. Verfahren zum Entgiften von Stiekoxyde und mit letzterem Harze bildende Stoffe enthaltendem Stadtgas Es ist bekannt, kohlenoxydhaltiges Stadtgas, wie es z. B. durch Mischung von Kohlenas und Gene ratorgas und/oder Wassergas und/oder anderen Gasen, z.
B. Spaltgg-as aus Erdgas, gewonnen wird, dadurch von dem seine Giftigkeit bedingenden Kohlenoxyd- gehalt bis auf einen Rest von etwa 1 /o zu -befreien, dass es zusammen mit überschüssigem Wasserdampf bei Temperaturen von 300-500 C über Kataly satoren, die aus aktiviertem EisenoXyd bestehen, geleitet wird.
Dabei wird das Gas normalerweise vor dieser Konvertierung nicht nur von Schwefel wasserstoff, sondern auch von einem mehr oder weniger grossen Teil des darin enthaltenen Benzols und anderer, insbesondere aus Kohlenwasserstoffei oder organischen Kohlenwasserstoffverbindungen be stehenden Verunreinigungen befreit. Es wurde aber auch schon das Benzol erst nach der Konvertierung aus dem Gas entfernt.
Bei dieser Arbeitsweise trat jedoch eine schnelle Abnahme der Wirkung der Konvertierungskatalysatoren ein, die auf das Vor handensein von Benzol und instabilen Kohlenwasser- stoffei sowie von Sauerstoff im Gas zurückgeführt wurde (vgl. Müller, Gas- und Wasserfach , 81. Jahr-. [1938], Heft 33, S. 591).
Durch Vorschalten von Katalysatoren, die eine völlige Entfernung des Sauerstoffs und eine Stabilisierung der Kohlenwasser stoffe bewirkten, konnten diese Schwierigkeiten be hoben werden.
Die Annahme, dass bei der Vornahme der Kon vertierung hinter der Entbenzolung die geschilderte Schädigung des Katalysators nicht eintreten würde, wurde durch Versuche bestätigt (Bodmer Monats- bulletin des schweizerischen Vereines von Gas- und Wasserfachmännern> [Jan. <B>1952]),
</B> bei denen eine für eine wirtschaftliche Durchführung der Entgiftung ausreichend lange Lebensdauer des Eisenoxydkata- lysators ohne Verwendung von vorgeschalteten Kata lysatoren erreicht wurde, obwohl das Gas infolge des für den Betrieb der vorgeschalteten Entschwefelungs- anlage (Trockenreinigung)
erforderlichen Luftzusatzes Sauerstoff enthielt. Es schien daher festzustehen, dass nur die mit dem Denzo[ vergesellschaftet im Gas vorkommenden instabilen Kohlenwasserstoffe für die Aktivitätsverringerung verantwortlich sind, da gerade diese Stoffe zusammen mit dem .Benzol zu einem wesentlichen Teil aus dem Gas entfernt werden.
Beim Bau einer Grossanlage, bei der das Gas vor der Konvertierung entschwefelt und grösstenteils von Benzol befreit wurde und bei der nach den obigen Erfahrungen ebenfalls kein Katalysator für die Ent fernung von Sauerstoff und die Stabilisierung von Kohlenwasserstoffei vorgesehen war,
trat jedoch überraschenderweise schon nach einigen Monaten Betriebsdauer eirt merkbarer Abfall der Wirksamkeit des Konvertierungskatalysators ein, dem zunächst durch Erhöhung der spezifischen Dampfzugabe und der Temperatur begegnet wurde, ohne dass dadurch der Aktivitätsabfall dauernd verhindert worden wäre.
Es. wurde nun gefunden, dass die im Gas vor handenen Stickoxyde durch Bildung von Stickoxyd- harzen, die sich auf dem für die Konvertierung be- nutzten Eisenoxydkatalysator niedergeschlagen haben und wahrscheinlich termisch zersetzt werden,
für den Aktivitätsabfall des Eisenoxydkatalysators verant- wortlich zu machen sind, und es werden nach der Erfindung die Stickoxyde (z. B. NO, NO=, N=03 und N=0,4) vor der Entgiftung aus dem Gas entfernt.
Das Ausbleiben der Schädigung in den von Bod- mer beschriebenen Versuchen kann nunmehr so erklärt werden, dass in diesem Spezialfalle die Stick- oxyde Zeit hatten, vor dem Eintritt in die Konver tierung mit den instabilen Kohlenwasserstoffen Stickoxydharze zu bilden, die dann ausfielen und daher nicht auf den Konvertierungskatalysator Re langten.
