Bereiding van koolmonoxide door middel van steenkoolvergassing met behulp van het Cosorb absorptie proces

:

.

"

.

'"

,

,

Laboratorium voor Chemische Technologie

.... 1·

.,

p.

Verslag behorende

.

.

bij het fabrieksvoorontwerp

van

.

...

W.~

...

K+."H~

...

J~g. _____ k!_~.!

__

.~.~~;j'X.f!.~~!.~_~

_________ _

'.

.

.

onderwerp:

" "

..

.

.

Van Leeuwenhoeksingel 19, Delft

Woutersweg

39,

t

s-Gl;"avenzande

.

..

.•

<fr"

c

_ril

c

c

c

o

c

c

c

c

( ( ( ( ( (

o

o

o

FABR IEKSVOORONT\oJ ERP

de bereiding van

K 0 0 L M 0 N 0 X I D E

door middel van

S TEE N K 0 0 L VER GAS SIN G

met behulp van het

COS 0 RBA BSO R P TIE PRO CES

w.

K1ut Van Leeuwenhoeksingel 19 Delft opdrachtdatum april 1977 verslagdatum juli 1977 L.J. Kuijvenhoven Woutersweg 39 's-Gravenzande

1

INHOUDSOPGAVE

1 Inhoudsopgave

2 Samenvatting

3

Konklusies

4

Inleiding

-1-5

Uitgangspunten voor het onhrerp

6

Procesbeschrijving

7

Proceskondities

7.1 drooginrichting

7.2 Koppers-Totzek vergasser

7.3

quench koeler

7.4

scrubber

7.5

Sulfinol- en Claus proces

7.6

blowers

en

kompressoren

7.7

warmtewisselaars

7.8

kondensors

7.9

dimensionering van de absorptiekolom

7.10 dimensionering van de desorptiekolom

8

Motivering proceskeuze

8.1 vergassing

8.2 koolmonoxide zuivering

8.2.1

kryogeen proces (methaanwas)

8.2.11 Copper-Liquor proces

8.2.111 Cosorb proces

9

Proceskeuze

en Procesregeling

10 Massa- en warmtebalans

10.1 stroom/komponenten staat

11 Overzicht specifikatie apparatuur

11.1 apparatenlijst voor pompen, blowers,kompressoren

11.2 apparatenlijst voor reaktoren, kolommen, vaten

11.3 apparatenlijst voor warmtewisselaars/fornuizen

11.4 apparatenlijst voor diversen

11.5 torenspecifikatieblad voor de absorptiekolom

11.6 torenspecifikatieblad voor de desorptiekolom

12 Lijst van symbolen

13 Literatuur

1

3

4

5

7

11

13

13

14

14

15

15

15

15

15

16

18

20

20

21

21

22

23

27

28

36

40

40

42

44

47

48

49

50

53

c

( ( ( ( f (

o

Bijlage 1: berekening van de evenwichtsligging in de vergasser

54

2: het rendement van een schotel

55

3:

gegevens voor de berekening van de absorptie- en

desorptiekolom

4: 4.1 dimensionering van de absorptiekolom

4.2 dimensionering van de desorptiekolom

5:

K.T.I. reference list Cororb plants

6:

economie evaluation

Grafieken

Patent van het Cosorbproces

Schotel

lay-out absorptie- en desorptiekolom

Flowschema

57

58

60

62

63

64

67

72

73

2

( ( ( ( ( (

o

()

-3-SAMENVATTING

Het proces beschrijft de bereiding van koolmonoxide door

ver-gassing van steenkool met lucht •

.

De vergassing vindt plaats in een Koppers-Totzek vergasser, bij

hoge temperatuur, waardoor praktisch alleen koolmonoxide,

water-stof en stikwater-stof in het produktgas zullen voorkomen.

Nadat het gas is

afgekoeld

en ontdaan van verontreinigingen en

nevenprodukten, wordt het koolmonoxide afgescheiden van de

water-stof en de stikwater-stof met behulp van selektieve absorptie aan een

koperaluminiumtetrachloride komplex. Dit is het zogeheten COSORB-proces.

Dit Cosorb proces werk selektief voor koolmonoxide en is ongevoelig

voor kooldioxide, in tegenstelling met andere absorptie processen.

Ook de stikstof in het gas is niet van invloed op de scheiding en de

zuiverheid hiervan, dit

in

tegenstelling met

een, fysi~he

scheiding

die gebaseerd is op kookpuntsverschillen van de te scheiden stoffen,

zoals de kryogene scheiding.

Er kan vergast worden met

goedkope

lucht in plaats van zuivere

zuurstof.

De

absorptie

druk kan laag gehouden worden

en

de temperatuur kan

op omgevingstempera tuur

vlorden

gehandhaafd.

Uit de lit

e

ratuur blijkt dat dit Cosorb proces veel goedkoper kan

werken, dan de tot nu toe gebruikelijke scheidingsprocessen.

De zuiverheid van het produktgas kan gemakkelijk

99

%

of meer

bedragen.

In het hier beschreven geval is die zuiverheid

98,9%,

hetgeen

voor-namelijk te vlij ten is

aan

he t ontbreken van een flash-tank in het

systeem.

( ( ( ( ( ( (

o

3.

KONKLUSIES

- Het Cosorb-proces levert koolmonoxide met een zuiverheid van

ca.

99

%

;

indien men het systeem voorziet van een 'flash-tank' is een zuiverheid van ca.

99,9

%

haalbaar.

- He~ Cosorb-proces maakt het mogelijk de steenkoolvergassing

uit te voeren met lucht en bij lage druk.

Het Cosorb-proces is goedkoop door zijn eenvoudige proces-voering en de niet-eorrosieve eigenschappen van de

absorptie-vloeistof.

- Een Cosorb-unit heeft een maximale capaciteit, die equivalent is met de vergassing van ca. 1000 ton kolen per dag met lucht.

4

( ( ( (

o

-5-INLEIDING

In verband met het tekort aan gasvormige natuurlijke brandstoffen is onderzoek noodzakelijk naar mogelijke vervangende brandstoffen. In aanmerking komen onder andere SNG ("synthetisch aardgas") en koolmonoxide.

Deze laatste stof is bovendien een belangrijke grondstof in

allerlei chemische syntheses, waaronder die van SNG.

Koolmonoxide kan op verschillende manieren gemaakt worden: 1) stoomreforming van methaan

2) partiële oxidatie van aardolie

3)

vergassing van steenkool

ad 1) het is duidelijk dat deze methode buiten beschouwing moet blijven

ad 2) aardolie is een dusdanig politiek objekt geworden en de

bewezen voorraden zijn zo klein, dat ook deze grondstof

niet in aanmerking kan komen.

ad

3)

steenkool is op vele plaatsen en in grote hoeveelheden

beschikbaar. De bewezen voorraden zijn groot en door het

stijgen van de aardolie prijzen worden de ekonomisch

win-bare hoeveelheden steeds groter.

De kosten per eenheid koolmonoxide zijn het laagst bij vergassing

van steenkool, zoals door Foo en Shortland (1) is weergegeven.

De keuze is daarom gevallen op winning van koolmonoxide door vergassing van steenkool.

Koolmonoxide is een belangrijke grondstof in de chemische industrie.

Het wordt gebruikt als reducerende stof bij reduktie van ertsen

en als bouwsteen in vele chemische syntheses, waaronder de

Fischer-Tropsch synthese en de bereiding van acrylzuur, azijnzuur, formaldehyde, fosgeen en methaan (SNG).

