CS258512B1 - Method of carbon oxides removal from technical hydrogen by means of methanation - Google Patents

Method of carbon oxides removal from technical hydrogen by means of methanation 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
methanation
inlet
carbon oxides
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

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (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 concerns technical cleaning of hydrogen generated from the generator gas by converting from carbon oxides by methane on the catalyst, containing nickel oxide on a support, at which the purified gas is shown at catalyst bed, which is filled in the inlet or outlet port through the catalyst with a NiO content of 30 to 55 wt. in the form of surface-grooved cylindrical and the catalyst at the bottom with a NiO content of 15 to 30% in the form of tablets balls, or preferably peat rings, wherein the catalyst volume ratio is inlet to the bottom is 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 industrial hydrogen, by hydrogenating them to methane by so-called methanation, predominantly on catalysts containing nickel Ni as oxygen in amounts ranging from 15 to 40% by weight, on suitable supports. However, industrial 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 hitherto. Iron carbonyls and nickel carbonyls, in the case of non-nickel methanation catalysts, act in a similar manner. The resistance of Ni-catalysts to catalytic poisons increases partly with the content of Ni in the catalyst, but at the same time its cost increases. Usually, therefore, catalysts with a Ni content in the range of 15 to 25% by weight are used, which also determines the maximum volumetric loading of the catalyst, i.e. the power of the reactor. The increased volumetric load can be used practically only shortly after the catalyst has been driven. Under increased volumetric loads, the commonly used shape of particles, which are usually small tablets or spheres, causes a pressure drop sharply increasing with volumetric loads in axial adiabatic layer or tubular reactors.

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 effect of the above, while increasing the reactor power, i.e. the volumetric load, it is advantageous to use a combination of nickel catalysts of differently shaped and different Ni contents suitably axially distributed in the reactor. higher volumetric velocities, i.e. higher loads on the reactor charge at the same degree of removal of carbon oxides, which may, in a particular case, eliminate the need for the construction of an additional methanization plant.

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 *According to the invention, a process for removing carbon oxides from technical hydrogen by methanization on catalysts containing nickel oxide as the active ingredient is that the carbon-containing gas enters the catalyst bed in the inlet portion of which, if appropriate,

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.the nickel catalyst having a NiO content of 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, wherein the ratio of catalyst to inlet volume is 1: 4 to 4: 1, preferably 1: 2 to 1: 1. The lower portion of the cartridge may be further subdivided into 2 parts in a ratio of 1: 2 to 2: 1, which are filled at the top with a rashig-ring catalyst having a NiO content of 15 to 30% by weight. and at the bottom a catalyst in the form of surface grooved cylindrical extrusions having a NiO content of 30 to 55 wt. Thus, a nickel catalyst with a content of 25 to 55% NiO, preferably in the form of cylindrical extrusions longitudinally surface grooved, which has a high efficiency of activity and considerable resistance to trace catalytic poisons, is placed in the methanation reactor inlet layer. In the lower part of the combined charge of the methane reactor is charged a Ni catalyst of classical shapes, i.e., tableted or pelleted with a NiO content of 15 to 25% by weight, or a catalyst with similar NiO content, but preferably it results in an increase in the effective activity of the catalyst as well as a reduction in the pressure drop across the bed. The arrangement of the bottom layer charge substantially influences the required reactor load, the desired methanation efficiency, i.e. the degree of removal of carbon oxides from the technical hydrogen, and the optimization of the reactor charge with respect to its cost.

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 load, 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 composed of one of the last two types of catalyst and , which is preferably filled into the lowest part of the combination 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.Due to the high effective activity of the packed catalyst located in the first layer, the methanation reaction starts rapidly in the inlet part of the charge and, consequently, due to the released heat of reaction, the temperature in the bed increases rapidly. a catalyst with a lower NiO content. At the same time, the first layer with a high content of NiO is a protective layer for the lower charges due to its high capacity for poisons and allows long-term use of their optimal activity. Reactor filling the above type can be used at virtually any operating pressure determined essentially only pressure and - temperature resistance of the reactor shell. While the working temperatures of the reactor packing are determined by the thermal stability of the catalysts used, catalysts active in the temperature range of 200 to 400 ° C, preferably 260 to 350 ° C, are used to achieve maximum reactor load performance. At pressures of about 3 MPa, a volumetric velocity of 3 to 5 500 has been used up to now, while a combined loading of two or more preferably three-layer catalysts, depending on the type of catalyst, achieves a volume loading of 6 to 10,000 h -1 , 10 ppmv. and also the pressure drop of the reactor is practically unchanged from the original values or remains within the limits of the permitted reactor grate designs. At the same time, operating cost optimization is also achieved in terms of catalyst charge cost. Advantageously, such cartridges can also be used in a situation of reduced gas offtake for methanol synthesis and, conversely, increased hydrogen demand for ammonia production in cases where both plants 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 methane reactors with a total volume of 9 m 3 with a conventional charge and a combined charge according to the invention.

