Superkritisch CO,-verven, inventarisatie en mogelijkheden voor het verven van textiel (Eindrapport)

I=-

--

Superkritisch CO,-verven, inventarisatie en mogelijkheden voor het verven van textiel (Eindrapport) Stap 2 evaluatie techniek

.-

Opdrachtgever

RIZA, Lelystad

Ordernummer

842 33-01

Rapportnummer

332095

Revisie

B

Datum

juni 1994

CadFiler-nr

19403302

Auteurs

W.A. van Asselt J.W. Klein Wolterink

Tebodin B.V. PC Hooftlaan 56 Postbus 233 7550 AE Hengelo (O) Telefoon(074) 4 9 6 4 9 6 Telefax (074) 42 57 1 2

F

Pagina 1 van 71

Superkritisch CO,-verven srap 2

Inhoudsopgave

- .-

Pagina

O

Samenvatting/Surnrnary

1

Inleiding

17

2 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.4 2.4.1 2.4.2 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.6

Superkritisch verfproces Algemene procesbeschrijving Uitgangspunten voor een ontwerp van een praktijkinstallatie Produktiecapaciteit en systeemconfiguratie Chargetijden Opslag en hergebruik van CO, CO, circulatiedebiet Procesbeschrijving Systeem met 1 autoclaaf Systeem met 3 autoclaven Capaciteit van de verschillende configuraties Massa- en warmtebalansen Massabalans Warmtebalans Dimensionering en specificaties hoofdapparatuur Inleiding Autoclaven Capaciteit pompen Capaciteit warmtewisselaars, koelers en condensors Wetgeving en veiligheid hogedrukinstallaties

19 19

19 19 20 21 23 23 24 26 29 29 29 29 32 32 32 35 36 37

3 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.3

Raming investeringskosten Werkwijze Kostenraming Verschillende systeemconfiguraties Kosten CO,-opslag bij 60 bar Investeringskosten zonder CO, recycling Invloed dru kverlaging verfproces op investeringskosten autoclaaf Investeringskosten conventionele processen

39 39 40 40 40 41 41 42

4 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.3 4.4

Raming exploitatiekosten Werkwijze Kostenraming Exploitatiekosten systeem I zonder CO, recycling Variant Systeem I (opslag CO, in buffertank bij 60 bar) Invioed drukverlaging verfproces op exploitatiekosten Exploitatiekosten conventionele processen Milieu-gerelateerde kosten

45 45 46 47 47 47 48 48

M v5/332095-.Wuni 1994

5

Pagina 2 van 71

Superkritisch CO,-verven stap 2

5 5.1 5.2 5.2.1 5.2.3 5.3 5.3.1

Milieueffecten CO,-verfproces/conventioneel verfproces Werkwijze Processtappen Voorbehandelen Continu verven Emissies naar de verschillende milieucompartimenten Herkomst van commercieel verkrijgbare CO,

51 51 52 52 53 54 56

6 6.1 6.2

Verven van andere materialen Huidige situatie textielveredelingsindustie Verven van andere materialen

57 57 58

7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.6.1 7.6.2 7.6.3

Conclusies en aanbevelingen Stand van de techniek Investerings kosten Exploitatiekosten Milieuprofiel Toepassingsgebieden Strategie verdere ontwikkeling Inleiding Fundamentele research Ontwerp en implementatie van praktijkinstallaties

61 61 62 64 65 66 67 67 68 69

Referentielijst

71

Bijlagen

I II III IV V VI VII VIII IX X XI

PFD’s systeemconfiguratie met 1 autoclaaf PFD’s systeemconfiguraties met 3 autoclaven Massa- en energiebalansen verschillende systemen en de gevolgde route in het Mollierdiagram van CO, Specificaties hoofdapparatuur Verschillende rekenvoorbeelden Bepaling van de autoclaafdiameter Rekenvoorbeelden ten behoeve van de bepaling van de exploitatiekosten Overzicht van de verbruikscijfers en de bijbehorende variabele kosten Gevolgde route in het Mollierdiagram bij verlaging van de procesdruk Overzicht van de milieugerelateerde kosten van superkritische verfprocessen en conventionele verfprocessen Overzicht glasovergangstemperaturen en smeltpunten van diverse kunststoffen

Pagina 3 van 71


Dankwoord Tijdens de uitvoering van het project "Superkritisch CO2-verven, waarvan de resultaten zijn weergegeven in het voorliggende rapport, is veelvuldig gebruik gemaakt van de expertise van de Firma Jasper GmbH in Velen, Duitsland. Wij willen de firma Jasper bij deze bedanken voor de geleverde informatie en hun inbreng tijdens de uitvoerige discussies over de technische aspekten van het superkritisch CO2-verven.

~~5/332095-A4un 1994 i

Pagina 4 van 71


MV5/332095-A4unt7994

Pagina 5 van 71


O

SamenvattinglSummary

o.1

Samenvatting Inleiding Het voorliggende rapport beschrijft de resultaten van een verkennende studie naar de mogelijkheden voor het verven van textiel in superkritisch CO,. Het project maakt deel uit van het onderzoekprogramma SPA/Schone Technologie dat door het Rijksinstituut voor Integraal Zoetwaterbeheer en Afvalwaterbehandeling (RIZA) wordt uitgevoerd. Dit programma heeft als doel het wegnemen van knelpunten die mogelijk kunnen optreden bij de ontwikkeling en invoering van milieuvriendelijke produktieprocessen. Het RIZA richt zich daarbij in eerste instantie op technologieën die leiden tot een beperking van de (afvaliwaterverontreiniging, waarbij gestreefd wordt naar een termijn van 1 0 - 20 jaar voor het invoeren van deze technologieën. De afvalwaterproblematiek binnen de textielindustrie heeft geleid tot de ontwikkeling van een alternatieve verftechniek voor het verven van polyester weefsels en garens. De nieuwe techniek maakt gebruik van superkritisch CO, in plaats van water als oplos- en transportmedium voor de disperse kleurstoffen waarmee polyester in het algemeen wordt geverfd. Het onderhavige project bestaat uit twee stappen, namelijk: -

-

stap 1; waarin een verkenning van de techniek en de mogelijkheden van het superkritisch verven van textiel centraal staan; stap 2; het opstellen van een voorontwerp voor superkritische verfinstallaties.

Stap 1 : verkenning en mogelijkheden van het superkritisch CO,-verven Tijdens dit onderdeel van het project (Tebodin-rapportnummer 331 874) is de theoretische achtergrond van superkritische processen besproken. Bij temperaturen en drukken boven de kritische temperatuur en druk van een stof is er geen onderscheid tussen de vloeistof- en gasfase van de stof. De dichtheid van een superkritische stof is vergelijkbaar met die van een vloeistof terwijl de viscositeit vergelijkbaar is met die van een gas. Vanwege deze eigenschappen zijn de diffusiecoëfficiënten van superkritische media veel hoger dan die in vloeistoffen waardoor ze geschikt zijn als oplos- en extractiemiddel. Omdat CO, niet giftig, onbrandbaar en goedkoop is en bovendien een relatief lage kritische druk en temperatuur heeft, wordt CO, op industriële schaal gebruikt als extractiemiddel voor onder andere cafeïne, geur- en smaakstoffen. Vanwege de bovengenoemde ervaring met superkritische media is in het Norddeutsches Textielforschungszentrum te Krefeld onderzoek uitgevoerd naar het gebruik van superkritisch CO, als oplosmiddel en transportmedium voor kleurstoffen.

i-

MV5/332095-Nuni 1994

Pagina 6 van 71


Tijdens het in Krefeld uitgevoerde onderzoek is gebleken dat superkritisch CO, geschikt is als oplosmiddel voor disperse kleurstoffen waarmee voornamelijk polyesterweefsels en -garens worden geverfd. Uit het onderzoek is naar voren gekomen dat polyester in superkritisch CO, bij een druk van 3 0 0 bar en een temperatuur van 1 3 0 OC reproduceerbaar te verven is. Het verfproces maakt gebruik van de eerder genoemde eigenschappen van superkritische media aangezien de disperse kleurstoffen snel in superkritisch CO, oplossen en vervolgens met voldoende grote snelheid in het polyester diffunderen. Vanwege deze eigenschappen, de absolute oplosbaarheid van disperse kleurstoffen in superkritisch CO, is gering (maximaal 5 0 tot 75 mg/l CO,), kan de verftijd voor het verven van polyester worden teruggebracht tot circa 20 minuten in plaats van ruim een uur voor de conventionele verfprocessen. Bij het superkritische verfproces vindt een bijna volledige fixatie van de kleurstoffen aan het polyester plaats, waardoor een nageschakeld wasproces (ter verwijdering van de niet-gefixeerde kleurstoffen) overbodig is geworden zodat de emissie van kleurstofhoudend afvalwater wordt voorkomen. Mede hierdoor kan de totale procestijd in vergelijking met conventionele (discontinue) verfprocessen worden teruggebracht van circa 6 uur tot ongeveer 1 uur. De resultaten van dit onderzoek hebben uiteindelijk geleid tot de bouw van een pilot plant installatie waarmee in een autoclaaf met een inhoud van circa 1 0 0 I op kleine schaal polyesterdoek geverfd kan worden. De resultaten van de tijdens deze studie uitgevoerde verfexperimenten hebben aangetoond dat de kwaliteit van superkritisch geverfde substraten vergelijkbaar is met die van conventioneel geverfde weefsels.

Stap 2: installatie ontwerp en haalbaarheid superkritisch verfproces Stap twee van het project kan worden onderverdeeld in een viertal stappen, te weten:

-

-

het ontwerpen van een superkritische verfinstallatie; het ramen van de investerings- en exploitatiekosten voor de ontworpen installaties en het maken van een vergelijking met de kosten van conventionele verfprocessen; het vergelijken van de milieuaspecten van superkritische- en conventionele verfprocessen; de implementatie van het superkritische verfproces CO, in de Nederlandse textielindustrie.

~ ~ 5 / 3 3 2 0 9 5 - ~ 1994 uni

Pagina 7 van 71


Ontwerp superkritische CO,-verfinstallatie. Tijdens dit onderdeel van de studie is een aantal ontwerpen voor een superkritische verfinstallatie opgesteld. Tijdens de ontwerpfase zijn de volgende uitgangspunten gehanteerd:

-

een vergelijkbare capaciteit van de systemen met die van de huidige discontinue/continue verfprocessen voor het verven van polyester (HT-verfprocessen/therrnosolproces); optimalisatie van de procesvoering en minimalisatie van het energieverbruik, van belang aangezien het verfproces plaats vindt bij een druk van 300 bar. Dit heeft geleid tot het uitwerken van een aantal systeemconfiguraties met verschillende capaciteiten en opgebouwd uit één autoclaaf (systeem I en IIA) of een combinatie van drie autoclaven (systeem llB en III) waarbij de benodigde compressie wordt geminimaliseerd; hergebruik van CO, en opslag bij 20 bar en -25 OC.

-

-

In tabel 1 is de capaciteit van de verschillende systemen weergegeven. Ten behoeve van het opstellen van een investeringskostenraming zijn bij een aantal leveranciers prijzen opgevraagd van de benodigde apparatuur (pompen, autoclaven, warmtewisselaars en CO,-opslagfaciliteiten). De overige kosten zijn gebaseerd op ervaringscijfers. Ook zijn de effecten van CO,-opslag bij 60 bar in plaats van bij 20 bar en het niet recyclen van CO, op de investerings- en exploitatiekosten onderzocht. Investeringskosten- en exploitatiekostenraming In tabel 1 is een overzicht gegeven van de investerings- en exploitatiekosten voor de onderzochte systemen en de conventionele verfprocessen. Tabel 1 :

Vergelijking investerings- en exploitatiekosten CO,-verven en conventioneel verven van polyester I

SYSTEEM

Capaciteit

Investeringskosten

Itonliaarl

Exploitatiekosten

Iflkg polyeder]

IfI

COz-verven

- IIA - 116 - I11 - I (zonder COz-hergebruik) - I (COz-opslag 60 bar)

340 2 70 2.700 110 110

Conventioneel - discontinu - continu

110 - 300 2.700 I

1'

6.90 3,70

1.960.000

110

- I

,

'

2.470.000

4,70

3.110.000 5.950.000 1.830.000 2.250.000

2.10 7,60 7,30

500.000 1.ooo. O00 2.500.000

)'

4,OO

-

8,OO 2,50

investering ten behoeve van uasstraat voor het verui jderen van de niet-gefixeerde kleurstoffen

MV5/332095-A4unI 1994

Pagina 8 van 71


Uit tabel 1 blijkt dat de investeringskosten voor een superkritisch verfproces op een aanzienlijk hoger niveau liggen dan voor conventionele processen het geval is. Dit is een direct gevolg van het feit dat voor het superkritische verfproces hoge-drukapparatuur (pompen en autoclaven) nodig zijn. De exploitatiekosten voor beide verftechnieken zijn daarentegen van dezelfde orde van grootte omdat de energiekosten van het superkritische verfproces lager uitvallen en er geen emissie via het afvalwater plaatsvindt (water wordt alleen als koelwater ingezet). Milieu aspecten In tabel 2 is een overzicht gegeven van de milieu-gerelateerde kosten en het milieuprofiel voor CO,-verven en conventioneel verven van polyesterweefsel. De milieu-gerelateerde kosten (kosten voor elektriciteit, stoom, water en afvalstoffen) liggen voor het superkritische verfproces op een duidelijk lager niveau, hetgeen onder meer tot uitdrukking komt in de verbruikscijfers (zie tabel 2). Tabel 2:

Milieuprofiel per ton geverfd substraat voor de diverse veredelingsprocessen. Milieu gerelateerde kosten [fltonl

Water Im3ítoni

C02- verven

-

3,OO I

E

Conventioneel dicontinu c o n t i nu

1'

:

)'

:

l3

:

I

15,OO 19.00

-

-

23,001 20 25.00 15

18 8,3 17 3,7 18 18

-

-

48 35

Vuillast li.e.ltonl

Energie IGJltonl

COz [kgltonl

Restbaden Ikgltonl

I O O O O

6,O

4,o

3,o 2,4 4,4 5,2 l3

O

O 0,04 0,11

-

-

0,12 0,33

16,3 - 27,O 5,4 - 14,9

4.640

O

50

-

150

zonder C02-hergebruik. opslag CO2 b i j 60 bar. e x c l u s i e f e x t r a benodigde compressor-energie

Vanwege het ontbreken van een wasproces na afloop van het verfproces ontstaat er bij het superkritische verfproces in tegenstelling tot conventionele processen geen afvalwater. Ten behoeve van het koelen van pompen wordt alleen koelwater ingezet. Mede hierdoor zijn de gemiddelde milieu-effecten in het voordeel van het superkritische verfproces. Wordt ook het energieverbruik van beide processen omgerekend naar een CO,-emissie dan is de emissie in het geval van het superkritische proces (met inbegrip van de procesemissie) circa 2 maal lager dan voor conventionele verfprocessen het geval is (670 kg/ton tegen 1.270 kg CO,/ton).

MV5/332095-A4lh 1994

Pagina 9 van 71


Bovendien kan het koelwaterverbruik vergaand worden teruggebracht door het toepassen van gesloten koelwatersystemen. Worden de milieu-gerelateerde kosten geprognotiseerd naar het jaar 2005 dan blijken de exploitatiekosten per kg substraat nauwelijks toe te nemen. In alle gevallen blijken de energiekosten voor superkritisch CO,-verven op een lager niveau te liggen dan voor conventionele verfprocessen het geval is. implementatie

De resultaten van stap 1 van de uitgevoerde studie hebben uitgewezen dat het superkritische verfproces een geschikte techniek is voor het verven van polyester. Omdat het superkritische verfproces op dit moment alleen geschikt is voor het verven van polyester is een brede invoering van het proces op korte termijn niet waarschijnlijk. De verftechniek is op dit moment wel beschikbaar voor de industrie en kan mogelijk, ook ten behoeve van de uitvoering van aanvullend onderzoek, op demo-schaal worden ingevoerd. Dit onderzoek is van groot belang aangezien de textielmarkt wordt gedomineerd door weefsels bestaande uit katoen en polyester/katoen, die op dit moment nog niet met deze techniek te verven zijn. Aspecten die tijdens dit onderzoek aan de orde zullen moeten komen, zijn onder andere: -

-

de oplosbaarheid van andere dan disperse kleurstoffen in superkritisch CO, (bijvoorbeeld van zure kleurstoffen die voor het verven van katoen worden toegepast); de eigenschappen van katoen in superkritisch CO, (vochtgehalte, vezelstructuur); de binding van kleurstoffen aan de katoenvezel en het fixatieproces.

Daarnaast kan onderzoek naar het superkritisch verven van met polyester vergelijkbare synthetische vezels bijdragen tot een verbreding van het toepassingsgebied voor deze verftechniek. Ook zijn tijdens stap 2 van het project bij het opschalen van de pilotinstallatie naar een produktie-installatie een aantal zaken naar voren gekomen die nader onderzoek vereisen, namelijk:

-

is de oplosbaarheid van de kleurstof in CO, voldoende groot voor het handhaven van de gehanteerde verftijden; welke invloed heeft het circulatiedebiet op het verfresultaat; mogelijke vervuiling van de installatie tengevolge van het hergebruik van CO,.

Gezien de huidige stand van de techniek is het de verwachting dat het superkritische verfproces ruim binnen de gestelde termijn van 10 - 20 jaar op industriële schaal kan worden ingevoerd.

M V5/332095-A@ni 1994

Pagina 10 van 71


MV5/332095-Muni 1994

I

Pagina 11 van 71

Supercritical CO,-dyeing Final report

0.2

Summary Introduction This report presents the results of a feasibility study on dyeing of textile in supercritical CO,. This project is part of an R & D programme (the "SPAprogramme") which aims at the development of environmentally sound production processes which may be implemented within the next 1 0 - 20 years. The SPAprogramme is administered by the Institute for Inland Water Management and Waste Water Treatment (REA), which is part of the Ministry of Transport, Public Works and Water Management. RIZA's main interest focusses on the reduction of surface water pollution. Dyeing of textile, in particular polyester, in supercritical CO, might contribute significantly to the reduction of water pollution by the textile finishing industry. To facilitate an assessment of the benefits and drawbacks of this technology, the project was carried out in 2 stages:

-

stage 1 : supercritical CO,-processes, gathering of base line information, existing applications and application for textile dyeing; stage 2: design of a full scale plant for dyeing of polyester.

Stage 1 : Supercritical CO,-processes, base line information and applications The results of the first stage of this project are presented in Tebodin report no. 331874 (in Dutch). A t supercritical conditions (i.e. a temperature and pressure which exceed the critical values) the difference between the liquid phase and gas phase of a medium (like CO,) vanishes. It appears that the density of the medium is comparable to the density of the liquid phase, while its viscosity is comparable to that of the gas phase. This affects amongst others the diffusibility and the solubility of substances. CO, is non-toxic, uninflammable, reasonably priced and it has a relatively low critica1 point (P, = 72.9 bar, T, = 31.3 OC).These properties have led to the application of supercritical CO, as an extraction agent for coffein and flavors. Full scale applications, however, are rather limited which is partly due to the high investment costs. Recently, the Norddeutsches Textilforschungszentum Krefeld, Germany) and Josef Jasper GmbH (Velen, Germany) investigated the use of supercritical CO, as a solvent and transport medium for dyestuffs and developed a process for textile dyeing in supercritical CO,.

MV5/332095-A@~ni1994

TP

Pagina 12 van 71


The research work carried out by the Norddeutsches Textilforschungszentum Krefeld and Jasper GmbH demonstrates that supercritical CO, is suitable for dyeing of polyester. Reproducible results were reported using laboratory equipment, which formed the basis for the construction of a pilot plant by Jasper GmbH. Typical process conditions were a pressure of 300 bar and a temperature of 130 OC, and the process is considerably faster than the conventional dyeing techniques of polyester. The results were verified by a pilot plant test run, in which 3 samples of polyester were dyed and subsequently subject t o standard quality tests carried out by Koninklijke Textielveredelingsindustrie (KTV) at Eibergen.

Stage 2: Design of a full scale plant Stage 2 comprises the following items:

-

preliminary design of a full scale plant; an estimate of investment and operational costs; assessment of environmental aspects; conclusions and recommendations for an implementation strategy

Preliminary design of a full scale plant Conventional processes, which are commonly used t o dye polyester, are HT-dyeing and the therrnosol-process. The production capacity of these procesces vary within a broad range. Therefore, three CO,-dyeing plants were designed which cover approxirnately the same range as the conventional procesces. Simplified process flow diagrams are presented in annex I . The production capacities of these plants are listed in table 1. The smallest plant (model i) uses only one autoclave, the largest (model ill) is designed with three autoclaves in parallel, whereas for model II both alternatives (model IIA and 116) are considered. Basically, al1 plants are designed t o reuse the CO,. However, t o get an impression of the costs (both investment and operating costs) which are related t o the reuse of CO,, t w o alternatives for model I were considered: with and without CO,-reuse. Another parameter is the pressure of CO,-storage. Usually, CO, is stored as liquid at 20 bar. Storage at a higher pressure would presumably result in lower energy costs. Hence, for model I storage a t 60 bar was considered as well. Budget estimates of equipment (autoclaves, pumps, heat exchangers, CO,-storage tanks) were provided by manufacturers. Additional cost figures were obtained from Xytei B.V., a subsidiary of Tebodin B.V.

M V 5 / 3 3 2 0 9 5 - A ~ ~1994 d

-5i

Pagina 13 van 71

Supercriticai CO,-dyeing final report

Comparison of investment and operational costs Table 1 shows the production capacity, investment and operational costs of the investigated conventional and supercritical systems. The operational costs include:

-

interest and depreciation; labour; maintenance; consumables, such as energy, water, dyestuffs.