Daarnaast kan het worden gebruikt bij de bereiding van waterstof via de "water gas shift" reaktie

( ( ( ( (

c

o

(j

r

De zo gevormde kooldioxide kan als zuurstofbron dienen bij de steenkool vergassing via de reaktie

CO

2 + C < ~ 2 CO

zodat op deze manier uit steenkool en water pure waterstof gemaakt kan worden.

Wil men koolmonoxide als brandstof gebruiken, dan zal men deze niet over grote afstanden dienen te transporteren, want de

kalorische waarde ervan is ongeveer een derde van die van methaan,

zodat de transport kosten per hoeveelheid warmte te hoog zullen worden. In tabel 1 is een en ander aangegeven.

kalorische waarde Wobbe index

(HJ/m3)

koolmonoxide

12

12

methaan 34 45

Slochteren aardgas

₂₉

37

waterstof 10 38

tabel 1: vergelijking van koolmonoxide met enkele andere

brandstoffen

Bovendien zal men de branders moeten aanpassen, omdat de Wobbe

index te veel verschilt met die van methaan.

De Wobbe index is een maat voor de verbrandingseigenschappen

van een gas en is als volgt gedefinieerd (2):

\vobbe index

=

kalorische waarde (15

0

C en 760 mm Hg)

V

dichtheid t.o.v. lucht

Voor huishoudelijk gebruik is koolmonoxide in eerste instantie

niet geschikt als brandstof -nog afgezien van de

giftigheid-maar voor industriële toepassing lijkt het een goede vervangende

( ( ( ( ( (

o

-7-5

UITGANGSPUNTEN voor het ONTWERP

De kapaciteit v

a

n de fabriek bedraagt 2000 ton steenkool per dag.

Deze kapaciteit is gebaseerd op het feit, dat een

g

aszuiverings-install

a

tie, die zw

a

velw

a

terstof, carbonylsulfide en kooldioxide

uit een g

a

sstroom verwijdert, een gasstroom kan verwerken, die

overeenkomt met 2000 ton kool per dag (3)

De steenkool h

e

eft de volgende s

a

menstelling:

(4)

voor drogen

na drogen

g

e

w

%

mass

a

(t/d)

g

ew

%

m

a

s

s

a (t/d)

koolstof

48,48

969,6

as

1

8

,87

377,4

zuurstof

14,10

28

2,0

Hater

14,42

288

,4

waterstof

2,71

5/

+ ,2

stikstof

0,86

17,

2

zwavel

0,57

11,4

Tabel 2:

·

kools

a

menstelling

Samenstelling v

a

n lucht:

21 vol

%

zuurstof

79 vol

%

stikstof

Freon 12:

temperatuur

(5)

verd

a

mpingswarmte

chemische formule

_30

oC

169 kJ/kg

C1

2

CF

2

C P -2

= a

+

bT

+

cT

(cal/mol

K) Q-

_b

c.

koolmonoxide

6,60

1,20

11

10-

5

kooldioxide

10,34

2,74

11

10- 3

-195,5

11

10

3

stikstof

6,50

1,00

11

10-3

w

a

terstof

6,62

0,81

11

10-3

waterdamp

8,22

0,15

]I

10-3

grafiet

2,67

2,62

]I

10- 3

-116,9

₁₁

10

3

0

de soorte11

_J

"

ke warmte

Tabel 3, konstanten vo r

C lucht

p

=

1

+

1,9

11

AV (kJ/kg °C)

=

1,84(kJ/kg °C)

C tolueen (vloeistof)

p

52,9

969,6

20,6

377,4

1

5

,4

2

82,0

6,6

120,0

3,0

5 4 ,2

0,9

17,2

0,6

11,4

~

HO (kc4fmtA)

.A

SO

(cat/rrul .. )

-26,42

47,30

-94,05

51,06

°

45,77

°

31,21

-57,80

45,11

°

1,36

( ( ( ( (

o

o

-8-~~ _e~gen-8-~~h~p~~~

(7b)

voor de assamenstelling is uitg

8

g

aa

n v

a

n orthoclase (KAlSi

2

0

8

)

smeltwarmte:

419 kJ/kg

C

=

69,26

+

8,21

H

10-

3

T - 2,3

3

1

*

10

6

T-

2

(Cal/mol K)

p

stoomeigenschappen (5)

-HD stoom:

temperatuur 410 oe

LD stoom: temperatuur 190°C

druk

40 bar

druk

3

bar

w

a

rmteïnhoud 3135 kJ/kg

(

?:

'/"'-·

.i

a.Emt~ee~S~~d~n~

(8)

.

_{tolueen R}

₌

_{0,0012 m}

2

°

_C/W

2

0

..

w

a

ter

R

=

0,0012 m

C/v!

warmte'inhoud 27

3

6 kJ/kg

'.

warmteov

e

rdrachtskoëfficiënt:

1 _U

₌

De warmteweerstand v

a

n de gebruikte pijp k

a

n bij deze benadering

buitenbeschouwin

g

blijven

Rendementen v

a

n de kompres

s

or:

(8)

--

-L

hydr

=

0,8

7.

mech

=

0,9

{

_vol

=

0,7

Kondensatie

. -~ - --- --

-

--

wa

-

rmte tolueen:

- ----

-

- -- --

-. Q =

7972 - 12,70

*

(t - 110) c

a

l/mol

Deze ei

ge

nsch

a

ppen zijn gelijk aan die van tolueen, met uitzondering

van het molecuulgewicht en de dichtheid.

molecuulgewicht: 452

dichtheid(40

o

c):

1300 kg/m

3

Molecuul zeven

Bij de schatting van de hoeveelheid molecuul zeven is uitgegaan van

een maximale vloeistofbelasting van 20 gew.

%

en een werkzame

c

( ( ( ( ( (

o

-9-Diffusiekoëfficiënten:

Mengregel voor de berekening van de diffusiekoëfficiënt van

koolmonoxide in een mengsel van stikstof en waterstof:

(10)

Voor de

1 - Yeo

IDCO_H

2

+

absorptie kolom geldt:

IDeo_H = 7

4 ,6

1E

10-

6

2

21,2

1E

10-

6

IDeo_N = 2

(11)

2

m

Is

2

m

Is

6

-6

2

Uit de produkt gas samenstelling volgt hieruit: IDeo

=

25,

1E

10

m /s

(250e)

De temperatuurafhankelijkheid van de diffusiekoëfficiënt is (7c)

ID~Tl,75

Voor de desorptie kolom moet men de diffusiekoëfficiënt van

koolmonoxide in tolueen nemen.

Deze vindt men met de formule:

(10)

~ haalt men uit de tabel, die bij deze formule hoort

0-'

=

5/6

V

1/3

c

Dit heeft tot resultaat dat IDllO

=

5,6

1E

10-

6

m

2

/s

ID135

=

5,7 1E 10-

6

m

2

/s

Viskositeiten

(10)

Absorber:

mengregel voor viskositeiten van een gasmengsel bij lage druk volgens

~ ~

.

1

=

~~

'{;

jc

1

+

j~

CPij (

~j/~T)J

W~lke:

J*i

A~. (R'r

lp

Mi

)('1j

Dij)

'J

I - - - J

( ( ( ( ( (

o

Benadering voor

~

ij

~Hl.

=

81,b

*\o-ll1/óf

m

:L

1

IJ,.;:

11

8

*

/O-t""5/Ml.

~c.o=

11Lf,9

~ (O-t

Nsl

rt)"

Voor de gemiddelde koolmonoxide koncentratie in de absorptiekolom vindt men:

6

-6

2

L

=

17, JE 10 Ns/m

Temperatuur afhankelijkheid: (7d)

~J.~

.:

(rr

l.