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

CO2 0,15CO 2 0.15

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

S 20 ppbvS 20 ppbv

Η, 9797, 97

Katalazátorové náplně:Catalytic charges:

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

vstupní vrstva: 3 m válcovitého podélně rýhovaného katalyzátoru s obsahem 40 % hmot. NiO spodní vrstva: klasickáinlet layer: 3 m cylindrical longitudinally grooved catalyst containing 40 wt. NiO backing: classic

Podmínky exploatace: Exploitation conditions: 55 000 55 000 3 vstup plynu (m /h) 3 gas inlet (m / h) 60 000 60 000 6 100 6 100 obj. rychlost (h χ).vol. 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) lifetime (years) 3 3 zbytk. obsah v rest. content v (ppmv) (ppmv) 4 4 co2 co 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 cartridge, but also its higher activity.

Příklad 2Example 2

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

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

Horní vrstva: 5 m3 katalyzátoru se 40 % NiO, tvar: válečky podélně rýhovanéUpper layer: 5 m 3 of catalyst with 40% NiO, shape: longitudinal grooved rollers

Složení vstupního plynu jako v příkladu 1.Feed 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 power: m gas / h inlet 72 000.0 vol. Velocity (h -1 ) 8 000 temperature <° C) inlet 300 outlet 340 pressure. loss (kPa) 10 in gas: ppmv CO 2 4

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

Příklad 3 oExample 3 o

Třívrstvová kombinovaná náplň metanančího reaktoru celkového objemu 9 m .Three-layer combined methane reactor total charge of 9 m.

Horní vrstva: jako v příkladu 2, objem katalyzátoru 3 m2 3 oUpper 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 the lower layer in eg 2, volume 3 m

Dolní vrstva: stejná jako horní vrstva, objem 3 mBottom layer: same as the top layer, volume 3 m

Složení vstupního plynu: jako v př. 1.Input 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 power: m gas / h inlet 72 000.0 vol. Velocity (h 3 ) 8 000 temperature (° C) inlet 300 outlet 340 pressure. loss (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.From the results given in Examples 2 and 3, said reactor packings will allow a higher volume load in the future if an increase in the carbon oxide content of up to 10 ppmv is permitted. Also the expected service life will be min. 3 years.

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 Method of carbon oxides removal from technical hydrogen by means of methanation CS258512B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS863738A CS258512B1 (en) 1986-05-22 1986-05-22 Method of carbon oxides removal from technical hydrogen by means of methanation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS863738A CS258512B1 (en) 1986-05-22 1986-05-22 Method of carbon oxides removal from technical hydrogen by means of methanation

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 Method of carbon oxides removal from technical hydrogen by means of methanation

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
ES2666141T3 (en) Parallel preparation of hydrogen, carbon monoxide and a carbon-containing product
KR102290845B1 (en) Method and equipment for the production of nitric acid
US20090220393A1 (en) In-situ gasification of soot contained in exothermically generated syngas stream
JP2013515604A (en) Reactor with gas supply device at the bottom
GB2559825B (en) Process
EA035718B1 (en) Integrated process for the production of formaldehyde-stabilised urea
CN101379013A (en) Method for the continuous heterogeneously catalysed partial dehydrogenation of at least one hydrocarbon to be dehydrogenated
AU2016214157B2 (en) Process for making ammonia
WO2014131435A1 (en) Reactor for an auto-poisoning proces
CN101804314A (en) Fluidized bed reactor
US5097091A (en) Process for the catalytic gas phase dehydrogenation of hydrocarbons using toothed-wheel shaped particles as catalysts
EP3368470B1 (en) Water gas shift process
CN112204120A (en) Method for carrying out catalytic gas phase reactions, tube bundle reactor and reactor system
Rahimpour et al. Enhancement of methanol production in a novel cascading fluidized-bed hydrogen permselective membrane methanol reactor
US2918425A (en) Conversion process and apparatus therefor
KR101070471B1 (en) Basket for loading absorbent and absorbent tower having the same
CN102921355B (en) A kind of calandria type fixed bed reactor and coal bed gas deoxidation method
CS258512B1 (en) Method of carbon oxides removal from technical hydrogen by means of methanation
CA1091890A (en) Hydrogen
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
CN202113842U (en) Novel fixed bed reactor for vinyl acetate synthesis
o Hufton et al. SORPTION ENEIANCED REACTION PROCESS (SERP) FOR THE PRODUCTION OF HYDROGEN
US4142988A (en) Carbon monoxide shift process

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