CH319165A - Verfahren zur kombinierten Reinigung und Methanisierung von Kohlenoxyde und Wasserstoff enthaltenden Gasgemischen - Google Patents

Verfahren zur kombinierten Reinigung und Methanisierung von Kohlenoxyde und Wasserstoff enthaltenden Gasgemischen

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CH319165A
CH319165A CH319165DA CH319165A CH 319165 A CH319165 A CH 319165A CH 319165D A CH319165D A CH 319165DA CH 319165 A CH319165 A CH 319165A
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CH
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Walter Dr Rottig
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Ruhrchemie Ag
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10KPURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/02Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment
    • C10K3/04Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment reducing the carbon monoxide content, e.g. water-gas shift [WGS]

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Description


  Verfahren zur kombinierten Reinigung und     Methanisierung    von Kohlenoxyde  und Wasserstoff enthaltenden Gasgemischen    Der Heizwert und die Gebrauchseigen  schaften von Kohlenoxyde (C0, C0<B><I><U>,</U></I></B>) und  Wasserstoff enthaltenden technischen Gasen  lassen sieh durch katalytische     Methanisierung     bekanntlich weitgehend verbessern. Im Gas  enthaltenes Kohlenoxyd     und/oder    Kohlen  dioxyd werden hierbei mit im Gasgemisch vor  handenem Wasserstoff zu Methan hydriert.

    Wenn bei     kohlenoxvdreichen    Gasen kein aus  reichender Wasserstoffgehalt vorhanden ist,  kann der     Methanisierung    eine Konvertierung       vorgeschaltet    werden, die unter Zusatz von  Wasserdampf einen Teil des     vorhandenen          Kohlenoxyds    in Wasserstoff und Kohlen  dioxyd umsetzt. Nach     Auswaschung,    einer  mehr oder weniger grossen     Kohlensäuremenge     ist, eine     1Iethanisierung    möglich.  



  Die     llethanisierung    wird zur Gewinnung  Z an     hochwertigen    Treibgasen und zur Entgif  tung- von Stadtgas verwendet. Auf diese Weise  kann man Gase mit einem zwischen beispiels  weise 6000-7000     WE/m-    liegenden Heizwert       ,gewinnen.    Ein weiterer Vorteil besteht darin,  dass     methanisierte    Gase ausserordentlich rein  sind, so     class    sieh die Betriebssicherheit der  damit gespeisten Vorrichtungen und Appa  rate wesentlich erhöht.  



  Als     llethanisierungskataly        satoren    werden  technisch vornehmlich Nickel enthaltende Ka  talysatoren verwendet. Hierfür sind verschie  dene Zusammensetzungen und Herstellungs-    verfahren bekanntgeworden. Voraussetzung  für eine dauernd gleichbleibende     Aktivität     und lange Lebensdauer dieses Katalysators  ist jedoch eine möglichst weitgehende Rein  heit des zu     methanisierenden    Gases.

       Aktivi-          tätsschädigend    sind vornehmlich anorganische  und organische Schwefelverbindungen und so  genannte     Harzbildner,    das heisst     ungesättigte          Kohlenwasserstoffe    und Kohlenwasserstoffver  bindungen, die sich unter Umständen zu hoch  molekularen Stoffen     polymerisieren    können.  



  Zur Entfernung der     aktivitätsschädigen-          den    Gasbestandteile, insbesondere der anorga  nischen und organischen Schwefelverbindun  gen, sind zahlreiche Verfahren bekannt. Der  anorganisch gebundene Schwefel wird bei  spielsweise mit. schwach     alkalisierten    Eisen  oxydmassen entfernt. Zur Entfernung des  organischen Schwefels werden technisch zum  Beispiel     Eisenoxydmassen    mit etwa     301/o          Sodagehalt    bei Temperaturen um I50  be  nutzt. Weiterhin ist die Verwendung von Ak  tivkohle sowie von Waschflüssigkeiten (Me  thanol,     Alkazitlauge)    bekanntgeworden.

   Diese  Verfahren arbeiten sämtlich bei unterhalb von  200  liegenden Temperaturen, vorzugsweise  bei Raumtemperatur und noch niedrigeren  Temperaturen.  



  Es ist auch bekannt, zur Reinigung von  Schwefelwasserstoff und organischen Schwe-    
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    fel <SEP> enthaltenden <SEP> Gasen <SEP> Erdalkaliv <SEP> erbindun  gen <SEP> zu <SEP> verwenden. <SEP> Diese <SEP> Arbeitsweise <SEP> wurde
<tb>  bisher <SEP> nur <SEP> in <SEP> Form <SEP> von <SEP> ruhenden <SEP> Katalysa  torschichten <SEP> durchgeführt.