-

Table 1 :

Comparison of investment costs (CO,-dyeing/conventional dyeing)

SYSTEM

COz-dyeing I (C02-reuse, storage a t 20 bar)

-

-

-

IIA IIB 111 I ( w i t h o u t C02-reuse) I (COz-storage 60 bar)

Conventional HT - Themsol

-

1'

Capacity Itonneslyearl

Investment costs

lDf1.1

110 340 270 2.700 110

1.960.000 2.470.000 3.110.000 5.950.000 1.830.000 2.250.000

6,90 3,70 4,70 2,lO 7,60 7,30

500.000 1.000.000 2.500.000 )'

4,OO - 8,OO 2,50

110

110 - 300 2.700

Operational costs IDfl.lkg polyester1

investment f o r a washing step f o r removing n o n - f i x a t e d dye

These figures show that the investment costs of a supercritical system are significantly higher compared to those of a conventional system, which is a direct consequence of the high-pressure equipment required for the process. However, the operational costs are within in the Same range (lower energy costs, no wastewater production other than cooling water). Environmental aspects Following the objectives of the project, a comparison was made of the impact on the environment of CO,-dyeing and conventional dyeing processes. The following aspects were taken int0 account:

-

P

-

-

water consumption; water pollution; energy consumption; CO,-emission; waste dyebath production.

r I-

M V5/332095-Muni 1994

I

Pagina 14 van 71

Supercritical CO,-dyeing final report

Subsequently, the environment-related costs, i.e. costs of wastewater discharge (including the costs for wastewater treatment), the costs of energy and the costs of waste disposal were calculated. Calculcations were made for both the present situation and the year 2005. In table 2, the results are presented per ton of polyester.

Table 2:

Environmental aspects and environment-related cost (CO,dyeinglconventional dyeing per ton of dyed polyester), 1994.

Proces

Environmental related costs 1Dfl.ltonl

CO2-dyeing - I - IIA - IIB

-

111

I I

)4

-

)' )3 )4

: :

: :

150,OO 190,OO

-

-

230,OO 250,OO

Water poiiution li.e.ltonl

O O O O O O

18 8,3 17 3,7 18 18

80,OO 60,OO 60,OO 30,OO l4

)2

Conventional HT - Termosol

1'

Water Im2tonl

20

-

48

15 - 35

0,04 0,11

-

Energy

co2

IGJltonl

Ikgltonl

6,o 4,o 3,o 2,4 4.4 5,2 l3 0,12 0,33

16.3 5,4

- 27,O - 14,9

Waste dye Ikgltonl

375 248 369 1 76 4.640 155

O O

O 50

-

150

no COz-reuse. COz-storage 60 bar. excluding compressor-power. not calculated.

It appears that the environment-related costs, are substantially lower for supercritical CO, dyeing than for conventional dyeing. The extrapolation of the environment-related costs up to the year 2005 leads to the Same conclusion. The main feature of the supercritical CO,-dyeing process is the absence of any polluted waste water, since water is used only as cooling water. The cooling water consumption can be reduced relatively easy by using cloced cooling water systems (cooling tower). The energy consumption of CO,-dyeing is lower than of conventional processec. If energy consumption is converted to CO, (combustion of fuel), it appears that the total CO,-emission of CO,-dyeing is lower than the CO,emiscion of conventional processec. Implementation The most important conclusion of the project is, that dyeing of polyester in supercritical CO, appears to be a suitable technology which may serve as a substitute for conventional processec.

MV5/332095-+Vpni I994

Pagina 15 van 71

Supercritical CO,-dyeing Fïnai report

The major disadvantage of the supercritical dyeing-process is that it can be used for polyester only. This implies that only the smaller installations (model I) need further development, as the quantities of unblended polyester dyed in The Netherlands are relatively smalt. A Thermosol installation, which is comparable t o model III in terms of production capacity, is used in The Netherlands only t o dye polyester/cotton blends. Hence, there wil1 be a market for large CO,-dyeing plants only, if the process can be used t o dye cotton as well. Obviously, fundamental research must be carried out, as dyeing of cotton is a completely different process (in terms o f chemistry and kinetics) than dyeing of polyester. Research topics in this field are: -

solubility of others dyes than dispersive dyestuffs (i.e. acid dyes) in supercritical

-

properties of cotton in supercritical CO,; reaction of dyestuffs with cotton in CO, and fixation processes.

co,;

Obviously, the technology may be suitable for other synthetic fibres than polyester as well. The design of a full scale plant has been based on several assumptions, which may need further research, such as:

-

relation between solubility of dyestuffs and the required actual processing time; influence of the recirculation rate on the product quality; contamination of CO, and equipment with dyestuffs as a result of CO,-reuse.

Further research on this supercritical dyeing-process wil1 undoubtedly support the acceptance of this process. However, considering the present state of the C0,dyeing technology, it seems that implementation is possible on shorter notice than 10 - 20 years.

MVS/332095-A4um' 1994

Pagina 16 van 71


MV5/332095-A4uni 1994

Pagina 17 van 71


1

Inleiding Het voorliggende rapport beschrijft de resultaten van een verkennende studie naar de mogelijkheden voor het verven van textiel in superkritische CO,. De studie is uitgevoerd door Tebodin B.V. in opdracht van het Rijksinstituut voor Integraal Zoetwaterbeheer en Afvalwaterbehandeling (RIZA) te Lelystad onder opdrachtnummer R I - I 193. Het project is uitgevoerd onder supervisie van een begeleidingscommissie met de volgende samenstelling: - namens het RIZA als opdrachtgever en algeheel projectleider de heer dr. H.A.J. Senhorst en mevrouw dr. J.W. Bijsterbosch; - de heer M.A.A. Louwers, Koninklijke Textiel Veredelingsindustrie te Eibergen; - de heer A.H. Wegdam, Ten Cate Technica1 Fabrics, Nijverdal; - mevrouw drs. M.W. van Schijndel, Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieuhygiëne t e Bilthoven; - voor Tebodin de heren dr. B.G.M. de Leer, ing. W.A. van Asselt en ir. J.W. Klein Wolterink. Doelstellingen Het project maakt deel uit van het onderzoekprogramma SPA/Schone Technologie dat door RIZA wordt uitgevoerd. Dit programma heeft als doel het wegnemen van knelpunten die mogelijk kunnen optreden bij de ontwikkeling en invoering van milieuvriendelijke produktieprocessen. Het RIZA richt zich daarbij in eerste instantie op technologieën die leiden tot een beperking van (afval)waterverontreiniging, waarbij gemikt wordt op een termijn van 1 0 - 20 jaar voor het invoeren van deze technologieën. Het programma Schone Technologie hanteert daartoe een gefaseerde aanpak. Fase 1:

identificatie van potentieel interessante technologieën. Deze fase verschaft inzicht in toepassingsmogelijkheden voor een bepaalde technologie, voor- en nadelen, aanwezige en ontbrekende kennis en de autonome ontwikkelingen die plaatsvinden.

Fase 2:

onderzoek- en ontwikkelingswerk. Indien fase 1 wordt afgesloten met de conclusie dat een bepaalde technologie perspectief biedt, dan kunnen door aanvullend onderzoek- en ontwikkelingswerk knelpunten worden geëlimineerd, die de mogelijke invoering van een technologie belemmeren.

Fase 3:

implementatie. In deze laatste fase zal de invoering van de technologie plaatsvinden via bijvoorbeeld het uitvoeren van demonstratieprojecten en kennisoverdracht.

M V5/332095-a/Yoni 1994

Pagina 18 van 71


Het project “Verven in superkritisch CO,” Technologie.

past in fase 1 van het programma Schone

Uitvoering Het project is in twee stappen uitgevoerd. Stap 1 is uitgevoerd in de periode september 1993 tot februari 1994. In deze stap is veel informatie verzameld met betrekking tot:

-

de eigenschappen van stoffen (met name CO,) onder superkritische omstandigheden; bestaande toepassingen van superkritische processen; de conventionele verftechnieken van polyester; de stand van de techniek van het polyesterverven in superkritisch CO,.

De resultaten daarvan zijn vastgelegd in Tebodin-rapport nr. 331 874 [ref. I]. Op basis daarvan is stap 2 van het project uitgevoerd in de periode februari - april 1994. Hierin is met name aandacht besteed aan: -

-

-

een voorlopig ontwerp van een praktijkinstallatie; de investerings- en exploitatiekosten die aan het verven in superkritisch CO, zijn verbonden, vergeleken met de kosten van conventionele verfprocessen; de milieu-effecten die t e verwachten zijn bij het verven in superkritisch CO,; mogelijke andere toepassingen dan het verven van polyester; tot slot conclusies en aanbevelingen voor wat betreft de haalbaarheid van de techniek en de verdere ontwikkeling daarvan.

Het voorliggende (eind)rapport heeft voornamelijk betrekking op stap 2 van het project. Het laat zich onafhankelijk lezen van het rapport van stap 1, waarnaar echter in voorkomende gevallen wordt verwezen voor achterliggende details. Informatiebronnen Veel informatie met betrekking tot bestaande toepassingen van superkritische processen is afkomstig uit de literatuur. Daarnaast is een aantal besprekingen gevoerd met de heren J. Jasper en W. Saus van Jasper GmbH te Velen en prof. dr. E. Schollmeyer van het Norddeutsches Textilforschungszentrum te Krefeld, die zeer nauw bij de ontwikkeling van het verven in superkritisch CO, zijn betrokken, De door hen ontwikkelde kennis is gepatenteerd.

MV5/332095-A4uni 15’94

Pagina 19 van 71


2

Superkritisch verfproces

2.1

Algemene procesbeschrijving Ter introductie wordt in deze paragraaf een beknopte beschrijving gegeven van het verfproces in superkritische CO,, zoals dat door de firma Jasper met een pilot plant wordt bedreven. Alleen enkele hoofdlijnen worden hier beschreven, voor meer details wordt verwezen naar het tussenrapport van stap 1 van het project [ref. 1, hoofdstuk 51. Het te verven polyesterdoek wordt opgeboomd (opgerold op een geperforeerde cilinder) en in de autoclaaf geplaatst, waarna de autoclaaf wordt gesloten. De kleurstoffen worden in poedervorm in een tweede, kleinere, autoclaaf gebracht. De installatie wordt vervolgens met CO, op een druk van 300 bar gebracht bij een temperatuur van 130OC. Op het moment dat de druk in het systeem 300 bar bedraagt wordt de CO,-circulatiepomp ingeschakeld. Deze pomp circuleert de CO, over zowel de kleurstofautoclaaf - waar de kleurstoffen in de CO, oplossen - als over de textielautoclaaf - waar de kleurstoffen vanuit de CO, in het doek diffunderen en vervolgens aan de vezel adsorberen. Na enige tijd wordt de druk in het systeem, onder isotherme omstandigheden, stapsgewijs teruggebracht tot 200 bar. Deze procedure blijkt van groot belang voor een goed verfresultaat. Informatie met betrekking tot de wijze waarop het aflaten van de druk plaatsvindt is echter vooralsnog vertrouwelijk. Nadere gegevens zijn opgenomen in bijlage XII (alleen in vertrouwelijke versie). Bij een systeemdruk van 200 bar wordt het verfproces beëindigd. De circulatiepomp wordt uitgeschakeld en de druk wordt versneld afgelaten tot de omgevingsdruk. De nog in het CO, aanwezige verfstoffen komen tijdens het aflaten van de druk vrij als vaste stof en worden (in de bij Jasper aanwezige proefinstallatie) opgevangen in een kleurstofafvangvat.

2.2

Uitgangspunten voor een ontwerp van een praktijkinstaiiatie

2.2.1

Produktiecapaciteit en systeemconfiguratie Als uitgangspunt voor het opschalen van de CO,-verfinstallatie wordt aangenomen dat een installatie op praktijkschaal een vergelijkbare capaciteit moet hebben als een HT- of thermosolinstallatie. De tijdens de uitvoering van de eerste fase van het project aangegeven gebruikelijke capaciteiten in de Nederlandse industrie zijn vermeld in tabel 3.

M V5/332095-.4&ni 1994

Pagina 20 van 71


Tabel 3:

Produktiecapaciteit conventionele verfprocessen

I

Verfproces

Batchproces

HT-boomverven HT-strengverven HT-garenverven Thermosolverven

Continuproces

Caoaciteit íkelhl

I

65

30 50

-

125

900

Daarbij is de capaciteit van de batchprocessen berekend als de chargegrootte gedeeld door de tijd die het totale verfproces in beslag neemt (laden, verwarmen, verven, afkoelen, lossen). Bij het verven in superkritisch CO, betekent het gebruik van 1 autoclaaf dat er een deel van de tijd geen textiel geverfd wordt, met name tijdens het laden en lossen. Tevens moet voor elke charge (verfrun) de druk van de CO, worden opgebouwd en geheel worden afgelaten, hetgeen veel energie kost. Het is daardoor mogelijk dat een installatie met meerdere parallel geschakelde autoclaven, die alternerend bedreven worden, interessant zal zijn. Aan de hand van deze overwegingen is ervoor gekozen om de in tabel 4 vermelde systemen verder uit te werken. Tabel 4:

Systeemconfiguraties Capaciteit

Systeem

I I IA I IE I11

Ikglrunl

Ikgluurl

30 90 30 300

30 90 70 720

Configuratie

1 1 3 3

autoclaaf autoclaaf autoclaven autoclaven

Omdat Systeem I I als één-autoclaafsysteem en als drie-autoclavensysteem wordt uitgevoerd is een vergelijking van de investerings- en exploitatiekosten voor de beide configuraties mogelijk.

2.2.2

Chargetijden Een belangrijke factor in de procesvoering is de totale chargetijd, dus inclusief het laden van de autoclaaf, op druk en temperatuur brengen, het verfproces, aflaten van de druk en het lossen. Volgens Jasper bedraagt de tijd die benodigd is voor het verven in CO, circa 20 minuten. Inclusief het laden en lossen van de installatie geeft men een chargetijd van 45 minuten op. Ervan uitgaande dat dit voor een praktijkinstallatie wellicht iets langer zal kunnen zijn, wordt vooralsnog 1 uur aangehouden. In dat geval is het inzetten van drie autoclaven dus zinvol, indien de processtappen naadloos op elkaar aansluiten.

Mv5/332095-A/tuni 1994

Pagina 21 van 71


2.2.3

Opslag en hergebruik van CO, De door de firma Jasper ontwikkelde pilot plant maakt slechts eenmalig gebruik van CO,. Na het verfproces wordt de CO, naar de atmosfeer afgelaten. Daar het om betrekkelijk kleine hoeveelheden gaat, is het hergebruik van CO, niet aan de orde. Voor een installatie op praktijkschaal ligt dit anders: eenmalig gebruik van CO, levert (naast de CO,-emissie) een aanzienlijke kostenpost op. Dit wordt nog eens geïllustreerd door het feit dat bestaande praktijkinstallaties voor superkritische extractie vrijwel zonder uitzondering CO,-recycling toepassen. Er is derhalve voor gekozen om bij het uitwerken van het ontwerp van een verfinstallatie op praktijkschaal eveneens hergebruik van CO, toe te passen. Leveranciers van industriële gassen leveren vloeibare CO, in bulk bij een druk van circa 20 bar en een temperatuur van -25 OC. De opslagfaciliteiten worden door de leveranciers verhuurd. Het is vooralsnog niet mogelijk om vloeibare CO, in bulk in te kopen zonder gelijktijdige huur van de opslagfaciliteiten. De opslag faciliteiten bestaan uit een groot voorraadvat en een kleiner vat waarin de te hergebruiken CO, wordt opgeslagen. De opslagvaten bestaan uit zogenaamde cryogenetanks die op temperatuur worden gehouden door het verdampen en aflaten van een kleine hoeveelheid CO,. Het CO,-verlies per dag wordt geschat op 0,2 % van de tankinhoud [ref. 21. Voor een systeem dat met 1 textielautoclaaf werkt (systeem I en IIA) betekent dit dat de CO, die bij het aflaten van de druk vrijkomt wordt gecondenseerd en als vloeistof wordt opgeslagen bij een druk van circa 2 0 bar en een temperatuur van -25 OC. De hoeveelheid CO, die vrijkomt bij het verder verlagen van de druk van 20 bar tot 1 bar wordt afgelaten naar de atmosfeer. Bij 20 bar bedraagt de dichtheid van CO, circa 33 kg/m3 zodat er in systeem I (inhoud 0,25 m3) naar schatting ruim 8 kg CO, achter blijft. Uitgaand van 135 kg CO, in het systeem onder procescondities bedraagt het CO,-verlies per run circa 6 %. Het CO,-verlies kan gereduceerd worden door met behulp van een compressor de druk in de autoclaaf te verlagen van 20 bar tot circa 2 bar en ook deze CO, te condenseren. Pas daarna wordt de resterende CO, naar de atmosfeer afgelaten. Het verlies kan hierdoor worden beperkt tot 1 % (dichtheid CO, bij 2 bar is circa 4 kg/m3). Vanuit energetisch oogpunt kan het interessant zijn om de CO, bij een hogere druk op te slaan voor hergebruik:

-

de energie die benodigd is voor het op 300 bar brengen kan daardoor worden terugge bracht: het energieverbruik om de CO, te koelen en condenseren wordt verminderd, aangezien de CO, dan ook bij een hogere temperatuur kan worden opgeslagen.

..

M v5/332095-A4uni 1994

Pagina 22 van 71


:0 0 0 0 0 90000 80000 70000

60000

50000

Pressure-Enthalpy Diagram T = Temperature. 'C V = Specific Volume, m3/kg Datum Compound at O K and O kPa (abs) H = O. S+RlnP = O

S = Specific Entropy, kJ/kg . K

+o000 J3000

23003

I6000

0000 9000 EO00

7030 6000 5000

m

1

3000

By Dr K E Stariing kom Ban.dic1-W.bbRubin-Starling Equalion of Slate (19791

Enthalpy. U / k g

Figuur 1 : Weergave van de evenwichtsdruk bij het aflaten van de druk in een 2' autoclaaf In het Mollierdiagram kunnen de volgende stappen worden onderscheiden: op temperatuur van de systeeminhoud van autoclaaf 2; van druk aflaten tijdens verfproces (200 bar) naar autoclaaf 2 tot de evenwichtsdruk van 130 bar; bij drukevenwicht in beide autoclaven (160 bar) blijft de temperatuur van CO, 1 3 0 OC; op procesdruk brengen van autoclaaf 2 (tijdens dit proces daalt de temperatuur van het CO, van 1 3 0 OC bij 1 6 0 bar tot circa 80 OC bij 3 0 0 bar; vookoelen van CO,; op druk brengen (300 bar) van CO, (vanuit de vloeistoffase) met behulp van een plunjerpomp.

MV6/33203ó-#juni

1994

Pagina 23 van 7 1


Er wordt bij het systeem met 1 textielautoclaaf derhalve gekozen voor de volgende opties:

-

-

-

als basisconfiguratie het opslaan van CO, bij P = 2 0 bar en T = - 25 OC, waarbij de CO, bij het verlagen van 2 0 bar naar 1 bar naar de atmosfeer wordt afgelaten; als alternatief het opslaan van CO, bij 60 bar en 20 OC (een dergelijke druk is opslagdruk is ook in de literatuur aangetroffen) [ref. 31 waarbij met een compressor de druk in de autoclaaf tot circa 2 bar wordt verlaagd alvorens de CO, (restant) naar de atmosfeer wordt afgelaten. Aan deze optie wordt indicatief aandacht besteed; ter vergelijking zal eveneens kort aandacht worden besteed aan een systeem zonder hergebruik van CO,.

Voor een systeem dat met 3 autoclaven werkt (IlB en lil) kan een andere werkwijze worden toegepast. De CO, die vrijkomt bij het verlagen van de druk vanaf 300 bar kan worden gebruikt om een tweede autoclaaf op druk te brengen. Vanaf de evenwichtsdruk van circa 160 bar wordt de CO, uit de eerste autoclaaf gecondenseerd en opgeslagen totdat, vanaf P = 20 bar, de CO, naar de atmosfeer wordt afgelaten. De evenwichtcdruk van 1 6 0 bar is bepaald aan de hand van het Mollierdiagrarn van CO, (zie figuur 1). Bij gelijkblijvende temperatuur (130 "C)en een halvering van de dichtheid van CO, (neemt af van 540 tot 2 7 0 kg/m3) leidt dit tot een evenwichtcdruk van 1 6 0 bar, waarbij per kg CO, circa 60 kJ aan energie moet worden toegevoerd (per autoclaaf circa 30 kJ/kg CO,). 2.2.4

CO, circulatiedebiet Omdat de oplosbaarheid van verfstoffen in superkritisch CO, te laag is (1O - 1O0 mg/l) om alle in de verfstofautoclaaf aanwezige kleurstoffen in één keer te kunnen oplossen is een circulatiesysteem nodig waarmee het superkritisch CO, wordt rondgepompt over de autoclaaf met het te verven textiel en een autoclaaf die de kleurstof bevat. Het debiet waarmee het CO, wordt rondgepompt, is van invloed op de egaliteit van het geverfde substraat. Nadere gegevens worden door Jasper vooralsnog als vertrouwelijk beschouwd. Deze informatie is opgenomen in bijlage XII (alleen in de vertrouwelijk versie).

2.3

Procesbeschrijving In de bijlagen I en II is voor iedere configuratie een process flow diagram (PFD) van het superkritische verfproces opgenomen. De volgende configuraties zijn te onderscheiden: 1 . installatie bestaande uit 1 autoclaaf met recycling van CO,; 2. installatie bestaande uit 3 autoclaven met recycling van CO,.

