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PROCEDE POUR LA FABRICATION DE L'HYDROGENE EN PARTANT DU METHANE OU DE
GAZ CONTENANT DU METHANE.
On sait qu'on peut obtenir de l'hydrogène à partir du méthane en faisant passer le méthane sur du silicium, du nickel ou des catalyseurs contenant du nickel à une température relativement élevée. Les dépôts de suie exigent que le catalyseur soit renouvelé ou régénéré de temps à autre. On peut également procéder en introduisant avec le méthane de 1' oxygène ou de l'air pour empêcher de cette manière une désactivation prématurée du catalyseur. Malgré tout, il est encore nécessaire de renouveler ou de régénérer le catalyseur, quoique dans des intervalles plus longs.
Il est également connu de faire passer dans une chambre de réaction un mélange de méthane avec ou sans vapeur d'eau et oxygène à grande vitesse à des températures supérieures à 1.000 C. Dans ce procédé on obtient de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène avec des proportions négligeables d'acétylène.
L'objet de la présente invention est un procédé pour la fabrï- cation de l'hydrogène en partant du méthane ou de gaz contenant du méthane caractérisé par l'utilisation, comme catalyseur, d'un coke "vierge" c'est- à-dire d'un coke qui n'a pas encore subi le contact avec l'eau ni avec l'air Pour l'obtention de ce coke, on peut éventuellement utiliser un mélange de houille et de lignite, parce que ce dernier donne au coke une action,catalytique particulièrement forte grâce à sa haute teneur en cendres. Pour la préparation des catalyseurs, on peut utiliser d'une façon générale des charbons ou mélanges de charbons quelconques, à condition qu'ils donnent un coke poreux grâce à leur teneur en constituants volatils.
On peut augmenter l'action catalytique, par une addition de catalyseurs, par exemple d' oxydes ou sels de fer, de l'aluminium, du tungstène, du molybdène, etc..,
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au charbon qui doit être cokéfié.
On a également trouvé qu'on peut combiner le processus de cokéfaction avec le procédé selon l'invention pour l'obtention de l'hy- drogène.
A cet effet, on peut procéder en faisant passer les hydrocar- bures sur le coke directement à sa sortie de la cokerie. On opère de pré- férence en présence de la vapeur d'eau, ce qui empêche ou réduit la sépara- tion du carbone et augmente le rendement en hydrogène.
La dissociation du méthane exige un apport de chaleur même si on opère en présence de la vapeur d'eau. On a trouvé complémentai- rement qu'on peut engendrer la chaleur nécessaire à cet effet en établis- sant un contact entre le coke et l'air en mélange avec le gaz à dissocier ou séparément le contact du coke avec le gaz et avec l'air. Ce dernier mo- de de mise en oeuvre offre l'avantage que seul le carbone résultant de la dissociation du méthane est brûlé ou consommé, et non pas le méthane ou le gaz contenant du méthane.
De préférence, on effectue la réaction de façon qu'elle ne dé- gage principalement que du monoxyde de carbone.
EXEMPLES.
1 ) 25 m3 de méthane (92,2% CH4) donnent, par dissociation sur un catalyseur en coke pur, à 1.000 C et en une heure, 47m3 de gaz dégagé, ce qui correspond à un rendement de 77,8%.
Le gaz dégagé présente la composition suivante :
EMI2.1
G02 C 2 H 4 02 CO a# CH4 IT 2 0,2 1,0 0,2 7,0 74,4 10,3 6,4% en vol.
2 ) En partant de 100,17 m3 d'un gaz présentant un pouvoir calorifique supérieur de 5535 kcal/Nm3, et la composition suivante :
EMI2.2
Go 2 CZH4 O2 CO Hz C Tif 4 il 2 1,6 1,2 1,0 10,4 17,3 47,2 20,3% en vol., qu'on fait passer sur le catalyseur de coke porté à 1.000 C, on obtient, en 3 heures, 148,5 m3 de gaz dissocié présentant un pouvoir calorifique supérieur de 3490 kcal/Nm3, et la composition suivante :
EMI2.3
Go2 c 2H 4 02 CO H2 GH N2 1,6 0,8 0,4 5,8 61,6 13,3 16,0% en vol.
