CS221061B1 - Způsob dočiSťování surového vodíků - Google Patents

Abstract

Vynález se týká dočišfování surového vodíku,. získaného nízkoteplotní konverzí s následujícím vypíráním kysličníku uhličitého metanizací na obsah do 10 ppm za přítomnosti rutheniového katalyzátoru. Metanizace probíhá při teplotách 160 až 300 °C a energeticky méně náročná než dosavadní způsoby.

Description

Vynález se týká způsobu čištění surového vodíku na zbytkový obsah kysličníků uhlíku na hodnotu pod 10 ppm obj. kysličníků uhlíku metanizací.

Surový vodík, získávaný po vysokoteplotní a nízkoteplotní konverzi a vypírce kysličníku uhličitého, se dočlšťuje metanizací, při které se odstraní obsažené kysličníky uhlíku a případně obsažený kyslík.

Jako metanizační katalyzátor se dosud většinou používá katalyzátor, ve kterém je aktivní složkou nikl. Dostatečná reakční rychlost se u metanizačního niklového katalyzátoru dostavuje v teplotním rozmezí 270 až 600 °C, výhodně v rozmezí 290 až 380 °C. Při dočišťování surového vodíku obsahující 0,1 až 0,5 % kysličníku uhličitého a 0,2 až 1 % kysličníku uhelnatého se obvykle pracuje při objemové rychlosti v rozmezí 2000 až 7000 m_n ³ surového vodíku na 1 m³ metanizačního katalyzátoru za hodinu. Přitom se zbytkový obsah kysličníků uhlíku sníží na hodnotu pod 10 ppm obj.; současně se odstraní případně přítomný kyslík. Reakční teplo se na instalovaném zařízení zčásti využívá k předehřevu vstupujícího surového vodíku a z části, vzhledem k vysoké teplotě 300 až 380 °C, uniká do okolí, přestože za·^ řízení je tepelně izolováno. Jen malý podíl tepla se odvádí v koncových dochlazovačích vyčištěného technického vodíku.

Surový vodík po předehřátí ve výměníku je nutné předehřívat v instalovaném elektrickém ohřívači. Před uvedením metanizační jednotky do provozu se musí naplněný niklový katalyzátor redukovat, a to vyžaduje další elektrickou energii po dobu 12 až 24 hodin, než se metanizační zařízení uvede do provozu. Nevýhodou niklového katalyzátoru také je, že při nižších teplotách, například při 100 až 160 °C, vzniká toxický tetrakarbonyl niklu a dochází tedy k úniku niklu z katalyzátoru.

Metanizace

Množství surového vodíku m_n ³/h objemové složení vstupního plynu (%)

CO2

CO

H2 inerty

Objemová rychlost m_n ³/m³ . h

Vstupní teplota (°C)

Výstupní teplota (°C)

Zbytkový obsah v dočištěném vodíku (obj. ppm)

CO2

CO

Dodávka elektrické energie na 1000 m_n ³ vstupního plynu JkWh)

Spotřeba chladicí vody v koncovém chladiči m³ na 1000 m_n ³ výstupního plynu

Výše uvedené nedostatky nemá způsob dočišťování surového vodíku na zbytkový obsah kysličníků uhlíku na hodnotu do 10 ppm obj. kysličníků uhlíku metanizací za přítomnosti katalyzátoru na bázi ruthenia podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že při němž metanizace probíhá v rozmezí vstupní teploty 160 až 200 °C a výstupní teploty do 300 °C při objemové rychlosti 5000 až 20 000 m_n ³ surového vodíku na 1 m³ metanizačního katalyzátoru za hodinu.

Výhodou způsobu podle vynálezu je, že při provozování tohoto způsobu lze v instalovaném metanizačním zařízení výrazně snížit potřebu elektrické energie a instalovaný elektrický předehřívač vyřadit téměř úplně z provozu. Ztráty tepla do okolí se podstatně sníží. Při stejném množství dočišťovaného surového vodíku lze uložit do stávajících metanizačních reaktorů méně katalyzátoru nebo zvýšit kapacitu instalovaného zařízení.

Při zachování stávajících podmínek provozování včetně rychlosti proudění dočišťovaného vodíku se zvýší kapacita instalovaného zařízení o 30 °/o. Při záměně potrubí za potrubí o větším průměru se kapacita zvýší až o 100 %.

Při aplikaci metanizačního katalyzátoru na bázi ruthenia se zkrátí doba najíždění o 12 až 2,4 hodin.

Příklad 1

Do stávajícího metanizačního reaktoru, do kterého se plnilo 9 m³ niklového katalyzátoru, bylo vloženo 5 m³ rutheniového katalyzátoru. Instalovaný elektrický předehřívač měl příkon 455 kW. Průběh metanizace s rutheniovým katalyzátorem v porovnání s niklovým katalyzátorem byl následující:

Niklový katalyzátor Rutheniový katalyzátor

51 200	51 200
0,3	0,3
0,4	0,4
97,65	97,65
1,35	1,35
5688	10 240
295	190
341	237
2	pod 1
1	pod 1
5,86	—
2,34	1,66

2 1 5

Při zvýšení množství vstupního surového vodíku na 62 000 m_n ³/ se zbytkový obsah kysličníku uhlíku nezměnil. Toto zvýšení se provozně může využít v období, kdy je přebytek surového vodíku, nebo se sníží spotřeba pro jiné účely.

Při používání niklového katalyzátoru je nutné zachovat prosazení plynů katalyzátorem, a to znamená, že v obdobných případech je nutno skutečnou výrobu vodíku a syntézních plynů snižovat.

Příklad 2

Do instalovaného metanizačního reaktoru, do kterého se plnilo 9 m³ niklového katalyzátoru a maximálně metanizovalo 53 000 m_n ³ surového vodíku za hodinu, bylo vlože61 no 9 m_n ³ rutheniového metanizačního katalyzátoru a teplovýměnný systém byl upraven z hlediska změněných hydraulických poměrů při vyšším prosazení, také potrubí bylo zaměněno za větší průměr.

Vstupní surový vodík měl obdobné složení jako u příkladu 1. Množství metanizovaného plynu bylo postupně zvýšeno až na 110 000 m_n ⁵/h, a to bez nároku na dodávku elektrické energie pro ohřev. Reakční podmínky byly následující:

vstupní teplota 200 °C výstupní teplota 247 °C objemová rychlost m_n ³/m³ . h 12 222 obsah CO2 (ppm obj.) 2 obsah CO (ppm obj.) 1 ve výstupním plynu

Claims (1)

1. PŘEDMET

   Způsob dočištování surového vodíku na zbytkový obsah kysličníků uhlíku na hodnotu do 10 ppm obj. kysličníků uhlíku metanizací za přítomnosti katalyzátoru na bázi ruthenia, vyznačený tím, že metanizace probíhá v rozmezí vstupní teploty 160 až 200 °C a výstupní teploty do 300 °C při objemové na 1 m⁵ metanizačního katalyzátoru za hodinu.