MVW332095-Muni 1994

Pagina 24 van 71


In paragraaf 2.3.1 wordt het 1 autoclaafsysteem met recycling van CO, behandeld en worden de alternatieven "CO,-opslag bij 60 bar" en "een systeem zonder hergebruik van CO," nader toegelicht. In paragraaf 2.3.2 wordt vervolgens ingegaan op een systeem bestaande uit 3 autoclaven. 2.3.1

Systeem met 1 autoclaaf Een installatie waarmee met behulp van één autoclaaf substraat onder superkritische omstandigheden wordt geverfd, is weergegeven op de PFD's in bijlage I. Tevens is daarop de stand van diverse kleppen aangegeven tijdens het proces. In bijlage I11 is het Mollierdiagram van CO, bijgevoegd met daarin aangegeven de gevolgde route tijdens het verfproces. In tabel 5 is een overzicht gegeven van de procesvoering van een cuperkritische CO,-verfinstallatie bestaande uit één autoclaaf. Tabel 5:

Overzicht van de verschillende processtappen met de bijbehorende procescondities

I

Procescondities

Processtap

Omschrijving

l aden

vullen van de autoclaaf met textielwaren vullen van de kleurstofautoclaaf met

10 1'

start proces

vullen van de installatie met co2 voor koe 1en CO2 op druk brengen van CO2 op temperatuur brengen van CO7

10

I

Procestijd [minl

I

COz CO2 COz

-20 "C koelen tot -25 OC van 20 bar naar 300 bar van O 'C naar 130 'C

circuleren van CO2 over de kleurstofautoclaaf en (deels) druk aflaten

CO2

300 bar en 130 OC

druk af laten

druk aflaten van de installatie en terugwinnen van CO2

druk aflaten tot 20 bar koelen van COz en condenseren tot een vloeistof (P = 20 bar en T = -20 "C)

10

lossen

openen autoclaven en lossen van textiel

textielautoclaaf blijft 130 'C

10 1 l

verven

1'

20

C02-druk aflaten van 300 bar naar 200 bar

de totale procestijd voor het laden en lossen van de installatie bedraagt 20 minuten

Mv5/332095-A/iuni 1994

Pagina 25 van 71


Enkele opmerkingen ten aanzien van de procesvoering: voor het op druk (300 bar) brengen van de installatie wordt CO, vanuit de CO,-opslagtank (V-3) met behulp van de voedingspomp (P-2) in de installatie gepompt. Voor de pomp is een koeler geplaatst zodat altijd vloeibare CO, wordt aangezogen. De CO, wordt met warmtewisselaar E - I op temperatuur gebracht; tijdens het verfproces wordt superkritische CO, met een druk van 3 0 0 bar en een temperatuur van 1 3 0 OC over de beide autoclaven V - I en V-2 gecirculeerd. Daartoe is in het circulatiesysteem een pomp P-I opgenomen waarmee het superkritische medium in twee richtingen kan worden rondgepompt; tijdens het aflaten van de druk in de autoclaven V - I en V-2 tot 2 0 0 bar tijdens het verfproces wordt warmte aan het systeem toegevoerd (E-2) omdat het superkritische CO, ten gevolge van deze druk afname afkoelt. tijdens de expansie van superkritische CO, treedt een daling van de temperatuur op. O m bevriezing van het drukreduceerventiel te voorkomen is de leiding voorzien van een verwarmingslint (tracing); tijdens het aflaten van de druk wordt het CO, over een filter geleid, waarbij eventueel in het CO,-gas aanwezige kleurstoffen worden verwijderd alvorens de CO, wordt gecondenseerd ; de gecondenseerde CO, wordt opgeslagen in de CO,-buffertank (V-3) bij 2 0 bar/-25 OC of 60 bar/20 OC en is geschikt voor een volgend verfproces. Het restant CO, dat zich na terugwinnen nog in de verfinstallatie bevindt wordt vervolgens afgelaten naar de atmosfeer, waarna de autoclaven kunnen worden geopend, het textiel (met een temperatuur van 1 3 0 "C) wordt gelost en de installatie opnieuw geladen kan worden voor een volgend verfproces; bij een volgende run wordt de installatie gevoed met CO, uit de buffertank (V-3). Vanuit de opslagtank (V-4) wordt "verse" CO, gesuppleerd (in V-3) waarmee het CO,-verlies wordt aangevuld. Indien niet tot hergebruik van CO, wordt overgegaan, dan wordt alle, tijdens het verfproces gebruikte CO, geëmitteerd naar de atmosfeer. Om te voorkomen dat er ongewenste emissies van kleurstoffen plaatsvinden, is na de regelklep (drukreduceer) een filter geplaatst voor het afvangen van restanten kleurstoffen. Het CO,-verbruik tengevolge van het aflaten van alle, tijdens het verfproces, in het systeem aanwezige CO, is bij bovengenoemde procesvoering aanzienlijk groter dan bij hergebruik van CO, het geval is. Bij het bepalen van de capaciteit van de opslagfaciliteiten voor CO, dient hiermee rekening gehouden te worden. Bij een systeem zonder CO,-recycling is geen condensor (E-3) en geen CO, buffervat (V-3) nodig. De optie waarbij CO, bij 60 bar wordt opgeslagen betekent dat er in een compressor voorzien wordt om de CO, uit de textielautoclaaf te verwijderen (tot een druk van 2 bar), waarna de resterende CO, wordt afgelaten naar de atmosfeer. Het CO,-verlies per run is dan kleiner dan 1 % (zie ook § 2.2.3 en bijlage IX).

M V5/332095-A@i

1994

Pagina 26 van 71


2.3.2

Systeem met 3 autoclaven Op de PFD's in bijlage II is een installatie weergegeven waarmee met behulp van drie autoclaven substraat kan worden geverfd. De autoclaven worden alternerend bedreven, hetgeen betekent dat CO, tijdens en na afloop van het verfproces wordt afgelaten naar een volgende autoclaaf die "stand-by" staat voor het uitvoeren van een verfproces. Wanneer de installatie wordt opgestart, wordt alle CO, betrokken vanuit de CO,-buffertank (V-3). Vanuit de CO,-opslagtank (V-4) wordt de buffertank V-3 met "verse" CO, gevoed. In tabel 6 is een overzicht gegeven van de processtappen bij een 3-autoclavensysteem. Daarnaast is in figuur 2 het procesverloop in de 3 autoclaven als functie van de tijd weergegeven. Tabel 6 :

Overzicht van de verschillende processtappen voor een drieautoclavensysteem met de bijbehorende procescondities ~~

~

~

~~

Procescondities

Omschrijving

laden/lossen

l S f ea u t o c l a a f

v u l l e n van de t e x t i e l / kleurstofautoclaaf

s t a r t proces 1 autoc t aaf

op druk brengen van de iste a u t o c l a a f

op druk (160 b a r ) brengen van de le autoclaaf

op werkdruk en temperatuur brengen van de i n s t a l l a t i e met CO2

op 300 bar en 130 van Ze a u t o c l a a f

20

OC

v u l l e n van t e x t i e l / kleurstofautoclaaf

verven îSte autoclaaf

c i r c u l e r e n van CO2 over de k l e u r s t o f a u t o c l a a f isotherm van druk a f l a t e n naar ze a u t o c l a a f

C02-druk a f l a t e n van 300 bar naar 200 bar

s t a r t proces Ze autoclaaf

op druk brengen van de Ze autoc 1aaf

op druk (160 b a r ) brengen van de 2e a u t o c l a a f

laden/lossen

v u l l e n van de t e x t i e l / kleurstofautoclaaf

~

3e a u t o c l a a f

~~

COz

20

300 bar en 130 'C

druk a f l a t e n van a u t o c l a a f 1 en hergebruik van CO2

druk a f l a t e n naar 2e a u t o c l a a f ( t o t 160 bar), t o t 20 b a r naar b u f f e r t a n k d.m.v. koelen en condenseren van COz (P = 20 bar en T = -20 "C)

ze

op werkdruk en temperatuur brengen van de i n s t a l l a t i e met CO7

op 300 bar en 130 van autoclaaf

p r o c e s t i jden voor resp. a u t o c l a a f 1, 2 en 3

M v5/332095-A4uni 1994

20

)2

20 l3

druk a f l a t e n íSte a u t o c l a a f

autoclaaf

)l

brengen

laden/lossen autoclaaf

ze

)'

Procestijd [mi nl

Processtap

ze

OC

brengen

10

)l

5

)z

Pagina 27 van 71

Superkritisch Coperven stap 2

Vervolg tabel 6:

Processtap

Omschrijving

Procescondities

laden + lossen lSfe autoclaaf

openen autoclaven

t e x t i e l a u t o c l a a f b l i j f t 130

verven Z e autoclaaf

c i r c u l e r e n van CO2 over de k l e u r s t o f a u t o c l a a f isotherm van druk a f l a t e n naar Se autoctaa

COr

C02-druk a f l a t e n van 300 bar naar 200 bar

op druk brengen van de 3e autoclaaf

op druk (160 b a r ) brengen van Se autoclaaf

20 l3

druk a f l a t e n Ze a u t o c l a a f

druk a f l a t e n van a u t o c l a a f 2 en hergebruik van COr

druk a f l a t e n naar 3e a u t o c l a a f ( t o t 160 bar), t o t 20 bar naar b u f f e r t a n k d.m.v. koelen en condenseren van COz (P = 20 bar en T = -20 O C )

10 l2

s t a r t proces

op werkdruk en temperatuur brengen van de i n s t a l l a t i e met COz

op 300 bar en 130 "C brengen van Ze a u t o c l a a f

s t a r t proces

3e a u t o c l a a f

3e a u t o c l a a f )'

Overzicht van de verschillende processtappen voor een drieautoclavensysteem met de bijbehorende procescondities

300 bar en 130

Procestijd [mi nl OC

OC

20

)l

20

)2

5 l3

p r o c e s t i jden voor resp. autoclaaf 1, 2 en 3

In figuur 2 is goed te zien op welke wijze het altenerend proces van een 3 autoclavensysteem wordt uitgevoerd in de tijd. 250

200 5150 3

.-E E

p 1 0 0

0

Druk aflaten Verven Op werkdruk brengen Op 160 bar brengen Laden + lossen

50

v-102 V-103 Autoclaafnummer

Figuur 2: Procesverloop van een 3-autoclavensysteem

M v5/332095-A&ni 1994

Pagina 2 8 van 71


In tabel 7 zijn de diverse processtappen nog eens samengevat.

Processtap

Laden + lossen Op 160 bar brengen (CO2 aflaten in tweede autoclaaf) Op uerkdruk brengen Verven Druk aflaten

Procestijd Irninl 20 20

5 20 10

De start van het proces is identiek aan de stappen 1 tot en met 4 zoals beschreven in § 2.3.2. Afwijkend van de procesvoering ten opzichte van een 1 autoclavensysteem is de wijze waarop CO, wordt afgelaten. De procesvoering kan als volgt worden omschreven:

-

-

-

-

-

het aflaten van de druk in de autoclaven V-101 en V-2 tot 200 bar (waarbij tegelijkertijd de tweede autoclaaf op druk wordt gebracht). Omdat tengevolge van deze druk afname afkoeling van het superkritische medium optreedt, is na de circulatiepomp een warmtewisselaar (E-2) geplaatst. De CO, wordt via een (stof)filter en een actiefkoolfilter afgelaten naar een tweede autoclaaf ( V - I02). Aangenomen wordt dat een actiefkoolfilter instaat is eventuele nog in het superkritische CO, opgeloste kleurstoffen in voldoende mate te verwijderen zodat het verfresultaat van het volgende verfproces niet negatief wordt beïnvloed; bij 200 bar wordt het verfproces gestopt, de circulatiepomp (P-I) afgeschakeld en de druk van het systeem afgelaten naar de tweede autoclaaf. Bij een druk van circa 1 6 0 bar is de druk in beide autoclaven gelijk; het restant aan CO, uit de eerste autoclaaf (V-101) wordt na het passeren van een filter, waarbij eventueel in het CO,-gas aanwezige kleurstoffen worden afgevangen, gecondenseerd (E-3) tot een vloeistof bij een druk van circa 20 bar en een temperatuur van -25 O C ; de gecondenseerde CO, wordt opgeslagen in de CO,-buffertank (V-3) en is geschikt voor een volgend verfproces. De hoeveelheid CO, die zich bij een druk van 2 0 bar nog in de verfinstallatie bevindt, wordt vervolgens geëmitteerd, waarna de autoclaaf kan worden geopend, het textiel kan worden gelost en de installatie opnieuw geladen kan worden voor een volgend verfproces. Het CO,verlies tijdens het aflaten van de druk in de autoclaaf (vanaf P = 20 bar) bedraagt per run circa 6 % van de in de installatie aanwezige hoeveelheid CO, bij 3 0 0 bar; de druk in de 2" autoclaaf wordt vervolgens verhoogd van 160 tot 300 bar, waarbij CO, vanuit de CO,-buffertank (V-3) in het systeem wordt gepompt. Vanuit de opslagtank (V-4) wordt per charge "verse" CO, gesuppleerd waarmee het CO,-verlies wordt aangevuld.

MV5/332095-A&ni 1994

Pagina 29 van 71


De procedure tijdens het opstarten van de installatie is afwijkend van de in tabel 6 weergegeven procesvoering. Bij het starten van de eerste verfcyclus (nadat het volledige systeem van druk afgelaten is) wordt de installatie opdruk gebracht met CO, vanuit het buffervat V-3 of de centrale voorraad V-4. Hierdoor wordt de tijd voor het op druk brengen van de installatie verkort tot 10 minuten in plaats van 25 minuten (analoog aan het één autoclavensysteem).

2.3.3

Capaciteit van de verschillende configuraties Het aantal runs is gebaseerd op een bedrijfstijd van 1 6 uur/dag gedurende 2 5 0 dagedjaar. Uitgaand van een beschikbare produktietijd van 90 % bedraagt het gemiddeld aantal produktieuren per jaar: 16

250

0,9 = 3.600 uur ofwel een kleine 15 uur/dag.

Voor systeem I en IIA wordt op basis van 1 uur per run uitgegaan van 15 runs per dag. Voor de systemen llB en I 1 1 wordt uitgegaan van 36 runddag namelijk:

(15 uur

60 minuten)/75 minuten/cyclus

2.4

Massa- en warmtebalansen

2.4.1

Massabalans

3 runs/cyclus = 36

In bijlage I 1 1 is voor de Verschillende configuraties een massabalans weergegeven en is de gevolgde procesroute in het Mollierdiagram van CO, aangegeven. Aan de hand van de drukken en temperaturen die tijdens het verfproces optreden is, met behulp van het specifieke volume van CO, en de procestijden per stroom-nummer (leiding), een inschatting gemaakt van de massastromen en debieten.

2.4.2

Warmtebalans Algemeen

Aan de hand van het Mollierdiagram voor CO, (zie bijlage l i l ) is voor het superkritische verfproces een warmtebalans opgesteld. In de tabellen 8 en 9 is een overzicht gegeven van het doorlopen traject voor het één autoclavensysteem en het 3-autoclavensysteem.

MV5/332095-~11nI1994

Pagina 30 van 71


Tabel 8 :

Warmtebalans systeem I en IIA (één autoclaaf) ~

~~

~

Processtap (gevolgde r o u t e i n Mollierdiagram) voorkoelen op druk brengen verwarmen van COz van druk a f l a t e n van druk a f l a t e n koelen van COz condenseren van CO2

Tabel 9:

(isobaar) (isentropisch) (isobaar) (isotherm) (isenthalpisch) (isobaar) (isobaar)

Tin

Tuit

Pin

Puit

["Cl

IOC1

tbarl

[bar]

-20

-25 O 130 130 30 -20 -20

20 20 300 300 ZOO 20 20

20 O 300 200 20 20 20

- 25

O 130 130 30 -20

AH IkJIkgl

- 20 60 270 30 O - 60 - 290

Warmtebalans systeem IIB en 111 (drie autoclaven)

I

I

I

Processtap (gevolgde r o u t e i n Mol lierdiagram) voorkoelen op druk brengen verwarmen van CO2 van druk a f l a t e n van druk a f l a t e n van druk a f l a t e n koelen van CO2 condenseren van CO7

(isobaar)

I

Tin

Tuit

P,n

Puit

["Cl

CoCl

Cbarl

ïbarl

-20

20 20 300 300 200 160 20 20

20 O 300 200 160 20 20 20

( isentropisch)

- 25

(isobaar) (isotherm) (isenthalpisch) (isenthalpisch) (isobaar) ( isobaar )

O 130 130 120 30 -20

-25 O 130 130 120 30 -20 -20

Processtap Ze autoclaaf (gevolgde r o u t e i n Mollierdiagram)

Tin

Tuit

Pin

Puit

['Cl

C"C1

ïbarl

Ibarl

op temperatuur brengen 1' op druk brengen )' verwarmen van CO2 (isobaar)

120 130 80

130 80 130

1 160 300

160 300 300

AH ikJ/kgl

- 20 60

AH CKj/kgl 30 20 120

In bijlage III is een uitgebreid overzicht gegeven van de verschillende procesparameters. Alle gegevens zijn gebaseerd op het Mollierdiagram van CO, waarin de enthalpie A H en de entropie A S als functie van druk en temperatuur zijn weergegeven. Op warmen polyester

Aangenomen wordt dat het te verven polyester tijdens het op druk brengen van de autoclaaf op een temperatuur van 130 OC wordt gebracht. Voorts wordt verondersteld dat de benodigde warmte hiervoor uit de CO, afkomstig is (straling door de autoclaafwand wordt verwaarloosd). De warmtecapaciteit van polyester wordt geschat op circa 2 kJ/kg.OC (deze waarde is een gemiddelde van polyetheen en nylon, [ref. 41).

MV5Lì32095-Aduni 1994

Pagina 31 van 71


Het energieverbruik is berekend volgens: Q = (C,

m

* AT

f)/At met:

Q

C,

Q = ( 2 * 30 (130- 20) Q = 13,8 kW

1'

: benodigde energie : soortelijke warmte polyester

ikW1 [J/kg

m : massa polyester AT : temperatuurverschil polyester f : veiligheidsfactor 1'

ikgl IOC]

At : opwarmtijd

[SI

* OCI

1,25)/600

Bij het berekenen van de capaciteit van warmtewisselaars/koelers wordt in het algemeen een veiligheidsfactor van 1,25 gehanteerd.

Voor de overige berekeningen wordt verwezen naar bijlage V. In tabel 10 is de voor het opwarmen van polyester benodigde energie per systeem weergegeven. Tabel 1O: Benodigde energie voor het opwarmen van het polyesterdoek SYSTEEM

Capaciteit lkglruni

I IIA I I6 111

30 90 30 300

Benodigd vermogen [I IkWlrunl

Stoomverbruik

íE.2) Ikglrunl

13,8

3,9

41,3 5,5

11,5

55

3,9 39

Om het polyesterdoek voor de start van het verfproces binnen de beschikbare tijd op te kunnen warmen is meer energie nodig dan voor het op temperatuur houden van het CO, tijdens het verfproces nodig is. De capaciteit van de warmtewisselaar E-2 is daarom gebaseerd op het opwarmen van het polyesterdoek. Warmte verliezen autoclaaf

In bijlage V zijn de berekeningen weergegeven van de warmteverliezen van de textielautoclaven en de benodigde energie voor het opwarmen van de autoclaven tot de bedrijfstemperatuur van 130 OC. Uit de resultaten blijkt dat het energetisch gunstiger is de autoclaven op bedrijfstemperatuur te houden en slechts incidenteel t e laten afkoelen (bijvoorbeeld tijdens de weekeinden en in het geval van bepaalde onderhoudswerkzaamheden). In tabel 11 is per run voor beide situaties een overzicht gegeven van het energieverbruik en stoomverbruik. Het vermogen van de stoommantel is gebaseerd op het op bedrijfstemperatuur brengen van de autoclaaf.

~ v 5 / ~ 3 2 0 9 5 - A 4 u 1994 ni

Pagina 32 van 71


Systeem

Op bedrijfstemperatuur houden van autoclaven (T = 130 "C)

Op bedrijfstemperatuur brengen van autoclaven (130 "C)

Q CU1

Energie CkUh/ runl

Stom t kg/ runl

Massa autoc 1aaf [kgl

1

400

I IA I IR

500

0,64 0,ao 0,ao

1,1 183 1.3 1# 9

3.000 5.000 3.000 10.000

I11

400 700

1,1

Energie [kUh/runl

60

Stom Ikg/runl

60

1O0 160 1O0

200

320

1O0

2.5

Dimensionering en specificaties hoofdapparatuur

2.5.1

Inleiding

In deze paragraaf vindt een beknopte toelichting van de in de verschillende configuraties opgenomen hoofdapparatuur plaats. In bijlage IV is een overzicht gegeven van de specificatie van de hoofdapparaten.

2.5.2

Autoclaven

Algemeen De autoclaven zijn ontworpen voor minimaal 10.000 cycli (op druk brengen en druk aflaten). De ontwerpen werkdruk bedragen respectievelijk 325 en 300 bar. De ontwerpen werktemperatuur bedragen respectievelijk 1 5 0 OC en 130 OC. De autoclaven zijn gemaakt van koolstofstaal en voorzien van een binnenmantel van roestvrij staal (316 Ti). Textielautoclaven De grootte van de textielautoclaven wordt bepaald door de afmetingen van de te verven partij, dus de doekbreedte en -lengte. De breedte van het polyestersubstraat dat met behulp van de huidige processen wordt geverfd varieert van 1,5 tot maximaal 2,5 m [ref. 51. Als hoogte voor de autoclaaf wordt daarom 2,7 m aangehouden. De inwendige diameter van de autoclaaf is afhankelijk van de diameter van het opgeboomde substraat. Deze wordt bepaald door de boomdiameter, de dikte van het doek en de opgeboomde lengte. Uit informatie van de firma Jasper blijkt dat met een boomdiameter van enkele centimeters goede resultaten werden verkregen tijdens pilot plant experimenten [ref. 61. Voor de praktijkinstallatie wordt veiligheidshalve uitgegaan van een boomdiameter van 0,l m. De diameter van opgeboomd polyester is bepaald aan de hand van praktijkcijfers van KTV (zie bijlage VI).

M v5/332095-AJuni 1994

1

Pagina 33 van 71


Ten slotte wordt, om te voorkomen dat het substraat direct contact maakt met de autoclaafwand, tussen het substraat en de autoclaafwand een vrije ruimte van 5 cm aangehouden. In tabel 12 is een overzicht gegeven van de afmetingen van de textielautoclaven voor de diverse systemen.

cuicr-rcncu a o a w

BAWE1

I

'-

I

Figuur 3: Lengte- en dwarsdoorsnede van een autoclaaf

i-

I

MV5/332095-A/iuni 7994

Pagina 3 4 van 71


Ten behoeve van de verwarming met stoom is de autoclaaf voorzien van een verwarmingsmantel. De autoclaven zijn voorzien van een snelsluiting, bestaande uit een in tweeën gedeelde klem waarmee de deksel op het vat wordt geklemd (zie figuur 3). Voor het verschuiven van de klemmen en het verplaatsen van het deksel is een hydraulisch systeem aangebracht.

