..
Scriptie behorende bij het vak De Chemische Fabriek m
17.
Ammoniak
fabriek.Bepaling investerj.ngen m.bov. de stap methode van Taylor. Bepaljng kOBtp~ijs V&~ een ton N-NH
3
oHe
rman
van Hoev€o
Herbert Silonero~begeleider: prof. ir. A.G. Mo~tfocrt~ .... -. --~~
INHOUD EN LITERATUUROV
E
RZICHT.
INHOUD.
g1.
INLEIDING.
§2
.
BEPALING INVESTERINGEN M.B
..
V. DE "STAplI
METHODE
VAN
TAYI,OR.
§3.
BEPALING VARIABELE
KOSTEN.
§4.
BEPALING KOSTPRIJS VAN EEN TON
N-NH
3
•
Bijlagen It/m
VI
LITERATUUROVERZICHT.
1. Cimmermans L.E.H., Kemp J.6~
blz. 1 blz. 2 blz. 7 blz" 9
blz. 10 t/m 15
Fabrieksvoorontwerp jan.
1983,
intern rapport T.H. Delft9 afd. scheik.2. G-groep verslag
1983,
intern rapport T.H. Delft, afd. werktuigb.3.
Montfoort A.G.De chemische fabriek, deel 11. College dictaat m
17,
Delft19810
4.
Montfoort A.G. e.aoA comparison of different step-counting costestimating proced~res for chemical plants, intern rapport T.Ho Delf tt afd. seheik~
5.
Taylor J .H.The "process step seoring" method for making quick capital
§1. INLEIDING"
In deze scriptie zullen we de investeringen be~alen, nodig om een ammoniak fabriek (capacitiet
1360
ton NH3
!dag ) te bouwen, met behulp van de "stap" methode van 'l'aylor. Deze methode bepaalt alleen de investeringen in de proceseenheden (IB). De investeringen in hulp-apparatuur
(lH)'
zoals ketels en gebouwen, de investeringen in niet tastbare zaken (IL), zoals licenties, kuow-how en start-up
kosten, blijven buiten beschouwing. Zo ook blijven het~erkkapitaal, voorraden, cash en terreinen (lW) buiten beschouwing6 De methode van ~aylor gaat uit van de verschillende bewerkingen die op de materiaal-stroom worden uitgeoefend en gaat dus niet uit van de apparaten die nodig zijn. Elke bewerkingsstap heeft dus alleen ,een functionele betekenis en \-,ordt verder als IIblack box" bezien ..
Verder wordt in deze scriptie de kostprijs van een ton stikstof in,:~,mmoniak OI-NB
3) bepaaldo Deze kostprijs is als volgt opgebom ... d:
- Afschrijving per ton stikstof (N-NH
3
)
betreffende de berekendeinvestering met de methode van Tayloro
- Variabele kosten per ton stikstof (N-NH
3
).
______ .JO
-1-820
BEPALING INVESTERINGEN M .. B.V .. DE "STAP" HETHODE VAN TAYLOR.(lilS)
Volgens deze methode wordt I
B als volgt berèkend:
I
B
=
45·r.pO,?9CI
~OO
investering in de proceseenheden (k~) .
capaciteit (kT/jaar).
kostiBldex.
tI ' ' d -
~(13)S'
' t b 1 1cos lne ss ln ex. 1
=
'1 , 1 zl.e a e ..Bepaling fe
In eerste instantie wordt de ammoniak fabriek opgesplitst in een aantal functionele stappen (zie schema 1) .. De keuze welke "si gni
-ficant p:::-ocess steps"'. men neemt is sterk persoonsgebonden. Di t is dan ook de grootste bron van fouten. Na het opzetten van het blok-schema wordt met behulp van tabel 1 scores toegekend aan de verschil
-lende stromen en bewerkingsstappene Hier worden bij de stromen de
.
---invloeden van de relatieve doorzet, opslagtijd, druk, temperatuur
en materiaal in rekening gebracht. Bij de bewerkingsstappen worden
de invloeden van de relatievedoorzet, druk, temperatuur en materiaal in rekening gebracht (zie bijl.
I).
