Aanmaaktover 10 AANMAKEN 1 TON CEMENT PRIJS Recept. 14,, 46 kg subkoolpellets ton cement maken. Gereedschappen

Transcriptie

1 TOVERS VAN HELDER Aanmaaktover 10 AANMAKEN 1 TON CEMENT PRIJS Vraag Wat is de prijs van het aanmaken van 1 ton cement? Antwoord Recept ΔSσ ΔScf ΔSθ [kj/ K] [kj/ K] [kj/ K] 1 1 transportsysteem 2,, 1 cementfabriek 3,, 1 binnenvaartschip 4,, 1 vrachtwagen 5,, 396 mensen ,E+19 m³ lucht ,, kg mergel ,, 100 kg gips in 16, 20 9,, 100 kg vliegas in 16, 20 10,, 15 kg ijzeroxide 11,, 4 kg dieselolie in 20 12,, 9 kg aardgas in 18 13,, 66 kg slibgranulaat 14,, 46 kg subkoolpellets 15,, kj stroom ,, 40 kg zuurstof ton cement maken in 15 18,, 242 tonkm doen AMT 10 1 ton cement klaar Gereedschappen 1 1 transportsysteem Het verplaatsen van tussenproducten van het ene gereedschap naar het andere schematiseren met 1 transportband, lengte 1000 m, opvoerhoogte 100 m De band draait continu 365 dagen per jaar. C tsband = ton/jaar = 0,016 ton cement/s 2 Ti1 = 1/C = 63,1 s/ton cement Td1 = 20 jaar = 6,E+08 s qi1 = Ti1/Td1 = 1,E-07 ΔS inzet tsband / ton cement = 1,E-07. Eigentover 18 Gereedschap [kj/ K]. Verder pm in afwachting van de eigentover.

2 2 1 cementfabriek In de cementfabriek wordt de gewonnen mergel vermengd met ijzeroxide en dan tot klinker geroosterd in een draaioven. De klinker wordt tot cement vermalen en aangelengd met toeslagstoffen. C cementfabriek = ton cement/jaar schatting ofwel 0,016 ton cement/seconde Ti2 = 1/C = 63,1 s/ton cement Td2 = 40 jaar = 1,E+09 s qi2 = Ti2/Td2 = 5,E-08 ΔS inzet c.f. / ton cement = 5,E-08. Eigentover 18 Gereedschap [kj/ K]. Verder pm in afwachting van de eigentover. 3 1 binnenvaartschip De helft van de cementproductie wordt per binnenvaartschip afgevoerd over 150 km. Dit wordt doorberekend in vrachtwagen Ophalen ijzeroxide en wegbrengen helft cementproductie. Dit wordt doorberekend in mensen Er werken 120 werknemers 200 dagen/jaar 8 uur/dag ofwel s/jaar. werknemer pw = 120 werknemers fu = 1,1 fk = 3 pm = 396 mensen Tiw = / C cementfabriek 12 s / ton cement Tdw = 3,E+08 sec 45 jaar qi = Tiw/Tdw = 4,E-08 ΔS inzet pm / ton cement = qi. pm = 2,E-05. Eigentover Helder [ kj/ K ] Met ET Helder: ET Helder 1 Helder afspelen ,E-05 Helder doen