Kleurs tofautoclaaf De grootte van de kleurstofautoclaaf is gebaseerd op het volume van de voor het verfproces benodigde hoeveelheid kleurstoffen. De kleurstoffen worden in een filter van papier gebracht en in de kleurstofautoclaaf geplaatst. Het filter is temperatuurbestendig (tot 1 5 0 OC) en heeft tot doel de niet in superkritische CO, oplosbare stelmiddelen in de kleurstofautoclaaf achter t e houden. Uitgaande van een gemiddeld kleurstoffenverbruik (inclusief stelmiddelen) van circa 5 g/m2 substraat ( 5 0 g/kg) [ref. 51 is bij een verfcapaciteit van 3 0 kg substraatkharge circa 1,5 kg kleurstoffen nodig. Bij verfcapaciteiten van 90 en 3 0 0 kgkharge bedraagt het kleurstofverbruik per run respectievelijk 4,5 en 15 kg. Bij de bepaling van het volume van de kleurstofautoclaaf is gerekend met een soortelijk volume van 0,5 g/cm3 kleurstof [ref. 51. Het volume van de kleurstofautoclaaf is gebaseerd op 3 maal het volume van de maximale hoeveelheid kleurstoffen zodat een goede doorstroming van de CO, door de kleurstoffen is gewaarborgd. In tabel 12 zijn de afmetingen en volumina van de kleurstofautoclaven weergegeven. Tabel 12: Afmetingen autoclaven

íkglhi Kleurstoffen 0 [ml

v ïm31

L Cml

= = V = V =

L = 2,7 L = 2,7 L = 2,7 L = 2,7

Text ie 1 0 ïml

v

[m31

~

I

30

IIA IIB

90

111

3 x 30 3 x 300

MV5/332095-A/iuni I994

= = = L = L L L

0,50 0,75 0,50

1,00

0 = 0,15

0 = 0,25 0 = 0.15 0 = 0,35

V V

0,Ol 0,03 0,Ol 0,lO

0 0 0 0

= 0,30 = 0,45 = 0,30 = 0,70

V V V V

= 0,2 = 0,4 = 0.2 = 1,0

Pagina 35 van 71


De grootte leverancier De grootte 2 maal het

van de tanks voor de CO, basisvoorraad (V-4) is bepaald door de van vloeibare CO,. van de buffertank (V-3) is gebaseerd op een maximale inhoud van CO,-verbruik per run en een vulgraad van 80 %.

Rekenvoorbeeld Systeem I:

CO, doorzethun 135 kg; opslag 270 kg CO, met p = 1 .O50 kg/m3 geeft een tankvolume van 0,26 m3; maximaal 80 % vulling geeft een tankinhoud (V-3) van circa 0,30 m3. In tabel 1 3 is een overzicht gegeven van het volumina van de tanks per systeem. Tabel 13: Grootte van de CO,-opslagtanks Systeem

I

IIA

llB

111

0,30 3 - 6

0,60 6-10

0,30 6-10

30-40

c a p a c i t e i t CO?-opslag COz voor hergebruik (V-3) COz basis voorraad (V-4)

2.5.3

Im31 tm31

1,6

Capaciteit pompen De capaciteit van de voedingspompen is gebaseerd op de systeeminhoud en de tijd waarin het systeem op druk gebracht wordt. Er zijn in principe twee pomptypen geschikt voor deze hoge druk toepassing. Omdat de plunjerpomp aanzienlijk goedkoper is dan de membraanpomp en technisch vergelijkbaar is met de membraanpomp is gekozen voor het gebruik van plunjerpompen. In tabel 1 4 is een overzicht gegeven van de benodigde capaciteiten. De pompen zijn uitgevoerd in roestvrij staal (316 Ti) , ontwerpdruk 325 bar en een werktemperatuur tussen 40 OC en 1 5 0 O C . De capaciteit van de circulatiepompen (centrifugaalpompen) is gebaseerd op het rondpompen van een voldoende groot debiet zodat in 20 minuten ( = tijdsduur verfproces) alle in het systeem aanwezige kleurstoffen in CO, kunnen worden opgelost en worden geabsorbeerd aan het polyester. Bij de bepaling van de capaciteit is gerekend met een maximale kleurstofconcentratie van 75 mg/l CO, en een gewenste kleurstofopname van 25 g/kg polyester (exclusief stelmiddelen). De motoren zijn voorzien van een apart koelwatersysteem.

MV5/332095-A@ni 1994

Pagina 36 van 7 1

Superkritisch CO,-v v e n rap 2

Tabel 14: Overzicht van de benodigde pompcapaciteiten voor de verschillende installaties Systeem Systeeminhoud

I

IIA

llB

111

[m31

0,25

0,50

0,25

1,20

Ckg COz/hl

900 0,9 300 17,5

1.800 1,8 300

16.200

48.000 90

Voedingspomp capaciteit

1

ïm3 COdhI opvoerhoogte vermogen

2.5.4

A P [bar] [kul

Circulatiepomp capaciteit

[kg COz/hl

opvoerhoogte vermogen koelwater debiet

[m3 COdhI A P [bar] [kul Im3/hI T,, = 25

OC

5

12,5 181

30

7,5 28 1r 5

0,9 300 17,5 ,O0

1

12,5

4.400 4,4 300 75

97 2,5

Capaciteit warmtewisselaars, koelers en condensors De warmtewisselaars, koelers en condensors zijn gemaakt van koolstofstaal. De onderdelen die met CO, in aanraking komen zijn van roestvrijstaal (316 Ti). Op basis van het Mollierdiagram van CO, (zie bijlage lil) is per leiding / procesonderdeel het benodigde koel-/verwarmingsvermogen bepaald. Berekeningsvoorbeeld capaciteit warmtewisselaar E-1 voor systeem I: Voor het opwarmen van CO, met een druk van 300 bar van O OC tot 130 OC is volgens het Mollierdiagram van kooldioxide 2 7 0 kJ/kg CO, nodig. Het op druk brengen neemt 1O minuten in beslag waarbij 135 kg CO, op temperatuur moet worden gebracht. Het debiet bedraagt 810 kg CO,/h zodat de voor het opwarmen benodigde energie gelijk is aan (270 * 8101/3.600 = 61 kW. Rekening houdend met een reservecapaciteit van de warmtewisselaar van circa 25 % bedraagt de ontwerpcapaciteit van de warmtewisselaar 80 kW. De capaciteiten van de overige warmtewisselaars, koelers en condensors zijn op gelijke wijze berekend (zie de rekenvoorbeelden in bijlage V). Het benodigde warmte-overdragend oppervlak is bepaald door de leverancier waarbij ook de budgetprijs van bovenstaand apparatuur is aangevraagd. In tabel 15 is een overzicht gegeven van de capaciteiten van de voor de verschillende systemen benodigde warmtewisselaars, koelers en condensors.

MV5/332095-A&ni

1994

Pagina 37 van 71


Tabel 15: Capaciteiten warmtewisselaars, koelers en condensors Systeem

I

IIA

llB

111

warmteuisselaar E-1 TI, = O O C en TU,, = 130 C' capaciteit ïkW1 ïm2i oppervlak

80 3,5

150 485

80 3,5

370 785

warmtewisselaar capaciteit oppervlak

E-2 ikW3 ïmZ1

15 1.5

45 3,o

6 0.5

60 4,o

condensor capaciteit opperv 1ak

E-3 i kV1 im21

60

20

120 30

60 20

230 45

6 2,5

4.5

2.5

30 9.0

koeler E-4 = -25 C' en Tuit = -30 capaciteit ikW1 oppervlak ïm21 T,,

2.6

OC

I

Wetgeving en veiligheid hogedrukinstallaties Voordat een bedrijf overgaat tot het installeren van een superkritisch verfproces moet in het kader van de Wet Milieubeheer een vergunning worden aangevraagd. In het geval het een uitbreiding betreft van de bestaande bedrijfsaktiviteiten kan worden volstaan met de aanvraag van een veranderingsvergunning. Het bevoegd gezag voor het geven van een beschikking op de betreffende aanvraag is college van burgemeester & wethouders. Het bevoegd gezag kan, ter bescherming van het milieu, voorschriften aan de vergunning verbinden. Daarbij moet dan onder meer gedacht worden aan good-housekeeping, onderhoud en meldingen (van onder andere calamiteiten). Voor dit type installaties is het opstellen van een Extern Veiligheid Rapport (EVR) of een Arbeids Veiligheid Rapport (AVR) niet noodzakelijk. Gezien de hoge drukken in de installatie is het wellicht toch zinvol om een AVR op te stellen ondanks het feit dat men daartoe niet verplicht wordt. Ten aanzien van de arbeidsveiligheid, met betrekking tot de druk in de installatie, geldt dat de in het systeem opgestelde pompen moeten zijn voorzien van een beveiliging tegen te hoge drukken. Omdat tijdens de procesvoering geen exotherme reacties plaatsvinden, die mogelijk kunnen leiden tot een sterke verhoging van de druk in het systeem, zijn geen aanvullende maatregelen dan de gebruikelijke nodig ten aanzien van de drukbeveiliging van de opstelling. Daarnaast moet de ruimte waar de installatie is opgesteld voorzien zijn van voldoende ventilatievoorzieningen vanwege het verstikkende effect van CO,, ingeval van een mogelijke calamiteit.

~

~~

MV5/332095-A~uni1994

Pagina 38 van 71


Ook dient de beveiliging van de installatie zodanig uitgevoerd te worden dat het openen en sluiten van afsluiters en het openen van de autoclaven alleen plaats kunnen vinden in een "veilige situatie". De genoemde installatie valt wel onder het drukhoudersbesluit zodat de Regels voor toestellen onder druk van toepassing zijn. Het bevoegd gezag is in dit geval het Ministerie van Sociale Zaken, Dienst voor het Stoomwezen. Omdat CO, geen giftige, brandbare of andere gevaarlijke eigenschappen bezit (MACwaarde > 200 mg/nm3) gelden de volgende eisen:

-

-

procesapparatuur (drukvaten, pompen, warmtewisselaars etc.) en drukhoudende opslagtanks (CO,-opslag). Keuring door Stoomwezen omdat het volume van de vaten en tanks groter is dan 4 liter, de druk hoger is dan 1 bar en P V > 400 met P in bar en V in liter; drukhoudende leidingen (P 2 1 bar en T < 400 OC).Keuring door Stoomwezen van leidingen met een diameter d > lO.OOO/(P + 10); in concreto d > 32 mm.

Hieruit blijkt dat de Keuring door Stoomwezen voor de gehele installatie van toepassing is. Deze keuring houdt in dat:

-

-

het ontwerp en de nieuwbouwkeuring moeten voldoen aan de eisen die gesteld worden in de Regels voor toestellen onder druk waarbij als bewijs van keuring een B.O.B. (Bewijs van Onderzoek en Beproeving) wordt uitgereikt; na opstelling en appendering (montage) van een toestel een nader onderzoek wordt uitgevoerd, waarna als bewijs een "Verklaring van geen bezwaar" wordt uitgerei kt; het Stoomwezen iedere 4 jaar een periodiek onderzoek uitvoert.

In de nabije toekomst komt de Stoomwet waarschijnlijk te vervallen en wordt deze samen met enkele andere wetten ondergebracht in de Wet gevaarlijke werktuigen.

~~5/332095-A4uni 1994

Pagina 39 van 7 1


3

Raming investeringskosten

3.1

Werkwijze Op basis van het PFD en de massa- en warmtebalansen is voor de diverse hoofdapparaten een specificatie opgesteld. Aan de hand daarvan heeft een aantal leveranciers voor deze apparaten budgetprijzen opgegeven. In tabel 1 6 is een overzicht gegeven van de benaderde leveranciers en de apparatuur waarvoor een prijs is aangevraagd. Tabel 16: Overzicht van hoofdapparatuur en de benaderde leveranciers Hoofdapparatuur

Equipment Nummer

t e x t i e l autoclaaf k l e u r s t o f autoclaaf

v-2

V-1,

Vlo1

-

V103

leverancier Uhde GmbH / Geurts Xvtel

~

Pompen - voedingspomp membraanpomp

P- 1

Ceveke werktuigbouw B.V. Bran en Luebbe

p 1unj e rpomp

-

circulatiepomp

OD S

P-2

Lederle Hermetic Benelux

-

E-4

warmtewisselaars, koelers en condensors

E-1

C02-opslag

V - 3 en V - 4

Uhde GmbH / Geurts Hoek Loos AGA gas B.V.

Een tweede bron van informatie is een tot in detail uitgewerkt ontwerp en dito kostenraming (eveneens gebaseerd op offertes van leveranciers) van een installatie voor superkritische extractie, opgesteld door de firma Xytel B.V, een dochteronderneming van Tebodin. Deze installatie bestaat uit een systeem waarin 4 autoclaven met een inhoud van 400 liter zijn opgenomen. Ook bij deze installatie vindt hergebruik van CO, plaats. Hiervan is met name gebruik gemaakt bij het bepalen van de kosten voor leidingwerk, instrumentatie, elektrotechniek (besturing), civiel (staalconstructies), engineering en constructie en montage. Daartoe zijn de kosten voor de onderdelen als percentage van de kosten voor de hoofdapparatuur vastgesteld. In tabel 1 7 is een overzicht gegeven van deze percentages.

MV5/332095-A&ni 1994

Pagina 40 van 7 1


Tabel 17: Kosten overige installatie-onderdelen als percentage van de kosten voor de hoofdapparatuur Additionele kosten

'

1

Percentage 6 1 (van kosten hoofdapparatuur)

leidinguerk (leidingen en appendages) instrunentatie (regelkleppen en afsluiters) eiektro (besturing, motoren etc.) civiel (staalconstructies) montage en constructie onvoorzien

20 7 20 7 10 15

De kosten voor engineering van een systeem met 1 autoclaaf zijn bepaald aan de hand van de gemiddelde totale kosten van de systemen I en IIA, de engineeringkosten voor een 3-autoclavensysteem zijn bepaald aan de hand van de gemiddelde totale kosten van de systemen 118 en 111. In de investeringskostenraming zijn niet opgenomen:

-

kosten voor gebouwen of aanpassingen daaraan; kosten voor utilities. Er is vanuit gegaan dat stoom, koelwater en elektra aanwezig en in voldoende mate beschikbaar zijn; licentierechten die door de eigenaar van de patenten in rekening worden gebracht.

3.2

Kostenraming

3.2.1

Verschillende systeemconfiguraties In tabel 18 zijn de investeringskosten voor de verschillende systeemconfiguraties weergegeven. Omdat de CO,-voorraadtank (V-4) in principe door de leveranciers van industriële gassen worden verhuurd zijn deze kosten ondergebracht in de exploitatiekosten (zie hoofdstuk 4).

3.2.2

Kosten CO,-opslag bij 60 bar Indien de opslag van CO, voor hergebruik plaatsvindt bij 60 bar in plaats van 20 bar leidt dit tot een verhoging van de investeringskosten. Omdat de opslagdruk wordt verhoogd zal een duurder opslagvat V-3 nodig zijn. Voor systeem I betekent dit een extra investering van f 55.000,--. Omdat bij 60 bar opslagdruk het CO,-verlies per run zonder tegenmaatregelen oploopt tot circa 20 % wordt een compressor geïnstalleerd zodat CO, tot een einddruk (in de autoclaaf) van circa 2 bar wordt gecondenseerd. Hierdoor wordt het CO,-verlies per run tot een minimum beperkt ( < 1 %). De investeringskosten voor een compressor met een capaciteit van circa 200 m3/h bedragen f 100.000,--.

MV5/332095-A&m' 1994

Pagina 41 van 7 1


De totale meerkosten bedragen dus ongeveer f 155.000,--. De investeringskosten voor systeem I nemen in het geval van CO, opslag bij 60 bar toe t o t f 2.252.100,--. Tabel 18: Overzicht investeringskosten verschillende installaties II A

I

I11

APPARATEN autoclaven pompen warmtewisselaars o v e r i g equipnent

324.000 438.000 125.200 30.000

448.000 532.000 167.400 40.000

Subtotaal (1)

917.200

1.187.400

1.465.200

2.969.400

ADDITIONELE KOSTEN leidinguerk E & I civiel engineering c o n s t r u c t i e en montage

183.400 247.600 64.200 200.000 91 .700

237.500 320.600 83.100 200.000 118.700

293.000 395.600 102.600 300.000 146.500

593.900 801.700 207.900 300.000 296.900

Sub t o t a a l (2)

786.900

959.900

1.237.700

2.200.400

1.704.100

2.147.300

2.702.900

5.169.800

255.600

322.100

TOTAAL (1+2) ONVOORZIEN TOTALE INVESTERING

3.2.3

I IE

1.959.700

2.469.400

852.000 438.000 125.200 50.000

1.759.000 820.000 290.400 100.000

7ï5.500

405.400 3.108.300

5.945.300

Investeringskosten zonder CO, recycling Indien systeem I wordt uitgevoerd zonder faciliteiten voor hergebruik van CO, nemen de investeringskosten met circa 7 % af tot f 1.831.500,--, een gevolg van de afname van de equipmentkosten met f 68.000,--. Ten gevolge van het grotere CO,-verbruik zullen de kosten voor de opslagfaciiiteiten van CO, oplopen. Omdat de CO,-opslagtank wordt gehuurd worden deze kosten in de exploitatiekostenberekening opgenomen.

3.2.4

Invloed drukverlaging verfproces op investeringskosten autoclaaf Het verfproces vindt plaats bij een druk van 300 bar vanwege de beperkte oplosbaarheid van de kleurstoffen. In stap 1 van het project is gebleken dat de oplosbaarheid van een stof in een superkritisch medium zeer sterk kan worden verbeterd door het toevoegen van entrainers zoals aceton of methanol. Het is dus denkbaar dat door het toevoegen van entrainers - bij een gelijk blijvende oplosbaarheid - bij een veel lagere druk gewerkt kan worden. Daardoor zullen de investeringskosten voor de apparatuur verlaagd kunnen worden.

MV5/332095-A4uni 1994

Pagina 42 van 71


Door de leverancier van de autoclaven is opgegeven dat een verlaging van de procesdruk van 300 bar naar circa 1 5 0 bar leidt tot een reductie van de investeringskosten van de autoclaven met circa 20 %. Deze kostenreductie wordt voornamelijk bepaald door een verlaging van de materiaalkosten (staal). Dit heeft tot gevolg dat de investeringskosten afnemen met circa 5 % voor de systemen met 1 autoclaaf (Systeem I en HA) en 1 0 % voor de systemen met meerdere autoclaven (Systeem IIB en lil). Omdat de verlaging van de procesdruk ook gevolgen heeft voor de pompen is de verwachting dat de investeringskosten voor de pompen verminderen met 1O tot 15 %. De totale investeringen kunnen ten gevolge van het verlagen van de werkdruk van 300 bar naar 1 5 0 bar, naar schatting met 1O %, voor een systeem met 1 autoclaaf, en 15 %, voor een systeem met meerdere autoclaven, worden teruggebracht. Ten overvloede zij nogmaals vermeld dat de mogelijkheid hiervan proefondervindelijk zal moeten worden aangetoond. Tevens is geen rekening gehouden met eventuele gevolgen voor het procesontwerp, zoals het scheiden van entrainers en CO,.

Investeringskosten conventionele processen

3.3

In tabel 1 9 zijn de investeringskosten voor conventionele verfprocessen opgegeven. De gegevens zijn verstrekt door KTV te Eibergen en Ten Cate Technica1 Fabrics te Nijverdal [ref. 51. Deze kosten omvatten dezelfde posten die in de raming voor de CO,-verfinstallatie zijn meegenomen. Tabel 19: Overzicht investeringskosten conventionele verfprocessen [ref. 51 Continu verfproces

Discontinu verfprocessen

I

I

I HT-boomverven I HT-strengvenen I HT.jigger

Thermosolproces

capaciteit/run

500 kg

250 kg

500 kg

> 1.000 m

investeringskosten

f 500.000,--

f 500.000,--

f 500.000,--

f 1.000.000,-f 2.500.000,--

Niet inbegrepen zijn de investeringen voor een spanraam ten behoeve van het voorbehandelen van polyester. De kosten voor een spanraam liggen rond de 1,5 miljoen gulden. Voor de discontinu processen kan hetzelfde spanraam gebruikt worden voor het drogen van geverfd en gewassen polyester.

M V5/332095-A~~1M 1994

1

1

Pagina 43 van 71


Voor een eenduidige vergelijking van de investeringskosten voor CO,-verven en conventioneel verven geldt gezien het bovenstaande:

-

-

een bedrijf dat begint met het verven van polyester zal zowel bij conventioneel verven als bij verven in superkritisch CO, een spanraam nodig hebben, zodat in beide gevallen de kosten meegenomen moeten worden; een bedrijf dat reeds polyester verft kan ter vervanging van een conventioneel proces een CO,-verfinstallatie aanschaffen, waarbij van een reeds beschikbaar spanraam gebruik kan worden gemaakt. Hier dienen in beide gevallen de kosten voor een spanraam buiten beschouwing t e blijven.

. I

I

, *M V 5 / 3 3 2 0 9 5 - ~ u n 7994 i

Pagina 44 van 71


M V5/332095-Muni 1994

Pagina 4 5 van 71


4

Raming exploitatiekosten

4.1

Werkwijze De exploitatiekosten zijn opgebouwd uit de onderstaande componenten. Vaste kosten:

- 9%; - volgens annuïteiten (volgend uit rente en afschrijvingstermijn);

rente afschrijving termijn onderhoud

-

10 jaar;

- 2 % van de investering.

Variabele kosten (exclusief BTW):

- f 60,-- per uur; - chargetijd = arbeidstijd; - f 0,40 per kg CO, (afname 25.000 kg COJjaar);

bediening aantal uren kosten CO,

kosten stoom energie kleurstoffen

f 0,33 per kg CO, (afname > 50.000 kg CO,/jaar); f 0,21 per kg COz (afname > 300.000 kg COJjaar); - f 30,-- per ton; - per kWh f 0,12 (info S.E.P.); - per kg gemiddeld f 30,-- (bij een verbruik van gemiddeld 4,5 g/m2 en polyester met een doekgewicht van 0,l kg/m2).

Tabel 20: Overzicht van de verbruikscijfers per kg geverfd substraat

In dit hoofdstuk worden alleen de kosten besproken. De verbruikscijfers die hieraan ten grondslag liggen (zie tabel 20) en de daaruit voortvloeiende emissies naar het milieu worden nader belicht in hoofdstuk 5. In bijlage VII zijn een aantal rekenvoorbeelden weergegeven ten behoeve van het bepalen van de exploitatiekosten. In bijlage VIII is vervolgens voor de verschillende systeemconfiguraties een overzicht gegeven van de exploitatiekosten.

M V5/332095-A4uni 1994

Pagina 46 van 71


Het verbruik van de kleurstoffen per kg polyester is als volgt bepaald. Voor conventioneel verven is 5 g/m2 te beschouwen als een gemiddeld recept. Volgens opgave van Jasper is de benutting van kleurstof bij verven in superkritisch CO, bijna 100 %. Voor conventionele processen wordt een benutting van 90 % aangehouden, de rest verdwijnt via het uitgeputte bad. Derhalve wordt voor CO,-verven voor een gemiddelde kleur een inzet aangehouden die 10 % lager ligt dan voor conventioneel verven, dus 4,5 g/m2 (overigens bestaan de kleurstoffen voor circa 5 0 % uit stelmiddelen: aangehouden wordt dat stelmiddelvrije kleurstoffen vooralsnog niet verkrijgbaar zijn). Voor een gemiddelde kleur wordt derhalve 2,25 g/m2 zuivere kleurstoffen ingezet.

