CS258512B1 - A method for removing carbon oxides from technical hydrogen by methane - Google Patents

A method for removing carbon oxides from technical hydrogen by methane Download PDF

Info

Publication number
CS258512B1
CS258512B1 CS863738A CS373886A CS258512B1 CS 258512 B1 CS258512 B1 CS 258512B1 CS 863738 A CS863738 A CS 863738A CS 373886 A CS373886 A CS 373886A CS 258512 B1 CS258512 B1 CS 258512B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
catalyst
nio
reactor
inlet
nio content
Prior art date
Application number
CS863738A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CS373886A1 (en
Inventor
Ludvik Sokol
Jiri Loukota
Pavel Brzobohaty
Josef Vrzan
Vratislav Domalip
Original Assignee
Ludvik Sokol
Jiri Loukota
Pavel Brzobohaty
Josef Vrzan
Vratislav Domalip
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ludvik Sokol, Jiri Loukota, Pavel Brzobohaty, Josef Vrzan, Vratislav Domalip filed Critical Ludvik Sokol
Priority to CS863738A priority Critical patent/CS258512B1/en
Publication of CS373886A1 publication Critical patent/CS373886A1/en
Publication of CS258512B1 publication Critical patent/CS258512B1/en

Links

Landscapes

  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Řešení se týká čištění technického vodíku, vzniklého z generátorového plynu konverzí od oxidů uhlíku metanací na katalyzátoru, obsahujícím oxid niklu na nosiči, při kterém se čištěný plyn uvádí na lože katalyzátoru, které je naplněno ve vstupní, popřípadě také výstupní části katalyzátorem s obsahem NiO 30 až 55 % hmot. ve formě povrchově rýhovaných válcovitých výtlačků a ve spodní části katalyzátorem s obsahem NiO 15 až 30 % ve formě tablet, kuliček nebo výhodně rašigových kroužků, přičemž poměr objemů katalyzátoru vstupní k spodní části je 1:4 až 4:1.The solution relates to the purification of technical hydrogen, produced from producer gas by conversion from carbon oxides by methanation on a catalyst containing nickel oxide on a support, in which the purified gas is fed to a catalyst bed, which is filled in the inlet and, optionally, also the outlet part with a catalyst with a NiO content of 30 to 55% by weight in the form of surface-grooved cylindrical extrusions and in the lower part with a catalyst with a NiO content of 15 to 30% in the form of tablets, balls or preferably Raschig rings, with the ratio of the volumes of the catalyst in the inlet to the lower part being 1:4 to 4:1.

Description

Vynález se týká odstraňování oxidů uhlíku z technického vodíku, jejich hydrogenací na metan tzv. metanací převážně na katalyzátorech obsahujících nikl Ni jako kysličník v množstvích v rozmezí 15 až 40 % hmot, na vhodných nosičích. Technický vodík však obsahuje i stopová množství různých katalytických jedů, jako jsou např. sloučeniny síry S a chloru Cl, které snižují aktivitu všech dosud používaných katalyzátorů. Podobným způsobem působí i karbonyly železa a v případě neniklových metanačních katalyzátorů i karbonyly niklu. Odolnost Ni-katalyzátorů vůči katalytickým jedům roste částečně s obsahem Ni v katalyzátoru, ale současně roste i jeho cena. Obvykle se proto používají katalyzátory s obsahem Ni v rozmezí 15 až 25 % hmot., čímž je určeno i maximální objemové zatížení katalyzátoru, tj. výkon daného reaktoru. Zvýšeného objemového zatížení lze využívat prakticky jen krátce po najeti katalyzátoru. Za zvýšených objemových zatížení způsobuje běžně používaný tvar částic, kterým jsou obvykle malé tabletky nebo kuličky, v axiálních adiabatických vrstvových nebo trubkových reaktorech tlakovou ztrátu prudce rostoucí s objemovým zatížením.The invention relates to the removal of carbon oxides from technical hydrogen, their hydrogenation to methane, so-called methanation, mainly on catalysts containing nickel Ni as oxide in amounts ranging from 15 to 40% by weight, on suitable carriers. However, technical hydrogen also contains trace amounts of various catalytic poisons, such as sulfur compounds S and chlorine Cl, which reduce the activity of all catalysts used so far. Iron carbonyls and, in the case of non-nickel methanation catalysts, nickel carbonyls also act in a similar way. The resistance of Ni catalysts to catalytic poisons increases partly with the Ni content in the catalyst, but at the same time its price also increases. Therefore, catalysts with a Ni content ranging from 15 to 25% by weight are usually used, which also determines the maximum volumetric loading of the catalyst, i.e. the performance of the given reactor. The increased volumetric loading can be used practically only shortly after the catalyst has been run in. At elevated volumetric loadings, the commonly used particle shape, which is usually small pellets or spheres, in axial adiabatic bed or tubular reactors causes a pressure drop that increases sharply with volumetric loading.

