

Tkrit

N

2

-147

33,5

2,4

0,3

0,18

°2

-119

50

1,9

0,2

0,15

Dit

geeft dan;

N

2

H*=

2.072 cal

IJ

=

2,072-

Tk ·O,1

8

=

2,050

kcal

°2

H~=

2

.

070

c

al

Ii

=

2,07

0

- Tk ·0,15

=

2,0 4 7 kcal

Voor

de gecomprimeerde lucht

vinden we:

N

₂

358,5

•

(2,05

0

-

_°

)

=

+

735

kcal

°2

89,7

•

(2,047 - °

)

=

+

185

,

,

totale ent

halpie

lucht na

compressie

+

920 kcal

De enthalpiedaling

als gevolg

van de compressie

bedrCtagt:

930 - 920

=

10

kcal

pe

r seconde.

Il

et

smoren

va

n

de zuur

st

of.

Dit moren is veronder

s

teld vlak bij de

ejec-teur en is isenthalpisch aangeno

m

en.

Vóór

he

t smoren

be-draagt bij een

temperatuur

van 25°C de enthalpie bij een

druk van 50 atm. :

*

H' -H

atm

°2

50

Tk Ot

°

r~ C

-119

1,0

Dan is de enthalpie van één mol:

2070 -

0,7.154

=

1.

962

Totale zuurstof inlaat: 2,

8

2

Nrn 3

Voor smoren enthalpie zuurstof:

126. (1,962 - 0)

=

1,98

T

_krit

0,7

cal

=

1,

96

2 kcal.

=

126

mol

248 kcal

Het smoren is isenthalpisch verondersteld, dus na het

smoren eveneens 248 kcal., bij

een

druk van 1,1 atm.De

hierbij behorende temperatuur is

door

itereren gevonden

en blijkt dan 283

0

K te zijn

(=

10°C)

Het mengen en gedeeltelijk ook smoren

van de diverse gasstromen in de ejecteurs is eveneens isenthalpisch verondersteld~Voor de ejecteur No I vin

-den we :

Som van de twee stromen: - 5.710 - 22.600

=

-

28.310 kcal

Na de menging dient de temperatuur benaald te worden.

Bij 445°K werd gevonden: CH₄ 380 • (3,79 - 15,99) = 4.635 kcal C 2H6 10,8.(5,10 - 16,52)

=

123

, ,

C 3H8 4,7.(7,25 - 19,48) = 58

,

,

CO 2 4,5.(3,67 - 93,97) = 407

,

,

N2 30,5.(3,10 - 0 )

₌

+ 95

,

,

H₂0 430 .(3,56 57,11)

₌

23.090

,

,

Totale enthalpie bij 445°K

-

28.313 kcal

Hieruit volgt dus, dat de temperatuur van

het gasmengsel na de ejecteur 172°C bedraagt.

Voor de tweede ejecteur wordt een identieke

procedure gevolgd.Het totale mengsel bestaat uit:

358,5 mol N

2 en 216 mol 02 terwijl de totale

enthalpie 248 + 919

=

1167 y.cal bedraagt.

Na itereren volgt een temperatuur van de gassen, die de

tweede ejecteur verlaten van lSoe.

Voor het berekenen van de

L1

H

bij de w

armte-wisselaars na de ejecteurs dient men eerst de ingang

s-temperatuur van de gassen van de reactor te weten. Zoals

reeds bij de massa-balans was vastgesteld is de uitgang

s-temperatuur van de reactor 1.OOOoe, e~ is de

samenstel-ling hiervan bekend.De enthalpie van de uitgangsgassen

kan dus bepaald worden.Deze bedraagt:

CH_{4 11,2 • (16,57 - 15,99)}

₌

+ 6,5 kcal N 2 389 • ( 9,38 - 0 )

=

+ 3.650

, ,

CO 2 88 • (13,87 - 93,97)

=

7.055

,

,

CO 321 _{• ( 9,47 - 27,20)}

₌

5.700

,

,

H 20 374 • (11,40 - 57,11)

=

17.120

, ,

H 2 845 • ( 8,97 - 0 )

=

+ 7.570

, ,

, ,

-24-D

a

ar er

verondersteld

wordt

,

dat·

er geen warxt

e

ui

t

-wendi

g aan de

reactor

wordt

toe- of

afgevoerd

,

mag aan

-genomen

worden,

dat

de

reactor adiabatisch

wer

kt,

m

.

a

.w.

A

H

=

O

.

De

enttalpie

van

de

i

nvoer ligt dus

nu vast,

n.l.

1

8

.