3 ) En partant de 15,0 m3 d'un gaz présentant la composition :
EMI2.4
Go2 c 2H 4 02 CO % CH 4 PT2 -------------- r..... ---------------- . - 2,0 2,1 0,8 13,6 12,8 49,4 19,3% en vol., on obtient avec 37,5 m3 d'air, en une heure et à une température de réaction d'environ 1.000 C,un volume de 92m3 de gaz dissocié, avec un rendement de dissociation de 73,3 et la composition suivante :
EMI2.5
C02 G 2 H 4 02 Go H2 CH 4 N2
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1,4 - 1,3 17,3 33,4 3,6 43,0% en vol.
4 ) 44,06 m3 d'un gaz de départ présentant un pouvoir calorifique supérieur de 5443 kcal/Nm3, et la. composition suivante :
EMI3.1
C02 C2H4 02 GO H2 GH4 N2 2,2 1,8 0,8 13,0 19,2 44,0 19,0% en vol. donnent, avec 50 kg de vapeur d'eau, en deux heures, à une température d' environ 1.100 C, un volume de 79,5 m3 de gaz dissocié, présentant un,pou- voir calorifique supérieur de 3029 kcal/Nm3, et la composition suivante : C02 C2H4 O2 GO H2 CH4 N2 1,4 0,2 0,3 15,9 60,7 7,0 14,5% en vol . avec un rendement de 71,4%.
Pour tous ces exemples, on utilise 1.000 kg de coke.
5 ) Dans une chambre de cokéfaction, remplie de 19,6 t de charbon correspondant à 14,7 t de coke, et après une période de carbonisation d'une durée de 20 heures (5/6 de la période de carbonisation totale), on fait passer 427,5 m3 d'un gaz contenant 56,0% en vol. de méthane et 7,4% en vol. d'hydrogène. Pour le CH4, ceci correspond à une quantité de 239,40 m3.
Il reste un mélange de 735 m3 de gaz de coke et de gaz dissocié présentant la composition suivante : CO2 = 0,3% en vol; CO = 8,3% en vol; H2 = 73,8% en vol; CH4 = 10,3% en vol: N2 = 7,3% en vol.
Ce qui correspond à 75,71 m pour le CH4.
A condition que la teneur en méthane ne se modifie pas, et pour une quantité moyenne de gaz de 172,5 m3 avec 18,4 % en vol de CH4, la proportion de CH4 pour le gaz de coke est de 31,74 m3.
Le gaz résiduel contient donc encore 75,71 - 31,74 = 43,97 m3 de CH4.
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PROCESS FOR THE MANUFACTURING OF HYDROGEN FROM METHANE OR
GAS CONTAINING METHANE.
It is known that hydrogen can be obtained from methane by passing the methane over silicon, nickel or catalysts containing nickel at a relatively high temperature. Soot deposits require that the catalyst be renewed or regenerated from time to time. It is also possible to proceed by introducing with the methane oxygen or air to thereby prevent premature deactivation of the catalyst. In spite of everything, it is still necessary to renew or regenerate the catalyst, albeit in longer intervals.
It is also known to pass through a reaction chamber a mixture of methane with or without water vapor and oxygen at high speed at temperatures above 1,000 C. In this process, carbon monoxide and carbon are obtained. 'hydrogen with negligible proportions of acetylene.
The object of the present invention is a process for the production of hydrogen starting from methane or gas containing methane characterized by the use, as catalyst, of a "virgin" coke, that is to say. - say of a coke which has not yet undergone contact with water or with air To obtain this coke, one can optionally use a mixture of coal and lignite, because the latter gives the coke a particularly strong catalytic action thanks to its high ash content. For the preparation of the catalysts, it is generally possible to use any coals or mixtures of coals, provided that they give a porous coke by virtue of their content of volatile constituents.
The catalytic action can be increased by adding catalysts, for example oxides or salts of iron, aluminum, tungsten, molybdenum, etc.
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charcoal which must be coked.