   <SEP> Befriedigende <SEP> Er  gebnisse <SEP> sind <SEP> dabei <SEP> bisher <SEP> kaum <SEP> erzielt <SEP> wor  den, <SEP> insbesondere <SEP> deshalb, <SEP> weil <SEP> als <SEP> Folge <SEP> des
<tb>  hohen <SEP> Schwefelgehaltes <SEP> und <SEP> der <SEP> störenden
<tb>  Harzbildner, <SEP> die <SEP> in <SEP> industriellen <SEP> Gasen <SEP> vor  handen <SEP> sind, <SEP> die <SEP> Lebensdauer <SEP> der <SEP> aus <SEP> Erd  alkaliverbindungen <SEP> bestehenden <SEP> Reinigungs  massen <SEP> nur <SEP> gering <SEP> war.
<tb>  Es <SEP> wurde <SEP> gefunden, <SEP> dass <SEP> sich <SEP> die <SEP> Reini  gung <SEP> und <SEP> anschliessende <SEP> Methanisierung <SEP> mit
<tb>  besonders <SEP> gutem <SEP> technischem <SEP> und <SEP> wirtschaft  lichem <SEP> Erfolg <SEP> durchführen <SEP> lässt, <SEP> wenn <SEP> die <SEP> C0,

  
<tb>  C02 <SEP> und <SEP> H@ <SEP> neben <SEP> andern <SEP> Bestandteilen <SEP> ent  haltenden <SEP> Gase <SEP> bei <SEP> praktisch <SEP> gleichbleibender
<tb>  Temperatur <SEP> von <SEP> 350-600 , <SEP> vorzugsweise <SEP> von
<tb>  400-500 , <SEP> drei <SEP> hintereinandergesehaltete <SEP> Wir  belschichten <SEP> aus <SEP> feinkörnigen <SEP> Stoffen <SEP> durch  strömen, <SEP> von <SEP> denen <SEP> die <SEP> erste <SEP> aus <SEP> einem <SEP> aus  gebrauchten, <SEP> oxydierten <SEP> und <SEP> geschwefelten,
<tb>  Nickel, <SEP> Magnesiumoxyd <SEP> und <SEP> Kieselgar <SEP> auf  weisenden <SEP> illethanisierungskatalysator, <SEP> die
<tb>  zweite <SEP> aus <SEP> alkalischen <SEP> Erdalkaliverbindun  gen, <SEP> vorzugsweise <SEP> Kalziumoxy <SEP> d <SEP> und/oder <SEP> Kal  ziumcarbonat, <SEP> und <SEP> die <SEP> dritte <SEP> aus <SEP> einem <SEP> fri  schen, <SEP> Nickel,

   <SEP> Magnesiumoxyd <SEP> und <SEP> Kieselgar
<tb>  entstehenden <SEP> Methanisierungskatalysator <SEP> auf  gebaut <SEP> ist. <SEP> Überraschend <SEP> war, <SEP> dass <SEP> der <SEP> opti  male <SEP> Temperaturbereich <SEP> für <SEP> jede <SEP> der <SEP> drei
<tb>  Wirbelschichten <SEP> auf <SEP> der <SEP> gleichen <SEP> Höhe <SEP> liegt,
<tb>  wodurch <SEP> eine <SEP> technisch, <SEP> wirtschaftlich <SEP> und
<tb>  verfahrensmässig <SEP> besonders <SEP> günstige <SEP> Anwen  dungsmöglichkeit <SEP> erreicht <SEP> werden <SEP> kann.
<tb>  Die <SEP> Gasbehandlung <SEP> lässt <SEP> sich <SEP> bei <SEP> norma  lem, <SEP> vorzugsweise <SEP> jedoch <SEP> erhöhtem <SEP> Druck,
<tb>  beispielsweise <SEP> bei <SEP> 1-35 <SEP> kg/em , <SEP> insbesondere
<tb>  bei <SEP> 5-2.5 <SEP> kg/em2, <SEP> durchführen.

   <SEP> Entsprechend
<tb>  dem <SEP> Arbeitsdruck <SEP> mass <SEP> eine <SEP> angepasste <SEP> Gas  belastung <SEP> zur <SEP> Aufrechterhaltung <SEP> einer <SEP> gleich  mässigen <SEP> Wirbelschicht <SEP> eingehalten <SEP> werden.
<tb>  Der <SEP> Nickel. <SEP> Magnesiumoxy <SEP> d <SEP> und <SEP> Kieselgar <SEP> ent  haltende <SEP> Methanisierungskatalysator <SEP> erfordert.
<tb>  zur <SEP> Aufwirbelung <SEP> eine <SEP> lineare <SEP> Gasgeschwin  digkeit <SEP> von <SEP> effektiv <SEP> 2-15 <SEP> em/see, <SEP> vorteilhaft
<tb>  4-8 <SEP> cm/sec. <SEP> Die <SEP> Korngrösse <SEP> des <SEP> Katalysators
<tb>  soll <SEP> zweckmässig <SEP> zwischen <SEP> etwa. <SEP> 500-5000 <SEP> Ma-     
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    sehen <SEP> je <SEP> em2 <SEP> liegen.