De gevonden totale scores wordent ' ' d ' 'f D' t 1 d f' l ' d 1 3total~' score
omgeze ln een ln ex C1J er. 1 vo gens e ormu e ln ex
=
,
De gevonden indices behorende bij de verschillende stromen en bc
-werkingsstappen worden opgeteld en zo ontstaat de costliness indexf. Men vindt hier f
=
60,1 •,Bepaling Po
De ammoniak fabriek moet 1360 ton NH
3/dag leveren. Dit is 496,7 kilo ton per jaar. Dus P
=
496,7. Een opmerking,betreffende dedegressie exponent is hier noodzakelijk. De lage degressie exponent 0,39 is geldig voor het gebied van capaciteitsgrootte.·O,3-250 (kT/jr) .. De hier gevonden capaciteit van 496,7'valt daarbuiten. Het te ver-wachten dat bij deze grote capaciteit de degressie exponent~ iets
groter zal zijn. Echter omdat een buüi tat ieve uitspraak niet mogelijk is, nemen we hier voor de degressie exponent ook 0,3ge
2-I \oN
Î
Tabel 1.
Scoring for complexity of significant process steps
Score
-3 -2 -1
o
1 21.7 3
5 9
Reblive througllput (tlt product) 0.2 0.35 0.6 1
Reaction time in h (rcaction, crystallisation, etc)a 3
Sl::J!age time in wceks 2 3
2.0 -25 -75
500 1100
0.1
om
lOa 50 a
Tempcrature extreme (OC) jvIin. Tcmp~r;lturc extr~.mi! CC) M:LX hessure extreme (atm) Min Pressure extreme (alm) Max
Ma terials of constn:ction MSb SSC, Keebush ELMSf
RLMSd , EbLMS c, lneoncl
\ Muit:strca:ll.ing. N::J. of streams
Spe<:ia.rcomlitiom: .
(:I) E;q;Josion, dust, odour or tcxieity problems. Score! if a major problem. (b) Rt~cl.iollS in f1.uid beus. Score 1.
PVC
2
(c) Di.-;liiling mater:a!, of simib h.pt. Score 1 if b.pt. difference <5°C 3r.:i Score 2 if <1
oe.
(cl) T!);lH specificatioll e.g. Score 1 if dislillaUon is to reduce 'k0Y' compor.cnt to 10 iJpm leve!.
(e) Fiim evapor:!tion e.g. in Luwa. Score 1.
Ccnversion of score !o cos:/inesr index
~;COIC (S) -3 --2 --1 0 2 3 4 5 6 i Cos thnexs ::10,)( ( C L) 0.4 0.6 0.8 1.3 1.7 2.2 2.8 3.7 4.8 6.3 Weke! Monel PbL:ViSg 3 8 9 3.1 10.6 3 4 5 S 14 25 5 8 -125 1700 2300 200 700 Titanium Precious Hastclloy metals -'. Tant:tllum 5 7 10 11 12 13 14 18 23 30 5 14 42 1500 11· JI 14 39 15 51 6 23 69 16 66 7 40 120 8 9 67 110
aF'cr iiquid ph:lSC reactions cnly. All others s.:ore'" O. bIAS
=
Mild steel. CSS" Stai"less steeL dRUiS=
Rubber Iined mild steel. cEbLMS=
Ebonite lincd :-ni:d steel. fELMS=
En<!mei lineà mild steel. gPbLM.S=
Lead lined idct steel.SREMA 1. Ammoniak fabriek opgesplitst in functionele stappen. Onder de stromen staat de massastroom vermeld (ton/uur)
G)aardgas
27,1
®
stoom I77,3
®
stoom I H Q) rl o ~ o (\j Q) .. r... \.0-
e~
reformer 1104,4
I
reformer2
174,6
r - - - L - - - - -.-I
CO CO 2 omzettingI
59,1
compressor 2278,1
~---~~---~ reactor278,1
separato:t'Î
1
~
lucht compressor 1r
. ~L-.-_ _ _ _ ---l(6)
koolzuurgDsv·
221,4I
®
ammoniak~--5,2
cryogene installatie56,7
(J)
reçycle 11I
@
inerte gassen,
.'