)3/:L

~1

rr

1

hieruit volgt voor bovenin de kolom onderin de kolom

\1

=

19,0 JE 10-6 Na/ 2

l

40 m

~

55

=

20,4 JE 10-6 Na/ 2 m Voor de stripper dient men de viskositeit van tolueen te nemen Via een nomogram in Perry (7e) zijn deze bepaald

bovenin:

~

110

=

9,0 JE 10-6 Na/ 2 m onderin:

_~

135

=

9,5 In Ptolueen

=

=

2E!~~~~~~~~~~~

4308,1 + 17,873 T 2700 T + 14,48 JE 10-6 Na/ 2 m bij x

=

0,34

Oplosbaarheid van CO, N

2 en H2 in tolueen (13) 40°C ₅₅0_C CO _{0,009 0,009} H 2 0,004 0,0045 N 2 0,006 0,007 tabel 4, oplosbaarheden

oplosbaarheden in: mol/kg bar

( ( ( (

c

(

o

o

(î

-11-6

PROCES BESCHRIJVING

Nadat de steenkool in een molen verpulverd is en gedroogd met hete lucht, tot een watergehalte van ongeveer

6%

en afmetingen kleiner dan 0,1 mm, komt de kool terecht in vier silo's, bij de vergasser. De vergasser is voorzien van vier branders.

Vanuit deze silo's wordt de kool, tesamen met de voor de verbranding benodigde lucht in de reaktor geblazen, waar het direkt vergast wordt bij een temperatuur van 1600 °C. De branders dienen uitwendig gekoeld te worden, waarbij tevens lage druk processtoom wordt gewonnen.

De slak wordt in gesmolten toestand onder uit de reaktor verwijderd, waarna het wordt gequenched met water.

Het produkt gas bestaat uit koolmonoxide, waterstof, stikstof, waterstofsulfide, carbonylsulfide, ammoniak en sporen kooldioxide en hogere koolwaterstoffen, benevens een hoeveelheid vaste deeltjes. De hete gassen worden nu gekoeld in een quench, waarbij hoge druk

stoom wordt gewonnen. Door de snelle afkoeling van 1600 naar 4000

c

zal het gasevenwicht nagenoeg niet veranderen, waardoor het CO

2 gehalte laag kan blijven.

Vervolgens worden in een cykloon de vaste deeltjes grotendeels

afgevangen, waarna verdere gaskoeling plaatsvindt, onder opwekking van lage druk stoom.

De laatste resten vaste deeltjes worden verwijderd in een scrubber, die tevens het gas afkoelt tot 30oC.

Het gas bevat nu CO, H2' N

2, H20, NH

3

,

H2S, CO2 en COS.

Uit dit gasmengsel worden nu de laatste drie van de bovengenoemde stoffen verwijderd, met behulp van het Sulfinol proces.

Andere mogelijke processen zoals Purisol, Rectisol en DEA, werken bij verhoogde drw< (~50 bar) en komen dus niet in aanmerking ~4)

Het Sulfinol proces daarentegen stelt geen eisen aan de druk en kan werken van ongeveer atmosferische druk tot aan 70 bar.

Aan het Sulfinol proces is een Claus unit gekoppeld, waarmee zwavel geproduceerd wordt, uit de zwavelhoudende bijproduktgassen.

De CO

2 en S02 afgassen van deze unit kunnen eventueel weer gebruikt worden als zuurstofbron bij de vergassing van de kool.

De uitvoe:rspecifikaties van het Sulfinol proces zijn: 2 Jf 10-2 vol

%

1 JE 10-

4

vol

%

CO 2

<

~-:, "';.; - _H 2S

<

J

c..

( ( ( ( ( (l

o

Deze gehaltes zijn echter nog te groot voor het Cosorb proces. Bovendien bevat het ruwe gas nog grote hoeveelheden water en wat ammoniak.

Ter verwijdering van het meeste water en ammoniak wordt het gas o

afgekoeld tot ongeveer

3

C, waardoor ongeveer 9~~ van het water kondenseert. De ammoniak zal tevens oplossen in het kondensaat. De rest van het water, kooldioxide, waterstofsulfide en ammoniak

-

-wordt verwijderd via een bed met molecuul zeven, totdat voldaan is

aan de invoerspecifikaties van het Cosorb proces. (Het 9Cl.S wordt weer 25°C.)

I

De gasstroom wordt nu in twee gelijke delen gesplitst, daar de

t,

I

appHet garaatuur voor het Cosorb proces anders veel te groot zou worden. s komt onderin -de absorber terecht, waar het in tegenstroom met het absorptiemiddel opstijgt. De koolmonoxide wordt uit de gas-stroom opgenomen in het absorptiemiddel en verlaat de absorber aan de onderkant. Het restgas bevat nu tevens tolueen, dat uit het

absorptiemiddel wordt verdampt. Om deze tolueen terug te winnen wordt het restgas met freon gekoeld tot _30oC. Eventuele verdere zuivering van dat gas kan plaatsvinden door norit bedden achter de freon koelinstallatie te plaatsen.

De koolmonoxide-rijke stroom kan eventueel via een flash-tank

ontdaan worden van fysisch opgelost waterstof en stikstof, afhankelijk van de gewenste zuiverheid van het produktgas.

Na warmtewisseling met het bodemprodukt van de stripper komt de beladen absorbens boven in de stripper terecht. Het tolueen in het absorptiemiddel wordt gebruikt als warmteoverdragend middel, om de voor de de sorptie benodigde warmte te leveren.

Onder in de kolom wordt hiertoe een hoeveelheid to~ueen verdampt, met behulp van stoomverwarming.

Het bodemprodukt van de stripper gaat na warmtewisseling met de

strippervoeding terug naar de absorptiekolom, nadat het via een t k 1 d t t t 400C 1.' S b ht

ex ra oe er op e gewens e empera uur van ge rac •

De tolueen uit het bijproduktgas wordt hier ook weer aan toegevoegd.

Eventueel kan men de onbeladen absorbens in een regeneratie unit weer op de gewenste samenstelling brengen.

Het topprodukt van de stripper bevat veel tolueen. Via een koeler en een freon kondensor wordt dit grotendeels weer teruggewonnen.

Afhankelijk van de gewenste zuiverheid van het produkt kan men nog een norit bed in de gasstroom plaatsen, waardoor een praktisch tolueen-vrij gas verkregen wordt.

(. ( ( ( ( ( (

o

-13-7

PROCESKONDITIES

Zoals eerder beschrevon is wordt de gemalen kool eerst gedroogd tot een watergehalte van ongeveer

6%.

De lucht, die rondcirkuleert is niet alleen bedoeld om de kool te drogen, maar ook om de kool te transporteren.

Het is daarom moeilijk om een schatting te geven over de hoeveel-heid benodigde lucht.

Toch is een poging gedaan om althans een orde van grootte aan te

geven.

Uitgangspunten:

te verdampen hoeveelheid water spui temper~tuur

inlaat temperatuur droger inlaat temperatuur kompressor

1,94

l~5OC

70°C

25°C

kg/s

AV

₌

0,068

Kl

~,<J\I .. \

AV

₌

0,053

AV

=

0,016

Bij de berekening is ervan uitgegaan dat de hoeveelheid warmte die de steenkool opneemt te verwaarlozen is t~~ opzichte van de verdampingswarmte. Het is dan mogelijk om met adiabatische verzadi-gingslijnen te werken. Verder wordt aangenomen, dat de gekozen tem-peraturen hoog genoeg zijn om het water uit de kool vrij te maken.