   <SEP> Geringe <SEP> Anteile <SEP> von <SEP> klei  neren <SEP> oder <SEP> grösseren <SEP> Katalysatorkörnern <SEP> ver  ursachen <SEP> keine <SEP> Störung.
<tb>  Das <SEP> erfindungsgemässe <SEP> Verfahren <SEP> kann
<tb>  derart <SEP> durchgeführt <SEP> werden, <SEP> dass <SEP> man <SEP> das
<tb>  Gas <SEP> nach <SEP> der <SEP> Entfernung <SEP> von <SEP> Schwefelwasser  stoff <SEP> mit <SEP> seinem <SEP> Gehalt <SEP> an <SEP> organischen <SEP> Scliwe  felverbindungen <SEP> und <SEP> Harzbildnern <SEP> bei <SEP> einem
<tb>  KOhlenoxyd-Wasserstoff-Verhältnis <SEP> von <SEP> 1 <SEP> :10
<tb>  bis <SEP> 1 <SEP> <B>:

  0,5</B> <SEP> zunächst <SEP> über <SEP> einen <SEP> aufgewirbelten
<tb>  oxydierten <SEP> und <SEP> geschwefelten, <SEP> Nickel, <SEP> l1agne  siumoxyd <SEP> und. <SEP> Kieselglir <SEP> enthaltenden <SEP> Metha  nisierungskatalysator@ <SEP> leitet. <SEP> Die <SEP> Reaktions  temperatur <SEP> soll <SEP> hierbei <SEP> zwischen <SEP> 350-600 ,
<tb>  vorzugsweise <SEP> zwischen <SEP> 400-500 , <SEP> liegen.

   <SEP> Un  ter <SEP> diesen <SEP> Bedingungen <SEP> wird <SEP> der <SEP> organische
<tb>  Schwefel <SEP> innerhalb <SEP> der <SEP> ZVirbelsehieht <SEP> prak  tisch <SEP> quantitativ <SEP> in <SEP> Sehwefel asserstoff <SEP> über  geführt, <SEP> während <SEP> die <SEP> harzbildenden <SEP> Bestand  teile <SEP> zu <SEP> gesättigten <SEP> Verbindungen <SEP> hydriert
<tb>  werden.
<tb>  Die <SEP> nächste <SEP> 1V <SEP> irbelschieht <SEP> ist <SEP> zur <SEP> Entfer  nung <SEP> des <SEP> in <SEP> der <SEP> ersten <SEP> 1Virbelschieht <SEP> gebil  deten <SEP> Schwefelwasserstoffes <SEP> bestimmt.

   <SEP> Zur
<tb>  Entfernung <SEP> des <SEP> Schwefelwasserstoffes <SEP> durch
<tb>  Oxydation <SEP> zu <SEP> sauerstoffhaltigen <SEP> Schwefelver  bindungen <SEP> sowie <SEP> anschliessende <SEP> Absorption
<tb>  dieser <SEP> Verbindungen <SEP> zu <SEP> Schwefel, <SEP> Sulfat <SEP> usw.
<tb>  werden <SEP> aufgewirbelte <SEP> feinkörnige <SEP> alkalische
<tb>  Erdalkaliverbindung-en <SEP> verwendet, <SEP> insbeson  dere <SEP> gebrannter <SEP> Kalk <SEP> oder <SEP> Kalkstein <SEP> (CaCO#,)
<tb>  -eei-netel@ <SEP> Korngrösse. <SEP> die <SEP> beispielsweise <SEP> durch
<tb>  Siebe <SEP> von <SEP> <B>750</B> <SEP> und <SEP> <B>10000</B> <SEP> llasehen/em2 <SEP> hin  durchgehen.

   <SEP> Diesen <SEP> alkalischen <SEP> Erdalkaliv <SEP> er  bindungen <SEP> werden <SEP> zweckmässig <SEP> kleine <SEP> 31engen
<tb>  an <SEP> Aktivatoren <SEP> zu-esetzt, <SEP> die <SEP> aus <SEP> sauerstoff  haltigen <SEP> Vei,bindunYen <SEP> des <SEP> Eisens, <SEP> Alumi  niums, <SEP> Titans <SEP> oder <SEP> Siliziums <SEP> bestehen <SEP> können.
<tb>  Derartige <SEP> Katalysatoren <SEP> bewirken <SEP> gleichzeitig
<tb>  eine <SEP> Oxydation <SEP> des <SEP> Schwefelwasserstoffes <SEP> und
<tb>  die <SEP> Absorption <SEP> der <SEP> gebildeten <SEP> Schwefeloxyde.
<tb>  Bei <SEP> dieser <SEP> Sehwefelwasserstoff-Entfernung
<tb>  müssen <SEP> natürlich <SEP> geringe <SEP> Mengen <SEP> von <SEP> Sauer  stoff <SEP> anwesend <SEP> sein.

   <SEP> Den <SEP> erforderlichen <SEP> Sauer  stoff <SEP> führt <SEP> man <SEP> beispielsweise <SEP> in <SEP> Form <SEP> von
<tb>  konzentriertem <SEP> Sauerstoff <SEP> oder <SEP> in <SEP> Form <SEP> von
<tb>  Luft <SEP> in <SEP> das <SEP> zu <SEP> reinigende <SEP> Gasgemisch <SEP> ein. <SEP> Die
<tb>  Menge <SEP> an <SEP> Sauerstoff <SEP> soll, <SEP> berechnet <SEP> nach              ILS    + 5 0 =     SO4    +     HGO,    im     LTberschiiss    vor  handen sein, und zwar zwischen der 2- bis       10fachen,    vorzugsweise 4- bis 7fachen der aus  obiger Gleichung ersichtlichen Menge.  