Tabel 2
Stromen Relatieve Opslag- druk . Temperatuur materiaal totale index
doorzet tijd max/min score
score score score score score
1 Aardgas -1~ 0 0 1~ 2
n
1,6 2 StoomI
!î 0 0 1~ 2 V.; 2,7 3 Lucht 0 0 0 0 0 0 1 4 stoom]I"
-3 0 0n
2 ~ 1 , 1 5 Water -~ 0 1~ 0 0.
~ 1,3 6 KoolzuurgaE ~ 0 0 0 0 ~ 1,1 7 Recicle1t -3 0 0 ~ 1 -l~ 0,6 8 RecicleI
2~ 0 3 ~ 1 6~ 5,9 9 Ammoniak 0 1 i~ 0 0 2~ 1,8 10 Inert -3 0 0 ~ 1 -1~ 0,6-
-Bewerkings- Relatieve druk Temperatuur materiaal totale index
stappen doorzet max/min score
score score score score
-. ie Reformer 1 0 i~ 2 4~ 3,3 2e Reformer 2
o
-
-.
n
14%
3,5I
< . .,. CompressorI 0 0 0 1 1 1,3 ~O ->C02 2 0 1 1 4 2,9 co 2-wassing i~ 0 0 0 i~ 1,5 compressor]t 3 3 0 1 7 6,3 Reactor 3 3 -.. -. --1-> 2 9 10,6 Separator '3 3 1 1 8 8,2 '. Cryo. inst. -3 3 3 . , 3 6 4,8-Costliness index f=,~~
Zie voor toekennen van de diverse scores bijlage- (
~
-
5-'
,
..
'.
'Bepaling
Cr-In 1970 was de
Cr
1000 Deze steeg tot 205 i~1975 en werd'weer op 100 gesteldo Van hier uitgaande steeg de
Cr
tot 232 in hetvierde kwartaal van 1982. Daar de formule voor de
r
B uitgaat dat de Cl in 1970 100 is , is de Cl voor het vierde "k"wartaal 1982:
205~232/100
=
475,6. Berekening lB-C I B=
45 f pO,39 _ I 300 f=
60 t 1P
=
496,7 (kT/jr) Cr
=
475s6
I B=
48,27 miljoen engelse ponden (~)_De Irfisselkoers "Voor de engelse pond \.;a8 in het vierde kwartaal van
1982: 1f.
=
4s68 JIFl." t-iet deze wisselkoers vindt men voor IB = 225,9
miljoen HFl. Echter zijn dit nog steeds investeringen gedaan in het Verenigd Koninkrijko Daarom moet het bedrag nog vermenigvuldigd
worden met een lokatie factor. Deze bedraagt 1,1 (lit.
3).
Men vindt dan voor de investering gedaan in Nederland@1L=
248 miljoenHF~~
Vergelijking met offertes van verschillende contractore vindt men
in bijlage 111. Men ziet dat de gevonden waarde goed overeenkomt
met de offertes van de verschillende contractars. Gezegd moet worden
dat de schijnbaar erg nauwkeurige waarde van de investeringen zuiver
toeval is~ Dit kan men zien aan de sterk schommelende wisselkoers
van de engelse ponde Met de methode Van Taylor zijn de nauwkeurig-heidsgrenzen bij 95% betroU\'lbaarhe id +36% en -26%.
In bijlage IV vlordt een wat minder nauwkeurig model van Taylor
behandeld9 "namelijk het "rearranged model" van Taylor (lit. L.:j) •
-6-,
..
'3.
BEPALING VARIABELE KOS'l'ENe (lit. 1,2)De variabele kosten zijn opgebouwd uit de volgende posten:
- aardgasverbruik
- electriciteit - stoomverbruik - koelwaterverbruik - lonen
De variabele kosten worden bepaald op jaarbasis$
Aardgasverbruik.
E~
wordt 45847 (Nm3/uur) aardgas van het net afgetapt. Namelijk33376 (Nm3/uur) aardgas als procesgas en 12471 (Nm3/uur) aardgas
als stookgas. Verder komt er uit het proces zelf ook nog aardgas,
namelijk uit de cryogene installatie. Echter dit rekent men niet
mee in de kosten. De berekening geschiedt verder als volgt.