Çi~~1"1 :

droo~iYl$bl6.tie

Spu.\.

.

hoeveelheid cirkulatielucht:

_CPI\1,'-i

~m,i

<Pm'i 1

=

_0,068-0,053

1

1

94

=

129,3

kg/s (droge lucht)

dr~t" verse lucht naar kompressor:

_<P"1,3

tv1

1

₁

94

=

~"">

=

37,3

kg/s (droge lucht)

0,068-0,016

maal iWlric\'

h"3

₈

ct>~,lI

M

3

4>",,"i teruggevoerde lucht:

CPm.l.

=

tPm,y -

~W!,1

=

92,0

kg/s (droge lucht) De temperatuur van het gas na de warmtewisselaar H4:

Deze wordt berekend uit de warmtebalans op punt

A

(fig11

<?"1,l",t

1JlCp,l T

<?~I~*~'*

(P,3

=-

(<t>m,:t4-

cl>1n,i)

*

tLj *cp,'i

Via trial and error vanwege de niet bekende waarde van C

3'

vindt men

p, t

3

=

138 C

o , . . . - - - -

-Aangenomen wordt verder, dat de berekende

1

,

I

1

j

(

1

n

o

o

o

o

I) ,)

c

c

r

( ( ( ( (

..

".j../'- ,ft..

-14-De dimensionering van deze vergasser is niet direkt mogelijk. De komplete apparatuur, inklusief de drooginstallatie wordt geleverd door Krupp-Koppers GmbH, Essen, BRD.

De kapaciteit moet zijn: 2000 ton kolen per dag

In deze grote kapaciteiten wordt de vergasser uitgevoerd met

4

branders (15). De bedrijfstemperatuur wordt op 16000

c

gehandhaaft,

door middel van stoomkoeling.

De verbrandings"'larmte van de steenkool wordt als volgt berekend:

Eerst wordt alle water met voldoende kool omgezet via:

.6 H

=

131,5 kJ/mol

[I,' ,/' I)'" ,

- r

Waarna de rest van de koolstof met zuurstof wordt omgezet in

I

I koolmonoxide via:

I

co

AH

=

-IlO,? kJ/mol

Bij een bedrijfstemperatuur van 16000

c

kan de warmte inhoud van

de produktgas,3en berekend worden en tevens die van de as.

De restwarmte dient dan met de stoom afgevoerd te worden.

In bijlage (1) zijn een aantal eve~wichts- en warmte-inhouds

berekening-en weergegevberekening-en. Voor een maximale koolmonoxide opbrengst is een vereiste, dat

het evenwicht 2 CO ~ CO

2 + C niet kan aflopen.

Dit kan worden bereikt door een zeer snelle afkoeling van het

gas-mengsel.

Een artikel van Mol (16) over quench koelers voor de bereiding

van etheen verschaft enige informatie.

De gasverblijftijden in de quenchkoeler liggen beneden de 100

milliseconden, waarbij gekoeld wordt van ca 14000C tot 400o

c.

Er treedt wel cokesvorming op, die "on line" verwijderd wordt

o

met een stoom/lucht mengsel van 900-950 C. Na een bepaalde tijd is

echter mechanische reiniging noodzakelijk.

White et. al. (l?) geeft met behu~p van driehoeksdiagrammen

mogelijk-heden om roetvorming te voorspellen bij afkoeling van synthesegas.

De beschreven gasmengsels bestonden naast de gebruikelijke

synthese-gaskomponenten voor een zeer groot gedeelte uit stoom (~ 50 vol

%)