4.2

Kostenraming In tabel 21 is een overzicht gegeven van de variabele kosten per verfrun en per kg geverfd substraat. Deze kosten zijn in tabel 2 2 omgerekend naar jaarlijkse kosten en gecombineerd met de vaste kosten (uit tabel 18 in hoofdstuk 3). Met behulp van deze cijfers zijn de exploitatiekosten, per jaar en per kg substraat, voor de verschillende systeemconfiguraties bepaald. Tabel 2 1: Overzicht van variabele kosten per run [fl I

SYSTEEM C a p a c i t e i t systeem ïkg doek/runl Energie

IIA

118

111

90

30

60,OO

25,OO

25,OO

141,75

47,25

472,50

7,36

3,65

10,85

113,44

214,04

77,57

517.94

3,78

2,38

2,59

30

300

elektra koe len

0,86

Kleurstoffen

47,25 3.71 I

Totaal

I I

Totaal per kg substraat

1 .n

In bijlage VIII is een overzicht gegeven van de verbruikscijfers en de bijbehorende variabele kosten zoals weergegeven in tabel 21.

MV5/332095-A/?uni 1994

-

Pagina 4 7 van 71


Tabel 22: Exploitatiekostenoverzicht [ f l SYSTEEM

IIA

Variabele kosten per jaar Huur C02-ops1 ag Totaal

425.400 11.4DO 436.800

llB

111

802.700 13.200 815.900

698.200 13.200 71 1.400

4.661 -300 21.900 4.683 -300

~

Vaste kosten Kapitaallasten Onderhoud Totaal

305.300 39.200 334.500

384.700 49.400 434.100

486.300 62.200 546.500

926.300 118.900 1 -045.200

Exploitatiekosten per jaar

781.300

1.250.000

1.257.900

5.718.500

7,lO

3.70

4.70

2.10

110

340

270

2.700

Totaal per

kg

substraat

Verwerkte hoeveelheid substraat [ton/ jaar]

4.2.1

Exploitatiekosten systeem i zonder CO, recycling De exploitatiekosten voor systeem I zonder CO,-recycling zijn opgebouwd uit: -

-

variabele kosten vaste kosten Totaal

f 538.000 f 322.000 f 860.000

Per kg substraat bedragen de kosten: f 7,60

4.2.2

Variant Systeem I (opslag CO, in buffertank bij 60 bar) De exploitatiekosten voor systeem I met CO,-opslag bij 6 0 bar zijn opgebouwd uit: -

-

variabele kosten vaste kosten Totaal

f 428.700 1' f 395.900 f 860.000

Per kg substraat bedragen de kosten: f 7,30 1' halvering van de energiekosten ten behoeve van het koelen van CO,

4.2.3

invloed drukveriaging verfproces op exploitatiekosten Behalve het afnemen van de investeringskosten zullen de energiekosten voor het opdruk brengen van de installatie afnemen aangezien het CO, op een minder hoge druk gebracht moet worden. Uit het Mollierdiagram van CO, blijkt echter dat bij een verlaging van de procesdruk de energiekosten voor het op temperatuur (13 0 OC) brengen van CO, en het koelen (voordat het CO, wordt gecondenseerd) zullen toenemen. Vanwege dit feit is het energetisch misschien voordeliger uit te gaan van opslagvoorzieningen voor gasvormige CO, en het op druk brengen van CO, met behulp van een compressor (zie bijlage 1x1.

M V S n S Z 0 9 5 - ~ u n1994 i

Pagina 4 8 van 71


4.3

Exploitatiekosten conventionele processen In tabel 23 is een overzicht gegeven van de exploitatiekosten voor conventionele verfprocessen. Tabel 23: Overzicht kentallen verfprocessen voor het verven van polyestersubstraat [ref. 51

I produktiekosten per m2 substraat per kg substraat

4.4

Discontinue verfDrocessen

Continu verforoces

HT.boomverven

HT-strengverven

HT-jigger

Thermosolproces

f0,40 - f0,70 f4,00 - f7,00

f1,lO f6,30

-

f 1,OO f 6,OO

f f

-

f1,40 f8,OO

0,40 2,50

Milieu-gerelateerde kosten Inleiding De verfprocessen veroorzaken diverse emissies naar het milieu. Aangezien de kosten daarvoor door milieuregelgeving kan worden beïnvloed kan hier in zekere zin van milieukosten worden gesproken. Daarbij kan gedacht worden aan:

-

lozingsheffingen voor afvalwater; gebruik van leiding- of grondwater; verwerken van afvalstoffen; energie.

Kosten die niet direct aan milieu gekoppeld kunnen worden omvatten bijvoorbeeld de kosten voor rente en afschrijving, onderhoud, bediening en de kosten voor kleurstoffen. De invoering op grote schaal in de praktijk van het verven in superkritisch CO, zal zeker nog een aantal jaren op zich laten wachten. Aangezien verwacht kan worden dat de milieukosten de komende jaren zullen toenemen is het zinvol om de ontwikkelingen daarin t e schetsen. Er wordt daarbij uitgegaan van een periode van 1 0 jaar. L ozingsheffhgen De lozingsheffingen zijn gemiddeld in de periode 1988 - 1993 toegenomen van ongeveer f 60,-- tot gemiddeld f 75,-- per i.e. Uit gesprekken met de Unie van Waterschappen en een Zuiveringsschap kan worden afgeleid dat de lozingsheffingen de komende 5 jaar met ruim 10% per jaar zullen stijgen. Prognoses voor een langere periode zijn (nog) niet beschikbaar. Aangenomen wordt dat over 10 jaar de lozingsheffingen verdubbeld zullen zijn.

MV5/332095-Muni 7994

Pagina 4 9 van 71

Superkritisch CO, - verven s rap 2

In het onlangs herziene CUWVO-rapport [ref. 71 wordt aanbevolen om op middellange termijn kleurstofhoudend afvalwater te gaan zuiveren door middel van membraanfiltratie of een techniek met een vergelijkbaar resultaat. Aangenomen wordt dat de bedrijven hiertoe inderdaad t e zijner tijd verplicht zullen worden.

+

De kosten die daardoor ontstaan (zoals rente afschrijving, onderhoud en bediening, afvoer van retentaat) zijn in ref. 7 becijferd op f 8,75 tot f 14,75 per m3 afvalwater. Voor deze studie zal gemiddeld gerekend worden met f 12,-- per m3 per 1994. Aangenomen dat de kosten hiervan zullen stijgen (inflatiecorrectie) met 2 % per jaar, dan komen de kosten in 2005 te liggen op f 15,-- per m3, Uitgaande van de in paragraaf 4.1 genoemde verbruikscijfers kunnen vervolgens de kosten per kg substraat berekend worden. Overigens wordt de lozingsheffing na het toepassen van membraanfiltratie verwaarloosd. Leiding- en grondwater

De kosten voor de inname van water kunnen per bedrijf sterk verschillen. Het merendeel van de textielveredelingsbedrijven gebruikt grond- of oppervlaktewater. Voor wat betreft grondwater mag verwacht worden dat in de nabije toekomst een heffing van f 0,17 per m3 van kracht zal worden, t e vermeerderen met provinciale opcenten. Gerekend kan worden met f 0,ZO per m3. Voor onthard of ontijzerd grondwater wordt veelal gerekend [ref. 81 met f 0,40 tot f 0,60per m3. Gemiddeld zal worden gerekend met f 0,50 per m3. De heffing op het onttrekken van grondwater zal dus een verhoging met gemiddeld 40% betekenen. A fvalstoffen Het verwerken van afvalstoffen is met name relevant voor het continu verven vanwege de restbaden (inhoud foulard) die na afloop van een produktierun moeten worden afgevoerd [ref. 71. In het CUWVO-rapport is gerekend met f 500,-- per ton restbad. De afgelopen jaren zijn de kosten voor het afvoeren van afval naar AVR sterk toegenomen (ordegrootte 10% per jaar). Deze toename werd vooral veroorzaakt door strengere eisen die aan rookgasreiniging werden gesteld alsmede voor de opslag van afval wegens gebrek aan verbrandingscapaciteit. Volgens AVR behoren beide problemen tot het verleden. Men verwacht de komende jaren een stijging in de verwerkingstarieven die voornamelijk wordt veroorzaakt door een correctie op de inflatie. Vooralsnog wordt een stijging van 3 % per jaar aangehouden, hetgeen over een periode van 1 0 jaar neerkomt op ca. 35%. Energie

De kosten voor elektriciteit volgen uit een gesprek met de overkoepelende organisatie van energiedistributiebedrijven. Verwacht wordt dat de all-in prijs de komende 1O tot 15 jaar met 5 tot 7 cent per kWh zal stijgen.

-MV5/332095-A~uni1994

Pagina 50 van 71


Uitgaande van een huidige prijsniveau van f 0,12 per kWh betekent dit een stijging van ongeveer 50%. Hierin zijn niet meegenomen de effecten van een mogelijke energieheffing. Op dit moment is daar geen uitspraak over te doen. De kosten voor het opwekken van stoom wordt in hoge mate bepaald door de gasprijs, die op zijn beurt afhankelijk is van olieprijs en de dollarkoers. Prognoses zijn vrijwel niet beschikbaar, de prijzen worden veelal per jaar vastgesteld. De gasprijzen zijn over de afgelopen tien jaar met ca. 5 0 % verminderd en bevinden zich de laatste 5 jaar op een vrijwel constant niveau. Er wordt daarom van uitgegaan dat, bij gebrek aan gegevens, de kostprijs voor stoom vooralsnog gelijk blijft.

Discussie In tabel 2 4 is een overzicht gegeven van de in het voorgaande beschreven kostenposten voor de conventionele verfprocessen en het verven in superkritisch CO, in 1994 en in 2005. Een gedetailleerd overzicht is weergegeven in bijlage X.

Proces

r

Kosten 1994

íflkg)

Kosten 2005 (flkg)

~~

-

0,15

HT boom HT- s treng

Hl-garen Thermos0 1 co2

syst. syst. syst. syst.

I

IIA IIB 111

0,23 0.19

0,15 - 0,2S1

0,08 0,06 0,06 0,03

0,46 0,97 0,46 0.52 - 0.78'

o, 12 0,08 0,08 0,04

'): a f h a n k e l i j k van de gegevens per b e d r i j f .

Opvallend is, dat de kosten per kg substraat nauwelijks worden beïnvloed door de hogere tarieven voor energie, stoom en (afvallwater. De energiekosten voor het verven in superkritisch CO, blijken in alle gevallen lager te liggen dan de kosten voor de conventionele verfprocessen. Vanwege de hoge kosten voor de afvalwaterbehandeling (membraanfiltratie) nemen de verschillen tussen de conventionele verfprocessen en het verven in superkritische CO, in de toekomst (2005) verder toe. Omdat de kosten voor energiedragers zoals elektriciteit en stoom (aardgas) in de komende jaren naar verwachting beperkt zullen toenemen zijn de gevolgen voor de energiekosten bij het superkritische verfproces gering.

M V5/332095-A&d I994

Pagina 51 van 71


5

Milieueff ecten CO,-verf proceslconventioneel verf proces

5.1

Werkwijze In dit hoofdstuk wordt nader ingegaan op de milieu-effecten van het verven van polyester in superkritisch CO, en het verven met conventionele processen. In eerste instantie kan onderscheid gemaakt worden tussen: 1. aspecten die gekoppeld zijn aan het produkt dat via een bepaald proces wordt gemaakt; 2. aspecten die zijn verbonden aan de gehanteerde processen; 3. aspecten die zijn verbonden aan de apparatuur die gebruikt wordt.

Voor deze studie zijn de aspecten die verbonden zijn aan het produkt niet relevant. Een uitgangspunt, dat in stap 1 van het project werd bevestigd, is dat in CO, geverfd polyester dezelfde kwaliteit heeft als conventioneel geverfd polyester. Voorts worden er geen stoffen gebruikt waardoor met in CO, geverfd polyester op een andere manier moet worden omgegaan (bijvoorbeeld in het afvalstadium) dan met conventioneel geverfd polyester. De milieu-aspecten die verbonden zijn aan de processen zijn uiteraard wel relevant, daar het verven in CO, een wezenlijk ander proces is dan conventioneel verven. Hierbij komen ondermeer aan de orde de emissies vanuit het produktieproces die veelal direct gekoppeld kunnen worden aan de verbruikscijfers (koelwater, elektriciteit, stoom, CO,). Daarbij worden tevens de voor- en nabehandelingsstappen van het substraat in beschouwing genomen, voor zover zij bij het superkritisch verven afwijken van die bij conventionele processen. De discussie zal zich echter toespitsen op milieu-aspecten die direct met de processen te maken hebben: zo zal bijvoorbeeld niet worden ingegaan op het energieverbruik dat gepaard gaat met de produktie van op de markt verkrijgbare CO,. Bij milieu-aspecten die gekoppeld zijn aan de apparatuur spelen bijvoorbeeld vragen als:

-

de benodigde hoeveelheid grondstoffen (zoals staal) voor het bouwen van een installatie; emissies (zoals het energieverbruik) die optreden bij het bouwen van een installatie.

Aangezien een CO,-verfinstallatie tegen een aanzienlijk hogere druk bestand moet zijn, kan verwacht worden dat het profiel van deze primaire milieu-effecten van het superkritisch verven anders liggen dan voor conventionele installaties.

MV5/332095-A41ni 1994

Pagina 52 van 71


De milieu-effecten die optreden bij het bouwen van installaties zullen echter niet in beschouwing worden genomen, daar dit een gedetailleerde beschouwing zou vereisen van alle bewerkingen die worden uitgevoerd, hetgeen te ver voert voor deze studie. Bij een milieukundige vergelijking van processen treedt altijd het vraagstuk op, hoe de verschillende milieu-aspecten tegen elkaar afgewogen moeten worden om t e komen tot een milieukundig eindoordeel (bijvoorbeeld: het afwegen van de bezwaarlijkheid van energieverbruik versus de produktie van verontreinigd afvalwater). Daartoe dient men te beschikken over een set weegfactoren die de verschillende milieu-effecten ten opzichte van elkaar waarderen. De discussie in den lande hierover is echter nog lang niet afgerond. In deze studie zal een dergelijke afweging dan ook achterwege blijven. De huidige verfprocessen voor het verven van polyestersubstraat kunnen worden onderverdeeld in discontinue processen (High Temperature verfprocessen) en een continu verfproces (Thermosolproces). Bij alle verfprocessen wordt het substraat voor het verven eerst voorbehandeld, vervolgens geverfd en daarna gewassen. In de volgende paragrafen worden de verschillende processen kort toegelicht.

5.2

Processtappen

5.2.1

Voorbehandelen Voordat polyesterweefsel wordt geverfd, vindt altijd eerst een voorbehandeling plaats. Tijdens dit proces wordt het substraat indien noodzakelijk gewassen, geïmpregneerd of gebleekt. Vervolgens wordt het substraat op een spanraam, bestaande uit een aantal velden, gedroogd, waarbij de eerste twee velden worden gebruikt voor het drogen (temperatuur < 100 OC).Op de overige velden van het spanraam wordt het substraat gedurende in totaal 1 minuut verhit tot een temperatuur van circa 200 O C , afhankelijk van de procestemperaturen elders in het veredelingsproces. Deze stabilisatie is nodig om te voorkomen dat het substraat tijdens het verven en de opvolgende temperatuurwisselingen ongewenst krimpt. Voor een goede stabilisatie is het van belang dat de stabilisatie temperatuur altijd op een hoger niveau ligt dan de procestemperaturen tijdens de opvolgende verf-, wasen nabehandelingsprocessen. Deze voorbehandeling zal dus ook plaatsvinden indien geverfd wordt in superkritisch CO, en wordt daarom in de verdere beschouwing niet meegenomen.

5.2.2

Discontinue verfprocessen (HT-verven) De High Temperature verfprocessen voor het verven van polyester vinden plaats in een autoclaaf bij een druk van 3 - 3,5 bar en een temperatuur van 130 OC.

Mv5/332095-A~uni 7994

7

1

Pagina 53 van 71 7


Deze temperaturen maken het gebruik van carriers, die noodzakelijk zijn bij de atmosferische verfprocessen, overbodig en zorgen tevens voor een reductie van de verftijd. De procesvoering bij een verfproces in een HT-boomverfapparaat, HT-strengverfapparaat en een HT-jigger vertoont grote overeenkomsten. Na het laden van de reactor met polyester wordt de installatie afgesloten en gevuld met proceswater. Vervolgens wordt de inhoud met circa 1 OC/min. opgewarmd tot de proces-temperatuur. Het verven van de vezel duurt circa 1 uur waarna de reactor met circa 2 OC/min. wordt afgekoeld tot beneden het glaspunt van de polyester (circa 7 0 OC),zodat de kleurstof in de vezel wordt gefixeerd en het substraat kan worden gewassen en gespoeld. In totaal duurt het verfproces, inclusief wassen en spoelen, circa 1 0 uur in het geval van strengverven en circa 7,5 uur bij het boomverven van PES. De procestijd bij het verven van PES in een HT-jigger bedraagt circa 8 uur. Het substraat wordt uit de verfinstallatie gehaald, vervolgens op spanramen gedroogd, waarna het geschikt is voor verdere bewerking. Voor een nadere toelichting van deze processen wordt verwezen naar [ref. 1I . Garens worden eveneens geverfd bij circa 3 bar en 130 OC. De garens worden op geperforeerde conen gewikkeld, in een frame gestapeld en in de autoclaaf geplaatst. Nadat het systeem op de gewenste druk en temperatuur is gebracht worden de garens gedurende circa 1,5 uur geverfd. Na het verfproces wordt het verfbad afgelaten en wordt er achtereenvolgens met heet en met koud water gespoeld. Indien gewenst kan er ook een reductieve reiniging, met behulp van soda, hydrosulfiet en wasmiddelen volgen. Het totale proces, inclusief voor- en nawassen neemt circa 4 uur in beslag.

5.2.3

Continu verven Het continu verven van polyestersubstraat vindt plaats met behulp van het thermosolproces. Bij dit proces wordt het substraat door een foulard, waarin zich een verfoplossing bevindt, geleid. Vervolgens wordt het doek gedroogd bij een temperatuur van 1 0 0 tot 160 OC. Hierna worden de kleurstoffen gefixeerd door het substraat gedurende een korte tijd (variërend van 1 minuut tot enkele minuten) te verhitten tot een temperatuur van circa 200 OC. Met behulp van een nageschakelde wasen droogstraat worden de niet-gefixeerde kleurstoffen uitgewassen. Vervolgens wordt het substraat gedroogd met behulp van hete lucht en opgedokt (op een rol gewikkeld).

MV5/332095-.4&ni

1994

Pagina 54 van 71


5.3

Emissies naar de verschillende milieucompartimenten Bij het bepalen van de effecten op het milieu van de diverse processen zullen in beschouwing genomen worden:

-

het energieverbruik (gas en elektra). Voor zover het verbruik van stoom betreft is dit teruggerekend naar het equivalent aan gas; het waterverbruik (aanmaak verfbaden, waswater, koelwater) en het daaraan verbonden lozen van afvalwater; produktie van afvalstoffen, bestaande uit restbaden. Dit is alleen van toepassing voor Therrnosol-verven; de emissie aan CO, (alleen van toepassing voor superkritische processen).

-

-

De processtappen die daarbij aan de orde komen zijn het verfproces inclusief het spoelen/wassen en drogen van geverfd polyester. De voorbehandeling wordt buiten beschouwing gelaten aangezien deze stap bij het verven in superkritisch CO, onveranderd zal worden toegepast. Tabel 25: Milieuprofiel per ton geverfd substraat voor de diverse veredelingsprocessen. Proces

~

Energie

'

IGJltonl HT - b o m HT - streng

HT-garen Thermos01 1'

co,

syst. I (zonder CO2 hergebruik) co2 syst I (opslag COz b i j 60 bar)

)3

15

-

35

o, 12 0,04 0,12 0.11 - 0.33

syst. I syst. I I A syst. I I B SYSt. 111

co,

1'

20 48 20

16,3

27, O 5,4

16,3 - 14,9

Ikgltonl

I

íkgltonl

O O O

O O O O

50

-

150

6,O 480

380 2.4

1 1 188 1

484 5.2

)'

4.640 155

I

O

: a f h a n k e l i j k van gegevens per b e d r i j f .

: exclusief de energie voor de compressor ( l e e g trekken van de autoclaaf) : b i j het superkritisch COz-verven wordt water a l l e e n a l s koelwater (open systeem) gebruikt. De het toepassen van een gesloten koelwater systeem kan h e t waterverbruik a a n z i e n l i j k reduceren.

De verliezen aan CO, in de bovenstaande tabel zijn met uitzondering van CO, syst I (opslag CO, bij 60 bar) bepaald indien de opslag bij 20 bar plaatsvindt. In tabel 2 6 is een uitgebreider overzicht gegeven van het CO, verbruik op jaarbasis voor opslag bij 20 bar respectievelijk 60 bar.

MV5i332095-A4ufli i994

Pagina 55 van 71


De bijdrage die het verven in superkritisch CO, bij grootschalige invoering levert aan de milieubelasting door de textiel- en tapijtindustrie ten opzichte van de conventionele processen kan als volgt indicatief worden bepaald. Onbekend is, welke hoeveelheden polyester met de verschillende conventionele processen worden geverfd. Daarom wordt aan de hand van de cijfers in tabel 25 een gemiddeld emissieprofiel van de conventionele processen berekend. Van de 4 genoemde processen wordt het rekenkundig gemiddelde genomen voor het water- en energieverbruik, de vuillast en de afvalstoffenproduktie. Voor de verfprocessen in CO, wordt dit eveneens gedaan voor de systemen I, IIA en IlB, aangezien systeem III qua capaciteit te groot is om uitsluitend polyester mee t e verven (hierop wordt teruggekomen in hoofdstuk 7).