Das vorliegende Patent betrifft daher ein Ver fahren zum Entgiften von Stickoxyde und mit letzte rem Harze bildende Stoffe enthaltendem Stadtgas durch katalytische Umsetzung des im Gas enthaltenen Kohlenoxyds mit Wasserdampf an Eisenoxydkataly- satoren bei erhöhter Temperatur, das dadurch ge kennzeichnet ist,
dass zur Verhinderung der Inakti vierung des Eisenoxydkatalysators durch Stickoxyd= harze und/oder deren .thermische Zersetzungspro dukte dem Konvertierungskatalysator ein Kupfer oder Molybdän enthaltenden Katalysator vorgeschal tet wird, wobei man die Berührungszeit des auf 300-500 C vorgewärmten Gases mit dem vorge schalteten Katalysator so einstellt, dass nicht nur im Gas enthaltener Sauerstoff,
sondern auch die darin enthaltenen Stickoxyde vollständig oder fast voll- ständig aus dem- Gas entfernt werden, ehe dieses in den Eisenoxydkatalysator eintritt.
Überraschenderweise erwiesen sich kupfer- oder molybdänhaltige Katalysatoren, wie sie für die Ent fernung von Sauerstoff aus Stadtgas schon vorge schlagen worden sind, auch für die erfindungsgemässe Entfernung von Stickoxyden verwendbar.
Es wurde aber weiterhin erkannt, dass für die Entfernung der Stickoxyde nicht die kurze Reaktionsdauer genügt, entsprechend etwa einer spezifischen Katalysator- belastung von 6000 bis<B>10000</B> Nm3/h Gas pro m3 Katalysator, die für die Sauerstoffentfernung arxge- wendet wird,
sondern dass für die Entfernung der Stickoxyde eine wesentlich längere Reaktionsdauer erforderlich ist, beispielsweise entsprechend einer spezifischen Katalysatorbelasturng von 1000 bis maximal 4000 Nm3 Gas pro m3 Katalysator und Stunde, vorzugsweise etwa 3600 Nm3. Ferner wurde gefunden,
dass .in vielen Fällen der der Entgiftung vor- geschaltete Katalysator, z. B. ein für die Entschwefe lung von flüssigen und zasfötmijen Produkten viel fach verwendeter Katalysator mit etwa 10-20 0,70 Molybdänoxyd und 2-5 % Kobaltoxyd,
nur nach vorheriger völliger oder teilweiser Umwandlung der darin enthaltenen Schwermetalloxyde in Sulfide die Umsetzung der Stickoxyde in dem erforderlichen Um fang bewirkt, während der Sauerstoff beispielsweise schon durch Katalysatoren in Oxydform entfernt wird.
Zum Beispiel wird die Umwandlung der Oxyde des Katalysators in Sulfide, kurz Schwefelung ge nannt, entweder vor dem erstmaligen Einbringen des Katalysators in die hierfür bestimmten Reaktoren oder zweckmässigerweise nach dem Einfüllen in diese in situ vorgenommen. Einmal geschwefelt, kann der Katalysator über lange Zeit verwendet werden,
da die im Gas vorhandenen organischen Schwefelver bindungen einen gleichgewichtsmässig bedingten Schwefelgehalt im Katalysator aufrecht erhalten. Die Schwefelung des mol.ybdänhaltigen, dem Konvertierungskatalysator vorgeschalteten Vorkataly- sators in dem für seine Aufnahme bestimmten Reak tor erfolgt zweckmässig in der Weise, dass der Reaktor aus dem Gasstrom dar Entgiftung, in den er vor dem Eintritt des Gases in den Konvertierungsreaktor ge schaltet ist,
herausgenommen und mit einem Kreis laufsystem verbunden wird, das ein Gasumwähge- bläse und eine Heizvorrichtung, beispielsweise eine gasbeheizte Rohrschlange, enthält und mit Zufüh- rungen für entgiftetes oder noch nicht entgiftetes Gas und für einen geeigneten schwefelhaltigen Stoff ver sehen ist.
Man kann dem Gas den Schwefel entweder als Schwefelwasserstoff oder durch Zuführen von Schwefelkohlenstoff und schliesslich auch in Form von Elementarschwefel beifügen. In diesem Falle wird etwa derart gearbeitet, dass das heisse Gas durch einen Behälter geleitet wird, in dem sich Schwefel befindet, der dabei in den Gasstrom verdampft und vom Gas mitgeführt wird.
Die Schwefelung erfolgt bei etwa 200-400 C, vorzugsweise bei etwa 300 C, und wird fortgesetzt, bis im Gas hinter dem Vorkata- lysator reichlich Schwefelwasserstoff erscheint.
Lässt die Wirksamkeit des molybdünhaltigen Vor katalysators, vor allem im Betrieb mit schwefelarmem Gas nach, so wird die Schwefelung, z. B. in der beschriebenen Weise, wiederholt.
