Olie en gas / Olie- en gaswinning

Chloorchemie wordt vaak aangeduid als de kern van de chemische industrie. Ongeveer 60% van de omzet van deze bedrijfstak is direct of indirect afhankelijk van de chloorchemie. Het assortiment chloorchemische producten reikt van polyvinylchloride (pvc) voor raamkozijnen en rioolbuizen tot polyurethaan voor thermische isolatie en polycarbonaat voor IT-toepassingen. Het basismateriaal voor chloor-alkali-elektrolyse is een waterige natriumchlorideoplossing waaruit chloor, een natriumhydroxideoplossing en waterstof worden geproduceerd in verschillende processen met elk een specifiek elektrolysecelontwerp. Tegenwoordig wordt in ongeveer twee derde van de grootschalige fabrieken het membraanproces gebruikt, omdat de eindproducten, Cl2, H2 en NaOH, zeer zuiver zijn, maar met in totaal veel minder energie vervaardigd kunnen worden. Bovendien wordt in dit proces helemaal geen kwik gebruikt, wat in milieukringen een controversieel metaal is. Daarom heeft de Europese brancheorganisatie van de chloorindustrie Euro Chlor zich ertoe verbonden geen nieuwe fabrieken te bouwen die met de amalgamatiemethode werken. Alle bestaande fabrieken zullen tegen eind 2020 worden gesloten of omgebouwd. Ook het Poolse chemiebedrijf PCC Rokita SA in het stadje Brzeg Dolny volgt deze route. Deze locatie produceert niet alleen chloor en chloorverbindingen, maar ook polyalcoholen, logen, oppervlakteactieve stoffen en fosforderivaten. In het verleden was daar een chloor-alkali-elektrolyseabriek, die gebruikmaakte van het amalgamatieproces. Bij de modernisering van de fabriek werd een deel van de fabriek omgebouwd voor uitvoering van het milieuvriendelijke membraanproces, waardoor de productiecapaciteit kon worden verhoogd tot 120.000 ton chloor per jaar. Tegelijkertijd neemt het stroomverbruik af (meer dan 20%), daalt de CO2-uitstoot en wordt afvalwater met vervuilende stoffen vermeden door het gebruik van gesloten circuits.

Een betrouwbare droging van het geproduceerde chloorgas is bepalend voor de verdere verwerking van het chloorgas. Om dit te bereiken wordt het chloor tijdens de eerste koelstap afgekoeld van 86 naar 40 °C, waardoor de verzadigde stoom die zich in het chloorgas bevindt, wordt gecondenseerd. "In het verleden hebben wij voor deze processtap altijd een mantel- en buiswarmtewisselaar gebruikt, maar op deze locatie was de ruimte uiterst beperkt", aldus Dr. Andreas Cruse, project manager bij ThyssenKrupp Uhde en verantwoordelijk voor het opzetten van de nieuwe chloor-alkali-elektrolysefabriek op basis van het membraanproces. PCC Rokita had al ervaring opgedaan met Kelvion-platenwarmtewisselaars in een andere fabriek op deze locatie. Daarom waren zij in principe bereid om dit type te gebruiken in het chloorbehandelingsdeel van de veeleisende chloor-alkali-elektrolysetoepassing.

Voor een veilige werking moest de platenwarmtewisselaar echter aan speciale eisen voldoen. Een van de productstromen bestaat uit corrosief, vochtig chloorgas en de andere uit voorbehandeld rivierwater dat gebruikt wordt voor koeling. Dit water bevat nog steeds onzuiverheden die snel afzettingen kunnen veroorzaken, waardoor een soepele werking wordt verhinderd. "Gezien de eisen die aan het materiaal worden gesteld, moest het apparaat volledig van titaan worden vervaardigd", aldus Dr. Cruse die een andere eis specificeert. Ook de golving van de platen van de warmtewisselaar was een belangrijk criterium. Om een efficiënte warmteoverdracht en tegelijkertijd een veilige werking mogelijk te maken, moeten de stroomkanalen zeer fijn en zo ontworpen zijn dat de afzettingen van het rivierwater de werking niet in gevaar brengen en de apparaten eenvoudig gereinigd kunnen worden. "Uiteindelijk hadden wij een warmtewisselaar zonder pakkingen en met een optimale plaatgolving nodig", zo vat Dr. Cruse de eerste vereisten samen. Aangezien Kelvion een bedrijf is met veel ervaring op het gebied van het lassen van titanium, werd gekozen voor de volledig gelaste K°Bloc titanium platenwarmtewisselaar van Kelvion PHE GmbH. Het idee erachter is dat de K°Bloc twee verschillende plaatgolvingen op een innovatieve manier verenigt. De platen zijn onder een hoek van 90 graden van elkaar geplaatst en aan elkaar gelast, waardoor er verschillende tegenstroomkanalen ontstaan. De warmtewisselaar bestaat uit vier kolommen, een bodemplaat en een bovenplaat alsook vier zijdelingse stuwkrachtpanelen met geïntegreerde aansluitingen. Alle framecomponenten zijn met bouten vastgeschroefd en kunnen daarom eenvoudig worden gedemonteerd zodat het platenpakket kan worden gereinigd en onderhouden. "Wij besloten golven met dubbele putjes te gebruiken vanwege de mogelijke verontreinigingen in het rivierwater", aldus Dr. Cruse. De chloorstroom wordt met een vermogen van 5.000 kW gekoeld tot 40 °C. Tijdens een andere koelstap wordt het chloorgas tot de uiteindelijke temperatuur afgekoeld. Productie van maximale kwaliteit De grote uitdaging bij de productie van deze warmtewisselaar was om het titanium te lassen in een atmosfeer zonder zuurstof, omdat dit de enige manier is om aanloopkleuren te vermijden. Hiertoe wordt het apparaat urenlang met argon gespoeld om de zuurstof zelfs uit de kleinste hoeken te verwijderen. Daarna wordt de warmtewisselaar in een sarcofaag behandeld en met fluwelen handschoenen vastgepakt. (Iedereen die bij de productie betrokken is, draagt inderdaad handschoenen). De productie neemt enkele maanden in beslag en veel werkstappen worden met de hand uitgevoerd. Ondertussen heeft Kelvion PHE GmbH haar productiecapaciteit speciaal voor deze speciale gevallen uitgebreid. Nu kan titanium ook automatisch worden gelast. Zullen er in de toekomst ook heel wat handmatige stappen nodig zijn om aan deze bijzondere eisen te voldoen. "De eisen met betrekking tot de dichtheid waren zeer hoog, vooral door de gevreesde spleetcorrosie", aldus Dr. Cruse. Voorafgaand aan de installatie van deze warmtewisselaar waren daarom uitgebreide tests nodig om de dichtheid van het apparaat te controleren. Na deze hindernis met succes te hebben genomen, verliep de installatie van de K°Bloc zonder problemen. "De samenwerking en projectafhandeling waren zeer goed", vat Dr. Cruse samen. Door het compacte ontwerp – het apparaat zelf heeft een afmeting van ongeveer een kubieke meter – kon het vrijwel naadloos in de fabriek worden geïntegreerd. Daarom wordt met name bij een ombouw en omzetting vaak gekozen voor een platenwarmtewisselaar. Voor een buiswarmtewisselaar zou minimaal twee keer zoveel ruimte nodig zijn.