I

Systeem C02-opslag b i j 20 bar CO2 v e r l i e s (per run) COz verbruik (verversen) CO2 v e r l i e z e n (opslag) Totaal CO2-verbruik

IIA

llB

111

344.000 117.000 15.300 476.300

[kg/ j aarl [kg/ j a a r l Ckg/jaarl [kg/ j a a r l

COz-opslag b i j 60 bar CO2 v e r l i e s CO2 verbruik (verversen)

CO2 v e r l i e z e n (opslag)

Totaal C02-verbruik

Ckg/ j a a r l [kg/ j a a r l Ikg/jaarl tkg/jaarl

5.000 10.100 2.300 17.400

57.300 117.000 3.800 178.100

In hoofdstuk 6 wordt afgeleid dat er jaarlijks in Nederland naar schatting ongeveer 2.400 ton polyester wordt geverfd, zodat in combinatie met de berekende gemiddelde emissieprofielen de jaarlijkse vrachtenherbrui kscijfers kunnen worden berekend. De totale CO,-emissie van de processen kan berekend worden via de omrekeningsfactor van 115 kg CO,/GJ elektrische energie en 56 kg CO,/kg voor de processen ingezette stoom [ref. 91. Voor de conventionele processen wordt aangenomen dat het stoomverbruik verantwoordelijk is voor circa 75 % van het totale energieverbruik (elektriciteit voor de overige 25 %). Bij de superkritische verfprocessen is het elektriciteitsverbruik verantwoordelijk voor circa 65 % van de totale energieconsumptie (stoom voor de resterende 35 %). Tot slot kunnen deze cijfers worden vergeleken met enkele globale emissiecijfers die gelden voor de textielindustrie. De resultaten zijn weergegeven in tabel 27.

~vw332095-Wunt 1994

Pagina 56 van 71


Emissieparameter

Conventionele processen

Water Vuillast Energie

60.000 300 42 n.v.t (3.05013 60

(m3/jaar) (i.e./jaar) (TJ/jaar) co2 (ton/jaar) Restbaden ( t o n / j a a r )

COrprocessen

33.600 O

9,3 760 (1.65013

Textielindustrie (totaal)

5 - 10 mln 1' 300.000 1' 4.000 1'

O

O

Bij een superkritisch verfproces wordt alleen water ingezet als koelwater voor de circulatiepompen. Het waterverbruik kan naar schatting met 90 % gereduceerd worden door gebruik te maken van een half open koelwatersysteem waarbij de koeling van het koelwater plaats vindt in een koeltoren. Het koelwaterverbruik wordt dan bepaald door de verdampingsverliezen in de koeltoren en de koelwaterspui.

5.3.1

Herkomst van commercieel verkrijgbare CO,

CO, die in Nederland als produkt door de firma's Hoek Loos en AGA gas op de markt wordt gebracht is afkomstig van industriële processen waarbij grote hoeveelheden CO, in de afgasstromen vrijkomen. Het betreft onder andere bedrijven waar kunstmest wordt geproduceerd en bedrijven waar ammoniak wordt gefabriceerd. Het is dus niet zo dat voor de produktie van CO, extra CO, wordt opgewekt (afgezien van de benodigde energie voor het opwerken van het CO, uit de afgasstromen. Ter illustratie; de ammoniak en ammonia (100 % NH,) produktie in Nederland bedroeg in 1991 circa 5.300 kton [ref. 121. Uiteindelijk wordt het CO,-gas geëmitteerd, maar vanwege het hergebruik vindt deze emissie pas later in de tijd plaats.

MV5/332095-A&ni 1994

7

TP

Pagina 57 van 71


6

Verven van andere materialen

6.1

Huidige situatie textielveredelingsindustie In de textielindustrie heeft in de afgelopen decennia een verschuiving van het grondstoffenpakket plaats gevonden. In tabel 28 is een overzicht gegeven van het verbruik van de verschillende grondstoffen op de wereldmarkt. Tabel 28:

I

1 ,i O 1 :l5 1 :i0 i /'i5 I :i0 1

Grondstoffenverbruik textielindustrie over de periode 1930 - 1990

grondstof verbruik IsCl

1930

!50

katoen wo 1 cellulosevezels svnthetica

82 15 3

17

16 22

13 31

11 35

9 37

9 42

Het blijkt dat het verbruik van synthetische vezels, voor 50% bestaande uit polyester en 25% uit nylon, aanzienlijk is toegenomen, ten koste van katoen en wol. Desondanks is katoen nog steeds de belangrijkste grondstof, inmiddels op de voet gevolgd door synthetische vezels. Aangenomen wordt dat de genoemde verhoudingscijfers ook voor Nederland gelden. Een groot probleem is echter, om een betrouwbaar cijfer te vinden voor de totale hoeveelheid substraten in Nederland. Cijfers van het CBS verschaffen hierover geen duidelijkheid. Uit jaarverslagen van de textielvereniging KRL kan evenmin met een voldoende mate van nauwkeurigheid worden afgeleid welke hoeveelheden in Nederland worden veredeld. Op basis van de door de Nederlandse textielveredelaars gebruikte kleurstoffen kan de volgende schatting gemaakt worden van de in deze bedrijfstak verwerkte hoeveelheden polyester. Per jaar [ref. 101 verbruikt de textielindustrie circa 1 2 0 ton disperse kleurstoffen die uitsluitend worden gebruikt voor het verven van polyester. Bij een gemiddeld kleurstofverbruik van 5 g/mZ bedraagt de hoeveelheid geverfd polyester circa 2 4 miij. m2 of wei 2.400 ton polyester (met een doekgewicht van 100 g/m2). Naar schatting is 80% van deze 2.400 ton verwerkt in polyester/katoen, zodat ongeveer 5 0 0 todjaar substraat geverfd wordt dat voor 100% uit polyester bestaat. De overige 1.900 ton wordt verwerkt in polyester/katoen weefsels. Uitgaand van een gemiddelde katoen/polyester verhouding van 60/40in het weefsel wordt er in Nederland circa 4.800 ton katoen/polyester weefsel geverfd. Over de juistheid van deze getallen kan echter weinig met zekerheid worden gezegd.

MV5/332095-A4uni 1994

Pagina 58 van 71


Aangenomen dat de cijfers juist zijn, dan betekent dit dat de markt voor het verven van polyesterdoek zeer beperkt is, aangezien onder de genoemde hoeveelheid van 500 ton ook de garens vallen.

6.2

Verven van andere materialen Het kan interessant zijn om ook de mogelijkheden na t e gaan voor het verven van andere kunststoffen dan polyester. Van een aantal kunststoffen is in bijlage XI de glas- en smelttemperatuur gegeven. In het algemeen kan gesteld worden dat de materialen die mogelijk geschikt zijn voor het verven met superkritische CO, dienen te voldoen aan:

-

-

een glastemperatuur tussen 50 en 15OOC; een goede diffusie van de kleurstoffen in de vezel; een vergelijkbaar oplosgedrag van de kleurstoffen indien andere dan disperse kleurstoffen worden toegepast.

Materialen die voldoen aan de bovengenoemde eisen zijn onder andere synthetische materialen zoals nylon, polymethylmethacrylaat (PMMA), polytetrafloretheen (PTFE) en polyacrylonitril (PAN). Onderzoek zal moeten uitwijzen of de genoemde materialen met behulp van superkritische CO, te verven zijn zonder dat daarvoor grote aanpassingen van het verfproces noodzakelijk zijn. Ook hier geldt echter dat het nauwelijks mogelijk is om t e schatten welke hoeveelheden in aanmerking komen om in superkritisch CO, geverfd zouden kunnen worden. Bij de verwerking van technische kunststoffen worden de pigmenten die zorgen voor de kleur van het eindprodukt veelal vermengd met het granulaat, dat vervolgens door middel van spuitgieten of extrusie verder verwerkt wordt. Het uiteindelijke vormstuk wordt dan niet meer in een bepaalde kleur geverfd. Bij de verwerking van specialistische kunststoffen zoals Kevlar en Twaron is het niet van wezenlijk belang welke kleur de grondstof heeft. Bij het gebruik van deze stoffen wordt vaak gebruik gemaakt van een coverweefsel dat wel met conventionele processen geverfd kan worden. Er is daardoor vermoedelijk geen vraag naar geverfd Kevlar of Twaron. Contact met DSM en AKZO Nobel Emmen en Wuppertal leverde vrijwel geen bruikbare informatie op met betrekking tot hoeveelheden. Teneinde inzicht t e verkrijgen in de daadwerkelijke mogelijkheden van het verven van diverse kunststoffen in superkritisch CO, lijkt het uitvoeren van een gedetailleerd marktonderzoek naar bepaalde produkten de enige oplossing.

MV5/332095-Nuni 1994

Pagina 59 van 71

1


Gedacht zou dan bijvoorbeeld kunnen worden aan produkten als ritssluitingen, klitteband en dergelijke. Daarbij zou aandacht besteed moeten worden aan:

-

marktvolumina; bestaande produktie- en verfprocessen; exploitatiekosten van deze processen.

Pagina 60 van 71


M V5/332095-~4um'1994

Pagina 61 van 71


7

Conclusies en aanbevelingen

7.1

Stand van de techniek Het verven van polyester in superkritisch CO, is verder ontwikkeld dan bij het begin van het project was aangenomen. Met een pilot plant, aanwezig bij Jasper GmbH, worden verfresultaten behaald, die in kwaliteit niet onderdoen voor polyester dat op conventionele wijze is geverfd. Dit blijkt uit een aantal proefstukken die door Jasper GmbH ten behoeve van het project is geverfd [ref. 11. In Duitsland is inmiddels een eerste praktijkinstallatie in bedrijf, die voor wat betreft de afmetingen en capaciteit vergelijkbaar is met de pilot plant van Jasper. Met deze installatie wordt polyester naaigaren geverfd. Over een tweede installatie die gebouwd wordt konden geen mededelingen worden gedaan. In de voorliggende studie is een voorlopig ontwerp gemaakt van installaties met uiteenlopende produktiecapaciteiten. Deze zijn in het onderstaande overzicht samengevat.

Tabel 29: Overzicht produktiecapaciteiten superkritisch CO, verfinstallaties Systeem

Configuratie (aantal textielautodaven)

I I IA I IB I11

1

1 3 3

Capaciteit (tonliaar)

110 340

270 2.700

Deze installaties bestaan uit drie hoofdsystemen:

.

1 de textiel- en kleurstofautoclaven met het CO,-recirculatiesysteem; 2. een systeem voor het op druk en temperatuur brengen met CO,; 3. een systeem voor het aflaten van de druk, het terugwinnen en opslaan van de

co,. A d 1. Het ontwerp van de kleinste praktijkinstallatie, dat is uitgewerkt, betekent een opschaling van de proefinstallatie met een factor 2. Een dergelijk opschaling kan, mits uiteraard zorgvuldig uitgevoerd, geen onoverkomelijke problemen opleveren. Het ontwerp van de grootste installatie betekent een opschaling van het volume van de proefinstallatie met een factor 10. In dat geval is te verwachten dat zowel de procestechnische als de apparaatkundige aspecten meer aandacht zullen vergen.

MV5/332095-A4uni 1994

Pagina 62 van 71


Bij procestechnische aspecten kan met name gedacht worden aan stof- en warmteoverdracht tijdens de diverse stappen in het proces en egaliteit van het verfresultaat. Bij apparaatkundige aspecten spelen bijvoorbeeld afdichtingen, het realiseren van egale ctromingcpatronen in de autoclaaf, het voorkomen van dode ruimten, de verbinding van de substraatboom met de aan- en afvoerleiding van het CO, een rol. Factoren, die bij een definitief ontwerp van een praktijkinstallatie van belang zijn en waarover slechts summiere informatie beschikbaar was, zijn met name:

-

-

de oplosbaarheden van kleurstoffen bij de heersende procesomstandigheden; het CO,-circulatiedebiet. de procesregeling en -beveiliging van een 3-autoclavensysteem.

Ad2. Het systeem dat benodigd is voor het op druk en temperatuur brengen van een praktijkinstallatie (pomp, warmtewisselaar) zal bij het ontwerp van een praktijkinstallatie geen wezenlijke problemen opleveren. A d 3. De proefinstallatie maakt slechts eenmalig gebruik van CO,, terwijl bij het ontwerp van de praktijkinstallaties wordt uitgegaan van hergebruik. Dit betekent dat er met betrekking tot het hergebruik van CO, geen praktische informatie beschikbaar was, waardoor nog de nodige aandacht zal moeten worden geschonken aan de procestechnische aspecten van hergebruik, te weten:

-

het gecontroleerd aflaten van de druk en het hergebruiken van de afgelaten CO,. Deze processtap is essentieel voor een goed verfresultaat; terugwinnen van CO, (condensatie] en het afscheiden van kleurstoffen uit de

co,. Omdat hergebruik van CO, bij superkritische extractieprocessen op industriële schaal wordt toegepast beschikken de leveranciers reeds over de nodige kennis met betrekking tot het hergebruiken van CO,.

7.2

Investeringskosten De investeringskosten voor superkritische verfinstallaties zijn weergegeven in tabel 30. De investeringen zijn hoog in vergelijking met conventionele verfinstallaties van vergelijkbare capaciteit. Bedacht moet echter worden dat, naar het zich laat aanzien, voor het in superkritisch CO, geverfde doek geen nageschakelde wasen droogstap meer nodig is, terwijl dit voor conventioneel geverfd doek wel het geval is.

MVW332095-AfjunI 1994

Pagina 6 3 van 71


In principe zouden dus de investeringskosten voor het wassen en drogen bij de conventionele processen meegenomen moeten worden. Voor het stabiliseren (voorbehandelen) en drogen (na het verfproces) kan hetzelfde spanraam gebruikt kan worden.

Verfproces

Capaciteit Itonljaarl

Conventioneel

C02-verven systeem

discontinu conti nu

I IIA

I16 111

: : : :

1 autoclaaf 1 autoclaaf 3 autoclaven 3 autoclaven

Investeringskosten IfI (x 1.000.000)

125 2.500

0,5 1 .o

110

2,o 2,5 3,1

340 270 2.700

6,O

Het spanraam, dat dus voor conventioneel- en superkritisch CO,-verven nodig is vraagt een investering van ongeveer 1,5 miljoen gulden. De investeringskosten voor een wasstraat, alleen nodig voor conventioneel verven, ten behoeve van het nabehandelen van conventioneel geverfd polyester bedraagt naar schatting 2,5 miljoen gulden. De investeringen voor een systeem met 1 autoclaaf ten opzichte van een systeem met drie autoclaven (met een vergelijkbare produktiecapaciteit van de totale installatie) zijn het laagst voor de installatie met 1 autoclaaf. Het verschil bedraagt ongeveer 0,6 miljoen gulden (zie tabel 30). Tegenover de hogere investeringskosten voor een installatie bestaande uit drie autoclaven staat een grotere flexibiliteit van het 3-autoclavensysteem. Met behulp van deze installatie kunnen namelijk relatief kleine charges (circa 30 kghun) worden geverfd, mogelijk een voordeel gezien de beperkte markt voor 100 % polyester. Daarnaast biedt de installatie de mogelijkheid één van de autoclaven te gebruiken voor het uitvoeren van verfproeven (laboratorium experimenten). Bij het ontwerp van de kleinste installatie zijn enkele varianten onder de loep genomen. Deze hebben het volgende effect op de investeringskosten: -

-

indien de kleinste installatie geen CO, zou hergebruiken, dan nemen de investeringen af met circa 7% tot een kleine 1,8 miljoen gulden; indien gekozen wordt voor opslag van CO, bij een druk van 6 0 bar, waarbij tevens het CO,-verlies wordt geminimaliseerd door het toepassen van een extra compressor, dan nemen de investeringen toe met ongeveer 300.000 gulden tot ruim 2,2 miljoen gulden.

~ ~ 5 / 3 3 2 0 9 5 - A & nI994 i

Pagina 64 van 71


Het verlagen van de werkdruk van het proces van 300 bar naar 150 bar, mogelijk als entrainers beschikbaar komen, die het werken bij die druk mogelijk maken, zou globaal resulteren in een verlaging van 20% van de investeringskosten van de autoclaven. Geschat wordt dat de totale investeringen af zullen nemen met 5 % (kleinste installatie) tot 1O % (grootste installatie). Daarbij dient de kanttekening te worden geplaatst, dat geen rekening is gehouden met een toename van de investeringen door additionele apparatuur voor bijvoorbeeld het scheiden van CO, en entrainers. Voorts is experimenteel nog niet aangetoond dat het toevoegen van entrainers een bruikbare oplossing is.

7.3

Exploitatiekosten

+

De exploitatiekosten (vaste variabele kosten) voor conventionele verfprocessen en superkritisch CO, verven zijn weergegeven in tabel 31. Uit het kostenoverzicht blijkt dat de exploitatiekosten van discontinue conventionele processen vergelijkbaar zijn met de exploitatiekosten voor de superkritische verfprocessen. Voor het continue verfproces (conventioneel) liggen de exploitatiekosten op een vergelijkbaar niveau met de superkritische installatie met de grootste capaciteit. Omdat bij de bepaling van de exploitatiekosten gerekend is met een "gemiddelde" kleur kan het kleurstofverbruik voor een donkere kleur 2 maal zo hoog liggen, zowel voor conventioneel- als superkritisch verven, waardoor de kosten per kg substraat met ongeveer f 1,60 toenemen. Bij lichte kleuren kunnen de kosten per kg substraat afnemen met ongeveer f 1,40. De exploitatiekosten voor de superkritische verfprocessen (tot 340 todjaar) variëren dan van f 3,30 t o t f 8,60 en liggen in dezelfde range als de exploitatiekosten voor de conventionele discontinue verfprocessen ( f 2,60 tot f 9,401. Tabel 3 1 : Overzicht exploitatiekosten conventionele verfprocessen en superkritisch CO,-verven van polyestersubstraat Capaciteit

Verf proces

Itonfjaarl

I

Exploitatiekosten Iflkg substraat1

Conventioneel

discontinu continu

125 2.500

4,OO - 8,OO 2,50

Superkritisch CO*-verven

1 autoclaaf 1 autoclaaf 3 autoclaven 3 autoclaven

110

340 270 2.700

7,lO 3,70 4,70 2,lO

M V5/332095-A&~i 1994

I

r

'Ip

i

Pagina 65 van 71


r! c

i i

De exploitatiekosten van de kleinste installatie worden voor ongeveer 60% veroorzaakt door variabele kosten, die op hun beurt voornamelijk bepaald worden door de kosten voor bediening en kleurstoffen. De overige 4 0 % zijn vaste kosten (met name kapitaallasten). Voor de grootste installatie worden de exploitatiekosten voor ongeveer 90% bepaald door de variabele kosten. De exploitatiekosten van een systeem met 1 autoclaaf in vergelijking met een systeem met 3 autoclaven (bij een vergelijkbare produktiecapaciteit) bedragen f 3,70 respectievelijk f 4,70 per kg substraat. Omdat de investeringskosten op een hoger niveau liggen en ook het energieverbruik per kg substraat groter is zijn de exploitatiekosten voor het drie autoclavensysteem hoger dan bij het systeem bestaande uit één autoclaaf het geval is. Daaruit volgt dat een 3-autoclavensysteem kostentechnisch klaarblijkelijk geen voordelen biedt. Echter een grotere flexibiliteit van het systeem en een beperkte capaciteit per run (circa 3 0 kg) kan mogelijk toch resulteren in een keuze voor het 3 autoclavensysteem.

i[-

IVoor wat betreft de exploitatiekosten van de varianten van de kleinste installatie kan worden opgemerkt: $

-

.-

i-

-

5.

De exploitatiekosten blijken nauwelijks afhankelijk van de kosten voor water, afvalwaterheffingen en energie. Indien zuivering van kleurstofhoudend afvalwater door middel van membraanfiltratie toegepast moet worden, dan nemen de exploitatiekosten voor de conventionele processen toe met ongeveer 3 0 - 7 0 cent per kg. Bij het superkritisch verfproces wordt water alleen ingezet als koelwater. Indien gekozen wordt voor een half open koelwatersysteem, dan kan het koelwaterverbruik met circa 90 % teruggebracht worden.

i. Ik-

7.4 I

L

indien geen hergebruik van CO, plaatsvindt nemen de exploitatiekosten toe met f 0,50tot f 7,60: indien opslag bij 60 bar plaatsvindt waarbij tevens minimalisatie van het CO,-verlies door middel van een compressor plaatsvindt, dan nemen de exploitatiekosten toe met ongeveer f 0,40 tot f 7,40 per kg.

Milieuprofiel Het CO,-verfproces scoort ten opzichte van de conventionele processen beter voor wat betreft waterverbruik (wordt ongeveer gehalveerd), geloosd verontreinigd afvalwater (bij CO,-verven alleen nog koelwater) en energieverbruik. Het scoort logischerwijs slechter op het aspect CO,-emissie, althans indien het energieverbruik niet in CO,-emissie wordt omgerekend.

l! M V5/332095-Ahm~7994

Pagina 66 van 71


Wordt het energieverbruik omgerekend tot een CO,-emissie dan is de CO,-emissie per kg substraat bij het superkritische verfproces in vergelijking met conventionele verftechnieken gemiddeld 2 maal lager. De effecten van grootschalige invoering van het verven in CO, voor de emissies vanuit de textielindustrie zijn globaal in kaart gebracht:

-

-

het totale waterverbruik door de textielindustrie zou met gemiddeld 0,5 % verminderen; de geloosde vuillast door de textielveredeling zou met ongeveer 1% afnemen, aangezien bij het superkritisch CO,-verven nog slechts koelwater wordt geloosd; het energieverbruik (van de bij de branchevereniging KRL aangesloten leden) zou met ongeveer 1% afnemen; de emissie aan CO, vanuit het proces (exclusief de CO, ten gevolge van het energieverbruik) betekent een verschuiving, aangezien industrieel verkrijgbare CO, wordt gewonnen uit afgassen die anders naar de atmosfeer geëmitteerd worden; de hoeveelheid restbaden zou met ongeveer 0,3% afnemen.

Hieruit volgt dat het CO,-verven, indien het alleen voor polyesterverven kan worden toegepast, slechts een beperkte bijdrage levert aan het verminderen van de totale milieubelasting van de Nederlandse textielveredelingsindustrie. Dit wordt echter met name veroorzaakt door het feit dat er in Nederland slechts een beperkte hoeveelheid polyester geverfd wordt.

