TOVERS VAN HELDER. Aanmaaktover 18 AANMAKEN 1 TON PIEPSCHUIM PRIJS Vraag Wat is de prijs van het aanmaken en leveren van 1 ton piepschuim?

Transcriptie

1 TOVERS VAN HELDER Aanmaaktover 18 AANMAKEN 1 TON PIEPSCHUIM PRIJS Vraag Wat is de prijs van het aanmaken en leveren van 1 ton piepschuim? Antwoord Recept ΔSσ ΔScf ΔSθ [kj/ K] [kj/ K] [kj/ K] 1 1 stoomkraakfabriek pm pm pm 2,, 1 kat. omv.sinstallatie pm pm pm 3,, 1 kat. dehydrogenering pm pm pm 4,, 1 piepschuimfabriek pm pm pm 5,, 1 vrachtwagen in 15 6,, mensen ,E+19 m³ lucht pm pm pm 8,, 1000 kg nafta ,, 65 kg pentaan ,, 635 kg aardgas in 13 11,, kj stroom ,, 120 kg dieselolie in kg waterstofgas ton piepschuim maken ,, tonkm doen AMT 18 1 ton piepschuim klaar Gereedschappen 1 1 stoomkraakfabriek De stoomkraakfabriek van Helder draait 365 dagen per jaar, 24 uur per dag. De fabriek wordt gevoed met nafta, afkomstig van een olieraffinaderij verderop aan de rivier. Jaarlijks wordt ca ton nafta verwerkt De fabriek produceert onder meer: ton etheen/jaar ton propeen/jaar ton butadieen/jaar ton kraakbenzine/jaar De kraakbenzine wordt omgezet in ton benzeen/jaar

2 stoomkraker Shell Moerdijk Van de etheenstroom wordt ton etheen/jaar samen met de benzeenstroom verwerkt tot ton piepschuim/jaar q p.schuim = ( )/2,5 milj. = 0,39 piepschuimquotient C piepschuim skf = 3,2E-02 ton piepschuim/s Ti1 = 1/C = 32 s/ton piepschuim Td1 = 40 jaar = 1,E+09 s qi1 skf/ton p.s. = q p.schuim. Ti1/Td1 = 1,E-08 ΔS inzet skf /ton p.s. = 1,E-08. Eigentover Fabriek [kj/ K]. 2 1 katalytische omvormingsinstallatie In deze fabriek worden met behulp van een katalysator en onder hoge druk benzeen en etheen samengevoegd tot ethylbenzeen. C k.o.i. = 1,E+06 ton p.schuim /jaar Ti2 = 1/C = 32 s/ton p.schuim Td2 = 40 jaar = 1,E+09 s qi2 k.o.i./ton p.schuim = Ti2/Td2 = 3,E-08 ΔS inzet k.o.i. / ton p.schuim = 3,E-08. Eigentover Fabriek [kj/ K]. 3 1 katalytische dehydrogeneringsinstallatie In deze installatie wordt met behulp van een katalysator en bij hoge temperatuur waterstof aan de ethylbenzeen onttrokken waardoor styreen ontstaat. C k.d.i. = 1,E+06 ton p.schuim /jaar Ti3 = 1/C = 32 s/ton p.schuim Td3 = 40 jaar = 1,E+09 s qi3 k.d.i./ton p.schuim = Ti3/Td3 = 3,E-08 ΔS inzet k.d.i. / ton p.schuim = 3,E-08. Eigentover Fabriek [kj/ K]. 4 1 piepschuimfabriek In deze fabriek wordt via polymerisatie en expansie piepschuim gemaakt. C p.s.f. = 1,E+06 ton p.schuim /jaar Ti4 = 1/C = 32 s/ton p.schuim Td4 = 40 jaar = 1,E+09 s