  Bei der Verwendung der     Erda.lkaliverbin-          dungen    erfolgt die Entfernung des Schwefel  wasserstoffes praktisch bei der gleichen Tem  peratur, die zur Umwandlung der organischen       Sehwefelverbindtingen    in Schwefelwasserstoff  erforderlich ist. Im Gegensatz zu andern Ver  fahren, die in der ersten Stufe eine Umwand  lung des organischen Schwefels bei hoher  Temperatur und im Anschluss daran eine Ent  fernung des     Schwefehvasserstoffes,    z. B. mit  alkalischem Eisenoxyd, bei tiefer     Temperatur     durchführen, arbeitet das erfindungsgemässe  Verfahren in beiden Stufen bei praktisch un  veränderter Temperaturhöhe.

   Zwischen bei  den Stufen ist also keine     Gaskühlung        erfor-          derlich,was    verfahrensmässig eine erhebliche  Erleichterung und     Verbilligung    der Gas  behandlung     zier    Folge hat.  



  Mit Rücksicht auf das höhere spezifische       (xewieht    der     Erdallialiverbindiingen    muss zur       Bildring    einer     gut    arbeitenden     '@Tirbelschicht     die Gasgeschwindigkeit entsprechend erhöht  werden. Günstig sind     effektive    Gasgeschwin  digkeiten zwischen 8-60     cm/see,    vorzugsweise  I2-50     em/sec.     



  Mit Hilfe von     Erdalkaliverbindungen    und       zugemischten    geringen Sauerstoffmengen wird  der im Gas vorhandene     Schwefelwasserstoff     vorwiegend in Sulfat umgewandelt. Daneben  entstehen in mehr oder weniger grosser Menge  <B>i</B> aueli     Sulfit,        Thiosulfat    und kleine Mengen       voll        Stilficl.     



  Die     Erdalkaliverbindungen    zeigen bereits  nach nur teilweiser Beladung keine restlose  Absorption mehr für die im Gas vorhandenen  oxydierten     Schwefelverbindungen.    Aus diesem       Grunde        verwendet    man zweckmässig zwei oder  mehr     hintereinandergeschaltete    Reaktoren.

   Im  ersten     Reaktor    erfolgt     aueli        naeli    dem     Durch-          bi-ttch    der Schwefelverbindungen immer noch  eine erhebliche Aufnahme von     Schwefel-          Sauerstoff-Verbindungen.    Mit dieser Arbeits  weise kann die Ausnutzung einer beispiels  weise aus gebranntem Kalk oder Kalkstein    bestehenden     Katalysatormasse    beispielsweise  in drei Stufen bis zu einer Grenze von etwa       70        bis        80        %        der        theoretischen     <RTI  

   ID="0003.0050">   Aufnahmefähig-          keit    getrieben werden.  



  Nach der zweiten, in Form einer Wirbel  schicht arbeitenden Reinigungsstufe wird das       null    praktisch schwefelfreie Gas der eigent  lichen     Methanisierungszone    zugeführt. Auch  diese arbeitet mit einer Wirbelschicht des zu  verwendenden     1AIethanisiei-Lingskatalysators.     Bei wasserstoffreichen Gasen, die ausrei  chende Wasserstoffmengen zur Umwandlung  des im Gasgemisch vorhandenen Kohlenoxyds  und Kohlendioxyds enthalten, entsprechen die  Arbeitsbedingungen, das heisst. die Gasge  schwindigkeit und die pro Zeiteinheit durch  gesetzte Gasmenge, praktisch den     Arbeits-          bedingungen    der ersten Stufe, da es sich in  beiden Fällen um einen Katalysator gleicher  Zusammensetzung handelt.  



  Wenn das zu behandelnde Gas ausrei  chende Mengen von Wasserstoff für die Hy  drierung des Kohlenoxyds und Kohlendioxyds  enthält, dann arbeitet die     Methanisierungs-          zone    ohne Zusatz von Wasserdampf. Wenn  Wasserstoff in     unzureichender    Menge vorhan  den ist, dann muss während der     Methanisie-          rung    Wasserdampf eingeblasen werden. Ent  sprechend der eingeführten Wasserdampf  menge ist eine Senkung der Gasbelastung er  forderlich, um die effektive Gasgeschwindig  keit für eine gleichmässig arbeitende Wirbel  schicht konstant zu halten.

   Bei sehr     kohlen-          oxyclreichen    Gasen muss verhältnismässig     viel     Wasserdampf zugesetzt werden, mit abneh  mendem     Kolilenoxydgehalt    vermindert sich  die     Wasserdampfmenge    entsprechend. Wenn  das     zil    verarbeitende Gas auf einen Raumteil  Kohlenoxyd beispielsweise einen Raumteil  Wasserstoff enthält., dann reichen etwa 100  bis 150 Raumteile Wasserdampf je 100 Raum  teile Kohlenoxyd ungefähr aus, um eine etwa       50o/oige    Konvertierung des Kohlenoxyds     und     eine etwa     50o/oige        Methanisierung    des Gases  zu erzielen.