45847 (Nm 3 /uur)
low heat value: 37300 (kj/Nm3 )
]
~
1710,1 (Gj/uur)l
prijs per Gj=
HFI 14,713J op jaarbasis: [HF+ 220,6 miljOenlKellogg heeft met een veel lagere aardgasprijs gerekend, namelijk
HFI 11,53 per Gj. Met Kellogg's gebruikte aardgasprijs komt men
op een bedrag op jaarbasis van 172,8 miljoen. DeS.M. werkt echter
met de opgegeven prijs van HFI 14,713 per Gj.
Electricite it.
pompen stoom en produkt
pomp koelwater pomp koelmachine compressor Selexol rookgasventilator pomp verbrandingslucht totaal 1,022 1,042 0,290 0,250 0,150 0,300 .3,054 (11\'1 )
(HW)
(I1W) (r.HoJ) (MV!) (HW)+
(H
W)
De electriteitsprijs is HFI 0,1207 per kWuur. OR jaarbasis vindt
men dan voor het electriciteitsverbruik
I
EFI
3,2miljoen).t
stoomverbruiko
~1 { Per uur wordt
38,6
ton stoom verbruikt als proces g aso1
De prijs pe~
~rV ton stoom is HFI 2,12. Hiermee vindt fllen op jaarbasis HFL 0,7 miljoeEl.
-7-Koelwaterverbruik.
Investering in koeltoren
Rente: 15/2
][i8%
;::HFlAfschrijving
10j
aar
HFI
15
miljoen
]
O,6
-
miljoen/jaar
koelwater supply: 3,33%
van
76,74
miljoen
prijs
ko~
HFI
~,12
per m
3
op
jaarbasis HFI
291miljo
~Dit levert op jaarbasis op HFI
5,4
miljoen. Totaal moet men dus
voor
het
koelwaterverbruik in rekening brengen:
2,1+5,4
=
[HFI
7
95
miljoe~.
Zie voor koelwaterverbruik verder bijlage
11.Lonen.
Er zijn
tien man
in continudienst. Dit brengt met zich mee
opjaar-basis[iiFl
3,0
mil
j
oenlaan
loonkosten
(lit
.3).
De totale
variabele
kosten op jaarbasis zijn:
-
aardgasverbruik
220.6- electriciteit
3,2
- stoomverbruik
0,7
- koelwaterverbruik
7,5
- lonen
3,0
+totaal
ITIFl
235,0
miljOen
l
-8-...
.
,"
4. BEPALING KOSTPRIJS VAN EEN TON N-NH3.
De vaste kosten zijn volgens de methode van Taylor HFI 248 miljoen.
Men schrijft deze af in tien jaar.
vaste kosten HFI 24,8 miljoen
rente 248/2 ~ 8%
=
HFI 9,9 miljoen}
totaal HFI ~34, 7 miljoen. De afschrijving van de vaste kosten bedraagd dus per jaar HFI 34,7
nL~&,p.~,,·
miljoen .. 'Het een productie van 1360 ton NH) per dag vindt men eenI.r' \-.'" toeslag betreffende de vaste kosten per ton NH
3 van HFI 699866 Hieruit volgt een toeslag betreffende de vaste kosten per ton N-NH
3
van 17/14 ;,r:
6~,8?
= [HFI 85,-1.De variabele kosten zijn HFl ,235,0 miljoen per jaar. Het een productie
,
.
,van 1360 ton NH
3 per dag vindt ~en de variabele kosten pe~ ton NH3: HFI
1~73t08
.. Hieruit volgt per ton N-NH3 :
§
_575,-J. Vergelijkingmet offertes van contractors vindt men in bijlage 111. Men ziet
dat de gevonden waarde wat te hoog uitvalt. Dit komt onder andere
omdat Kellogg met een andere gasprijs rekent~dan de DoS.Me heden
ten dageo Rekent men met de gaspr ijs waar Kellogg mee rekent dan vindt men voor onze ammoniakfabriek variabele kosten van HFI 1+58,-per ton N-NH
3• Deze waarde kom,t goed overeen met de ,,,aardes in bijlage 111.;
De kostprijs van een ton N-NH
3 is: toeslag Vaste kosten HFI.