Het artikel beschrijft de invloed van de water gas shift reaktie

n op de roetvorming. Het produktgas uit de Koppers-Totzek vergasser

~~~

'

voldoet

niet aan deze beschrijving, daar het geen stoom bevat.

'~I Als de eventuele roetvorming homogeen in het gasmengsel plaatvindt,

zal bij voldoende grote gassnelheden afzetting wellicht voorkomen

kunnen worden, want roetvorming zal onget\-djfeld wel gebeuren.

/,

7.4

c

Scrubber

De scrubber zorgt ervoor, dat de laatste resten vaste stof zoveel mogelijk uit het produktgas verwijderd worden.

Bovendien wordt het gas afgekoeld tot 30oC.

Met het produktgas zal een hoeveelheid water verdwijnen, die later

r

weer moet worden aangevuld met vers water.

( ( ( ( ( (1 (';

Wegens de algemene bekendheid van deze processen wordt volstaan met het noemen hiervan:

Sulfinol: '" 230 ton per uur CO/H

2/N2 gasmengselJ

O zie massabalans

Claus " " , 4 ton per uur zwavel

7.6

Blowers (C3 C10) en kompressor (C22) ___________ J ________________________ _

De berekening van het vermogen van de blowers en de kompressor is op dezelfde wijze uitgevoerd:

Het vermogen is berekend via omkeerbare isotherme kompressie

/

PI

~

Pth

=

.0

m .J?L

_P

_I

l n - -_Pz

=

.0

v Pl In _PI P th P

₌

as

L

hydr

1

mech

L

vol

Pompvermogens zijn niet berekend wegens de onbekendheid met de geometrische opstelling van de vloeistofpompen.

Voor zover mogelijk zijn de oppervlakken van warmtewisselaars berekend, met de formule:

~'tl

A

=---Waarin f een korrektiefaktor is, voor het feit, dat in de warmte-wisselaars geen volledige tegenstroom bereikt kan worden.

7.8

Kondensors (H29, H33, H4l, H42)

De in het Cosorbproces voorkomende kondensors zijn niet op een eenvoudige maniér te berekenen. In alle gevallen moet tolueen

c.q. water gehaald worden uit een voor kondensatie inert gasmengsel. De te volgen methode staat beschreven in de VDI-Wärme Atlas (18) en is een bewerkelijk iteratief proces.

1

I

1

i -,

j

c

( Cl

o

o

o

o

I)

o

c

r

(

c

o

Cl

r

~

berekening van de diameter, gebaseerd op de onderste schotel:

f)

via de formule:

1

~tl

./,

/

L

*"

b

"\tf9

~

di t is gelijk aan >-/'J,/b)

en grafiek (

1),

kan men

de

belastingsfaktor

.À

bepalen.

De op deze manier gevonden

À geldt voor een kolom met een

schotel-afstand van

0,5

meter.

,

-De diameter die hierbij hoort is

5,90

m. Daarom is gekozen voor

een schotelafstand van

-

i-;Ümeter,

waarbij de belastingsfaktor

vlord t :

A

mev<. (~~ : -1 màu)

=

0,0'-/0

en dienovereenkomstig de maximale gassnelheid: u

_g,max

=

1,03

mis

Als

we de kolom dimensioneren op

80

%

van de maxima

a

l

toelaat-bare gassnelheid, vinden we een gassnelheid van

u

=

0,82

mis

g

de hierbij behorende doorsnede van de kolom is:

2

A

=

~ _g

I

u

_g

=

18,90

m

waardoor de diameter wordt:

D

=

4,90

m

~

berekening van de drukv

a

l over de onderste schotel:

de drukval is opgebouwd uit drie faktoren

I

de druk val tengevolge van de stroming door porien

11

statische drukval door de vloeistof, aanwezig beneden de

overlooprand

111:

extra statische drukval door de vloeistof aanwezig tengevolge

van de stroming over de overlooprand.

ad

I: p

=

1

p~

(lI.SIP)l.

=

537,5

NI

2

I CD m

ad

11: PIl =

<t>Rwp,e

cr

=

650

_NI

₂

m

waarin

~

bepaald wordt via grafiek

(2):

cp

=

0,5

ad

_{111: PIlI= I,owft}

~

₌

₁₂₃₅

_NI

_m

2

waarin

h =

0,67

H (u

Ib-)'3

ow

g

de totale drukval wordt dan

analoog voor de bovenste

schotel

Ptotaal

Ptotaal

=

2422,5

NI

2 m

=

2360

NI

_m

2

~

berekening plaatselijk

schotelrendement~op

de onderste schotel:

hiervoor

d~enen

we de stofoverdrachtskoëfficiënt te kennen,

hetgeen via de relatie voor het

S~rw~

getal kan geschieden:

I t {-I

G

( (

-17-k d met Sh

₌

....s....E

ID

g

4

_Qp

_P

_g

Re

₌

T[ db t: g Sc

₌

1

9 ID g

P

g

Uit de berekeningen volgt k

=

0,085

mis

g

Bovendien moet het fase grensvlak nog berekend worden, waarvoor de beldiameter bekend moet zijn:

0,6 :H Q45

db =

----~

=

23

1

mm

1/5 '

g

-( het fasengrensvlak is gedefineerd als a :H z met a

=

6Eg

I

db

( (

c

o

o

z

=

hl

IE

1 (hl = h + h ) ow

w

Dit alles resulteert in:

k

*

a,1Z

E

_m

1 -

exp ( - g )

=

0,974

u

g,bed

Analoog geldt voor de bovenste schotel:

E

=

0,977

m

Via dit plaatselijk rendement kan het overall schotelrendement bepaald worden, zoals in de bijlage (2 ) is aangegeven.

- berekening van het aantal schotels:

fig 2

Bij de berekening van onder naar boven zijn bekend: a) de afstromcnde vloeistof samenstelling

b) de toestromende dampsamenstelling c) de totaal druk

berekeningsmethode:

Aan de hand van een gekozen

T

n wordt de

Peo

berekend bij

x

=

0,34,

via de formule:

.

-~-2,70

T

*

10

+

14,48

In

Peo

=

-Daar de evenwichtslijn als recht wordt verondersteld kan nu de P

eo

bij xn berekend worden ( zie ook de grafiek

(3) )

Via de P

eo

en Pt o ueen 1 volgt nu

ylf-

n en.ó

y* •

n

Bij bekende EO vinden we..c. y en de bijbehorende y •

m n n

Via de werklijn (grafiek (

5))

levert dit dan x 1 en dus ookAx •

n+

n

Met A x is het aantal molen CO dat geabsorbeerd wordt bekend,

n

waarna het warmteeffekt berekend kan worden.

Uit de dampspanningsformule van tolueen haalt men nu het aantal

-( ( ( ( I (

r

o

o

verdampte of gekondenseerde molen tolueen, zodat het warmteeffekt

hiervan ook bekend is.

Het totale warmteeffekt levert een

T ,

die gelijk moet zijn aan de

n

in het begin gekozen gemiddelde temperatuur. Indien dit niet zo is,

dient men een nieuwe sChatting te maken en daarmee het proces te

herhalen, tot wel aan deze gelijkheid is voldaan.

Deze methode wordt voor elke schotel herhaalt, tot men aan de

ver-eiste specifikaties voldoet.

Het blijkt dat het aantal praktische schotels gelijk moet zijn aan

7.

In bijlage (4) is deze schotelberekening in tabelvorm weergegeven.

De werkwijze voor de desorptiekolom is geheel gelijk aan die voor

de absorptiekolom.

De gekozen schotelafstand is 2 meter.

-Men vindt voor de maximale belastingsfaktor:

À

= 0,064

max

en dienovereenkomstig voor de maximale gassnelheid:

u = 1,15 mis

g,max

dimensioneren op 80

%

van de m~ximale kapaciteit:

u

=

0,92 mis

g

Dit betekent dan weer een kolom diameter van 7,20 meter en

2

een doorsnede van 40,72 m

De kolom is dan gedimensioneerd op de onderste schotel.

Drukval over de onderste schotel:

PI

=

if1(LL~:r

= 883,6 N/m2

PIl =

~ ~'"

Pt

~

waarin

cp

PIII

=

.2..0..

Pi

't

waarin h ow

=

237,4 l'I/m2

bepaald wordt via grafiek ( 2 ) :

=1035,8 N/m2

2./3

=

0,67 H ( Ug/b )

<t>

=

De totale drukval over de onderste schotel is 2157 N/m2

analoog voor de bovenste schotel 1500 N/m2

Het plaatselijk schotelrendement:

db

=

21 mm a

₌

186 z _{= 0,34} k

₌

0,052 mis g 0,22

( \1 ( ( (

o

o

-19-Dit resulteert dan in

k a z

E

=

1 - exp (-

g )

=

0,90

m

u

g,bed

analoog voor de bov

e

nst

e

schotel: Em

=

0,94

ber

e

kening

van

het a

a

nt

a

l schotels:

{"-I

-Pr'I.

r-Uit de temper

a

tuur en druk v

a

n de bovenste

schotel, in kombinatie met de toestromende

vloeistof met samenstelling x

l ' berekent

n-1

T~

L"t1

m

e

n de evenwichtss

a

m

e

n

s

t

e

llin

g

x*

v

a

n de

af-n

lopende vloeistof

₄

met behulp v

a

n gr

a

fiek

(~

)

)(.v\

ti~uu,. .3

Met een gekozen rendement (op vloeistofbasis)

bepaalt men de werkelijke samenstelling

x •

n

De hieruit volgende

AX

levert het a

a

ntal molen gedesorbeerde CO.

n

Het warmteeffekt hiervan dient gekompenseerd te worden door

de kondensatiewarmte van tolueen, zodat

4

tolueen bekend is,

hierbij dient ook rekening gehouden te worden met het opwarmen

v

a

n vloeistof, afkoeling van de damp is verwa

a

rloosd ten opzichte

van de kondensatiew

a

rmte.

De naar de schotel opstijgende

de gassa

m

enstelling

y

door

n

damp

y

_n+

1

wordt gevonden uit

a) het a

a

ntal molen tolueen te vermeerderen met

A

tolueen

b) het a

a

ntal molen CO te verminderen met

ó

CO

Op grond van de nu bekende gasstroom

y

1 en vloeistofstroom x

n+

n

is e

e

n murphree rendement te bep

a

len, dat gelijk moet zijn aan

het al eerder gekozen rendement, zoniet, dan moet dit proces

iteratief herh

aa

ld worden.

Is het rendement wel gelijk, dan vindt men de temper

a

tuur op de

schotel n+l, daar de samenstelling en de druk van het gasmengsel

op die schotel bekend zijn -de drukval per schotel is bekend-.

Uit deze l

aa

tste twee gegevens volgt de tolueen partiaal druk,

waarna via de formule:

In Ptolueen

=

4308,1

T +

17,873

de t

e

mperatuur die bij die tolueen druk hoort te bereken is.

Voor de schotel n+l kan nu een soortgelijke berekening worden toe

gepast als voor de n-de schotel. Dit wordt voortgezet tot aan de

gewenste specifik

a

ties is voldaan.

Het blij

k

t d

a

t

3

pr

a

ktische schotels benodigd zijn.

I

1<,

( ( ( (

c

o

o

8

MOTIVERING

-

PROCES

KEUZE

De verg

a

ssing v

an

steenkool kan op verschillende manieren worden

uitgevoerd. Voor de bereiding van koolmonoxide

zijn

de volgende

vergas

se

r

s

beschikb

aa

r (14,19)

1) de Lurgi drukvergas

s

er

2)

de

I,>

/inkler

fluïd

bed vergasser

3)

de Kop

pe

rs-Totze

k

v

e

r

gasse

r

Als zuustof

bron

komen

in

aanmerking:

a) lucht

b)

zuivere zuurstof

c)

stoom

Voor de

koolmonoxide zuivering zijn

beschikbaar:

I)

Kryogene

z

uivering

11)

Cop

pe

r-Liquor zuivering

111)

Co

so

rb

zuivering

8.1

VERGASSING

1) De Lur

gi

drukvergasser

werkt bij drukken v

a

n

25-30

bar en

temper~turcn

v

a

n

600-800

°C.

Het produktgas

bev

a

t teer, olie, fenolen

en ammoniak

benevens

kool

en

a

s de

e

ltjes.

/~

Er wordt

n

age

noeg

geen eis gesteld

aan de

kw"'liteit

van de kool

---

.. ~

2)

De

winklet'

\.

-

.

,:"

·

b

asse

r bestaat uiteen flurd bed reaktor en

werkt bij

a

tmosferische druk

en

temperaturen van

800-1000

o

C.

Het

produkt gas

bevat

nagenoeg geen

teer

en

zware

koolwater-stoffen, maar wel

7~0

van de as.

Er kunnen

vele

soorten steenkool

gebruikt worden met afmetingen

kleiner dan tien milimeter.

3) De

Koppers-Totzek

verg

a

sser werkt ook bij

atmosferische

druk

en

heeft

een v

er

brandingstemperatuur van l500-l800

o

c.

Het

produktg

a

s bevat dientengevolge

alleen

koolmonoxide,

water-stof (en

stikstof)

en pr

ak

tisch geen

andere

koolwaterstoffen.

De

as

verla

a

t de reaktor

grotendeels

in

gesmolten

toestand.

Rond de br

an

ders circuleert stoom voor koeling,

waarbij

tevens

LD processtoom wordt

gewonnen.

Er

kunnen vele soorten vaste en vloeibare koolstofhoudende

materi

a

len verg

as

t worden, waarvan het vochtgehalte 2-8%

mag

bedr

a

gen

en met afmetingen

kleiner dan 0,1 mmo

(,

-21-8.2

KOOLMONOXIDE ZUIVERING

.-.r'

Er zijn relatief weinig stoffen die gebruikt kunnen worden om

koolmonoxide uit een gasmen

g

sel te wassen. Het is namenlijk

slecht oplosb

aa

r in de meeste oplosmiddelen, inklusief

'-'

later •

~

1??

De zuurgr

a

a

d v

a

n het absorptiemiddel heeft geen invloed op de

(

~/"><",I

oplo

s

oaarheid,

'O

mdat koolmonoxide een indifferent oxide is.

(

(

(

o

o

Men is da

a

rom, althans voor een absorptie proces, aangewezen op

chemische

a

b

s

orptie.

E

e

n

a

ndere mogelijkheid biedt een kryogene scheiding.

Zo

a

l

s

onder I, 11 e

n

111 vermeldt zijn er drie industriële processen

voor de t

e

rugwinnin

g

v

a

n koolmonoxide, die hieronder kort b

e

schreven

zullen 1tJorden.

8.2.1) dit ty

p

e proces k

a

n in drie verschillende vormen voorkomen

I

a

) meth

aa

n w

a

s proces

Ib) CO kondens

a

tie d.m.v. waterstofexp

a

nsie

Ic) CO konden

sa

ti

e

m

e

t

e

en "N - loop"

2

MOLE·SIEVE DRYERS METHANE WASH COLUMN

r--'--~---CO PRODUCT

MAIN HEAT EXCHANGER FRACT IONA TOR REBOILER

Cryogenic carbon monoxide separation using methane wash process

fi

g

uur

J.t

procesvoering 15 bar is.