Nyní bylo potvrzeno, že pro odstraněni nebo snížení vlivu shora uvedených skutečností při současném zvýšení výkonu reaktoru, tj. objemového zatížení, lze výhodně využívat kombinací niklových katalyzátorů různě tvarovaných a s různým obsahem Ni vhodně axiálně rozdělených v reaktoru, čímž se za jinak běžných provozních podmínek dosáhne vyšší objemové rychlosti, tj. vyššího zatížení reaktorové náplně při stejném stupni odstranění oxidů uhlíku, což může i v určitém konkrétním případě odstranit nutnost výstavby přídavného metanizačního zařízení.It has now been confirmed that to eliminate or reduce the influence of the above-mentioned facts while simultaneously increasing the reactor output, i.e. the volume load, it is advantageous to use a combination of nickel catalysts of different shapes and with different Ni contents suitably axially distributed in the reactor, thereby achieving a higher volume velocity, i.e. a higher load on the reactor charge at the same degree of carbon oxide removal, under otherwise normal operating conditions, which may also eliminate the need to build an additional methanation device in a certain specific case.

Způsob odstraňování oxidů uhlíku z technického vodíku metanizací na katalyzátorech obsahujících jako aktivní složku oxid niklu na nosiči spočívá podle vynálezu v tom, že plyn s obsahem oxidů uhlíku vstupuje na lože katalyzátoru, v jehož vstupní části, popřípadě též *The method of removing carbon oxides from technical hydrogen by methanation on catalysts containing nickel oxide on a support as an active component consists, according to the invention, in that the gas containing carbon oxides enters the catalyst bed, in the inlet part of which, optionally also *