3 Men Neme 6 2,E+19 m³ lucht De lucht is nodig voor het leveren van zuurstof, maar ook voor het opnemen van kooldioxide, stikstofoxiden en fijnstof. De prijzen voor de massa-overdrachten worden in de betreffende tovers verrekend kg mergel De moeder van alle cementen is Portlandcement, die men maakt uit mergel en een beetje ijzeroxide. De mergel dient lemig te zijn, want dan is er ook siliciumdioxide en aluminiumoxide in aanwezig en die zijn ook nodig. Voor 1 ton cement is nodig kg mergel Bron met ideale samenstelling 75 % calciumcarbonaat 20 % kwarts 5 % aluminiumoxide Verder nodig 15 kg ijzeroxide 200 kg gips CaSO₄, vliegas e.a. vulstoffen Zie vervolgens T'overzicht Met HT 7 Kalksteen : HT 7 1 ton kalksteen klaar ,2 ton kalksteen doen kg gips Zie pandgeld kg vliegas Zie pandgeld kg ijzeroxide Uit pyriet, zwavelzuurfabriek 100 km verderop. PM in afwachting AMT 11 3,9 kg dieselolie Binnenvaartschip neemt 0,005 kg dieselolie/tonkm zie VT 14.6 Vrachtwagen neemt 0,046 kg dieselolie/tonkm zie VT 1.6 Totaal 3,877 kg dieselolie 18 De prijs voor het nemen van dieselolie wordt doorberekend in kg aardgas Energievebruik carcineren en sinteren mj/ton klinker. Bron ofwel kj/ton cement 7 De aangewende brandstof is voor ca 33% fossiel, neem aardgas. Energieproduktie verbanden aardgas: 2,47 kg aardgas/ kj KT 4 Voor 1 ton cement is dan nodig 9 kg aardgas. Zie verder kg slibgranulaat Het aandeel biomassa in de thermische energieproductie is ca 33% ofwel kj/ton cement Als biomassa wordt slibgranulaat opgehaald bij een rioolwaterzuiveringsinstallatie die 100 km verderop ligt. De verbrandingswaarde van dit granulaat is kj/kg Dus benodigd 66 kg biomassa/ton cement Verder pm in afwachting van Brengtover Slibgranulaat.

4 14 46 kg energiepellets Voor de opwekking van de laatste 33 % thermische energie worden subkool-pellets verbrand. De verbrandingswaarde is kj/kg Dus benodigd 46 kg pellets/ton cement Verder pm in afwachting van AMT Subkool-pellets kj stroom Stroomverbruik voor de cementproductie is kj/ton cement Bron Deze stroom is hoofdzakelijk nodig om de molens voor het malen van mergel en klinker te bewegen. Met AMT 4 Fossielstroom: AMT 4 1 kj stroom klaar 0,008 0,000 0, kj stroom doen Pandgeld De prijzen zijn doorberekend in Roeren & Mengen, behalve: voor 40 kg zuurstof Voor het onttrekken van zuurstof aan dampkring voor verbranden biomassa, zie 17 Sσ 1 mol O₂ = 0,205 kj/ K slibgranulaat Het zuurstofverbruik voor het slibgranulaat stelde Helder gelijk aan dat van het papier in de subkoolpellets. Dus Sσ O₂ slibgranulaat = 507 subkoolpellets polyetheen n o₂ = 1,5. n - CH₂ - = Sσ 17 kg O₂ = n. Sσ 1 mol O₂ = 507 subkoolpellets papier n o₂ = 8,5. n (C₆H₁₀O₅) = 884 Sσ 6 kg O₂ = n. Sσ 1 mol O₂ = 181

5 17 1 ton cement maken Roeren & Mengen kracht Breken, malen Mergel, ijzeroxide kracht, warmte Calcineren, 900 C meel kracht, warmte Sinteren, 1500 C klinker kracht Malen CO₂, H₂O CO₂ Cement Vorming Sσ : 15 CaCO₃ + warmte 15 CaO + 15 CO₂ 2 CaO + 1 SiO₂ + warmte Ca₂SiO₄ 9 CaO + 3 SiO₂ + warmte 3 Ca₃SiO₅ 3 CaO + Al₂O₃ + warmte (CaO)₃Al₂O₃ CaO + 0,25 Al₂O₃ + 0,25 Fe₂O₃ + warmte 0,25 (CaO)₄Al₂O₃Fe₂O₃ 15 CaCO₃ + 4 SiO₂ + 1,25 Al₂O₃ + 0,25 Fe₂O₃ + warmte 15 CO₂ + Ca₂SiO₄ + 3 Ca₃SiO₅ + (CaO)₃Al₂O₃ + 0,25 (CaO)₄Al₂O₃Fe₂O₃ + Gehanteerde molmassa's M C Ca O₂ Si Al Fe 0 0,040 0,032 0,028 0,027 0,056 T'overzicht Termen M n m Sσ Sσ Hf Hf reactievgl [kg/mol] [kg] [kj/ K.mol] [kj/ K] [kj/mol] [kj] Vóór 15 CaCO₃ 0, , SiO₂ 0, , Al₂O₃ 0, , ,25 Fe₂O₃ 0, ,087 8 Na 15 CO₂ 0, , Ca₂SiO₄ 0, , Ca₃SiO₅ 0, , (CaO)₃Al₂O₃ 0, , ,25 (CaO)₄Al₂O 0, , ΔSσ calcineren/sinteren = kj/ K Spreiding Scf : ΔSσ = ΔHf = endotherm