~~~~~~~:~~~_E~~~~~_(l)

Het vo

e

dings

ga

s wordt in

teg

e

nstroom gekoeld met de

uitg

a

ande produkten. Het tot

het d

a

uwpunt

g

ekoelde gas

wordt gewas

s

en met vloeibaar

metha

a

n, waarin alleen CO

absorbeert. Het topprodwct

is hoofdzakelijk waterstof

met enig meth

aa

n, dat door

kondensatie verwijderd wordt.

Een gedeelte van de waterstof

wordt geëxpande

e

rd om de

be-nodigde koeling te re

a

liseren.

Dit heeft als konsekwentie,

dat de minimale druk van de

De koolmonoxide wordt in de fr

a

ktioneer kolom als topprodukt verkregen

waarn

a

het g

a

s n

a

w

a

rmtewisseling het proces verlaat.

Het is duidelijk dat voor stikstofhoudend g

a

s dit proces niet

g

e

schikt is, da

a

r het kookpuntsverschil tussen stikstof en

kool-monoxide si

e

cht

s

6

°c

bedr

aa

gt, waardoor de fr

a

ktionering

moeilijk-heden zal geven.

( ( ( (

o

8.2.

Ir

De invoer sp

e

cifik

a

ties zijn:

geen H

₂

0 en CO

2

' daar dit v

a

ste stof vorming geeft in de "cold box"

H

₂

S, S02 en NH

3

: 1 ppm

V

a

ri

a

ties op dit proces zijn beschreven het boek: Gas Purification (20)

rn nevenstaand figuur 5,is een

schema weergegeven.

Een voorgekoeld H

2

/CO/(N

2

)

gasmen

g

sel wordt onder

ver-hoogde druk in een absorptie

kolom door een koude

cupro-ammonium zout oplossing

gewas-sen-de oplossing bevat zouten

van zwakke zuren, zoals formiaten,

carbonaten of acet

a

ten-Het CO-rijke bodemprodukt ga

a

t

naar de regener

a

tie unit.

Copper-ammonlum-8slt process tor carbon monoxloe absorptIon

De oplossing wordt hier verdeeld

in twee stromen, de hoofdstroom

wordt gemengd met het

bodem-figuur 5

produkt v

a

n de

a

mmoniak scrubber. Na warmtewis

s

eling wordt deze

stroom in de re

g

ener

a

tor gevoerd, waar CO en NH

3

word~en

uitgestookt.

Met behulp v

a

n de koude (met CO verzadigde) tweede stroom wordt de

ammoni

a

k uit het CO/NH

3

gasmengsel gewassen. Het zuivere koolmonoxide

v

e

rla

a

t de scrubber vi

a

de top als produktgas.

Reaktie ver

ge

lijkingen:

chemische absorptie:(lit 21)

CU(NH

3

)

~

+ CO +

NH

3

(

) CU(NH

3

) 3CO+

6

H

~-42

kJ/mol

nevenre

a

kties:

1) 2

_{NH 40H}

_{+ CO2}

~ (NH

_{4 ) 2C03}

2)

(NH

4

)

2C03 + CO

2 4' )

2

NH

4

HC0

3

redoxreakties:

2

Cu

2

+ + CO +

4

OH-

~

2

cu

~

+

+

CO~-

+ 2 H 20

(dus CO

2

vorming)

C

2+

+ u

Cu

Om neersl

a

an van koper te voorkomen is ongeveer

2~~

van het aanwezige

koper als cu(rr) a

a

nwezig.

Deze verhouding wordt in st

a

nd gehouden door injektie v

a

n lucht,

om cu(r) te oxideren via:

(; ( ( ( ( ~"-'-"

-23-In bovenst

aa

nde re

a

ktievergelijkingen stellen Cu+ en Cu

2

+

komplexen voor van CU(NH

3

)x.