výstupní části, je umístěn niklový katalyzátor s obsahem NiO 30 až 55 % hmot. ve formě povrchově rýhovaných válcovitých výtlačků a v jeho spodní části katalyzátor s obsahem NiO 15 až 30 % ve formě tablet, kuliček nebo výhodně rašigových kroužků, přičemž poměr objemů katalyzátoru vstupní k spodní části je 1:4 až 4:1, výhodně 1:2 až 1:1. Spodní část náplně může být dále rozdělena na 2 díly v poměru 1:2 až 2:1, které jsou nahoře naplněny katalyzátorem ve tvaru rašigových kroužků s obsahem NiO 15 až 30 % hmot. a ve spodní části katalyzátorem ve formě povrchově rýhovaných válcovitých výtlačků s obsahem NiO 30 až 55 % hmot. Do vstupní vrstvy metanačniho reaktoru se tedy umístí niklový katalyzátor s obsahem 25 až 55 % NiO, výhodně ve tvaru válcovitých výtlačků podélně povrchově rýhovaných, který svým obsahem Ni a velikostí vnějšího povrchu vykazuje vysokou efektivní aktivitu a značnou odolnost vůči stopovým katalytickým jedům. Do spodní části kombinované náplně metanančního reaktoru se naplní Ni katalyzátor klasických tvarů, to je tabletovaný nebo kuličkovaný s obsahem NiO 15 až 25 % hmot., nebo katalyzátor s podobným obsahem NiO, ale výhodně ve tvaru rašigových kroužků, který opět svým vnějším povrchem a tvarem přináší zvýšení efektivní aktivity katalyzátoru i snížení tlakového spádu ve vrstvě. Uspořádání náplně spodní vrstvy podstatně ovlivňuje požadované zatížení reaktoru, požadovaná účinnost metanace, to znamená stupeň odstranění oxidů uhlíku z technického vodíku a optimalizace náplně reaktoru s ohledem na její cenu.outlet part, a nickel catalyst with a NiO content of 30 to 55 wt. % is placed in the form of surface-grooved cylindrical extrusions and in its lower part a catalyst with a NiO content of 15 to 30 % in the form of tablets, balls or preferably Raschig rings, the ratio of the volumes of the catalyst of the inlet to the lower part being 1:4 to 4:1, preferably 1:2 to 1:1. The lower part of the filling can be further divided into 2 parts in the ratio 1:2 to 2:1, which are filled at the top with a catalyst in the form of Raschig rings with a NiO content of 15 to 30 wt. % and at the bottom with a catalyst in the form of surface-grooved cylindrical extrusions with a NiO content of 30 to 55 wt. %. Thus, a nickel catalyst with a content of 25 to 55% NiO is placed in the input layer of the methanation reactor, preferably in the form of cylindrical extrusions with longitudinal surface grooves, which, due to its Ni content and the size of the outer surface, exhibits high effective activity and considerable resistance to trace catalytic poisons. A Ni catalyst of classical shapes is filled into the lower part of the combined charge of the methanation reactor, i.e. tableted or pelletized with a NiO content of 15 to 25% by weight, or a catalyst with a similar NiO content, but preferably in the form of Raschig rings, which again, with its outer surface and shape, brings an increase in the effective activity of the catalyst and a reduction in the pressure drop in the layer. The arrangement of the lower layer charge significantly affects the required reactor load, the required methanation efficiency, i.e. the degree of removal of carbon oxides from technical hydrogen and the optimization of the reactor charge with regard to its price.

Proto za zvláště náročných podmínek metanace při vysokém objemovém zatížení, za přítomnosti stopových jedů a při zvýšených nárocích na čistotu vodíku po metanaci, se i spodní část náplně rozdělí do dvou vrstev složených z jednoho ze dvou posledně zmíněných typů katalyzátorů a katalyzátoru plněného do horní vrstvy reaktoru, který se výhodně naplní do nejspodnější části kombinované náplně.Therefore, under particularly demanding methanation conditions at high volumetric loading, in the presence of trace poisons and with increased demands on hydrogen purity after methanation, the lower part of the charge is also divided into two layers consisting of one of the last two types of catalysts mentioned and the catalyst charged to the upper layer of the reactor, which is preferably charged to the lowest part of the combined charge.

