DE2143608A1 - Process for the production of hydrogen-rich gas mixtures - Google Patents
Process for the production of hydrogen-rich gas mixturesInfo
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Description
CHpJ.-lng. A.CHpJ.-lng. A.
Dr.-lng. \j. KlnkefiHf O 1 / O £ η Q Dr.-lng. \ j. KlnkefiHf O 1 / O £ η Q
Dr.'tog. W. Stockmak <L I H O O U O Dr.'tog. W. Stockmak <L I H OOUO
Dr. w. not. W. Fiscfmr Dr. w. not. W. Fiscfmr
4*4 *
- 37/ 9* » - 37/9 * »
3?oyo Engineering3? Oyo engineering
2-5» j5-clioisev Kasuaigaseki, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan2-5 »j5-clioise v Kasuaigaseki, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan
Verfahrön ssur Herstellung wasserstoffreicher GasgeniiBcheProcess for the production of hydrogen-rich gas genes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren -zur Herstellung wasserstoffreicher Gasgemische durch katalytisches Dampfreformieren eines Beschickungsmaterials aus normalerweise gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen unter Verwendung eines Siliziumdioxydfreien Katalysators.The invention relates to a method of production hydrogen-rich gas mixtures by catalytic steam reforming a feed of normally gaseous or liquid hydrocarbons Use of a silica-free catalyst.
Bei der Erzeugung von Wasserstoffgas aus Kohlenwasserstoffen, d. h. bei der Umwandlung von normalerweise flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen durch Cracken in Produkte niedrigen Molekulargewichts sind zwei allgemeine Verfahren auf diesem Gebiet weithin angewandt worden: Λ) ein Verfahren, bei dem Kohlenwasserstoffe mit einem Oxydationsmittel zur partiellen Oxydation gemischt werden,In the production of hydrogen gas from hydrocarbons, that is, the conversion of normally liquid or gaseous hydrocarbons into low molecular weight products by cracking, two general processes have been widely used in this field: Λ) A process in which hydrocarbons are mixed with an oxidizing agent for partial oxidation will,
und
2) ein Verfahren, bei dem Kohlenwasserstoffe und Dampf in einem als Dampfreformieren bekannten Verfahren zusammen
erhitzt werden.and
2) a process in which hydrocarbons and steam are heated together in a process known as steam reforming.
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Das Verfahren 1) ist auf einen weiten "Bereich von Eoälen— Wasserstoffbeschickungen .anwendbar, der von Methan "bis zu Destillationsrückstand von Mineralölen reicht. Es besitzt jedoch den eindeutigen Nachteil, daß praktisch reiner Sauerstoff als einziges praktisches Oxydationsmittel erforderlich ist.The procedure 1) is applicable to a wide "range of Hydrogen charges. Applicable ranging from methane "to to distillation residue from mineral oils is enough. However, it has the clear disadvantage that it is practically pure oxygen required as the only practical oxidizing agent is.
Beim Verfahren 2)* ist, wenn auch zum Cracken reiner Sauerstoff nicht erforderlich ist, der Bereich des £GftlenvJass.erstoffmaterials stark beschränkt. Dies liegt daran, daß das Verfahren gegenüber Kohlenstoffäbscheidung deutlich empfindlich ist. Diese Neigung zur Kohlenstoffabscheidung wächst mit steigendem Molekulargewicht des Ausgangsmateriäls und wird besonders deutlich bei der Verwendung von herkömmlichem Nickeloxydkatalysator. Demzufolge können nur Kohlenwasserstoffe niedrigen Molekulargewichts beim Verfahren 2) verwendet werden, und industrielle Verwendung von Kohlenwasserstoffen schwerer als Naphtha (Leichtöl) war nicht durchführbar.Process 2) * is pure oxygen, albeit for cracking is not required, the area of the GftlenvJass.stoffmaterials severely limited. This is because the process is clearly sensitive to carbon deposition is. This tendency towards carbon deposition grows with it increasing molecular weight of the starting material and becomes particularly noticeable when using conventional nickel oxide catalysts. As a result, only hydrocarbons can low molecular weight used in method 2) and industrial use of hydrocarbons heavier than naphtha (light oil) was not feasible.
Ein anderes beim Kohlenwasserstoff-Cracken zur Bildung von Gasgemischen nach dein Stand der Technik hervortretendes Problem ist die vergiftende Wirkung von Schwefel auf die herkömmlich verwendeten Katalysatoren. Dies macht eine Entschwefelung des eingesetzten Materials auf einen Schwefelgehalt von weniger als etwa 0,2 ppm erforderlich.Another in hydrocarbon cracking to form The problem that emerges in the prior art is the poisoning effect of sulfur on the gas mixtures commonly used catalysts. This makes a desulfurization of the material used to a sulfur content less than about 0.2 ppm is required.