Het voorga

a

nde m

aa

kt duidelijk dat de procesvoering ingewikkelder

is dan een "gewoon" absorptie/desorptie unit. Hierop wordt verder

ingeg

aa

n bij de bespreking v

a

n het Cosorb proces.

Verder is de absorpti

e

vloeistof zodanig korrosief, dat gewoon

kool-stofst

a

al ni

e

t gebruikt k

a

n \'lorden als konstruktiemateria

a

l.

Invoerspecifik

a

ties:

CO

2:

dit wordt mede ge

a

bsorbeerd, eisen afh

a

nkelijk van

de ei

se

n di

e

aan het pr

o

duktg

a

s word

e

n gest

e

ld

H 28

en

802 NH

3

en

H

2

0

1 ppm

geen eisen

8.2;

I I I 'COSORB PROCESS ! .

---H, rich gas solvent recovery _condenser degasser

~:

_" syntllesis gas r1~' FIG.

6

carbon monoxide b" "":...0

Het Cosorb proces voorziet volgens de literatuur (22,23,24,25) in de

behoefte

a

an een proces, dat aan de diverse wensen tegemoet komt

t.a.v. lage investeringen, hoge efficiëntie, produktzuiverheid,

gematigde proceskondities en afwezigheid van korrosieproblemen.

Het proces bestaat uit een eenvoudig absorptie/desorptie systeem,

dat een koperverbinding (CuA1C1

4

) gebruikt om koolmonoxide te

komplexeren:

( . ( ( ( (

o

o

c

·

-24-co

+ CuAlCl

4

~ CO :CuAlCl

4

Als oplosmiddel wordt tolueen gebruikt.

Het komplex is stabiel, zodat de reaktie naar metallisch koper niet optreedt.

Het komplex reageert echter irreversibel met water onder vorming van zoutzuur en een oplosbaar reaktieprodukt.

Zwavelwaterstof reageert eveneens irreversibel met het komplex. Dit leidt tot de volgende invoerspecifikaties:

H 2S en H20 NH

3

CO 2 en COS 1 ppm 1 ppm geen eisen

Vooruitlopend op de eigenlijke proceskeuze volgen hierna enkele voorbeelden van het Cosorb proces ten opzichte van de andere twee:

het Cosorb proces wint vrijwel kwantitatief CO terug met een zuiverheid van

99:

%

,

terwijl tegelijkertijd een waterstofstroom van hoge zuiverheid geproduceerd kan worden, indien het ruwe gas alleen waterstof en koolmonoxide bevat. Bij de beide andere processen wordt dit nooit bereikt.

Voedingen die synthese-gas komponenten bevatten, zoals CO

2, H2' CH

4

en N2 kunnen met het Cosorb proces verwerkt worden zonder voorbehandelingen.

Een kryogeen systeem kan geen mengsel van koolmonoxide en stikstof scheiden in de zuivere komponenten, vanwege het kleine verschil in kookpunt.

Zoals eerder is opgemerkt is water enjof kooldioxide in de voeding voor het kryogene systeem fataal, dit in tegenstelling tot het

~

Cosorb proces, dat water tolereert en wat alleen tot berekenbare verliezen leidt.

het Cosorb proces is niet afhankelijk van hoge druk en lage temperatuur voor de effektieve verwijdering van koolmonoxide uit een gasmengsel. De procesvoering is daardoor eenvoudig, vooral vergeleken met het Copper-Liquor proces, met zijn nauwe

+ 2+

kontrole van de Cu jCu verhouding, de ammoniak terugwinning uit het produktgas en de hoge druk problemen.

het Cosorb oplosmiddel heeft een grote absorptie kapaciteit, een lage viskositeit en een hoge stabiliteit.

In tegenstelling met het Copper-Liquor proces vertoont de op-lossing geen verlies van aktieve komponenten uit de oplossing door neerslagvorming.

r

( ( ( ( (î

o

(î

-25-het Cosorb oplosmiddel is niet-korrosief. De beide andere

proces-sen vereiproces-sen speciale, duurdere konstruktiematerialen.

de CO produktie kosten zijn lager dan de konkurrerende processen

zoals in tabel

5

te zien is. Ook de investeringen zijn veel lager, hetgeen in tabel

6

staat. Een vergelijking tussen de drie processen is te zien in de tabellen 7 en 8 - --

---Expected operating utility and chemical requirements per million lb. of CO produced.

COSORB _{Cu Liquor Cryogenic}

Water, miltion lb. Cooling water... ... 45.38.. ... ... ... 153.63 ... . _17.08 Wash water .... ... .... . ... _ _ _ 2_.8_3 ... _ _ _ Subtotals ... .... 45.38 Steam, lb. _~ 156.46 ... . 17.08 50-lb.jsq. in. gauge ... 1,282,000 ... _ .. 3,354,000 ... . 600-lb.jsq. in. gauge ... 231,000 .. ' .... __ ... . ... _ _ _ Subtotals ... 1,513,000 ... 3,354,000... Nil Power, kw. hr ... -... .... 87,696 ... _... 66,850 ... 187, 148 Chemica Is ./ Toluene, lb ... ' ... . _{84 ... ..} Ammonia, lb ... .

. 1-. lean MEA Solutian lb ... .

\,-v'1

Nitrogen, std. cu. ft ... . ... 3,588 ... . ... 1,968,750 ... . ) (.; ,,! j, ( . ... .426,062 \, ' .

"''':;';.' "\

.

tew

Co:S~

fot'"

v..bllHes

',"; - Ql"ld c~e .. ·tic<1lS

~-'"

'

L-_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

100 % ... 220'10 ... 19°'70 L:":

--'

-Table 6 ~stimated capital requirements.

Plant Capacity million Ib.jyr . ... .. Estimated Capital ... . Capita I Greater than COSORB, % ... . Table 7

Feed gas to carbon monoxide recovery unit. Analysis Vol.-% H, ... .71.53 N

,

...

..

... 0.07 CO ... 24.77 CH₄ . . . , . . . .. . .. . . .. 3.63 CO, ... 50 ppm 654,454 std. cu. ft.jhr.

COSORB Cu Liquor Cryogenic

100 $2,250,000

96 ... 87.3 $3,170,000 ... $3,350,000

40.9 ... 48.9

Table 8 Product stream.

Analysis (vol. %) COSORB H, ... 0.12 N, ... 10 partsjmiltion CO ... 99.83 CH4•• ••• •••• •••••••••• 0.05 CO, ... Nil Recovery, % ... 99.50 CO, miltion Ib.jyr. ... 100.00

Analysis (vol. %) Hz ... .. N, ... . CO ... . CH4••••••••••••••••••• CO, ... . Recovery, 010 . . . . COSORB 94.93 0.09 0.17 4.80 0.01 99.90 CO Product Cu Liquor Cryogenic ... 1.39 ... 0.15 ... 7 partsjmiltion ... 0.27 ... 98.53 .' ... 99.38 ... 0.07 ... 0.20

... ,50 partsjmiltion ... Nil 96.90 ... 86.90 96.00 ... 87.30 H2 Product Cu Liquor Cryogenic

. ...

94.93 ... 98.08

.

...

0.09 .. ... 0.01 .

.

....

0.16 .. ... 1.90

..

....

4.82 .. ... 0.01 .

...

Nil .. ... Nil .

....

..

99.50 .. ... 96.70

, " I

r

c

(

r

o

Opmerking: Hoewel alle financiële gegevens afkomstig zijn van

Tenneco zelf, l i jkt het Cosorb proces, gezien de toch grote voordelen

ekonomischer en eenvoudiger dan beide andere processen.