85,-variabel~ kosten ~~~
+
totaal [HFl., 660, -
I
Grafieken waar de kostprijs van een ton N-NH
3
' i s uitgezet tegenaardgas verbruik respectievelijk aardgas prijs vindt men in
bijlage VI.
----
-
- -9-iI
I!
(
I
!
I
~
.
,.
I..
") ~Bijl age
10
Bepaling costliness index f •..
~ Cl> Cl> f..l H N '0 :::s 0 f..l ' r ) :::s H 0 0 'M ~ có la 0 +> ctS ctS '0 ba f..l 'M Cl>I
x
Cl> ((\ Q) ~ (j) Cl> Cl> f..l Cl> H Cl>•
f..l H H :::s f..l A f..l Cl> f..l4~
H 0 tf.) 0 ~I 0e
0 ~ 0 Cl> 0 P. 0 '0 0 ' Cl> 0 ctS 0 o 'Mstroom H la 0 til til +> til E li) ol->
1 0,4·8 -1,25 0 4·0 0 600 1,25 crni 2 1,75,1j 6 2 1,36 0,5 ) 0 40 0 600 1,25 crni 2
I
3,75 2,'7 3 1,07 0-
0 1 0 25 0 m.s" 0I
0 1 ,04
0,16-3
- 0 36 0 600 1,25 crni 2 0925 1,1 5os83
-0,5-
0 31 1,5 25 0mes.
0 1 193 6 1 t 2 0,25-
0 2 0 25 0 m",s~ 0 0925 1 , 1 7 0905 -3 - 0 65 0 10 0~25 S .. Ss 1 ~1,75 Ov6
"
6
3,81 2,5-
0 190 3 10 0~25 SoS~ 16
97
.
5
5,9 9 1,00 0 2 1 18 1,25 20 ·0 mIPG", 0 2t 25
198
10 0,04 -3 1 0 65 0 10 0,25 S(Jf>~ ,1 1- 1 , '75 0,6---+
-appa -raat ref .. 1
1
,8
1f- 1 40 0 600 1 ~5 crni 2 4~5 3,3 ref.2 3,08 2 35 0 950 1,75 Fln 1 '+,75 3,5 eomp.1 1,07 0 35 0 150 0 6.S .. 1 1 1,3 COC0 2 3,08 2 32 0 430 1 8.S. 1 4 2~9 CO 2\,,al3 2,25 1,5 32 0 25°
mos.
0 1 ~5 1,5 comp.2 4,90 3 200 3 140 0 Sos. 1 7 6,3 reaet" L~, 90 3 200, 3 500 1 ~rni 29
10,6 sepa!'" 4,903
200, 3 -28 1 s~s .. 18
8
92 cryog .. 0~09 -3 190 3 -196 3 nHi 3 6 4,8+
costlineGs index 60f~ , - 10-Bijlage
11.Koelwater vebruik.
W
.\r/.Tin (oC)
Tuit
(oC)
t
.
o
(oC)
t
O
t
<oC)
duty(MW) koelw. (kg/s)
ln Ul
H1+H2+H3
42,52
948
35
25
40
5,84
·93
H9
150
30
25
40
0,09
1,4
H10
72
30
25
40
3,12
50
H11
56
30
25
40
0,15
2,3
H14
65
35
25
40
1,74
28
H7·
244
30
25
40
16,22
259
H15
140
40
25
40
5?7
91
H19
95
40
25
40
3,08
49
H22
135
35
25
'+0
25,00
399
H23
109
30
25
I40
36,49
582
Habs
'.42
31
25
35
36,63
877
totaal:
13
1+,06
12432
-Tin
Tuit
procesmedium
koeh,rater
t o-~--~~~~--~. Ul~ ln2432
(
kg/s)
J
~
=
1000
(kg/m3 )
2,431'7
(
m3/
s)
-;;-
76,74
miljoen (m3/j
aar
)
---
,-
-..-11-.. .,11 ~ I .') •
1
Bijlage
III~Vergelijking G
-gr
oep investering
en
variabele
kosten
met
verschillende contractors.