Ausser geschwefeltem molybdänhaltigem Vorkata- lysator kann für die Beseitigung der Stickoxyde auch ein kupferhaltiger Katalysator verwendet werden, der durch Tränken von porösen Trägern, .beispielsweise Bimsstein, mit Lösungen von in der Hitze zersetz- baren Kupferverbindugen;
, vorzugsweise Kupfernitrat, und anschliessendes Erhitzen an der Luft auf Tem peraturen von etwa 300-500 C, vorzugsweise etwa 400 C, bis alle Stickoxyde ausgetrieben sind, herge stellt wird. Ausser Kupfernitrat eignet sich--z. B. be sonders auch Kupferformiat.
Diese geschwefelten molybdän- oder kupfer haltigen Vorkatalysatoren werden z. B.. in den Gas strom zwischen einem Wärmeaustauscher und dem Eintritt in den eisenoxydhaltigen -Konvertierungs- katalysator geschaltet, wo das Gas eine Temperatur von etwa 30050 C, vorzugsweise 350-A00 C, hat.
Sie werden entweder in gesonderten Öfen unter gebracht oder als besondere Schicht auf den Kon- vertierungskatalysator gegeben, zweckmässig so,
dass das Gas aus dem Vorkatalysator unmittelbar in den Konvertierungskatalysator gelangt. Im Vorkatalysator werden bei der angegebenen Temperatur und der angegebenen spezifischen Belastung der im Gas ent haltene Sauerstoff zu Wasser und die Stickoxyde zu Stickstoff und Wasser umgesetzt.
Das völlig oder grösstenteils stickoxydfreie Gas gibt keine nennens werten Harzausscheidungen auf dem Konvertierungs katalysator, so dass dieser längere Zeit, das heisst etwa mindestens ein bis zwei Jahre, wirksam bleibt.
Nach längerem Gebrauch der Vorkatalysatoren tritt vor allem auf der Seite des Gaseintritts, wo ja naturgemäss die Konzentration der Stickoxyde am höchsten ist, auf dem Vorkatalysator eine die ge wünschte Stickoxydumsetzung allmählich hemmende Abscheidung von Stickoxydharzen bzw. ihren. ther mischen Zersetzungsprodukten ein.
Es wurde gefun den; dass diese Stoffe durch Behandeln des Vor katalysators mit einem einen geringen Sauerstoff- gehalt, beispielsweise 1-5%, vorzugsweise 1-204, aufweisenden Inertgas- oder Wasserdampfstrom bei Temperaturen von etwa 300-550 C, vorzugsweise etwa 450--500' C, entfernt werden können. Die Be handlung wird so lange fortgesetzt,
bis die auf dem Vorkatalysator niedergeschlagenen Harze oder deren thermische Zersetzungsprodukte im wesentlichen als Kohlendioxyd oder Stickstoff entfernt sind.
Zur Durchführung dieser Behandlung verbindet man den den Vorkatalysator enthaltenden Reaktor mit einem Gaskreislauf, der beispielsweise mit einem sauer- stoffarmen; Rauchgas oder mit Wasserdampf betrie ben wird und dem nach Bedarf eine geringe Luft menge beigefügt wird, so dass der erwähnte Sauer stoffgehalt von etwa 1-51/o eingestellt wird.
Da bei dieser Behandlung geschwefelter molyb- dänhaltiger Vorkatalysatoren die Sulfide in Oxyde zurückverwandelt werden, ist es erforderlich, vor der Wiederverwendung die Schwefelung zu wiederholen.
Um während der regenerierenden oder schwe felnden Behandlung des Vorkatalysators- den Eisen oxydkatalysator für die Konvertierung nicht der schädlichen Einwirkung des stickoxydhaltigen Gases auszusetzen, kann der Vorkatalysator in zwei Reak toren untergebracht werden, die jeder für sich in den Gasstrom geschaltet werden können,
so dass jeder für sich mit dem sauerstoffhaltigen Inertgas- kreislauf für die Regenerierung oder dem schwefel haltigen Gaskreislauf für die Schwefelung betrieben und dann wieder in den Gasstrom der Entgiftung eingeschaltet werden kann.
Tritt nach längerer Betriebsdauer trotz Vor schaltung des Vorkatalysators noch ein Nachlassen der Wirksamkeit des Konvertierungskatalysators ein, z. B. durch Harzabscheidungen, die entstehen kön nen, wenn im Gas nach der Vorbehandlung noch Stickoxydspuren zurückgeblieben sind, so kann auch der Eisenoxydkatalysator, z.
B. in der für die Vor- katalysatoren beschriebenen Weise, durch Oxydation der darauf abgelagerten Stickoxydharze oder deren thermischen Zersetzungsprodukte regeneriert werden.