Ve vstupní části náplně dochází vlivem vysoké efektivní aktivity plněného katalyzátoru, umístěného v první vrstvě k rychlému naběhnutí metanační reakce a tím i vlivem uvolňovaného reakčního tepla k rychlému vzrůstu teploty v loži, která je výhodná pro zvýšení efektivní aktivity katalyzátoru ve druhé nebo spodní vrstvě náplně s katalyzátorem s nižším obsahem NiO. První vrstva s vysokým obsahem NiO je současně svou vysokou kapacitou na jedy ochrannou vrstvou pro spodní náplně a dovoluje pak dlouhodobé využívání jejich optimální aktivity. Reaktorové náplně shora uvedeného typu lze využívat prakticky při libovolném pracovním tlaku určené v podstatě jen tlakovou a-teplotní odolností reaktorového pláště. Pracovní teploty reaktorové náplně jsou sice určeny teplotní stabilitou použitých katalyzátorů, ale s cílem dosažení maximálního výkonu reaktorové náplně se využívá katalyzátorů aktivních v oblasti teplot 200 až 400 °C, výhodně 260 až 350 °C. Za tlaků kolem 3 MPa se dosud pracovalo s objemovou rychlostí 3 až 5 500, kdežto s kombinovanou náplní podle typu katalyzátoru dvouvrstvou nebo výhodněji pro speciální případy i třívrstvovou se dosahuje objemového zatížení 6 až 10 000 h-1, přičemž obsah oxidů uhlíku zůstává pod požadovanou hranicí 10 ppmv. a rovněž tlaková ztráta reaktoru se prakticky proti původním hodnotám nemění nebo zůstává v mezích povolených konstrukcí roštů reaktoru. Současně se dosahuje optimalizace provozních nákladů i z hlediska ceny náplně katalyzátoru. Výhodně lze takových náplní využít i za situace sníženého odběru plynu pro syntézu metanolu a naopak zvýšeného požadavku na vodík pro výrobu čpavku v případech, kdy obě výroby jsou provozovány paralelně. To platí i pro každou další možnou spotřebu čistého vodíku.In the inlet part of the charge, due to the high effective activity of the loaded catalyst placed in the first layer, the methanation reaction starts up quickly and thus, due to the released reaction heat, the temperature in the bed increases rapidly, which is advantageous for increasing the effective activity of the catalyst in the second or lower layer of the charge with a catalyst with a lower NiO content. The first layer with a high NiO content is at the same time, with its high capacity for poisons, a protective layer for the lower charges and then allows for long-term use of their optimal activity. Reactor charges of the above-mentioned type can be used at practically any working pressure, determined essentially only by the pressure and temperature resistance of the reactor jacket. The working temperatures of the reactor charge are determined by the temperature stability of the catalysts used, but in order to achieve maximum performance of the reactor charge, catalysts active in the temperature range of 200 to 400 °C, preferably 260 to 350 °C, are used. At pressures around 3 MPa, the volume velocity has so far been 3 to 5,500, while with a combined charge, depending on the type of catalyst, a two-layer or, more preferably, a three-layer charge, a volume load of 6 to 10,000 h -1 is achieved, while the carbon oxide content remains below the required limit of 10 ppmv. and the pressure loss of the reactor practically does not change from the original values or remains within the limits permitted by the design of the reactor grates. At the same time, optimization of operating costs is achieved also in terms of the price of the catalyst charge. Such charges can be advantageously used even in situations of reduced gas consumption for methanol synthesis and, conversely, increased hydrogen requirements for ammonia production in cases where both productions are operated in parallel. This also applies to any other possible consumption of pure hydrogen.

Příklad 1Example 1

Paralelní provoz dvou metanačních reaktorů o celkovém objemu 9 m3 s klasickou náplní a s kombinovanou náplní podle vynálezu.Parallel operation of two methanation reactors with a total volume of 9 m 3 with a conventional charge and with a combined charge according to the invention.

Složení vstupního plynu (mol. %) :Inlet gas composition (mol.%):

CO2 0,15 CO2 0.15

CO 0,40 inerty 2,45CO 0.40 inerts 2.45

S 20 ppbvWith 20 ppbv

Η, 97H, 97

Katalazátorové náplně:Catalyst fillings:

klasická kombinovaná kuličkový katalyzátor průměr kuliček 4 až 7 mm obsah NiO 25 % hmot.classic combined ball catalyst ball diameter 4 to 7 mm NiO content 25% by weight

vstupní vrstva: 3 m válcovitého podélně rýhovaného katalyzátoru s obsahem 40 % hmot. NiO spodní vrstva: klasickáinput layer: 3 m of cylindrical longitudinally grooved catalyst with a content of 40 wt. % NiO bottom layer: classic

Podmínky exploatace: Exploitation conditions: 55 000 55,000 3 vstup plynu (m /h) 3 gas input (m/h) 60 000 60,000 6 100 6,100 obj. rychlost (h χ). volume velocity (h χ ). 6 700 6,700 300 300 teplota plynu (°C) gas temperature (°C) 300 300 338 338 výst. teplota (°C). outlet temperature (°C). 339 339 8 8 tlak. ztráta (kPa) pressure loss (kPa) 9 9 3 3 životnost (roků) lifespan (years) 3 3 zbytk. obsah v residual content in (ppmv) (ppmv) 4 4 co2 what 2 2 2 6 6 CO WHAT 1 1

Přiklad jedna potvrzuje nejen vyšší produktivitu kombinované náplně, ale i její vyšší aktivitu.Example one confirms not only the higher productivity of the combined filling, but also its higher activity.