7.5

Toepassingsgebieden Verven in superkritisch CO, kan nu nog alleen toegepast worden voor polyester. In Nederland wordt per jaar naar schatting 2.400 ton polyesterdoek, vezels, mengvezels (voornamelijk polyester/katoen) en garens geverfd. Van deze hoeveelheid bestaat circa 500 ton ( 2 0 %) uit polyesterdoek, vezels en garens, exclusief de gemengde garens zoals polyesterlkatoen. Per bedrijf gaat het om hoeveelheden in de ordegrootte van minder dan 2 0 0 tonljaar. Dit betekent dat voor het verven van polyester alleen kleine installaties verder ontwikkeld behoeven te worden, qua capaciteit vergelijkbaar met systeem I (ruim 110 todjaar). Het toepassingsgebied zou aanzienlijk vergroot kunnen worden indien ook polyester/katoen geverfd zou kunnen worden. In dat geval gaat het per bedrijf om hoeveelheden in de ordegrootte van enkele honderden tonnen tot meer dan 1000 todjaar. Een schatting van de totaal in Nederland geverfde hoeveelheid katoen/polyester is moeilijk te geven. Op basis van de verhouding katoen/polyester in een weefsel van 60% I 4 0 % bedraagt de hoeveelheid geverfd katoenlpolyester weefsel in Nederland circa 4.800 ton per jaar, waarbij 80 'XO van alle verwerkte polyester (ruim 1.900 ton) wordt toegepast in katoen/polyester weefsels.

Pagina 67 van 71


Met de conventionele verfprocessen wordt polyester/katoen in twee opvolgende stappen op dezelfde machine geverfd (eerst polyester, vervolgens katoen) zonder tussentijds wassen. Verven op twee afzonderlijke machines wordt door de deskundigen als te duur aangemerkt en heeft bovendien ook geen milieuvoordeel. Verwacht mag daardoor worden dat een combinatie van CO,-verven (voor de polyester) en een conventioneel proces (voor katoen) niet haalbaar is. Voor een eventuele toepassing van CO,-verven voor polyester/katoen is het noodzakelijk dat ook katoen in CO, geverfd kan worden. Het verven van allerlei technische kunststoffen gebeurt normaliter door het toevoegen van kleurstoffen aan het granulaat waarna het materiaal vervolgens via extrusie of spuitgieten wordt verwerkt. Het verven van vormstukken of onderdelen in superkritisch CO, lijkt geen haalbare kaart, aangezien dit additionele apparatuur vereist zonder dat het produkt een grotere meerwaarde krijgt.

t-

1

7.6

Strategie verdere ontwikkeling

7.6.1

Inleiding

De ontwikkeling van het verven in superkritisch CO, is verder dan bij de start van het project werd verondersteld. Desalniettemin zal invoering van de technologie op grote schaal in de textielindustrie nog enige tijd op zich laten wachten omdat:

-

de investeringskosten voor superkritisch verven op een duidelijk hoger niveau liggen dan voor conventionele processen het geval is.

De belangrijkste voordelen, zoals die op dit moment zijn te overzien, kunnen als volgt worden samengevat:

-

-

de verfresultaten zijn vergelijkbaar met conventionele processen; superkritisch verven is flexibeler, in die zin dat kleine korte charges geverfd worden in vergelijking met conventionele processen. Tevens is te verwachten dat met een installatie voor superkritisch verven een grotere variatie aan polyestersubstraten (bijvoorbeeld voor wat betreft doekgewicht) geverfd kan worden, terwijl daarvoor bij conventionele processen soms van verschillende machines gebruik gemaakt moet worden (bijvoorbeeld boom- of strengverven); aangezien tot nu toe alleen polyester kan worden geverfd in superkritisch CO,, heeft het alleen zin om de kleinere installaties verder t e ontwikkelen; vergelijkbare exploitatiekosten; beter milieuprofiel.

Uit de resultaten van deze studie kan een aantal thema's worden afgeleid waaraan bij de verdere ontwikkeling en implementatie aandacht zal moeten worden geschon ken.

M v5/332095-A4uni 1994

Pagina 68 van 7 1


Dit betekent onder meer dat de onderzoeksinstituten en bedrijven de beschikking dienen te krijgen over een laboratoriumopstelling voor het uitvoeren van fundamenteel gericht onderzoek. Ten behoeve van de implementatie van deze techniek in de textielveredelingsindustrie is het wenselijk dat er een demo-installatie bij een bedrijf wordt geplaatst. 7.6.2

Fundamentele research Met betrekking tot het op industriële schaal invoeren van superkritische verfprocessen dient nog een groot aantal zaken op een meer fundamentele wijze onderzocht te worden. Ten behoeve van de uitvoering van dit onderzoekswerk dienen onderzoekscentra van industrieën en universiteiten te beschikken over een laboratoriumopstelling. In Nederland zou dergelijk onderzoek bijvoorbeeld door de technische universiteiten uitgevoerd kunnen worden. In dat geval zal een laboratoriuminstallatie aangeschaft moeten worden waarvan de kosten ruwweg geschat worden op 1 - 2 ton. Tijdens het onderzoek zou onder andere aandacht besteed moeten worden aan: -

-

de oplosbaarheid van de verschillende kleurstoffen (kleuren); de invloed van het circulatiedebiet op het verfresultaat.

Ten behoeve van een verbreding van het toepassingsgebied van het superkritische verfproces is het noodzakelijk een proces in superkritisch CO, te ontwikkelen waarmee ook andere substraten dan polyester (bijvoorbeeld katoen) geverfd kunnen worden. Het verven van polyester berust in essentie op diffusie van een kleurstof vanuit een oplosmiddel in een polymeer (die in CO, sneller blijkt te verlopen dan in water), waarbij de fixatie het gevolg is van een verlaging van de temperatuur van polyester t o t beneden de glastemperatuur ( < 70O). Het verven van katoen berust op geheel andere processen, waarbij de fixatie van de kleurstoffen plaatsvindt door de vorming van waterstofbruggen. Aspecten die in het onderzoek aan de orde zullen moeten komen, zijn onder andere:

-

de oplosbaarheid van andere dan disperse kleurstoffen; de eigenschappen van katoen in superkritisch CO, (vochtgehalte, vezelstructuur); de binding van kleurstoffen aan de katoenvezel en het fixatieproces.

Het Norddeutsches Textilforschungszentrum en het bedrijf Jasper GmbH hebben hierover reeds enkele ideeën ontwikkeld, doch de status daarvan is vertrouwelijk. Een volgend belangrijk aspect is of het mogelijk is om onder aanzienlijk lagere drukken dan 300 bar goede verfresultaten te behalen met polyester, bijvoorbeeld door het toevoegen van entrainers.

MV5/332095-A&ni 1994

*.

-

Pagina 69 van 71


Daardoor kunnen de investeringskosten worden teruggebracht. Dergelijk onderzoek zal zich eveneens in eerste instantie op laboratoriumschaal afspelen. Gezien de aspecten die aan de orde moeten komen zal, een dergelijk onderzoeksprogramma zeker enkele jaren gaan duren.

7.6.3

Ontwerp en implementatie van praktijkinstallaties Technisch gezien is de implementatie van de superkritische verftechniek op dit moment in principe mogelijk. Omdat een groot aantal aspecten met betrekking tot de procesvoering nog niet is onderzocht, zal in eerste instantie behoefte bestaan aan een demo-installatie, Een belangrijk aspect daarbij is of met een laboratoriuminstallatie volstaan kan worden of dat een grotere proefinstallatie nodig is. In het eerste geval zullen de kosten relatief beperkt kunnen blijven. De kosten van een proefinstallatie bedragen volgens Jasper GmbH ongeveer 9 ton, waarbij overigens de kosten voor het recyclesysteem van CO, niet zijn inbegrepen. Aangezien de firma Jasper GmbH reeds over een dergelijke proefinstallatie beschikt en zij een grote voorsprong heeft qua kennis en ervaring, is het vanuit financieel oogpunt wellicht interessanter om een aanvullend onderzoeksprogramma door Jasper uit te laten voeren. Enkele aspecten in de ontwerpen van de praktijkinstallaties die voor deze studie zijn gemaakt, zullen zeker nadere aandacht behoeven. Met name:

-

-

het hergebruik van CO, en de uitvoering en effectiviteit van een actiefkoolfilter aangezien de vervuiling van CO, door kleurstoffen nog onduidelijk is; invloed van de grootte van het circulatiedebiet op het verfresultaat en daarmee op de benodigde verftijd; apparaatkundige zaken zoals het detailontwerp van de autoclaven; eventuele vervuiling van de installatie met kleurstoffen. vooralsnog is niet voldoende duidelijk of in superkritisch CO, een even groot scala aan kleurstellingen geverfd kan worden als met de conventionele verfprocessen: met andere woorden het ontwikkelen van recepturen en de mogelijkheid tot het verven van stalen is één van de zaken die nog verder onderzocht dienen te worden.

Indien de recepturen voor nieuwe kleurstellingen door de kleurstofproducenten worden aangeleverd dan zouden zij de beschikking moeten hebben over een proefinstallatie. In hoeverre zij bereid zijn daarin te investeren, is op dit moment niet te zeggen. Indien recepturen door de textielveredelaars zelf ontwikkeld worden dan zouden de bedrijven zelf moeten investeren in een proefinstallatie.

MV5/332095-A@ni 1994

Pagina 70 van 71

Superkritisch CO,-verven sfap 2

Het verder ontwikkelen van grote installaties (ordegrootte 2.700 ton/jaar) is op dit moment alleen zinvol indien duidelijk is dat er voor dergelijke capaciteiten een markt is: het ontwikkelen van een proces voor polyester/katoen is in dat geval een eerste vereiste. Voor het in Nederland verder ontwikkelen van de kennis over hergebruik van CO, en vervuiling van de installatie is het noodzakelijk te beschikken over een proefinstallatie, in capaciteit en investeringskosten overeenkomend met de pilot plant van de firma Jasper. De implementatie wordt voorlopig bemoeilijkt door de investeringskosten. Zelfs indien deze door een optimaal ontwerp verlaagd kunnen worden, zal de aanschaf van een CO,-verfinstaliatie een vervangingsinvestering zijn, waarbij opnieuw de afweging gemaakt moet worden of in een bestaand (bekend) proces geÏnvesteerd wordt of in een nieuw proces, dat in ieder geval minder milieubelastend is en wellicht even goed is. Mogelijk is hier een rol voor de overheid weggelegd via bijvoorbeeld investeringssubsidies of fiscale regelingen (VAMIL).

Pagina 71 van 71


Referentielijst 1.

Asselt W.A. van en Klein Wolterink J.W., Superkritisch CO,-verven, inventarisatie en mogelijkheden voor het verven van textiel, Tebodin B.V. 1994, in opdracht van Rijkswaterstaat RIZA;

2.

Grijm, B.R., Hoek Loos, Mondelinge en schriftelijke informatie;

3.

Eggers, R. en Sievers U, Technische Universität Hamburg-Harburg, Current state of extraction of natura1 materials with supercritical fluids and developmental trends, Hamburg;

4.

Binas informatiebundel, tabel 1O;

5.

Louwers M.A.A., Koninklijke Textiel Veredelingsindustrie Eibergen, Wegdam A., Ten Cate Technica1 Fabrics Nijverdal, Mondelinge en schriftelijke mededelingen;

6.

Fa Jasper GmbH, Saus W., Mondelinge en schriftelijke informatie;

7.

Coördinatiecommissie Uitvoering Wet Verontreiniging Oppervlaktewateren (CUWVO), Werkgroep VI, Afvalwaterproblematiek van de textielveredelingsindustrie, oktober 1993;

8.

Webci en Wubo, DACE prijzenboekje, 16" editie, november 1992, Leidschendam;

9.

Senhorst H.A.J., RIZA / Schijndel M.W. van, RIVM, Mondelinge en schriftelijke informatie;

1o.

Koning ter Heege W.J.M., Het beheersen van lozingen van milieubezwaarlijke stoffen uit de textielveredeling (haalbaarheidsstudie), Tebodin B.V., in opdracht van Novem, juni 1992;

11.

KRL, mondelinge informatie;

12.

Centraal bureau voor de statistiek, Statisch jaarboek 1993, pagina 167, Den Haag, januari 1993;

13.

Kern D.Q., Process heat transfer, pagina 19, McGraw-Hill 1965.

MV5/332095-A4uni 7994

I

-k

1

I

7

- ’<

/--

+-

-4 7 .A,++

@-O

Y’-,

3

8llt

.

\’

I I

II

> $1

I

-F--v

I

-@-

a

1

1

7 >

U

J

c Li

7

>

7; I

I

fi

7 j-,

7 \ \

I &

I

i i

o

o o

c o

o 9

m o

o

o

r L

Q

N o

0

o.

3

cc

c w CL

r

O

3

u

:

i

L

u

cr Y

' I I

CL O

4

4 i!

> ElI

* ,

1

7

>

1

7 >

I

F

TI

1

<-J

ik y 4; 7 1

a

l I

I

.U

7

I I

W

j

?-43 i

7 >

m -

81

>

w

U

1 a O

I

I

7

W

I

+ +

7

v)

j II

Y!?J-.

c

a 71

\'

,* -

,

I

-.i

- T - t -

-+-:i

2

r M

El

i rn

n o)

C

U

>

.-c c

m

o)

m .-C

c

-

o)

0

m

o)

a

n

m +

0 o) +

rn

o)

0

a

o)

U

.-c

o

t

E8

n

rn m

O rn

-mm m

>

rn

N

2

L

rn

C

E

o)

E

lil +

E O

E

L

F

3

C

L + rn

o) o)

U

o)

E

+

0 +

z

O

rn rn

W

o

2 a.

E

o) o)

O O O 0

0 0 0 o 0 0 0 o 0 0 0 o 0 0 0 0

OOIoDr' e

(D

o o o o

in

o o o o 7

o o o

O

M

ry

o

O O O

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

amor

r(>

o o o KI

o o o r

o o

o

irl

C O O N

c

(Sqe) k?dY'aJnSSaJd

I

m .-c o)

m

a

5

d

al Y

C

m al al O

r al

n C r al

C

al

>

i

O

C

al

B

O

.-

In

cI

Y,

Y

v

.2 Y

? al

E .-ral

.-ru .C

L

r

Y

al

d

w

cI

oooo o o oooo o o O 0 0 0 o o 0or)o o o oomr o +

U-I

o o o

o o o o

O

T

n?

ry

o

o O O

ooooo o o oooc)o o o 0 0 0 ~ o 0 o o+m a l

9

u,

-$

o o

o rn

(Sqe) edY

C O O ry

‘öJnSSöJd

m

C .-o

I

m

I

o

I

I

sc a

S

2

\

UI

Y

O Q)

S

o

>

.-c .-oo, c

m Q m o S

o, o, c

E

-a

f

Q

CI

VJ

>.

v1

..

hl

-

a n

c

0 0 0 0

o o

06oor-

in

O O O O

0 0 0 0

0 0 0 0

o o o o o o (D

o

o o o T

o o o o rn

O

O O

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

O

ocnar

ry

c

(D

o o o o

o o

r

w

o o 10

o

C O O (u

(Sqe) edY ‘aJnSSaJd

u7 C

m > -a m

.-CUI m

a

5

4

al Y O

C

m

al > al

3 c

al

U

Cu) a l 3

pg

N

O

o

Ou) >al

1:

C

m

25 >

&d

2

$c o *-

9 W

u)+

EJ

m

a-

W

m

n-

x o

L C

.o

X

U

W

-3

c

Y '-

al

m

al

ZT

>

-

Lm al-

O 43

r u)> a

m o

> o

m

.-ru

o a m u u)

S

U

*-al

(3

c.

.--La lm

:

3 2

E

w n

al

4v)

>.

UI

-

N

nn

o o o 0 0 o o o i m r - u)

O O O O

0 0 0 0

. i

00 00 0 0

o 0oor)o o 0 0 0 0 0 o amor UI UI

o o o o

o o

o o

O O O O

0 0 0 0 0

ul

3-

M

ry

c

o o

o o

o

o o r

o o

o KI

C O O (u

(Sqe) edY ‘aJnSSaJd

8

m

> m

.-8

P,

m

a

C W d

W Y O

C

z W > W O

2 C ei

cv) w 3

E%

w vU) L > w

c o

E% 8o .-C In+ m m

*-

n-

x u

-o

xei

-3 Y a-

m

w

ze

+W - L

> o v ) > ~ l n .-W o

.-r nm. .Uei

L Uv) >

u w 0

Y

w o w o

- i L

*

N

h n

m .-C P,

m

Q

In

o000

b-?( 0.

O 0 0 0

9.0.N

\ \

2O

r

o c 0 4

? ,

\o M C

w

-

Q!

c

t

In

- u

o c

z. Ì! o c

O YI

8Z

N

Y ,

Q

IO

O

O

In

OIn

In

b--o~'~'ICo

-

bo

OIO

oc

-00.4 0 0 0 0 0 N N O

04

c

>

* M

Y >

u

o

In N C

al-

ie N

m

O S NU

.. u)

.-

al

Y

c > U

2

s

8 3O

.-

N Z

o c u

-

*.

c al I

-

u O o m b

m

?

o o m M?

*

-

u oU

oopc N

4

TJ

U

M K

> m

o o u

u

0:

al

M M..? n

oopi 0-

o.

4

4

0 1 0

-

0U

3

U

M

0001

Q -

- 0 c O

?

0.00

9

V

Q

u

F

zo;

o o u

*?Er

O

o.

. r

2

F

N

n

n

o \ E

cn

Y

O

m u

Q C

V

o

Pagina 1 van 11

Bglage V

Reken voorbeelden

Gebruikte formules Massastromen en debieten Ml = (V, * p1COp) / A t

met:

M, = (V,

M, = massa flow CO, V ,, = systeeminhoud p,CO, = dichtheid CO, bij 300 bar en 130 OC A t = cyclustijd

ikgihl im31 ikg CO21 [SI

*ApCO,) / A t M, = massa flow CO, &CO, = dichtheidsheidsverschil CO,

[kgihl [kg co21

Dl,, = Ml,, 1PCO, met: D = debiet pC0, = dichtheid CO, (huidige procescondities)

[m3/hl Wm31

D, = ((cap k,,esì/kcoz)*At met: cap = batch grootte ,k, = kleurstofconcentratie in PES ,,k, = maximale oplosbaarheid kleurstoffen in CO,

ikg PES/runl W k g PESI íg/m31

met:

M, = D,

pC0,

Vermogens koelers en warmtewisselaars P, = AH * M 1/3600 1,25

met:

P, = geïnstalleerd koel/verwarmingsvermogen AH = soortelijke warmte CO, 1,25 = spare capaciteit (25 %)

P = P, * A t * l / f met: P = opgenomen vermogen f = elektrisch rendement koeler (300%)

ikW1 i kJ/kg I

[kWhl

Stoomverbruik Q,,,,, = (P * 3600)/AH,,,,,

met:

Q,,,,,,,

AH,,

MV5/332095-A&ni 7994

= stoom verbruik

ikgl = overgedragen hoeveelheid warmte (stoom) [kJ/kgl

Pagina 2 van 11

BJlage V

Rekenvoorbeelden

Energieverbruik pompen P, = P, * A t met: ,P, = opgenomen vermogen pompen P, = geïnstalleerd vermogen pompen

IkWh1 ikW1

Opwarmen polyestersubstraat (PES) Opes= (C, * cap * AT* 1,2511 At met: O,,,= energieverbruik opwarmen PES C, = soortelijke warmte PES AT = opwarmen PES van 20 naar 1 3 0 OC

[kWl [ 2 kJ/kg ["Cl

"Cl

Aangenomen wordt dat alle voor het opwarmen van het polyester benodigde energie Q,,. wordt geleverd via de warmte wisselaar E-2 ,P ,

=

O,,,* At/3600

met:

,P,

MV5/332095-A@ni 1994

= vermogen warmte wisselaar E-2

[kWhl

Pagina 3 van 11

BJlage V

Rekenvoorbeelden

Rekenvoorbeeld SYSTEEM I Processtroorn 1

Massastromen en debieten M, = 0,25 540 (3600/600) D = 810 / 1040

M, = 8 1 0 kg/h D = 0’8 m3/h

Voorkoelen PE., = -20 * 81 O 1/3600 * 1,25 P = 5,6 600i3600 * 1/3

,P = 5,6 kW P = 0,3 kWh

Processtroorn 2

Massastromen en debieten M, = 0,25 540 * (3600/600) D = 810 / 1050

M, = 810 kg/h D = 0,8 m3/h

Op druk brengen P ,, = 17,5 600/3600

P,,

=

3 kWh

Processtroorn 3

Massactromen en debieten M, = 0,25 * 540 (3600/600) D = 810 / 540

M, = 810 kg/h D = 1,5 m3/h

Op temperatuur brengen

PE., = 270 * 81 O * 1 /3600 * 1,25 P = 76 600/3600

PE., = 76 kW P = 12,6 kWh

Stoomverbruik QSt,,, = (12,6 * 3600) / 21 50 Op temperatuur brengen PES OE., = (2 * 30 * (130 - 20) * 1,251 / 600 PE.2 = 13,8 600/3600

OE., = 13,8 kW ,P, = 2,3 kWh

Stoomverbruik E-2 , ,Q , = í2,3 3600) / 2150 Processtroorn 4

Massastromen en debieten D, = ((30 25) / 75) (3600/1200) M, = 30 * 540

D, = 30 m3/h M, = 16.200 kg/h

Drukaflaten (massastromen) M, = 30 370

M, = 11.100 kg/h

MV5/332095-wuni 1994

Pagina 4 van 11

BgJage V

Reken voorbeelden

Op temperatuur houden * pC0, AH V,, PE.2 PE., = 30 * 0,25 * 5 4 0 P = 5,6 * 90013600

~~

1/At 1,25 1/900 1,25

PE.2 = 5r6 kW P = 1,5 kWh

Stoomverbruik = (1,5 * 3600) / 2150 Circulatie pomp ,P , = 12,5 * 1200/3600 Processtroom 5

Massastromen en debieten M, = 0,25 * ( 3 7 0 - 40) * (3600/600) D, = 5 0 0 1 3 7 0 D, = 5 0 0 / 40

M, = 500 kg/h D, = 1,4 m3/h D, = 12,5 m3/h

Processtroom 6

Massastromen en debieten M, = 5 0 0 kg/h D, = 5 0 0 / 4 0 D, = 5 0 0 / 1040

(zie processtroom V) D, = 12,5 m3/h D, = 0,5 m3/h

Koelen CO, PE.31= - 6 0 * 5 0 0 * 1/3600 P = 11 * 600/3600 1/3

1,25

PE.31= 11 kW (koeler) P = 0,6 kWh

Condenseren CO, PE.32= -290 * 5 0 0 * 113600 P = 5 0 * 600/3600 * 1/3

* 1,25

PE.32= 5 0 kW (condensor) P = 2.8 kWh

Tijdens het stapsgewijs drukaflaten (Processtroom IV) wordt een deel van de systeeminhoud aan CO, afgelaten die vervolgens wordt gekoeld en gecondenseerd. De hoeveelheid afgelaten CO2 is gelijk aan: V,,

* &CO,

=

0,25 * ( 5 4 0 - 3 7 0 ) = 42,5 kg CO,

Voor het koelen van 0,25 * ( 3 7 0 - 40) = 82,5 kg CO, (Processtroom VI en VII) is totaal 3,4 kWh aan energie nodig. Dit betekent dat voor het koelen van 42,5 kg CO, 3,4 * 42,5/82,5 = 1,8 kWh aan energie nodig is.