Die Dampfreformierung ist eine endotherme Reaktion und wird erwünschterweise bei hohen Temperaturen durchgeführt. Die herkömmlichen, Nickeloxyd und Alkalimetalloxyde als Hauptbestandteile enthaltenden Katalysatoren besitzen jedoch den Nachteil, daß bei einer hohen Temperatur, beispielsweise etwa 850 0G,dieser Katalysatorbestandteil mit seinem refraktären. Träger unter Bildung einer festen Lösung reagiert und daher rasch inaktiviert wird.Steam reforming is an endothermic reaction and is desirably carried out at high temperatures. The conventional catalysts containing nickel oxide and alkali metal oxides as main constituents, however, have the disadvantage that at a high temperature, for example about 850 ° C., this catalyst constituent with its refractory. Carrier reacts to form a solid solution and is therefore quickly inactivated.
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Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Dampfreformierung verschiedener Kohlenwasserstoffe ohne die obigen Nachteile.The invention provides a method for steam reforming various hydrocarbons without the above disadvantages.
Um ein Verfahren zum Vergasen von Fraktionen schwerer als Naphtha einschließlich Kerosin, Leichtöl usw. gemäß dem Dampfreformieren zu finden, wurde versucht, solche Erektionen schwerer als Naphtha einzusetzen, und ee wurde gefunden, daß die Kohlenstoffabscheidung auf dem Katalysator· im allgemeinen stark war, und daß sich die Aktivität des Katalysatorsunter diesen Umständen rasch verminderte.A process for the gasification of fractions heavier than naphtha to find kerosene, light oil, etc., according to the steam reforming including an attempt was made to use such erections heavier than naphtha, and ee was found that the carbon deposition on the catalyst · generally was strong, and that the activity of the catalyst decreased rapidly under these circumstances.
Im allgemeinen werden Kohlenwasserstoffe instabil . und ihre Z-ersetzungspunkte niedriger, wenn die Zahl der Kohlenstoffatome ansteigt. Demzufolge ist das Cracken schwerer Kohlenwasserstoffe bei niederen Temperaturen möglich und einige frühere vorläufige Untersuchungen des Cracfcens dieser Materialienwurden durchgeführt. Die Gleichgewichtszusammensetzung bei der Dampfreformierung bei niederer Temperatur enthält Methan zu einem großen Anteil, und dies ist daher ungeeignet, wenn Wasserstoffgas höherer Reinheit gewünscht wird. Darüber hinaus kann die Abscheidung von kohlenstoffhaltigem Material nicht vermieden werden.In general, hydrocarbons become unstable. and your Z replacement points lower when the number of carbon atoms increases. As a result, heavy hydrocarbon cracking is possible at lower temperatures and some earlier Preliminary investigations into the cracking of these materials have been made carried out. The equilibrium composition in low temperature steam reforming contains methane to a large extent, and therefore unsuitable when higher purity hydrogen gas is desired. About that in addition, the deposition of carbonaceous material cannot be avoided.
Als Beispiel für frühere Untersuchungen wurde berichtet, daß die Menge an Methan 31»? °/° in einem trockenen Gas beträgt, das sich in einem thermodynamischen Gleichgewichtszustand bei 500 0C und 30 kg/cm Überdruck befindet, und das Verhältnis von Dampf zu Kohlenstoff in dem Verfahren ist 3·As an example of previous research, it has been reported that the amount of methane is 31 »? ° / ° in a dry gas which is in a thermodynamic equilibrium state at 500 0 C and 30 kg / cm overpressure, and the ratio of steam to carbon in the process is 3
Die folgenden Beispiele sind zur Veranschaulichung grundlegender Verhältnisse gegeben. Zur Darstellung einer Dampfrefcrmierungsreaktion von Kohlenwasserstoffen bei einerThe following examples are given to illustrate basic relationships. To show a steam regeneration reaction of hydrocarbons at a
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•Temperatur über 800 C wurde ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen und Dampf zuerst durch ein von außen beheiztes Hohlrohr geleitet. Die Versuchsbedingungen waren wie folgts• Temperature above 800 C became a mixture of hydrocarbons and steam first passed through an externally heated hollow tube. The test conditions were as follows
zugeführter Kohlenwasserstoffadded hydrocarbon
KohlenwasserstoffmengeAmount of hydrocarbons
Mo!verhältnis von Dampf zu'
KohlenstoffMo! Ratio of steam to '
carbon
Beakti onst emp eratür
erzeugte GasmengeBeakti onst emp eratur
amount of gas generated
Zusammensetzung des erzeugten Gases (Vol.%)Composition of the generated gas (vol.%)
Vergasungsrate des KohlenstoffsGasification rate of carbon
Kuwait-Rohölfraktionen mit einem Endpunkt von 170 °CKuwait crude oil fractions with an end point of 170 ° C
6,94 g/min6.94 g / min
4,04.0
1100 0C1100 0 C
23,2 Nl/min23.2 Nl / min
H2 65,5i CH4 9,6, CO 18,4| CO2 6,5f C2H4 0,1; C^K2 0»'H 2 65.5 i CH 4 9.6, CO 18.4 | CO 2 6.5f C 2 H 4 0.1; C ^ K 2 0 »'
75,0 % 75.0 %
Die Ergebnisse der Beobachtungen, die während des i?ort schreit ens der Reaktion innerhalb der Reaktionszone gemacht wurden, sind in Fig. 1 gezeigt.The results of the observations made during the place of the reaction made within the reaction zone are shown in FIG.