Příklad 2Example 2

Dvouvrstvová kombinovaná náplň metanančního reaktoru celkového objemuTwo-layer combined methane reactor filling of total volume

Spodní vrstva: 4 m3 katalyzátoru s obsahem 25 % NiO, tvar: rašigovy kroužky průměru 5 mmBottom layer: 4 m 3 of catalyst with 25% NiO content, shape: Raschig rings with a diameter of 5 mm

Horní vrstva: 5 m3 katalyzátoru se 40 % NiO, tvar: válečky podélně rýhovanéTop layer: 5 m 3 of catalyst with 40% NiO, shape: longitudinally grooved cylinders

Složení vstupního plynu jako v příkladu 1.Input gas composition as in example 1.

Výkon reaktoru: m plynu/h vstup 72 000,0 obj. rychlost (h-1) 8 000 teplota <°C) vstup 300 výstup 340 tlak. ztráta (kPa) 10 v plynu: ppmv CO2 4Reactor capacity: m gas/h inlet 72,000.0 vol. speed (h -1 ) 8,000 temperature (<°C) inlet 300 outlet 340 pressure drop (kPa) 10 in gas: ppmv CO 2 4

CO 2 životnost náplně (odhad1roků) 3CO 2 cartridge life (estimated 1 year) 3

Příklad 3 oExample 3 about

Třívrstvová kombinovaná náplň metanančího reaktoru celkového objemu 9 m .Three-layer combined filling of a methane reactor with a total volume of 9 m.

Horní vrstva: jako v příkladu 2, objem katalyzátoru 3 m2 3 oTop layer: as in example 2, catalyst volume 3 m 2 3 o

Střední vrstva: jako dolní vrstva v př. 2, objem 3 mMiddle layer: as bottom layer in example 2, volume 3 m

Dolní vrstva: stejná jako horní vrstva, objem 3 mLower layer: same as upper layer, volume 3 m

Složení vstupního plynu: jako v př. 1.Inlet gas composition: as in example 1.

Výkon reaktoru: m plynu/h vstup 72 000,0 obj. rychlost (h 3) 8 000 teplota (°C) vstup 300 výstup 340 tlak. ztráta (kPa) 11 v plynu: ppmv CO2 2Reactor capacity: m gas/h inlet 72,000.0 vol. speed (h 3 ) 8,000 temperature (°C) inlet 300 outlet 340 pressure drop (kPa) 11 in gas: ppmv CO 2 2

CO 1CO 1

Z výsledků uvedených v příkladech 2 a 3 plyne, že uvedené reaktorové náplně dovolí výhledově i vyšší objemové zatíženi, jestliže se připustí zvýšení obsahu oxidů uhlíku v součtu až na 10 ppmv. Rovněž předpokládaná životnost bude v závislosti na zatížení min. 3 roky.The results given in examples 2 and 3 show that the reactor fillings mentioned will allow for a higher volumetric loading in the future, if an increase in the carbon oxide content in total up to 10 ppmv is allowed. Also, the expected service life will be at least 3 years, depending on the loading.

Claims (2)