   Der     Kohlenoxydumsatz    erfolgt  praktisch quantitativ. Das behandelte Gas  enthält nur noch geringe Mengen von Wasser  stoff, was für die Herstellung von methan-    
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    reichen <SEP> Gasen <SEP> ausserordentlich <SEP> wichtig <SEP> ist.
<tb>  MTenn <SEP> man <SEP> die <SEP> entsprechend <SEP> der <SEP> erfindungs  gemässen <SEP> Arbeitsweise <SEP> entstandene <SEP> Kohlen  säure <SEP> in <SEP> an <SEP> sich <SEP> bekannter <SEP> Weise <SEP> auswäscht,
<tb>  kann <SEP> man <SEP> Gase <SEP> gewinnen,

   <SEP> die <SEP> über <SEP> 901/o
<tb>  Methan <SEP> enthalten.
<tb>  Infolge <SEP> der <SEP> verwendeten <SEP> Katalysatorwir  belschichten <SEP> liegt <SEP> die <SEP> Arbeitstemperatur <SEP> beim
<tb>  erfindungsgemässen <SEP> Metbanisierungsverfahren
<tb>  erheblich <SEP> höher <SEP> als <SEP> bei <SEP> Verwendung <SEP> von <SEP> fest.
<tb>  angeordneten <SEP> Katalysatoren.

   <SEP> Die <SEP> besten <SEP> Er  gebnisse <SEP> werden, <SEP> insbesondere <SEP> bei <SEP> Verarbei  tung <SEP> von <SEP> kohlenozydreichen <SEP> Gasen <SEP> und <SEP> Zu  führung <SEP> von <SEP> Wasserdampf, <SEP> bei <SEP> oberhalb <SEP> von
<tb>  400  <SEP> liegenden <SEP> Temperaturen <SEP> erzielt.
<tb>  In <SEP> der <SEP> dritten <SEP> Stufe, <SEP> das <SEP> heisst <SEP> bei <SEP> der
<tb>  eigentlichen <SEP> Methanisierung, <SEP> müssen <SEP> inner  halb <SEP> der <SEP> Wirbelschicht <SEP> des <SEP> Methanisierungs  katalysators <SEP> Kühlelemente <SEP> liegen, <SEP> die <SEP> eine
<tb>  wirkungsvolle <SEP> Abführung <SEP> der <SEP> entstehenden
<tb>  Reaktionswärme <SEP> ermöglichen.

   <SEP> In <SEP> den <SEP> beiden
<tb>  ersten <SEP> Behandlungsstufen <SEP> ist <SEP> keine <SEP> Kühlung
<tb>  erforderlich, <SEP> da <SEP> hier <SEP> keine <SEP> -##@Tärmemengen <SEP> frei
<tb>  werden.
<tb>  Die <SEP> vom <SEP> Arbeitsdruek <SEP> abhängige <SEP> Gasbela  stung <SEP> aller <SEP> drei <SEP> Stufen <SEP> kann <SEP> in <SEP> weiten <SEP> Gren  zen <SEP> geändert <SEP> werden <SEP> und <SEP> sich <SEP> beispielsweise
<tb>  auf <SEP> ungefähr <SEP> 300 <SEP> bis <SEP> über <SEP> 5000 <SEP> Raumteile <SEP> Gas
<tb>  je <SEP> Raumteil <SEP> Katalysator <SEP> und <SEP> Stunde <SEP> (= <SEP> Raum  geschwindigkeit) <SEP> belaufen.

   <SEP> Während <SEP> bei <SEP> der
<tb>  ersten <SEP> und <SEP> auch <SEP> zweiten <SEP> Stufe <SEP> praktisch <SEP> aus  nahmslos <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Gasführung <SEP> in <SEP> geradem
<tb>  Durchgang <SEP> gearbeitet <SEP> wird, <SEP> ist <SEP> in <SEP> der <SEP> dritten
<tb>  Stufe <SEP> der <SEP> eigentlichen <SEP> Methanisierung <SEP> gege  benenfalls <SEP> die <SEP> Anwendung <SEP> eines <SEP> Kreislaufes,
<tb>  das <SEP> heisst <SEP> Rückführung <SEP> einer <SEP> mehr <SEP> oder <SEP> weni  ger <SEP> grossen <SEP> Restgasmenge, <SEP> vor <SEP> den <SEP> Metha.ni  sierungsofen <SEP> günstig.

   <SEP> Die <SEP> Höhe <SEP> des <SEP> Kreislauf  verhältnisses <SEP> liegt <SEP> etwa <SEP> zwischen <SEP> 0,5-5, <SEP> vor  teilhaft <SEP> 1-2.
<tb>  Das <SEP> erfindungsgemäss <SEP> mit <SEP> drei <SEP> hinterein  andergeschalteten <SEP> IVirbelschicht.en <SEP> arbeitende
<tb>  Verfahren <SEP> hat <SEP> den <SEP> Vorteil, <SEP> dass <SEP> die <SEP> drei <SEP> Ab  schnitte <SEP> der <SEP> Gasmethanisierung, <SEP> das <SEP> beisst <SEP> die
<tb>  Umwandlung <SEP> des <SEP> organischen <SEP> Sehwefels, <SEP> die
<tb>  Entfernung <SEP> des <SEP> hierbei <SEP> entstehenden <SEP> Sehwe  felwasserstoffes <SEP> und <SEP> die <SEP> eigentliche <SEP> Methani  sierung <SEP> praktisch <SEP> bei <SEP> der <SEP> gleichen <SEP> Tempera-     
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    tur <SEP> durehgeführt <SEP> werden <SEP> können.