3 qi4 p.s.f./ton p.schuim = Ti4/Td4 = 3,E-08 ΔS inzet p.s.f. / ton p.schuim = 3,E-08. Eigentover Fabriek [kj/ K]. 5 1 vrachtwagen Het piepschuim wordt per vrachtwagen afgevoerd. Rijafstand is 200 km Zie verder mensen Er werken 750 werknemers 200 dagen/jaar 8 uur per dag ofwel s/werknemer.jaar pw = 750 werknemers fu = 1,4 fk = 3 pm = mensen Tiw = Ti1 = 32 s /ton nafta Tdw = 45 jaar = = 3,E+08 sec qim = Tiw/Tdw = 1,E-07 ΔS inzet pm / ton piepschuim = q p.schuim. qim. pm = 1,E-04. Eigentover Helder [ kj/ K ] Met ET Helder: ET Helder 1 Helder afspelen ,E-04 Helder doen Men Neme 7 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 nafta Voor een ton piepschuim is ongeveer een ton nafta nodig. De nafta komt van de raffinaderij elders langs de rivier. Omdat nafta chemisch verwant is aan dieselolie schatte Helder Met AMT 2 Dieselolie: AMT 2 1 ton dieselolie klaar ton nafta doen kg pentaan Zeer vluchtige vloeistof nodig voor expandering van polystyreen tot piepschuim. Stel de kostprijs ervan gelijk aan die van benzine. Met AMT 1 Benzine : AMT 1 1 ton benzine klaar ,065 ton nafta doen kg aardgas Voor de productie van 1 ton piepschuim is 35 GJ energie nodig. Dat is voor het traject volgend op de bereiding van nafta. Helder schatte dat deze energie voor 0,86 gedeelte uit aardgas komt. Voor kj is nodig 2,47 kg aardgas KT 4 Voor 3,E+07 kj is nodig 635 kg aardgas

4 Zie verder kj stroom Voor het proces is dan nog circa kj stroom nodig. Met AMT 4 Fossielstroom: AMT 4 1 kj stroom klaar 0,008 0,000 0, kj stroom doen ,1 kg dieselolie Vrachtwagen neemt 0,046 kg dieselolie/tonkm zie VT 1.6 Totaal 120 kg dieselolie 15 De prijs voor het nemen van dieselolie wordt doorberekend in 15 Pandgeld voor 19,2 kg waterstofgas Het geproduceerde waterstofgas wordt tegen pandgeld als bedrijfsgas afgezet Roeren & Mengen 14 1 ton piepschuim aanmaken stoom kracht aardolie Destillatie 376 K nafta Stoomkraken 1076 K benzeen ca etheen ca Zuiveren Zuiveren 8 atm 367 K kat AlCl₃ kracht Dehydrogenering 867 K Kat Additiepolymerisatie ethyl-benzeen styreen H₂ water pentaan stoom Expansie polystyreen Piepschuim Vorming Sσ : nc₆h₆(l) + nc₂h₄(l) nc₈h₁₀(l) + ethylbenzeen nc₈h₁₀(l) + nc₈h₈(l) + nh₂(g) styreen nc₈h₈(l) (-C₈H₈-)n (c) + polystyreen nc₆h₆(l) + nc₂h₄(l) (-C₈H₈-)n (c) + nh₂

5 C H₂ 0,012 0,002 Gehanteerde molmassa's M T'overzicht Termen M n m Sσ Sσ Hf Hf reactievgl [kg/mol] [kg] [kj/ K.mol] [kj/ K] [kj/mol] [kj] Vóór C₆H₆(l) 0, , C₂H₄(l) 0, , Na (-C₈H₈-) 0, , H₂ 0, , ΔSσ = ΔHf = ΔSσ 1 ton (-C₈H₈-)n = kj/ K Toelichting: De waarde n staat voor het aantal bouwstenen van 1 mol polymeer styreen. De waarde Sσ (-C₈H₈-) is gesteld op 1,2 x Sσ (C₈H₈) om het entropisch effect van de polymerisatie mee te nemen. Spreiding ΔScf en Opwarming ΔSθ : Er vindt spreiding in noch opwarming van de dampkring plaats. Het waterstofgas wordt binnen het bedrijf afgezet, zie onder Pandgeld. Doen 635 kg aardgas 10 Met KT 4 Aaardgas : KT 4 2,47 kg aardgas klaar kg aardgas doen tonkm doen Vrachtwagen Verplaatsen : 1 ton piepschuim over 200 km 5 1 kuub piepschuim heeft 10 kg massa 1 ton piepschuim heeft dan volume 100 m³ Vrachtruimtevolume vrachtwagen is 100 m³ Laadvermogen is 13 ton Dust rijafstand vermenigvuldigen met 13 omdat er per rit maar 1 ton kan worden meegenomen. Met VT 1 Vrachtwagen : VT 1 1 vwtonkm klaar 1,6-0,9 4, vwtonkm doen Klaar! Bron: 'Naar en duurzame chemische industrie, productieketen van styreen' door I. de Keizer augustus 2000, uitgave CE.