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION 1. Způsob odstraňování oxidů uhlíku z technického vodíku metanací na katalyzátorech obsahujících jako aktivní složku oxid niklu na nosiči vyznačený tím, že plyn s obsahem oxidů uhlíku vstupuje na lože katalyzátoru, v jehož vstupní části, popřípadě též výstupní části, je umístěn niklový katalyzátor s obsahem NiO 30 až 55 % hmot. ve formě povrchově rýhovaných válcovitých výtlačků a v jeho spodní části katalyzátor s obsahem NiO 15 až 30 % ve formě tablet, kuliček nebo výhodně rašigových kroužků, přičemž poměr objemů katalyzátoru vstupní ke spodní části je 1:4 až 4:1, výhodně 1:2 až 1:1.Method for removing carbon oxides from technical hydrogen by methanation on catalysts containing as an active ingredient nickel oxide on a support, characterized in that the carbon-containing gas enters the catalyst bed, in which the nickel catalyst containing NiO 30 to 55 wt. in the form of surface grooved cylindrical extrusions and at the bottom thereof a catalyst with a NiO content of 15 to 30% in the form of tablets, spheres or preferably rashig rings, the ratio of catalyst to inlet to bottom volumes being 1: 4 to 4: 1, preferably 1: 2 to 1: 1. 2. Způsob podle bodu 1 vyznačený tim, že spodní část katalyzátorové náplně je rozdělena na 2 díly v poměru 1:2 až 2:1, které jsou nahoře naplněny katalyzátorem ve tvaru rašigových kroužků s obsahem NiO 15 až 30 % hmot. a katalyzátorem ve formě povrchově rýhovaných válcovitých výtlačků s obsahem NiO 30 až 55 % hmot.2. A process according to claim 1, wherein the lower part of the catalyst packing is divided into 2 parts in a ratio of 1: 2 to 2: 1, which are filled at the top with a catalyst in the form of a peat ring with a NiO content of 15 to 30 wt. and a surface-grooved cylindrical catalyst with a NiO content of 30 to 55 wt.
CS863738A 1986-05-22 1986-05-22 A method for removing carbon oxides from technical hydrogen by methane CS258512B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS863738A CS258512B1 (en) 1986-05-22 1986-05-22 A method for removing carbon oxides from technical hydrogen by methane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS863738A CS258512B1 (en) 1986-05-22 1986-05-22 A method for removing carbon oxides from technical hydrogen by methane

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CS373886A1 CS373886A1 (en) 1987-12-17
CS258512B1 true CS258512B1 (en) 1988-08-16

Family

ID=5378342

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS863738A CS258512B1 (en) 1986-05-22 1986-05-22 A method for removing carbon oxides from technical hydrogen by methane

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS258512B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
CS373886A1 (en) 1987-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3996014A (en) Methanation reactor
EP3532456B1 (en) Process for the production of formaldehyde-stabilised urea.
US8951494B2 (en) Process and apparatus for sulphuric acid production
US10494255B2 (en) Water gas shift process
CA2973091A1 (en) Process for making ammonia
NL2030905B1 (en) Hybrid ammonia decomposition system
WO1996016898A1 (en) Process for producing phosgene
JP3606147B2 (en) Chlorine production method
CN100422123C (en) Process for the selective hydrogenation of phenylacetylene
CN1958146B (en) Multiple stage fluidized-bed reactor and method for synthesizing chloroethylene
US3792981A (en) Catalytic reactor
CN102921355B (en) A kind of calandria type fixed bed reactor and coal bed gas deoxidation method
CA1091890A (en) Hydrogen
CS258512B1 (en) A method for removing carbon oxides from technical hydrogen by methane
US7524995B1 (en) Continuous process to produce hexafluoroisopropanol
Farsi et al. Dynamic modeling of a H2O-permselective membrane reactor to enhance methanol synthesis from syngas considering catalyst deactivation
US4142988A (en) Carbon monoxide shift process
CN105731386A (en) System for preparing sulfur from metallurgical off-gas
o Hufton et al. SORPTION ENEIANCED REACTION PROCESS (SERP) FOR THE PRODUCTION OF HYDROGEN
JP2005509016A (en) Method for producing methanol using a catalyst and apparatus for carrying out the method
US3989734A (en) Slurry phase methanation process
RU2262381C2 (en) Method of modernization of a reactor of a heterogeneous exothermic synthesis
EP4276066A1 (en) Gas production device and gas production method
US4196100A (en) Catalyst useful for methanation and preparation thereof
US3390102A (en) Reduction-activation of copper oxidezinc oxide low temperature shift catalysts

Legal Events

Date Code Title Description
IF00 In force as of 2000-06-30 in czech republic
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20000522