   <SEP> Eine <SEP> Küh  lung <SEP> und <SEP> Wiederaufheizung <SEP> des <SEP> Gases <SEP> zwi  sehen <SEP> den <SEP> einzelnen <SEP> Stufen <SEP> ist <SEP> nicht <SEP> mehr
<tb>  erforderlich. <SEP> Es <SEP> genügt <SEP> vielmehr <SEP> eine <SEP> ein  malige <SEP> Erhitzung <SEP> des <SEP> Gases <SEP> auf <SEP> 400-500  <SEP> C
<tb>  vor <SEP> der <SEP> ersten <SEP> Stufe <SEP> der <SEP> Gasbehandlung. <SEP> Auf
<tb>  diese <SEP> Weise <SEP> lässt <SEP> sich <SEP> die <SEP> technische <SEP> Methani  sierung <SEP> bei <SEP> wesentlich <SEP> verminderten <SEP> Betriebs  und <SEP> Anlagekosten <SEP> erheblich <SEP> vorteilhafter
<tb>  durebführen <SEP> als <SEP> nach <SEP> bisher <SEP> üblichen <SEP> Ver  fahren.

   <SEP> Die <SEP> zur <SEP> Dureliführung <SEP> des <SEP> Verfah  rens <SEP> erforderlichen <SEP> drei <SEP> Wirbelsehiehten <SEP> kön  nen <SEP> übereinander <SEP> in <SEP> einem <SEP> zusammenhängen  den <SEP> Apparategehäuse <SEP> oder <SEP> nebeneinander <SEP> in
<tb>  verschiedenen <SEP> Apparaten <SEP> erzeugt <SEP> werden.
<tb>  Ein <SEP> besonderer <SEP> Vorteil <SEP> der <SEP> vorstehend <SEP> ge  sebilderten <SEP> Arbeitsweise <SEP> besteht <SEP> darin, <SEP> dass
<tb>  bei <SEP> der <SEP> Methanisierung <SEP> ein <SEP> nunmehr <SEP> v <SEP> ollstän  dig <SEP> kontinuierlicher <SEP> Betrieb <SEP> aller <SEP> Stufen <SEP> mög  lieh <SEP> ist.

   <SEP> Die <SEP> Answeehslung <SEP> des <SEP> verbrauchten
<tb>  Katalysators <SEP> war <SEP> früher <SEP> mit <SEP> einem <SEP> Betriebs  stillstand <SEP> verbunden, <SEP> der <SEP> bei <SEP> Anwendung, <SEP> des
<tb>  erfindungs,emässen <SEP> Verfahrens <SEP> vermieden
<tb>  wird.
<tb>  Wenn <SEP> die <SEP> abziehenden <SEP> Gase <SEP> geringe <SEP> Kata  l@-satormengen <SEP> aus <SEP> der <SEP> Metlianisierungsstufe
<tb>  austragen, <SEP> \dann <SEP> lassen <SEP> sieh <SEP> diese <SEP> Verluste
<tb>  ohne <SEP> Unterbreehung <SEP> des <SEP> Betriebes <SEP> leicht <SEP> er  setzen. <SEP> Eine <SEP> kontinuierliche <SEP> Ergänzung <SEP> der
<tb>  auftretenden <SEP> Katalysatorverlitste <SEP> ist <SEP> nicht <SEP> er  forderlich.

   <SEP> Es <SEP> genügt, <SEP> wenn <SEP> die <SEP> von <SEP> den <SEP> Gasen
<tb>  ausgetragenen <SEP> Katalysatormengen <SEP> absatms#eise
<tb>  in <SEP> grösseren <SEP> Zeitabständen, <SEP> beispielsweise <SEP> je  weils <SEP> nach <SEP> \3-3 <SEP> Woehen, <SEP> ergänzt <SEP> werden.
<tb>  Hierbei <SEP> wird <SEP> mit <SEP> Hilfe <SEP> einer\ <SEP> Schleuse, <SEP> die
<tb>  man <SEP> mit <SEP> frischem, <SEP> reduzierendem <SEP> Katalysator
<tb>  und <SEP> inerten <SEP> Gasen <SEP> füllt, <SEP> die <SEP> vorgesehene <SEP> Ka  talysatormenge <SEP> in <SEP> den <SEP> Rohrraum <SEP> eingeführt.
<tb>  Wenn <SEP> die <SEP> methanisierten <SEP> Gase <SEP> beim <SEP> nor  malen <SEP> Betrieb <SEP> keinen <SEP> Katalysator <SEP> austragen,

  
<tb>  dann <SEP> kann <SEP> man <SEP> durch <SEP> eine <SEP> kurzzeitige <SEP> Er  höhung <SEP> der <SEP> linearen <SEP> Gasgesehwindigkeit <SEP> die
<tb>  gewünschte <SEP> Katalysatormenge <SEP> zwangläufig
<tb>  austragen, <SEP> damit <SEP> sie <SEP> durch <SEP> Einführung <SEP> von
<tb>  frischem <SEP> Katalysator <SEP> ergänzt <SEP> werden <SEP> kann.
<tb>  Auf <SEP> diese <SEP> Weise <SEP> lässt <SEP> sieh <SEP> ohne <SEP> LTnterbre  ehung <SEP> des <SEP> kontinuierliehen <SEP> Betriebes <SEP> die <SEP> er  forderlielie <SEP> Ausweehslung <SEP> von <SEP> verbrauchten              Katalysatormengen    unter Zuführung von     fri-          seliem    Katalysator ausführen.  



