2017 www.entropie.nl TOVERS VAN HELDER Aanmaaktover 18 AANMAKEN 1 TON PIEPSCHUIM PRIJS 113.069 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,, 3.150 mensen 698-78 0 7 2,E+19 m³ lucht pm pm pm 8,, 1000 kg nafta 8.589-45 12.162 9,, 65 kg pentaan 631-3 745 10,, 635 kg aardgas in 13 11,, 4.900.000 kj stroom 41.349-428 35.737 12,, 120 kg dieselolie in 15 13 19 kg waterstofgas -1.250 0 0 14 1 ton piepschuim maken 2.317 0 0 15,, 2.600 tonkm doen 4.243-2.288 10.689 AMT 18 1 ton piepschuim klaar 56.577-2.842 59.334 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 2.500.000 ton nafta verwerkt De fabriek produceert onder meer: 900.000 ton etheen/jaar 500.000 ton propeen/jaar 115.000 ton butadieen/jaar 700.000 ton kraakbenzine/jaar De kraakbenzine wordt omgezet in 700.000 ton benzeen/jaar
stoomkraker Shell Moerdijk Van de etheenstroom wordt 264.000 ton etheen/jaar samen met de benzeenstroom verwerkt tot 1.000.000 ton piepschuim/jaar q p.schuim = ( 264.000+700.000)/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
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 15 6 3.150 mensen Er werken 750 werknemers 200 dagen/jaar 8 uur per dag ofwel 5.760.000 s/werknemer.jaar pw = 750 werknemers fu = 1,4 fk = 3 pm = 3.150 mensen Tiw = Ti1 = 32 s /ton nafta Tdw = 45 jaar = 45. 200. 8. 3600 = 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 4.720.677-527.490 910.289 6 1,E-04 Helder doen 698-78 135 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. 8 1.000 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 8.589-45 12.162 8 1 ton nafta doen 8.589-45 12.162 9 65 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 9.714-52 11.464 9 0,065 ton nafta doen 631-3 745 10 635 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 100.000 kj is nodig 2,47 kg aardgas KT 4 Voor 3,E+07 kj is nodig 635 kg aardgas
Zie verder 14 11 4.900.000 kj stroom Voor het proces is dan nog circa 4.900.000 kj stroom nodig. Met AMT 4 Fossielstroom: AMT 4 1 kj stroom klaar 0,008 0,000 0,007 11 4.900.000 kj stroom doen 41.349-428 35.737 12 120,1 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 13-1.250 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
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) 0,078 9.615 750 0,173 1.663 C₂H₄(l) 0,028 9.615 269 0,150 1.442 Na (-C₈H₈-) 0,104 9.615 1.000 0,414 3.981 H₂ 0,002 9.615 19 0,130 1.250 ΔSσ = 2.317 ΔHf = ΔSσ 1 ton (-C₈H₈-)n = 2.317 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 22 4 267 14 635 kg aardgas doen 5.706 905 68.565 15 2.600 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 4,1 15 2.600 vwtonkm doen 4.243-2.288 10.689 Klaar! Bron: 'Naar en duurzame chemische industrie, productieketen van styreen' door I. de Keizer augustus 2000, uitgave CE. http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/pol.html http://www.essentialchemicalindustry.org/polymers/polyphenylethene.html