Vor der Wiederinbetriebnahme wird er zweckmässig einige Zeit bei Temperaturen von etwa 100-250 C, vorzugsweise etwa 150 C, mit nicht konvertiertem Gas ohne Dampfzusatz reduziert, um die für die Reaktion günstigste Oxydationsstiufe des Eisens (Fe304)
wieder herzustellen. Man kann diese reduzierende Behandlung des regenerierten Konvertierungskon taktes vorteilhaft auch mit kohlenoxydarmem, z. B. dem entgifteten, Gas bei Temperaturen von etwa 250--400 C, ohne Zusatz von Wasserdampf durch führen. Dadurch wird die Gefahr einer katalytischen Spaltung von, Kohlenmonoxyd zu Kohlenstoff und Kohlendioxyd ausgeschlossen, die eine Inaktivierung des Katalysators durch Russbelag und zu hohe Tem peratur zur Folge hätte.
Nach der reduzierenden Be handlung kann der Katalysator mit dem für die Entgiftung normalen Gasdampfgemisch, beispiels- weise 0,6 Vol. Dampf auf 1 Vol. Gas mit etwa 10 % Kohlenoxyd, beaufschlagt und auf Reaktionstempe ratur gebracht werden,
bei der dann die Umsetzung von Kohlenoxyd mit Wasserdampf bis auf einen Restgehalst von etwa 1 % Kohlenmonoxyd stattfindet.
Zur Durchführung des Verfahrens ist die in der Zeichnung beispielsweise und schematisch darge stellte Apparatur geeignet: Durch die Leitung 1 kommt das in einem (nicht gezeichneten) Wärmeaustauscher auf etwa 360 C vorgewärmte Gas an. Es wird durch die mit Absperr schiebern versehenen Leitungen<I>2a</I> und<I>2b</I> den den Vorkatalysator enthaltenden Reaktoren 3a und 36 zugeleitet, die es durch die Leitungen 4a und 4b ver lässt.
Die beiden Gasströme vereinigen sich anschlie ssend und es gelangt das Gas durch die Leitung 5 in den mit Eisenkontakt gefüllten Reaktor 6, wo die Konvertierungsreaktion unter Erwärmung auf etwa 440 C stattfindet. Das konvertierte Gas verlässt den Reaktor durch die Leitung 7 und geht zu dem Wärmeaustauscher zurück, in dem es Wärme an das zu behandelnde Gas vor' dessen Weiterführung durch die Leitung 1 abgibt.
Dabei wird es entweder völlig oder teilweise abgekühlt. In letzterem Falle wird eine zweite Umsetzung über Eisenkatalysator bei niedrigerer Temperatur angeschlossen.
Zum Schwefeln oder Regenerieren der Vorkataly- satoren ist ein Kreislaufsystem vorgesehen. Das Kreis laufgas tritt durch die'Leitungen 8a und 8b, in die mit Vorkatalysator gefüllten Reaktoren 3a und 3b ein, die es durch die Leitungen 9a und 9b verlässt. Durch die Leitung 10 gelangt es über das Umwälzgebläse 13 durch die Leitung 16 in den Gasvorwärmer 20. Weiter strömt es durch Leitung 21 und den mit Elementarschwefel gefüllten Behälter 22 über die Leitungen 23 wieder zurück in d:ie Eintrittsleitungen 8a und 8b.
Bei 11 wird überschüssiges Gas über eine Tauchung ins Freie gelassen. Durch die Leitung 15 wird dem Kreislauf bei 14 Inertgäs und bei 24 aus der Leitung 17 mit dem Brennluftventilator 18 Luft zugeführt. Die Hauptmenge der vom Brennluft ventilator geförderten Luftmenge -geht in den Brenner 19, ,dem durch die Leitung 25 Heizgas zugeführt wird. Die Leitungen und Apparate sind in bekannter Weise mindestens mit den eingezeichneten Mess-, Absperr- und Regelorganen ausgestattet.
Soll der im Reaktor 6 befindliche Eisenoxyd katalysator regeneriert werden, so kann ein Gasstrom aus der Leitung 23 über die Leitung 26 in den Reaktor 6 geleitet und aus diesem durch die Leitung 27 in die Saugleitung des Gasumlaufgebläses 13 zu- rückgeführt werden. Hierbei sind die Schieber in den Leitungen 5 und 7 geschlossen.
Die Behandlung des Eisenoxydkatalysators kann auch gemeinsam mit der des Vorkatalysators erfol- gen. Beispielsweise werden die Schieber in den Lei tungen 4a und 5 geöffnet, so dass das aus 8a kom mende Gas den Behälter 3a, der einen Teil des Vor- katalysators enthält, und darauf den Konvertierungs katalysator im Reaktor 6 durchströmt, um darauf durch die Leitung 27 wieder in die Saugleitung des Umwälzgebläses 13 zu .gelangen.
An Stelle des mit Elementarschwefel gefüllten Behälters 22 können an dieser oder einer anderen geeigneten Stelle Einrichtungen für die Einführung von H._,S oder Schwefelkohlenstoff vorgesehen wer den.