AT204002B

AT204002B - Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff aus Gasgemischen, die neben Wasserstoff Methan und Kohlenmonoxyd enthalten

Info

Publication number: AT204002B
Application number: AT133458A
Authority: AT
Inventors: Max Dipl Ing Dr Techn Gerhold
Original assignee: Max Dipl Ing Dr Techn Gerhold
Priority date: 1958-02-24
Filing date: 1958-02-24
Publication date: 1959-06-25

Description


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  Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff aus Gasgemischen, die neben Wasserstoff
Methan und Kohlenmonoxyd enthalten 
Es ist bekannt, zur Gewinnung von Wasserstoff aus Gasen, die neben Wasserstoff noch Methan und Kohlenmonoxyd enthalten, insbesondere den bei der Veredlung von Brennstoffen anfallenden Gasgemischen, wie Kokereigas, Schwelgas, Krackgas, Vergasungsgas usw., das Gasgemisch bei tiefen Temperaturen in eine Wasserstoff-Fraktion, eine Kohlenmonoxyd-Fraktion, eine Methan-Fraktion und eine Fraktion höher molekularer Kohlenwasserstoffe zu zerlegen. Die anfallende Methan-Fraktion wird dann mit Wasserdampf, Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen zu Gasen, die im wesentlichen 
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 dem Gasgemisch vor der Tieftemperaturzerlegung beigemischt, während die Kohlenmonoxyd-Fraktion als Heizgas verwendet, oder auch konvertiert wird.

   Die Fraktion der höher molekularen Kohlenwasserstoffe wird im allgemeinen andern Verwendungszwecken zugeführt, sie kann jedoch auch gemeinsam mit dem Methan zu CO und   H2   umgeformt werden. 



   Bei einem solchen Verfahren muss die der Tieftemperaturzerlegung dienende Vorrichtung grösser ausgeführt werden, als es der Menge des Ausgangsgases entspricht, da das gesamte, bei der Methanumformung anfallende Gas, dessen Menge volumenmässig das Vierfache der ursprünglichen Methanmenge beträgt, erneut in die Zerlegung geleitet wird. Zur Erwärmung der Kohlenmonoxyd-Fraktion auf die zweckmässige Konvertierungstemperatur sind ausserdem zusätzliche Vorrichtungen erforderlich. 



   Weiter wurde schon vorgeschlagen, das Ausgangsgas gemeinsam mit dem durch die Spaltung der Methan-Fraktion erhaltenen, im wesentlichen aus   H2   und CO bestehendem Gas vor der Tieftemperaturzerlegung zu konvertieren. 



   Bei diesem Verfahren muss das gesamte Gas einschliesslich aller nicht konvertierbaren Anteile durch die Konvertierungsanlage geführt werden, die dadurch beträchtlich grösser sein muss als es der Menge der im Gas enthaltenen, konvertierbaren Anteile entspricht. 



   Die vorliegende Erfindung betrifft ein. Verfahren, nach dem durch Tieftemperaturzerlegung des Ausgangsgases und nachfolgender Konvertierung der Kohlenmonoxyd-Fraktion sowie Umsetzung der Methan-Fraktion zu H2 und CO mit anschliessender Konvertierung Wasserstoff gewonnen werden kann, ohne dass die der Tieftemperaturzerlegung bzw. der Konvertierung dienenden Anlagen grösser oder doch nicht wesentlich grösser sein müssen als es der Menge des Ausgangsgases bzw. der Menge des zu konvertierenden, im Ausgangsgas enthaltenen und bei der Umformung des Methans anfallenden Kohlenmonoxydes entspricht. 



   Nach der Erfindung wird die bei der Tieftemperaturzerlegung anfallende Methan-Fraktion mit Sauerstoff oder freien Sauerstoff enthaltenden Gasen, gegebenenfalls in Gegenwart von Katalysatoren, zu CO und H2 umgeformt und mit der dabei freiwerdenden Wärme zuerst die umzusetzende Methan-Fraktion und anschliessend die Kohlenmonoxyd-Fraktion vorgewärmt. Die Kohlenmonoxyd-Fraktion und das durch die Umformung der Methan-Fraktion erhaltene Kohlen-   monoxyd-Wasserstoff-Gemisch   werden dann gemeinsam konvertiert. Aus dem bei der Konvertierung anfallenden   H2-C02-Gemisch   wird 
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   In die der Tieftemperaturzerlegung des Gases dienende Anlage gelangt bei diesem Verfahren nur das Ausgangsgas ; in die der Konvertierung dienende Anlage nur die Kohlenmonoxyd-Fraktion und das durch die Umformung der MethanFraktion erhaltene   CO-H2-Gemisch.   Beide Vorrichtungen brauchen also nicht grösser zu sein, als es der Menge des Ausgangsgases bzw. der Menge der Kohlenmonoxyd-Fraktion, vereinigt mit dem durch die Methanumformung erhaltenen   CO- H2-Gemisch,   entspricht. 