M V5/332095-Aduni 1994

Pagina 5 van 11

Bijlage V

Rekenvoorbeelden

Rekenvoorbeeld SYSTEEM IIB (meer autoclaven systeem) Processtroom 1

Massastromen en debieten M, = 0,25 540 * (3600/600) D = 810 / 1040

M, = 810 kg/h D = 0,8 m3/h

Voor koeien PE-, = -20 * 81 O * 1/3600 * 1,25 P = 5,6 * 600/3600 * 1/3

P = 0,3 kWh

PE-4 = 5,6 kW

Processtroom 2

Massastromen en debieten M, = 0,25 * 540 * (3600/600) D = 810 / 1050

M, = 8 1 0 kg/h D = 0.8 m3/h

Op druk brengen P ,, = 17,5 * 600/3600

P ,,

= 2,9 kWh

Processtroom 3

Massastromen en debieten M, = 0,25 * 540 í3600/600) D = 810 / 540

M, = 810 kg/h D = 1,5 m3/h

Op temperatuur brengen PE., = 270 * 810 * 1/3600 P = 76 * 600/3600

PE.1 = 76 kW P = 12,6 kWh

* 1,25

Stoomverbruik = (12,6 * 3600) / 2150

QSt,,,

Op temperatuur brengen PES QE., = ( 2 * 3 0 * (130 - 20) * 1,251 / 6 0 0 PE.2 = 13,8 * 600/3600 Stoomverbruik E-2 Q,,,,, = (2,3 * 3600) / 2150 Processtroom 4 A

Massastromen en debieten D3 = ((30 * 25) / 75) * (3600/1200) M, = 30 * 540

MVS/332095-A&ni

7994

D, = 3 0 m3/h M, = 16.200 kg/h

Pagina 6 van 1 1

Bijlage V

Rekenvoorbeelden

Drukaflaten (massastromen en debieten, waarbij gerekend wordt met de pC0, bij 200 bar en 130 OC) M, = 11.100 kg/h M, = 30 * 370 Op temperatuur houden = A H * V,, * p C 0 , * l/At 1,25 ,P , ,P , = 30 * 0,25 * 540 1 /900* 1,25 P = 5,6 900/3600

,P , = 5,6kW P = 1,4kWh

Stoomverbruik Q,,,,, = (1,4* 3600)/ 21 50 Circulatie pomp ,P , = 12,5 * 1200/3600 Processtroom 4B

Massastromen en debieten M, = 0,25 * (370- 300)* (3600/120) D, = 500/370 D, = 500 / 300

M, = 500 kg/h D, = 1,4m3/h D, = 1,8m3/h

Processtroom 5

Massastromen en debieten M, = 0,25 * (300- 40)* (3600/600) D, = 390/300 D, = 390 / 40

M, = 390 kg/h D, = 1,3 m3/h D, = 9,8m3/h

Processtroom 6

Massastromen en debieten (zie processtroom VI) M, = 390 kg/h M, = 0,25 * (300- 40)* (3600/600) D, = 9,8m3/h D, = 390/40 Koeien CO, PE.3, = -60* 390 * 1/3600* 1,25 P = 8,l * 600/3600 1/3

,,P, = 8,l k W (koeler) P = 0,5 kWh

Massastromen en debieten (zie processtroom VI) M, = 390 kg/h D, = 9,8m3/h D, = 390/40 D, = 0,4 m3/h D, = 390 / 1040 Condenseren CO, = -290* 390 1/3600 1,25 ,,P , P = 39,3 60013600 113

MV5/332095-A/iuni 1994

P ,., = 39,3 k W (condensor) P = 2,2 kWh

Pagina 7 van 11

Bijlage V

Reken voorbeelden

Processtroom 4 C (opvolgende autoclaaf in de procescyclus) Massastromen en debieten M, is gebaseerd op het aflaten van de helft van de systeeminhoud aan CO, (135/2 kg) naar een 2" autoclaaf in 2 0 minuten (1200 s) M, = (135/2) * 3600/1200 M, = 2 0 0 kg/h D, = 200 / 300 D, = 0,67 m3/h D, = 2 0 0 / 285 D, = 0,70 m3/h

Op temperatuur brengen P, = 2 0 * 203 * 1/3600 * 1,25 P = 1,4 1200/3600

PE.2 = 1,4 kW P = 0,5 kWh

Stoomverbruik Ostoom = (0,5 * 3600) / 21 5 0 Op temperatuur brengen PES QE., = ( 2 * 3 0 * (130 - 20) 1/25) / 1 5 0 0 PE., = 5,5 * 1500/3600

OE., = 5,5 kW PE., = 2,3 kWh

Stoomverbruik E-2 Qstoom

= (2t3 * 3600) / 2150

Processtroom 1 + 2 (opvolgende autoclaaf in de procescyclus) Massastromen en debieten Bij de bepaling van de grootte van M, wordt uitgegaan dat de helft van de benodigde CO, moet worden aangevuld vanuit de CO,-buffertank (V-3) M, = (0,25 * 5 4 0 * (3600/300))/2 M, = 8 1 0 kg/h D, = 8 1 0 / 1040 D, = 0,8 m3/h

Voor koelen PE, = - 2 0 * 8 1 0 1/3600 * 1,25 P = 5,6 300/3600 * 1/3

,P , = 5,6 kW P = 0,17 kWh

Op druk brengen P ,, = 17,5 300/3600

P ,,

= 1,5 kWh

Processtroom 3 Op temperatuur brengen van de totale systeeminhoud aan CO, in de opvolgende autoclaaf van de procescyclus

Massastromen en debieten M,, = (0,25 540) PE., = AH M,, * l / A t * 1,25 = 1 2 0 135 * 1/300 * 1,25 ,P, P = 68 * 300/3600

MV5i332095-Muni 1994

M,

= 135 kg CO,

= 6 8 kW P ,, P = 5,7 kWh

Pagina 8 van 11

Bylage V

Rekenvoorbeelden

Stoomverbruik O,,,,, = (5,7 3600) / 2150 Aan het eind van de dag wordt alle, tijdens de procesvoering in het systeem aanwezige CO,, tot een einddruk van 20 bar, gekoeld en gecondenseerd. De hoeveelheid in het systeem aanwezige CO, is gelijk aan:

v,

(pc02 jOObar - pcoz zobar)

= 0,25 * (540 - 40) = 125 kg

co,

Voor het koelen van 0,25 * (370 - 40) = 82,5 kg CO, (Processtroom VI en VII van rekenvoorbeeld I) is totaal 3,4 kWh aan energie nodig. Dit betekent dat voor het koelen van 125 kg CO, 3,4 * 125/82,5 = 5,2 kWh aan energie nodig is.

M VS/33209S-A&?i

7994

Pagina 9 van 11

Bijlage V

Rekenvoorbeelden

Verwarming autoclaven Op temperatuur houden van autoclaven Berekening warmteverliezen autoclaven ten gevolge van convectie naar de omgeving (AT))/((2,3)/((2* ki,,)*(lOg

O =(h *

duiJdst,))

[ref. 131

(waarbij de warmte weerstanden over de wanden en de straling naar de omgeving worden verwaarloost) met:

O h AT k,, d, d,,

= warmte verliezen = hoogte autoclaaf

= temperatuursverschil stoommantel/omgeving = warmte geleidbaarheidscoëfficiënt isolatiemateriaal = diameter autoclaaf inclusief stoommantel = uitwendige autoclaaf diameter

IWI iml IOC1 [W/m iml iml

OCI

Voor systeem I

h

= 2,7 m

AT = (150 - 20) = 130 OC k,,, = 0,04 W/m OC (steenwol) log(d,,,/d,,) = log(O,8/0,6) = 0,125 Q = 310W Rekening houdend met warmte verliezen via de boven- en onderzijde van de autoclaaf wordt O met circa 3 0 % vergroot tot 400 W voor systeem I . Voor systeem IIB (3autoclavensysteem)

Het gemiddelde warmteverlies voor de autoclaaf bedraagt per run voor een 1 autoclaven systeem (systeem i): 400 W gedurende 24 uur = 9,6 kWh voor 15 runs. per run bedraagt het verlies 0,64 kWh. Dit komt overeen met een stoomverbruik van: (0,64 3600)/2.150 = 1,l kg stoom per run. Het gemiddelde warmteverlies voor de autoclaaf bedraagt per run voor een 3 autoclaven systeem (systeem IIB): per autoclaaf 400 W gedurende 2 4 uur = 9,6 kWh (28,8 kWh/dag voor 3 autoclaven). Per run bedraagt het verlies 28,8/36 = 0,8 kWh. Dit komt overeen met een stoomverbruik van: (0,8* 3600)/2.150 = 1,3 kg stoom per run.

MV5/33.?095-A&ni

1994

Pagina 1 0 van 11

Bglage V

Systeem

Rekenvoorbeelden

Log(d,,,/d,,)

I I IA I IB 111

Op bedrijfstemperatuur brengen van autoclaven (130 "C)

Op bedrijfstemperatuur houden van autoclaven (T = 130 "C)

O, 125 O, 097 0,125 0,073

Q [UI

400 500 400 700

Energie ï kUh/ runl

Stoom

ïkg/run]

Massa autoc 1aaf ïkgl

Energie fkiih/ runl

stoom Ckg/ runl

0,64 0.80 0.80 1,1

1,1 1 #3 1 #3 1.9

3.000 5 .O00 3.000 10.000

60 1 O0 60 200

1 O0 160 1 O0 320

Bepaling van het aantal runs Aantal runs is gebaseerd op een bedrijfstijd van 16 uur/dag gedurende 2 5 0 dagedjaar. Uitgaand van een beschikbare produktietijd van 90 % bedraagt het gemiddeld aantal produktieuren per jaar:

16 * 250

* 0,9 = 3.600 uur ofwel een kleine 1 5 uur/dag.

Voor systeem I en IIA wordt uitgegaan van 15 runs per dag. Voor de systemen 118 en III wordt uitgegaan van 36 runddag namelijk: (15 uur

60 minuten)/75 minuten/cyclus

MV5/332095-A/Yuni 1994

3 runs/cyclus = 36

Pagina 11 van 11

Bijlage V

Reken voorbeelden

Berekening energieverbruik 3 autoclavensysteem Omdat het energieverbruik van de eerste (opstart) en laatste run bij een 3 autoclavensysteem afwijkt van de tussenliggende runs is het gemiddelde energieverbruik per run bepaald. Hierbij wordt aangenomen dat het systeem aan het begin van de dag wordt opgestart en na de laatste charge van die dag alle CO, wordt gecondenseerd en opgeslagen in de buffertank V-3. De berekening van het energieverbruik voor een 3 autoclavensysteem (SYSTEEM IIB) is opgebouwd uit:

koelen/condenseren 5 en 6

1’ )’ )3

a a n t a l maal d a t een bepaalde processtap op b a s i s van 36 runs per dag wordt doorlopen stoom t e n behoeve van h e t op temperatuur houden van de a u t o c l a a f processtap opvolgende autoclaaf i n de procescyclus

M V 5 / 3 3 2 0 9 5 - ~ u n1994 i

Pagina 1 van 2

Bglage Vl Bepaling van de autoclaafdiameter

In deze bijlage wordt aan de hand van door de KTV verstrekte gegevens de diameter van de textielautoclaaf bepaald. In tabel 1 zijn van een aantal partijen textiel de doeklengte, het doekgewicht en de diameter van het opgeboomde doek weergegeven. Aan de hand van deze gegevens is de gemiddelde doekdikte bepaald. Zo geldt: ,,d,

= 2(X

y)

+ dboom(1)

met:

= diameter opgeboomd doek [ml

,,d,

= aantal omwikkelingen = de doek dikte = gemiddelde doekdiameter = lengte doek

X

dgem= x y + dboom (2) deern= L / ín * X) (3)

Y dgem L

Uit (2) en (3)volgt:

*

x = L / (ín x

Y)

+

íml

iml [ml

iml

(n * dbomì) (4)

Rekenvoorbeeld : dboom= 0,18 m = 0,80m ,,d, L = 3.000 m

Tabel 1:

I

Frtij lengte

Uit ( 1 ) en (4) volgt: X = L 1 (0,5n (dma, - dboom) + ( n * dboom)) x = 1950 doek omwikkelingen y = 0,16 mm volgens (1)

Gegevens opgeboomd textiel (partijgrootte en doekdikte) dboom = 0.18 meter ~

Doekgewicht igim'i

Diameter opgeboomd doek

d,, 3.000 3.400

8.000

5.000

Aantal omwikkelingen x

Imml

doek dikte y

0,159 O, 159 0,158

Iml

120 120 120

0,80 0,98

1.950 2.100 2.525

80 80

0,90 1,25

2.360 3.560

O, 153 0,150

65

0,51

1 .EO

O, 094

94

1 ,O5

2.590

o, 168

0,85

Aan de hand van de bovenstaande gegevens wordt bij de bepaling van de autoclaafdiameter uitgegaan van een gemiddeld doek gewicht van 100 g/m2, een doekdikte van 0,16 mm en een boomdiameter ),,d ,(, van 0 , l m [ref. 51. Om te voorkomen dat het substraat in direct kontakt komt met de autoclaafwand wordt tussen het substraat en de autoclaafwand een vrije ruimte van circa 0,05m aangehouden.

M Y5/332095-A&i

7994

Pagina 2 van 2

Bijïage Vi Bepaling van de autoclaafdiameter

Rekenvoorbeeld systeem I Capaciteit 30 kghun, een gemiddelde doekbreedte van 2 m, een doekgewicht van 0,l kg/m2, dboom= 0,l m en y = 0,16 mm.

L = capaciteit /(doekbreedte * doekgewicht) L = 150m

+

y)x2 (n * dboom)x -L x = 320 omwikkelingen

O = (n *

dmax

afgeleidt uit (4)

= 0,20m (volgens vergelijking 1 )

dautociaar = Ot30

MV5/332095-A@ni 1994

Pagina 1 van 1

BIJíA GE Vll

Rekenvoorbeelden ten behoeve van de exploitatiekostenberekening

I Rekenvoorbeelden (systeemconfiguratie I) 1.

CO,-verbruik

Het CO,-verbruik is gebaseerd op een verlies van 6 % per verfcyclus en het verversen van de gebruikte CO, na 5 0 verfruns. Voor systeem I met een systeeminhoud van 135 kg CO, geldt voor het CO,-verlies op basis van 3.750 runs per jaar (15 runs/dag gedurende 5 0 wekedjaar): 3.750 - (3.750/50) = 3.675

135 kg CO, * 6 % = 29.800 kg CO,.

Ten gevolge van het aflaten van de gebruikte CO, bedraagt het CO,-verbruik: 3.750/50

135 kg CO, = 10.100 kg CO,/jaar.

De verliezen ten gevolge van het op temperatuur houden van de cryogene (CO,) opslagtank worden per dag geschat op 0,2 % van de tankinhoud. Bij een opslag capaciteit van 3 - 6 m 3 ofwel gemiddeld 4.700 kg CO, bedraagt het CO,-verlies per jaar circa 2.300 kg. Het totale CO,-verbruik per jaar bedraagt 42.200 kg. Bij dit jaarverbruik bedragen de kosten per kg CO, f 0,40zodat de jaarlijkse kosten ten gevolge van het CO,verbruik circa f 16,900,-- bedragen.

2.

Kleurstoffenverbruik Het gemiddelde kleurstoffenverbruik per m2 substraat bedraagt 4,5 gram. Bij een doekgewicht van 1O0 g/m2 bedraagt het kleurstoffenverbruik 4 5 grarn/kg substraat.

Voor systeem I, met een capaciteit van 3 0 kghun en 3.750 runs/jaar bedraagt het jaarlijkse kleurstoffenverbruik: 0,045 * 30 * 3.750 = 5.063 kg kleurstoffen. Bij een gemiddelde kostprijs van f 35,--/kg bedragen de kosten voor de gebruikte kleurstoffen f 177.200,-- per jaar.

3.

Arbeidskosten

Voor de procesvoering met een 1 autoclavensysteem is de full-time inzet van 1 arbeidskracht gewenst. Voor een systeem bestaande uit 3 autoclaven zijn fuil-time 1,5 arbeidskrachten gewenst.

MV5/332095-A&ni

7994

O

0

-

h

N

M m

c > m

O

m U

U

o O

a m

?

N.C f

C

E"

W c

*

cn cn

r: W >

W 'o S

E 9)

o

2

W

>

W 'o

8O

> S W c

cn O x

0)

0

n

.-m tii> W

o S (D

>

Eu

.-

N

& >

O

-5 I

U W

f

IA

? Y ;

C &

Pagina 1 van 2

BIJiA GE IX

Mollierdiagram (CO,-opslag 60 bar en veriaging procesdruk)

In deze bijlage zijn in een tweetal Mollierdiagrammen de procesroutes weergegeven van een superkritisch verfproces dat plaatsvindt bij een verlaagde druk (200 bar in plaats van 300 bar) en een proces dat plaatsvindt bij drukken van 300 bar, maar waarbij de CO, wordt opgeslagen bij 60 bar in plaats van 20 bar.

350

-300

-250

-200

-150

By Dr K E Sierlinglrom Benedict-Webb-Rubn-Siir(ing Equmion o1 Staie 11979)

-100

-50

O

50

100

150

ZOO

250

300

350

Enthalpy. kl/kg

Mollierdiagram van CO, met daarin aangegeven de procesroute van een superkritisch verfproces bij verlaagde druk (200bar) In het Mollierdiagram kunnen de volgende stappen worden onderscheiden: 1

2 3 4

5

op druk brengen (200 bar1 van CO, (vanuit de gasfase) met behulp van een compressor; op temperatuur brengen van de in het systeem aanwezige superkritisch CO,; druk aflaten (tijdens het verfproces); druk aflaten en openen van de autoclaaf; koelen van gebruikte CO, en opslag in buffertank.

MV5/332095-A&ni 1994

._

400

Pagina 2 van 2

BIJLA GE IX

100000 90000 80000 713000 60000

s

Mollierdiagram (CO,-opslag 60 bar en verlaging procesdruk)

I

Carbon Dioxide Pressure-Enthalpy Diagram T = Temperature. 'c = Specific Entropy. kJ/kg . K v = Specific Volume. m 3 M

r

50000

I

.i0000

30000

20005

!0 0 0 0

93vo

eovo 7030

6000 5000

5m 3 0 0 0 .; s 2000 ?

a

By Dr K E Stariing IrOm Benedict-Webb-Rubin-Slarling E q s 1 : o n 01 S:ate (1979)

Enthalpy, U/kg

Mollierdiagram van CO, met daarin aangegeven d e procesroute van een superkritisch verfproces bij 300 bar maar met een CO2-opslag bij 60 bar

In het Mollierdiagram kunnen d e volgende stappen worden onderscheiden: 1

2 3 4 5 6

voorkoelen CO,; o p druk brengen (300 bar) van CO, (vanuit d e vloeistoffase) met behulp van een plunjerpomp; o p temperatuur brengen van d e in het systeem aanwezige superkritisch CO,; druk aflaten (tijdens het verfproces); druk aflaten e n openen van d e autoclaaf; koelen e n condenseren van gebruikte CO, e n opslag bij 60 bar in buffertank.

MV5/332095-A41fli 1994

I

c m

> m .-c o, m

n

C

m >

N

I I

I

! i

! C

c I

c

e c co >

e co

C .-

o,

m n

-

0

.-C .->3 El

2

o,

+,

m

-3
>

c

m

o

.-E:

I

v)

O O hl E: o, v) v)

o,

o

Ln

c

3>

-

o, o, C

.-cO

E o,

> C

o S

o, + v)

O

Y

3

.-o, E

Pagina 1 van 1

BIJU GE Xl

Glasovergangstemperaturen en smeltpunten kunststoffen

Tabel 7.1 Glasovergangstemperaturen Tgen smeltpunten T, van enige polymeren en copolymeren in OC.

polydimethylsiloxaan(siliconrubber) polyetheen (PE) cis-l 4-polybutadieen(BR) cis- I 4-polyisopreen(IR) polyisobuteen (PIB) styreen-butadieenrubberíSBR) polychloropreen(CR) polyoxymethyleen(FOM) polivinylideenfluoride(PVDF) polybuteen-I (PB) polyvinylideenchlonde (PVDC) polypropeen (PP) polyvinylacetaat (PVAC) poly-4-methylpenteen (PMP) polychloortrifluoretheen(PCTFE) nylon-6(PA-6) nylon-6 6(PA 6 6) cellulosenitraai(CN) polyetheentereftalaai(PETP) celluloseacetaat (CA) polybuteentereftalaai(PBTP) polyvinylalcohol(PVAL) nylon-4.6 (PA-4.6) polyfenyleensulfide(PPS) polyvinylchlonde(PVC) polystyrcen(PS) cellulosetnacetaat polyvinylformal(PVFM) polymethylmeihacrylaat (PMMA) acrylonitnl-butadieen-styreen (ABS) polyacrylonitnl (PAN) polytetrafluoretheen(PTFE) polyetheretherke'ton(PEEK) polycarbonaat(PC) polysulfon (PSU) polyethenmide(PEI) polyvinylcarbazol (PVK) polyfenyleenether(PPO of PPE) polyethersulfon(PES) polymide (PI) polybenzamidazool

M V5/332095-A4uni 1994

- I23 -I20 -90 - 73 -65 -65 - 50 - 50 - 39

-58 137 2 28 128

80 181 170

- 25 - I7 - 15 29

130 198

30 45 50 50 53 69 70 70 80 82

240 220 223 260

?5

176

260 210 190 295 290

87 100 105

306

I05 I10 110

120 I26 I43

I50 190

205 208 215 230 >400 425

317 327 334

Superkritisch CO,-verven, inventarisatie en mogelijkheden voor het verven van textiel (Eindrapport)

Recommend Documents