773

k

cal em

met itereren dient de

ingangstem-peratuu

r

bepaald

te

w

or

den. Bij

een

teepe

rat

uur

v

an

973

0

K

wordt

voor

de

in

gang ge

vonden:

CH4

3

8

0

_•

(11,14 -

15,99)

:;:

1.840

kcal

C

₂

H

₆

10,8. (17,

58

-

16

,52)

:;: +

11

,

,

C

3

H

8

4,7. (

24

,

60

-

19,48)

:;: +

24

, ,

N

₂

389

• (

7,01

-°

) :;: +

2.730

, ,

CO

₂

4,5.

(

₉

_{,97 -}

₉₃

_,9

₇₎

:;:

378

,

,

H

₂

0

430

_• (

8

,34 -

57,11)

:;:

20.900

, ,

°2

216

(

7,30

-

°

)

=

+

1.580

, ,

Totale enthalpie invoer reactor

_18.773

kcal

H

ieruit volgt

dus, dat

de

invoert

empe

ratuur

van de

gassen

in de reactor

700°C

m

oet bedragen.

~1et

behulp van

deze gegevens

is

het nu

ook

m

o

gelijk

de

hoeveelheid

warmt

e ov

er

te dragen door de

warmtewisselaars na de ejecteurs

te berekenen.

De enthalpie van de

gassen

na ejecteur I Ce

draa

gt

~28.313

kcal.De

gas

se

n

worden

in een warmtewis

s

elaar

op-gewarmd tot

700°C

(van

172°C

af).

De

enthalpie zal

hier-door toenemen en

wel tot:

CH4

380

_•

(11,14-15,99)

:;:

1.840

kcal

C

₂

H

₆

10,8. (17,58-16,52)

:;: +

11

,

,

C

3

H8

4,7. (24,60-19,48)

:;: +

24

,

,

CO

₂

4,5.

(

9

,97-

93

,97)

₌

378

,

,

N 2

30,5.

(

7,01-

°

)

=

+

214

,

,

H

₂

0

430

_•

(

8

,34

.,..57,11)

:;:

20.900

, ,

Totale

enthalpie

na

w. w.

22.869

kcal

Door

de warmtewisselaar dus

over

ged

ragen:

-25-Na de e

j

ect

e

ur voor het lucht-zuurstof

me

ngsel bedroe

g

de totale

e

n

t

h

alpie

p

er sec

+

1.167 kcal, bij een

tem

p

eratu

u

r van l

S

o

e

.

N

a de warmtewiss

ela

ar

d

ient de

te~peratuur

7

00

0

e

t

e

bedr

a

gen,

m

et ee

n

totale enthal

p

ie:

358

• (

7,01

- 0 )

21

6

•

(

7,

30

-

0

)

Totale enthalpie

lucht-zuurstof-=

=

+

2.516 kcal

+

1.58

0

,

,

mengsel bij ir-voer reactor :

+

4.096 kcal

Door de

warmtewi~selaar

dient

dus te

worden

toegevoerd:

4.096 - 1.167

=

2.

92

9 kcal/s

e

c

De

reactieproducten die

de

reactor verlaten

worden in

de

boven

g

eno

e

mde warmtewisselaars gekoeld.

Daartoe

moet de massastroom

op

de juiste

wijze

worden

verdeeld en

wel

in de

verhoudir.g

5

•

44 4 = 1 ,

87

2.919

Is dit het

geval, dan komen

de

producten

na

de warmtewisselaars

weer bij gelijke temperatuur

bij

elkaar.

Deze temperatuur

w

erd als volgt bepaald.

Enthalpie

reactie

Afgestaan

W.W. I

Afgestaan

W.W.

11

Totaal afgestaan

prod.

1.000oe

5.

4

_{44 kcal}

2.929

, ,

8.373 kcal

Enthalpie reactieprod. na

W.W.

- 18.773 kcal

8.373

,

,

- 27.146 kcal.

De temperatuur van dit

mengsel werd wederom

na itereren vastgesteld en bedroeg 498

o

e.

We

kunnen voor

de

CO-conversie de gassen

af-koelen tot

190°C (zie

terug).Daarom

wordt

nog een koeler

ingeschakeld.

o

Bij 190 e bedraagt de enthalpie van de reactieproducten

31.840 kcal/sec , zodat door

de

koeler nog eens

31.S40 -

27.140

=

4.700

kcal Der sec.

-26-Conclusie warItebalans.