It has also been found that it is possible to combine the coking process with the process according to the invention for obtaining hydrogen.
This can be done by passing the hydrocarbons over the coke directly as it leaves the coking plant. The operation is preferably carried out in the presence of water vapor, which prevents or reduces the separation of carbon and increases the yield of hydrogen.
The dissociation of methane requires a supply of heat even if one operates in the presence of water vapor. It has further been found that it is possible to generate the heat necessary for this purpose by establishing contact between the coke and the air mixed with the gas to be dissociated or separately the contact of the coke with the gas and with the gas. air. This latter embodiment offers the advantage that only the carbon resulting from the dissociation of methane is burned or consumed, and not the methane or the gas containing methane.
Preferably, the reaction is carried out in such a way that it mainly gives off carbon monoxide.
EXAMPLES.
1) 25 m 3 of methane (92.2% CH4) give, by dissociation over a pure coke catalyst, at 1000 ° C. and in one hour, 47 m 3 of evolved gas, which corresponds to a yield of 77.8%.
The gas evolved has the following composition:
EMI2.1
G02 C 2 H 4 02 CO a # CH4 IT 2 0.2 1.0 0.2 7.0 74.4 10.3 6.4% by vol.
2) Starting from 100.17 m3 of a gas having a higher calorific value of 5535 kcal / Nm3, and the following composition:
EMI2.2
Go 2 CZH4 O2 CO Hz C Tif 4 il 2 1.6 1.2 1.0 10.4 17.3 47.2 20.3% by vol., Which is passed over the coke catalyst brought to 1.000 C, we obtain, in 3 hours, 148.5 m3 of dissociated gas having a higher calorific value of 3490 kcal / Nm3, and the following composition:
EMI2.3
Go2 c 2H 4 02 CO H2 GH N2 1.6 0.8 0.4 5.8 61.6 13.3 16.0% by vol.
3) Starting from 15.0 m3 of a gas having the composition:
EMI2.4
Go2 c 2H 4 02 CO% CH 4 PT2 -------------- r ..... ----------------. - 2.0 2.1 0.8 13.6 12.8 49.4 19.3% by volume, one obtains with 37.5 m3 of air, in one hour and at a reaction temperature of approximately 1,000 C, a volume of 92m3 of dissociated gas, with a dissociation efficiency of 73.3 and the following composition:
EMI2.5
C02 G 2 H 4 02 Go H2 CH 4 N2
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1.4 - 1.3 17.3 33.4 3.6 43.0% by vol.
4) 44.06 m3 of a starting gas having a higher calorific value of 5443 kcal / Nm3, and la. following composition:
EMI3.1
C02 C2H4 02 GO H2 GH4 N2 2.2 1.8 0.8 13.0 19.2 44.0 19.0% by vol. give, with 50 kg of water vapor, in two hours, at a temperature of about 1,100 C, a volume of 79.5 m3 of dissociated gas, having a higher calorific power of 3029 kcal / Nm3, and the following composition: C02 C2H4 O2 GO H2 CH4 N2 1.4 0.2 0.3 15.9 60.7 7.0 14.5% by vol. with a yield of 71.4%.
For all these examples, 1,000 kg of coke are used.
5) In a coking chamber, filled with 19.6 t of coal corresponding to 14.7 t of coke, and after a carbonization period lasting 20 hours (5/6 of the total carbonization period), 427.5 m3 of a gas containing 56.0% by volume are passed through. of methane and 7.4% by vol. of hydrogen. For CH4, this corresponds to a quantity of 239.40 m3.
There remains a mixture of 735 m3 of coke gas and of dissociated gas having the following composition: CO2 = 0.3% by volume; CO = 8.3% by volume; H2 = 73.8% by vol; CH4 = 10.3% by volume: N2 = 7.3% by volume.
This corresponds to 75.71 m for CH4.
Provided that the methane content does not change, and for an average quantity of gas of 172.5 m3 with 18.4% by volume of CH4, the proportion of CH4 for the coke gas is 31.74 m3.
The residual gas therefore still contains 75.71 - 31.74 = 43.97 m3 of CH4.