.,{ ...
variabel
e
kosten
I
B
in
milj. HFI
per
·
ton
N-NH
3
(HFl)CF
BRAUN
260
442
BECHTEL
252
442
KELLOGG
247
445
G
!.
GROEP
(
gasprijs
D.S.M.)248
575
G-GROEP
(
gasprijs Kellogg)
248
458
...
_-
12-L
Bijlage IV. Het
"rearrang
ed
fTmodel van Taylor. (lit.4)
De
investeringen kan men ook
bepalen
met
het "rearranged"
model
van
Taylor.
Dit
model
is
minder
precies als
het model gebruikt
in
het verslag.
COF
,_. :F' ~F:xtF
--
3,0
t
P
m1i'
=
1,35 (co
rrectiefa
ctor
voor de temperatuur)
t
F
=
1,53
p
(correctiefactor voor
<lPdruk
)
F'
=
1,45
(co
rrectiefact
o
r
voor
·
het
toeg
e
paste rc
a.
teriaal)
m
C
I
=
4~756(co
stindex
voor
h
et
vierde kwartaal 1982)
De
F-waardes zijn bepaald uit
bijla
ge
11, ~lleenapparaten.
I
B
=
5~6
(
496,7)-0,11 1,09 9
(1 1,9)°,5
(
496,7)0~5
3,0 2,7 4,756
=32,843 miljo
en
~~Met de koers geldig voor het
vie
rde
kwartaal
van 1982
vinden
.,.,re~!
I
B
=
HFl
153~7
miljoenoJ
Men ziet dat deze methode vergeleken met de eerder gevonden waarde
niet
nauwkeurig ia.
De oorz
aak
hiervan kan zijn dat de gebruikte
, correctiefactor
voor de
druk
F
wat te l
aag
uitvalt. De hele
p
voortrein
waar het synthesegas doorheen gaat heeft
nam
elijk
een
score nul.
Dit
vanwege
de voorwaarde
uit tabel
'
1.
\
-13-• .~ 4
,I , . , " i
Bijlage V.
Bepaling
hoeveelheid verbruikte
Gj
per ton
N-NH3~Aardgasverbruik:
33376
(Nm
3
/
uur
)
1
24
71 (N
m3
/
uur
)
tot
aal
45847
(Nm3/u
ur
)
procesgas
stoo
kgas
Met
beh
u
lp
v
a
n d
e
low heat
value,
37300 (kj/Nm3 ), vindt men het
totaal
aantal
Gj/uu
r:
1710,'
.
Dit is
per dag
: 410
42
(
Gj
). De
tot
a
le
ammoniakproductie
p
er dag
is 1
360
tpn
oDus
het energie
v
erbr
uik
per
t
on
ammonia
k
is
30,18
(Gj
)e Dit
is
per
ton~N-NH336,65
(Gj)"Verder
...
lordt
er
3-
:!W
.
electriciteit verbruikt.
Dit
i
s
0.23 (Gj/to
n
N-NH
2 ) .Er is geen stoomexport.
Het
tot
aal
j
aantal
v
erbru
ikt
e
Gj per ton
N-NH
3
is
36,9&
Ve
rgelijking met
waardes
u
it de
praktijk
le
ert dat onze waarde goed overeenkomt
met
de
praktijk.
Encrctle
;:;verbrui!< jn
GJ
/ton
I\\-I\~H3(prOce
sgäs
+
stoo ""'''''
'-'~C";;',,
o.b.v
.
L.f-LV.
+
elektrici-teit -
stoorn-expo
r
t)
,
f..-~---_.
.
.
AFA I
Geleen
45,5
- Albatros
Pernis
43
- Meko9
'
IJmuiden
42--
'
AFA
11 Geleen
43
ICI IV 8illingham
41
eNC
Augustc:
38
,
Humphreys and Glasgow
.
Lo\'..' EnN9Y t\mmonia Design
(LEAD)
37
-
Idem,
verbeterd ontwerp
36
AFP. 111 Geleen
36
G-GROEP
198:;