  Die hierzu erforderliche Erhöhung der       (lassti-öniungsgescliwindigkeit    lässt sieh beim  Vorhandensein von mehreren parallel geschal  teten     Katalysatoröfen    in einfachster Weise  durch Stillsetzung eines Teils der     Katalysa-          toröfen    erreichen. Die in Betrieb bleibenden       Katalysatoreinheiten    stehen dann unter erhöh  ter     Gasströmungsgesehwindigkeit,    die zwang  läufig zur     Austrag@ing    der gewünschten     Ka-          talysatormenge    führt.  



  In gleicher Weise lässt sich die Ergänzung  des Katalysators auch bei der nach dem Wir  helsehielitverfahren     durchgeführtenEntschwe-          felung    und Hydrierung durchführen.  



  <I>Beispiel</I>  Durch ein senkrecht stehendes Reaktions  rohr von 1,5 m Länge und 56 mm lichter  Weite, in dem sieh 1 Liter (Schichthöhe 50     ein)     eines ausgebrauchten, oxydierten und     gesehwe-          ielten    Nickel-,     11agnesiumoxyd    und     Kieselg2ir     enthaltenden     Methanisierungskatalysators    be  fand, der eine Korngrösse zwischen 0,05 bis  0,25     mni    besass,

   wurden unter einem Über  druck von 10     kg/cm2    1000 Normalliter eines       praktisch    von HIS in bekannter     _NN'eise    befrei  ten Wassergases geleitet (Zusammensetzung       in        Volumenprozenten:        6,0%        C02;        40,3%        C0:          50,0%        H2;        0,3        %        CH-l;

          3,4%        N2),        das        in     100     m3    etwa 12 g organische Schwefelverbin  dungen enthielt. Der Ofen wurde mit einem       Diplienyl-Dipheniloxyd-Gemisch    auf einer       Temperatur    von ungefähr 450  gehalten. Der  organische Schwefel wurde hierbei praktisch  vollständig in Schwefelwasserstoff umgewan  delt-.  



  Das den Ofen verlassende Gas durch  strömte unmittelbar anschliessend ohne Ab  kühlung einen weiteren Ofen, in dem sieh  Kalk     (CaCO3)    befand, der aus Kalkstein  durch Zerkleinern und     Absieben    auf eine  Korngrösse von etwa 0,02-0,15 min herge  stellt worden war und der noch geringe Men  gen     SiO2,        Fe203    und     A1203    enthielt. Der  Ofen wurde     finit        Diphenyl-Diphenyloxyd    eben  falls auf 450  gehalten. Er besass einen Durch-         messer    von 26 mm und enthielt 500     cm3    Ka  talysator.

   Von diesen     öfen    waren drei     hinter-          einandergescha.ltet;    vor dem ersten Kalkreini  ger wurde dem Gas- Luft in einer Menge von  10 Normalliter pro 1000 Normalliter Wasser  gas zugesetzt. Beim Anfahren wurden schon       im        ersten        Ofen        über        90%        des        Schwefels        als     Sulfat,     Sulfit,        Thiosulfat    usw. gebunden.

   Die  restliche Menge wurde im zweiten Ofen ent  fernt, vor dem etwa     1/1o    der Luftmenge des  ersten Kalkreinigers zugesetzt wurde.     Nach-          dem        der        erste        Reiniger        mit        etwa        40%        der        stö-          chiometrischen    Menge beladen war, wurde  auch der dritte Kalkofen, ebenfalls bei 450 ,  in Betrieb genommen.

   Nach einer Beladung  von etwa     801/o    der theoretisch möglichen  Menge wurde der erste Reiniger entleert, neu  gefüllt und als dritte Stufe in Betrieb genom  men, während die ursprüngliche zweite Stufe  jetzt als erste Stufe und die ursprüngliche  dritte Stufe jetzt als zweite Stufe geschaltet  wurde.  



  Das nunmehr von Schwefelwasserstoff  bzw. organischem Schwefel bis auf einen Rest  von 0,2 g/100     m3    befreite Wassergas wurde  jetzt der eigentlichen     Methanisierung    zuge  führt. Der ebenfalls aus einem     56-mm-Rohr     bestehende Ofen enthielt 1 Liter eines durch  Fällung aus heisser Nickel- und     llagnesium-          nitratlösung    mit heisser     Sodalösung    bei     pu    =  9,0 und anschliessendes Einrühren der Kiesel  gar hergestellten Katalysators (Ni:     MgO    :     Kie-          selgur    = 100 :12 :

   50), der noch gut     ausgewa-          se.hen,    bei 1l0  getrocknet und derart     abge-          siebt    worden war, dass nach der bei 380  mit  Wasserstoff während 60 Minuten     ausgeführ-          ten        Reduktion        (Reduktionswert        80%)        eine     Korngrösse zwischen 0,25 und 0,05 mm vor  handen war.  



  Der     Methanisierungsofen    besass ein innen  angeordnetes Doppelrohr von 12 mm Aussen  durehniesser, durch das Wasserdampf zur<B>Ab-</B>  führung der Reaktionswärme strömte. Die     Be-          aufschlagung    mit Wassergas belief sich auf  stündlich<B>1.000</B> Normalliter, hinzu kamen  stündlich 400     cm3    Wasser in Form von Dampf.  (Das Verhältnis CO : H20 lag somit bei  1:1,25.) Die Reaktionstemperatur lag zwi-      sehen etwa 380 und     420 ,    der Druck bei  11     kg/em2.     