   Die Umformung der Methan-Fraktion in CO und   H2   soll so gelenkt und durch die Vorwärmung der umzuformenden Methan-Fraktion dem durch die Umformung erhaltenen   CO- H2-Gemisch   soviel Wärme entzogen werden, dass der Wärmeinhalt dieses Gemisches ausreicht, die Kohlenmonoxyd-Fraktion auf die zweckmässige Konvertierungstemperatur zu erwärmen und sich selbst dabei auf diese Temperatur abzukühlen.
Die Erwärmung der Kohlenmonoxyd-Fraktion kann dabei beliebig geschehen, z. B. in einem Wärmeaustauscher. Es ist jedoch auch möglich, die aus der Tieftemperaturzerlegung kommende kalte Kohlenmonoxyd-Fraktion mit dem aus 

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 dem Wärmeaustauscher, in welchem die umzusetzende Methan-Fraktion vorgewärmt wird, kommenden Kohlenmonoxyd-Wasserstoff-Gemisch direkt zu vermischen. 



   Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die kalte   Kohlenmonoxyd-Frak-   tion direkt mit dem heissen, aus dem Spaltofen kommenden   Kohlenmonoxyd-Wasserstoff-Ge-   misch vereinigt und mit diesem dann die umzuformende Methan-Fraktion vorgewärmt. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass eine Abkühlung des zur Konvertierung kommenden Gasgemisches unterhalb die zweckmässige Konvertierungstemperatur durch einfache Regelmassnahmen leicht zu vermeiden ist. 



   Soll der gewonnene Wasserstoff zur Ammoniaksynthese verwendet werden, so wird zur Umformung der Methan-Fraktion zweckmässig der bei der zur Stickstoffgewinnung erforderlichen Luftzerlegung anfallende Sauerstoff verwendet. 



   In der Figur ist eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens schematisch dargestellt. 



   In der Figur ist 1 die Tieftemperaturzerlegung, in welcher das Ausgangsgas in eine Kohlen-   monoxyd-Stickstoff-Fraktion,   eine WasserstoffFraktion, eine Methan-Fraktion und eine Fraktion höher molekularer Kohlenwasserstoffe zerlegt wird. Die erhaltene CH4-Fraktion wird in dem Wärmeaustauscher 2 vorgewärmt und gelangt dann in den Ofen   3,   in welchem sie mit Sauerstoff und/oder freien Sauerstoff enthaltenden Gasen 
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 Gasgemisch wird dann durch den Wärmeaustauscher 2 geführt, in welchem ihm ein Teil seiner Wärme zur Vorwärmung der umzuformenden Methan-Fraktion entzogen wird und strömt dann in den Wärmeaustauscher 4, in welchem die zu konvertierende KohlenmonoxydFraktion erwärmt wird.

   Die KohlenmonoxydFraktion sowie das durch die Umformung der Methan-Fraktion erhaltene KohlenmonoxydWasserstoff-Gemisch werden hinter dem Wärmeaustauscher 4 vereinigt und dann gemeinsam der Konvertierung 5 zugeführt. Aus dem bei der Konvertierung erhaltenen   CO2- H2-Gemisch   wird dann das Kohlendioxyd entfernt und der Wasserstoff anschliessend mit der bei der Tieftemperaturzerlegung erhaltenen Wasserstoff-Fraktion vereinigt. 



   Ausführungsbeispiel : Ausgegangen wurde von einem Koksofengas folgender Zusammensetzung : 
 EMI2.2 
 
<tb> 
<tb> CO2.................... <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> Vol.--- <SEP> 
<tb> CnHm................. <SEP> 2,5 <SEP> ,,
<tb> H2................... <SEP> 58,8 <SEP> ,,
<tb> CO................... <SEP> 6, <SEP> 4 <SEP> 
<tb> Cl4 <SEP> 23,9 <SEP> " <SEP> 
<tb> N2.................... <SEP> 5,3 <SEP> 
<tb> O2................... <SEP> 0,4 <SEP> ,,
<tb> 
   Bei der Tieftemperaturzerlegung dieses Koksofengases wurden folgende Fraktionen erhalten :    
 EMI2.3 
 ka   30% CO   und 55-60%   N,.   