Bi~ een beschuowing van de warmtebalans

van het gehele proces zien we, dat er

een

extra

hoe-veelheid warmte dient te worden gesuppleerd, immers:

Warmtewisselaar I

Warmtewisselaar 11

Tot.

toe te voeren Bij de koeler komt vrij

Tekort over proces

+ 140 +4.950 +5.090 -4.700 390 kcal/sec

,

,

kcal/sec. kcal/sec kcal./sec.

Dit tekort moet extern worden toegevoerd,

b.v.

in de vorm van overgehouden warmte bij een ander

proces of indien dit niet mogelijk is, met een groter

fornuis (waardoor stoomtemperatuur hoger komt te liggen)

Extra toevoegen van zuurstof in de reactor zal

n

, I

j

-27-Hoofdstuk VI

Phvsische er. c~~~iscte asnecten.

- " ' - - - -

-Reeds in het vorige hoofdstuk zi~n bij het vaststellen var. de maassa en warmte balans de reactie en de thermodyr.a~ica naar voren gekomen en uitvoerig be -handeld.

Over de katalysator dient vermeld te worden, dat deze

bestaat uit nikkel, op een drager van aluminiumoxyde. Deze katalysator is goed bestand tegen de hoge tempera-turen (I.OOOoe), die bij de reactie optreden.De deeltjes

-grootte bedraagt

0,5

m.m. (lit.

1

)

Het grote nadeel van de nikkelkatalysator is zijn gevoe -l ighei d voor zwavel. Indien daarom i n het aardgas zwavel-verbindingen voorkomen zal de reactie onmi ddellijk stoppen als gevolg van vergiftiging van de katalysator.Experi

-menteel heeft ~en gevonden, dat het zwavelgehalte kleiner dan I ppm. moet zijn.

Het besctikbare aar dgas (Slochteren) bevat 30 ppm. zwavel verbindinsen.In het proces moet het aardgas dus ontzwa -veld worden, waarvan later in het proces, o.a. bij de

CO-conversie profijt getrokken kan wor~en.

De beschrijving van de ontzwaveling geschiedt in hoofdstuk VII.

Verder is aangenomen, dat de benodigde lucht, zuurstof en het water voldoende zuiver zi~n. lÜleen de

edelgassen die uit de lucht afkomstig zijn hinderen bij de ammoniaksynthese , daar hierdoor een grotere hoeveelheid gas gespuid zal moeten worden dan ,noodzakelijk is.Verwij-dering van deze edelgassen zal echter financieel zeer on-aantrekkel ijk zijn, zodat dit spuien op de koop toe genomen zal moeten worden.

-28-De berekeninp

van

de

appara~~,mr.

Be

pali

ng

van de

flurdisatiesnelhe

i

d

.

Cm de

kat

alysa

torde

eltjes

in flurde

toestand

te bren

gen

is een

bepaalde

o

inimu

m

flurdisatiesnelbeid

noodzakelijk.

U~,+,

kan

berel=snd

',.;orden doo

r

de

kra::::

ht,

,i •• _i

die het

ga

s op d

e

deeltjes uitoefent

gelijk

te stellen

aan het

ge

wicht van

de

deeltje

s.

Wel m

oe

t dan

in vele

gevallen

een

corre

ctie voor de turbulente

stro

ming

ron

d

een

deeltj

e

aangebracht worden

.

fr'oeven

v

un

.ei.

E

.

It'Jhi

tehead en

D.

C.

Der~t

(li

t.

IC)

hebb

en

uitgewezen, dat de

flurdis

at

iesne

lhei

d

zeker een

een be

paalde

kretische

wa

arde

'J"

moet

hebben

o

m t

e

111

bereiken,

dat

alle uitstro

omopen

ingen

goed

werken.

Deze

kritische

wa

arde

u

kan

een factor 2 groter

zijn

ffi

dan de

minimale

flur

d

isati

esne

lheid

U

f'.

J~,

Wanneer

de

flurdisatiesnelh

e

id

ee

n

bepa~lde

waarde overschrijdt

zullen de katalysatordeeltjes

uit

het bed

gebl

azan

worden

.

De drie

grootheden

U f'

_m

U

_m

, en

U

_r;-,ax

zullen

nu berekend

worden.

Minimale

flurdisatiesnelh

eid

.

Volgens

( lito 11)

de

formule:15C.~1_t) .2. U .. w.f

e. •

d c: p

laminaire term

E=

porositeit

:

C,46.

kan U

_m

f berekend worden met

_.

1

₇

.-

,,2

+ ,

3:J·

Ff • u Hd =

(

fs

-

f

f) . g

€ • d

P

correctie term

d

_p

=

gemiddelde deeltjesgrootte 4,35.10-

4

ID.