  Das den Ofen verlassende Gas hatte fol  gende Zusammensetzung (Volumenprozente)       45,51/9    CO.;     0,311/0    C0; 1,1' /o 112;     46,01/o          CHg;        7,11/o    N2, so dass, bezogen auf eingesetz  tes Kohlenoxyd, etwa 60 /o in Methan umge  wandelt und etwa     401/o    zu C02 konvertiert  worden waren.  



  Nach Auswaschen von etwa 90 % der Koh  lensäure, die in bekannter Weise vorgenom  men     wurde,    ergab sich ein Gas, das zu etwa       77%        aus        CH.r,        11,80h,        H2,        Rest        C02        neben     wenig CO und N2 bestand.  



  Die Katalysatoren und festen Bestandteile  bildeten in allen fünf Öfen mit. den durch  geleiteten Gasen schwebende Wirbelschichten       (fluidized-Schichten).  

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH - Verfahren zur Reinigung und anschlie ssenden Methanisierung von Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd und Wasserstoff neben andern Bestandteilen enthaltenden Gasgemischen, da durch gekennzeichnet, dass die Gase bei prak tisch gleichbleibender Temperatur von 350 bis 600 drei hintereinandergesehaltete, aus fein körnigen Stoffen gebildete Wirbelschichten durchströmen, von denen die erste Wirbel schicht aus einem ausgebrauchten, oxydierten und geschwefelten, Nickel, Magnesiumoxyd und Kieselgar enthaltenden Methanisierungs- katalysator,
    die zweite Wirbelschicht aus alka lischen Erdalkaliverbindungen und die dritte Wirbelschicht aus einem frischen, Nickel, Ma- gnesiumoxyd und Kieselgar enthaltenden Me- thanisierungskatalysator aufgebaut ist. L'N TER.ANSPRL'CHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass bei einer praktisch gleichbleibenden Temperatur von 400-500 gearbeitet wird. 2.
    Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als alkalische Erdalkaliverbindung Kalziumoxyd verwendet wird. . Verfahren nach Patentanspruch, da- 3 <B>3</B> durch gekennzeichnet, dass als alkalische Erd- alka.liverbindun-en Gemische aus Kalzium- oxvd und Kalziumcarbonat verwendet wer den. 4.
    Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als alkalische Erd- alkaliverbindung Kalziumkarbonat verwendet. wird. 5. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass Gasbelastung und Druck in den drei Wirbelschichten derart aufeinander abgestellt werden, dass in der ersten Wirbelschicht unter den herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen eine lineare Gasgeschwindigkeit von 2-15 em/see, in der zweiten Wirbelschieht eine solche zwi schen 8-60 cm/sec und in der dritten Wir belschicht eine Gasgeschwindigkeit zwischen 2-15 cm/sec eingehalten wird. 6.
    Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch .5, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Wirbelschicht mit Gas geschwindigkeiten von 4-8 em/sec, in der zweiten Wirbelsehieht mit. Gasgeschwindigkei ten von 12-50 cm/sec und in der dritten Wir belschicht mit Gasgeseliwindigkeiten von 4 bis 4 em/sec gearbeitet wird. 7. Verfahren nach Pateirtanspiuich, da durch gekennzeichnet, dass mit Gasgeschwin digkeiten von 4--8 cm/sec gearbeitet wird. B.
    Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zu einem Gas gemisch, das weniger Wasserstoff enthält, als der stöchiometrischen Umwandlung des ge samten Kohlenoxyds zu Methan entspricht, Wasserdampf in solchen Mengen in bezug auf das überschüssige Kohlenoxyd zugesetzt wird, dass pro Mol Kohlenoxyd<B>0,2-3</B> --41o1 Wasser dampf entfallen. 9.
    Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass in die zur Entfer nung des Schwefelwasserstoffes dienende Ka- talysatorzone stöchionietrisch zur Schwefel- tiasserstoffoxvdatioii überschüssige Sauer stoffmengen eingeleitet werden. 10.
    Verfahren nach Patentanspruch, da durch ekennzeichnet, dass die zur Entfer n nung des Schwefelwasserstoffes in der zwei ten Wirbelschicht dienende Reaktionszone mit einer Sauerstoffmenge beaufschlagt wird, die pro Mol II.S 3-30 Mol Sauerstoff beträgt.
    17. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionszone mit einer Sauerstoff- menge beaufsehlagt wird, die je Mol Schwe felwasserstoff 12-20 Mol Sauerstoff beträgt. 12. Verfahren nach Patentanspruch da durch gekennzeichnet, dass die Raumgeschwin digkeit in den einzelnen Wirbelschichten zwi schen 300-ä000 liegt.
CH319165D 1952-09-15 1953-08-12 Verfahren zur kombinierten Reinigung und Methanisierung von Kohlenoxyde und Wasserstoff enthaltenden Gasgemischen CH319165A (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1237258B (de) * 1960-08-06 1967-03-23 Azote Office Nat Ind Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Gases mit geringem CO-Gehalt, besonders von Stadtgas

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1237258B (de) * 1960-08-06 1967-03-23 Azote Office Nat Ind Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Gases mit geringem CO-Gehalt, besonders von Stadtgas

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