   4. Wasserstoff'Stickstoff-Fraktion mit zirka   900 ü Wasserstoff.    



   Bei der Tieftemperaturzerlegung von 100. 000 Nm3 dieses Kokereigases obengenannter Zusammensetzung ist die Äthylenfraktion zirka 3600 Nm3, die Methanfraktion 22. 300 Nm3, die Kohlenmonoxyd Stickstoff - Fraktion 12. 100 Nm3 und die Wasserstoff Stickstoff-Fraktion 62. 000 Nm3. 



   Die Methanfraktion wurde im Wärmeaustauscher 2 auf etwa   400 C C   vorgewärmt und dann im Spaltofen   3   mit Sauerstoff umgeformt. Dabei wurden etwa   70. 000 Nm r'1000'C   heissen Spaltgases folgender Zusammensetzung erhalten : 
 EMI2.4 
 
<tb> 
<tb> CO2................ <SEP> 2-3 <SEP> Vol.-%
<tb> cl <SEP> 28-30 <SEP> 
<tb> H2 <SEP> ................. <SEP> 62-63 <SEP> 
<tb> N2.................. <SEP> 5-6 <SEP> " <SEP> 
<tb> 
 
Mit diesem Spaltgas wurde im Wärmeaustauscher 2 die Methanfraktion auf etwa 400  C vorgewärmt und dann im Wärmeaustauscher 4 die   Kohlenmonoxyd-Stickstoff-Fraktion.   Hinter dem Wärmeaustauscher 4 wurden das Spaltgas und die Kohlenmonoxyd Stickstoff-Fraktion ver- 
 EMI2.5 
 
 EMI2.6 
 
<tb> 
<tb> 000 <SEP> Nm3 <SEP> zuCO2.................

   <SEP> 2-3 <SEP> VoL- < \,
<tb> CO................. <SEP> 29-30 <SEP> ,,
<tb> H2 <SEP> ................... <SEP> 50-51 <SEP> 
<tb> 16-17
<tb> 0................... <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> 
<tb> 
 Der Methangehalt dieses Gases liegt unter   l o.   Dieses Gas wurde durch Einspritzen von 
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 dann in üblicher Weise konvertiert und anschliessend vom CO2 befreit. Dabei wurden etwa 80. 000 Nm3 Gas etwa folgender Zusammensetzung erhalten : 
 EMI2.8 
 
<tb> 
<tb> 80-81 <SEP> Vol.-0" <SEP> 
<tb> N2.................. <SEP> 18-19 <SEP> 
<tb> CH. <SEP> t............... <SEP> unter <SEP> l <SEP> 
<tb> 
 
Vereinigt man dieses Gas mit der bei der Tieftemperaturzerlegung gewonnenen Wasserstoff-Stickstoff-Fraktion, so erhält man etwa 160. 000 Nm3 eines Synthesegases, die etwa 60 t Ammoniak ergeben. 

**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.

Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff aus Gasgemischen, die neben Wasserstoff Methan und Kohlenmonoxyd enthalten, insbesondere den bei der Veredlung von Brennstoffen anfallenden Gasgemischen, durch Tieftemperaturzerlegung <Desc/Clms Page number 3> des Gasgemisches und nachfolgende Konvertierung der Kohlenmonoxyd-Fraktion, sowie Umformung der Methan-Fraktion zu H2 und CO mit anschliessender Konvertierung, dadurch gekennzeichnet, dass die Methan-Fraktion mit Sauerstoff oder freien Sauerstoff enthaltenden Gasen, gegebenenfalls in Gegenwart von Katalysatoren, zu CO und H2 umgeformt wird,

mit der dabei frei werdenden Wärme zuerst das umzusetzende Methan und anschliessend die Kohlenmonoxyd-Fraktion aus der Tieftemperaturzerlegung vorgewärmt werden und dann diese Kohlenmonoxyd-Fraktion und das durch die Umformung der Methan-Fraktion erhaltene Koh- lenmonoxyd-Wasserstoff-Gemisch gemeinsam konvertiert werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmung der Kohlenmonoxyd-Fraktion aus der Tieftemperaturzerlegung durch Vermischen dieser Fraktion mit dem durch die Umformung der Methan-Fraktion erhaltenen Kohlenmonoxyd-Wasserstoff-Gemisch erfolgt.

3. Abänderung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kalte Kohlenmonoxyd-Fraktion aus der Tieftemperaturzerlegung mit dem heissen, durch die Umformung erhaltenen Gasgemisch vermischt und dieses Gemisch durch Vorwärmung der umzuformenden Methan-Fraktion auf die für die Konvertierung erforderliche Temperatur gebracht wird.