6 Met ET voor kooldioxide : ET 1 mol CO₂ cilinder lucht k -0,3 0,4 1, mol CO₂ cilinder lucht k Opwarming Sθ : Voor kooldioxide zie hiervoor onder 'spreiding'. Doen 9 kg aardgas 12 Met KT 4 Aardgas: KT 4 2,47 kg aardgas klaar kg aardgas doen Doen 66 kg slibgranulaat Bij gebrek aan informatie over de chemische samenstelling van het granulaat wordt het entropisch effect van het verbranden ervan gelijk gesteld aan dat van het aardgas, zie hiervoor. Doen 46 kg energiepellets Stel de samenstelling van de pellets op 50 massaprocent polyethyleen en 50 massaprocent papier. Verbranden 23 kg polyethyleen Vorming Sσ : n -CH₂- + 1,5 n O₂ n CO₂ + n H₂O (l) n. 200 n. 300 n. 210 n. 70 ΔSσ n mol -CH₂- = - n. 230 J/ K M -CH₂- = 0,014 kg n = 23 / M = ΔSσ -CH₂- = -n. 230 = -380 kj/ K Spreiding Scf : Met BT 5 voor zuurstof, alleen Scf : BT 5 1 mol CO₂ lucht cilinder 0,0-0,4 0,0 17,, mol O₂ lucht cilinder Met ET voor kooldioxide : ET 1 mol CO₂ cilinder lucht -0,3 0,4 1, mol CO₂ cilinder lucht -509,9 614,2 1745,6 Opwarming Sθ : Voor zuurstof nul, want is geen broeikasgas. Voor kooldioxide zie hiervoor onder 'spreiding'. Verbranden 23 kg papier Stel het papier bestaat geheel uit cellulose. Vorming Sσ : (C₆H₁₀O₅)n + 8,5 n O₂ 6n CO₂ + 5n H₂O (l) n ,5n n n. 70 ΔSσ n mol -C₆H₁₀O₅- = - n. 290 J/ K M --C₆H₁₀O₅- = 0,222 kg n = 23 / M = 104 ΔSσ -C₆H₁₀O₅- = -n. 290 = -30 kj/ K Spreiding Scf : Met BT 5 voor zuurstof, alleen Scf : BT 5 1 mol CO₂ lucht cilinder 0,0-0,4 0,0 17,, 884 mol O₂ lucht cilinder Met ET voor kooldioxide : ET 1 mol CO₂ cilinder lucht -0,3 0,4 1, mol CO₂ cilinder lucht -192,9 232,4 660,5

7 Opwarming Sθ : Voor zuurstof nul, want is geen broeikasgas. Voor kooldioxide zie hiervooronder 'spreiding' tonkm verplaatsen vrachtwagen Verplaatsen : 15 kg ijzeroxide 10 over 100 km Verplaatsen : 500 kg cement 3 Over 200 km Met VT 1 Vrachtwagen : VT 1 1 vwtonkm klaar 1,6-0,9 4, ,5 vwtonkm doen binnenvaartschip Verplaatsen : 200 kg gips, vliegas 8 over 200 km Verplaatsen : 500 kg cement over 200 km Met VT 14 Binnenvaartschip : VT 14 1 bvstonkm klaar 0,13-0,10 0, bvstonkm doen Klaar! Bron :