Een nadeel is, dat er nog weinig operationele ervarinG is met het

proces. In Europa is één proces in bedrijf. Zie verder bi jlage

5

Op het moment wordt het Cosorb proces gezien als methode voor

terug-winning van koolmonoxide uit spuigas van de acetyleen en methanol

fabrikage. (zie de figuren

7

en

8)

Voor de toekomst ligt een grote toepassingsmogelijkheid in de

bereiding van koolmonoxide uit de vergassing van steenkool met

lucht.

Deze mogelijkheid wordt met name in dit fabrieksvoorontwerp onderzocht

Bijlage

6

geeft een ekonomische evaluatie van de kosten van kool monoxide

produktie uit Gronings aardgas door stoomreforming.

Hiervan bestaan twee uitvoeringsvormen:

a) Cosorb once through

b) Cosorb recycle

Bij het laatste wordt van een CO

2-recycle gebruik gemaak~ om het

grondstofverbruik te drukken.

FIG.

7

:

OVERALL COST OF MANUFACTURING CO FROM DUTCH NATURAL GAS AND METHANOL PURGE GAS (W. Europe, March 1974)

FIG. INVESTMENT COST OF PLANTS FOR MANUFACTURING CO BY STEAM REFORMING AND RECOVERING CO FROM METHANOL PURGE GAS (W. Europe, March 1974)

200 . . ~..., _ _ .... _ ... _ .... . . , . . , . 180 160 140 120 ui ::J 100 Q) a.

...

:s

_u '" c .~ u .e

"

c

..

E 80 60 40

~~~~~~~--~~~~~

600800 1,000 .2,000 4,000 6,000 10,000

plant capacity, Nm' per hr CO (100%)

c .2 Ë V> ui ::J 10~"~~"""~~~"~"~. 8 6 4 3 2 1.0 0.8 0.6 cfc.9 SOURCE: 'i~O METHANOL

o~'Q PURGE GAS

ePS

O.4~~~!!\!!II_~~~~!II!!!I~""~ _{600 1,000 2,000 4,000 6,000 10,000} plant capacity, Nm' per hr CO (100%)

(' ( ( ( ( (

o

-27-9

PROCESKEUZE

Het is de bedoeling om zoveel mogelijk koolmonoxide te maken. Dit houdt in, dat de vergassingstemperatuur zo hoog mogelijk moet zijn.

De keuze valt dan op de Koppers-Totzek vergasser.

Het gebruik van de lage druk vergasser houdt ook in, dat alle

volgende stappen zo mogelijk bij lage druk dienen plaats te vinden. De kryogene zuivering en het Copper-Liquor proces werken bij ver-hoogde druk, het Cosorb proces bij lage druk.

De kryogene zuivering werkt bovendien slecht indien er stikstof in het produktgas voorkomt, er kan dan dus niet met lucht vergast worden, maar men moet zuivere zuurstof gebruiken, hetgeen t evens betekent, dat men stoom moet doseren, om een optimaal zuurstof gebruik te verkrijgen, daardoor neemt de hoeveelheid waterstof in het produktgas weer toe.

De kombinatie van hoge druk zuivering en vergassing met zuurstof zal duurder zijn dan lage druk zuivering met vergassing met lucht. Het Copper-Liquor proces werkt bovendien nog bij verlaagde temperatuur

(loC) in tegenstelling met het Cosorbproces, dat bij 25°C kan werken. Als proces voering komt dan naar voren:

Koppers-Totzek vergasser lucht als zuurstofbron

Cosorb proces om de koolmonoxide te scheiden van de rest

PROCESREGELING

Naast de gebruikelijke nivo-, druk-, flow- en temperat~urregelingen

is het noodzakelijk om het zuurstofgehalte te meten in het produkt-gas, dat de vergasser verlaat.

Een teveel aan zuurstof in dat gas, duidt erop, dat er teveel lucht in de vergasser wordt geblazen. Het zuurstofoverschot kan namelijk bij afkoelen van het produktgas reageren met de koolmonoxide onder vorming van kooldioxide en zodoende de opbrengst verlagen.

De zuurstofmeter moet gekoppeld worden aan een ~egelklep in de pers-leiding van de luchtkompressor.

In de produktgasleiding van de kolommen met mol sieves naar de Cosorb units moet een ratio controller worden aangebracht om de gasstroom evenredig over beide units te verdelen.

IN

_waarts

Voor-

10

Massa -en

Retour

UIT

-Warmt eba lans

I

.

c

M

Q

M

M

M

Q

I

Q

Q

_I

I

.-( Vöedinct i

23,1

1812

_71/1

u

r-t--

I

<!)

; ; _,

M

I

,

(

₁

_i _. ( ~

Ir.

M

~ t - - -- _.

2

...

; i

I

-t

_ ..

I

I

"

I

,

j

..

31

1

3

0

~~ ,

C

Luc.ht

..

I

r

₃

-@

c

! ~~ [)

H

4~

A

-

-1,9

54

0

5

,

5

,.

tob8,4

S~OOW1

_,.

...

_ft

kondensQ.Q...c ~

1

,

9

1

o

t

..

~

..

!

,..

-... ~ I

...

Cy

5

I i

f+-

I I

t

~

4~ ~r -- ".

()

t-

~==

-(I

- - - -

-

--

-( --

-- --

-

-

-(

---

-( • -( I (

-0

44/~

0

-

-0 .. _{21 1}

.

180437,0 (î

-

-- --

-

-(

-t

C

7

M

9

LLlch~

C

®

10

----...

S

1 1

t/m

14

l

t

--

-f - - - - --

-

-~

-- --

--

---_L

---

-J

9

/

1v

₅

_/

_filZ

--

--.

.

-

-_

.

-'u'

..

R

r

1b,q

-

35

5

, Z

- - - + - - - 1

Wo,tel"

~

1 5

lO StoOI'Yl ..

1b,q

LtbZ3'1

J

b

...

-

-

-

-~ r---( 4/4

.

®

t

._

-"'--

-~

M

( ltS

,..

.4,~

188/0

16

P""

,

__

5

_

,

_

B

__

~~

1Z

~~

____

~

~oeLw~\:;er' ~a.ter +-da ~ p

5,8

"1'540,0

~ _r ,

-6

1

,

8

( - ( j ) -

I_

-I

(2)--

31,g

10015,2.1

Ho

StOom .. r

H

".

1

7

. 114 34 5 ~

I

....

r-i

-eB) ~_ 31,9 i

I.~~

c-

I

,.

~ r.-

4"

... _~-

I

,

H

t -. -.

,

I Wa..

te

Y' t

..

₁₈

Jo.. ! r

,..

; r --- ' - !

i

(

•

I

t 1 - -- I _ 61/8 _ _ 1 - -_ __ r-_ __ _ 1181te,~ -@ I i ,~ I

--

,-_._--

-

-o

Cy

va.~be 5bo~

_,

..

0,1

0

r' I _.

!

19

. i I i I

o

1 - -- - - 4 - - --

-o

--. r-- _{~--_._.} - - - - -i I

!

._--_

.

~~

_[

_-

_-

_-

.

I I

l

Ware"'"

·120

LD sbOOM- ... '-___ _____

'-Lz'

.:!...1

3bB

I 0 )

...

_

....

_--

_

. ;

L~

-

-

----,,

-

-

-

---_

-

.

-

-

-- -- --

--=~==--

__i

-

-

.

---

.

, -@ Lt

L

__

_

__

_

_-

_-

_-

_{- -}