In Fig. .1 ist der Abstand zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Eeaktionszone auf der Abszisse in gleichen Abständen und die Kohlenstoffvergasungsrate in logarithm!schein Maßstab auf der linken Ordinate dargestellt- Die Änderung der Kohlenstoffvergasungsrate ist in der Figur durch eine unterbrochene Linie dargestellt.In Fig. 1, the distance between the inlet and the outlet of the reaction zone is shown on the abscissa at equal intervals and the carbon gasification rate in logarithmic scale is shown on the left ordinate. The change in the carbon gasification rate is shown in the figure by a broken line.
Die hier verwendete. Kohlenstoffvergasungsrate ist wie folgt definiert:The one used here. Carbon gasification rate is as follows Are defined:
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Kohlenstoffmenge im erzeugten Gas Amount of carbon in the gas produced
Kohlenstoff menge in zugeführten KohlenwasserstoffenAmount of carbon in supplied Hydrocarbons
In der gleichen V/eise ist die Selektivität auf der rechten Oral nate in logarithmischem Maßstab dargestellt. Die Selektivitätsänderung der gaserzeugenden Reaktion für die jeweiligen Komponenten in entstehenden Gasgemisch, das aus dem K-dhienstoff in den zugeführten Kohlenwasserstoffen erhalten wird, ist durch die ausgezogenenJLinien dargestellt.In the same way, the selectivity is on the right oral nate shown on a logarithmic scale. The change in selectivity the gas-generating reaction for the respective components in the resulting gas mixture, which is made up of the K-dhienstoff in the supplied hydrocarbons is shown by the solid lines.
Betrachtet man die grundlegenden Zusammenhänge, wie in Fig. dargesteilt, stellt man.fest, daß die oberste unterbrochene Linie, die die Kohlenstoffvergasungsrate darstellt, bis zu einem Punkt nahe dem Auslaß der Reakliionszone abfällt, und dies legt nahe, daß die zugeführten Kohlenwasserstoffe sich nicht mit Dampf umgesetzt haben, sondern nur thermisch in Äthylen oder Acetylen gecrackt wurden. Wird die Verweilzeit ausgedehnt, um die restlichen Kohlenwasserstoffe zu reduzieren, steigt die abgeschiedene Menge an kohlenstoffhaltigem Material an.If one considers the basic relationships, as shown in Fig. shown, you can see that the topmost one is interrupted Line representing the rate of carbon gasification decreasing to a point near the outlet of the reaction zone, and this suggests that the added hydrocarbons have not reacted with steam, but only thermally in Ethylene or acetylene have been cracked. If the residence time is extended to reduce the remaining hydrocarbons, the deposited amount of carbonaceous material increases.
Dies wird deutlich durch die Kurven, die die Selektivitäten von Acetylen bzw. Äthylen zeigen, angegeben, sowie auch durch die Kurven, die die Selektivitäten von Dampf, Kohlenmonoxyd und. Kohlendioxyd in Fig. 1 zeigen.This is clearly indicated by the curves showing the selectivities of acetylene and ethylene, as well as by the curves showing the selectivities of steam, carbon monoxide and. Show carbon dioxide in fig.
Bei der Herstellung von Olefinen durch thermisches Cracken von Kohlenwasserstoffen wird ein Verfahren angewandt, bei dem die Verweilzeit in der Reaktionszone kurz ist, um die Abscheidung von Kohlenstoff zu vermeiden. Ist der GegenstandIn the production of olefins by thermal cracking of hydrocarbons, a process is used in which the residence time in the reaction zone is short, around the Avoid deposition of carbon. Is the subject
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der Herstellung jedoch Wasserstoff, kann die Verweilzeit nicht verkürzt werden, ohne daß ein mengenmäßiger Anstieg nichtumgesetster Materialien oder von Zwischenprodukten verursacht wird.However, the production of hydrogen can reduce the residence time cannot be shortened without an increase in the quantity of unconverted materials or intermediate products caused.
Versuche, ein Verfahren zur Gaserzeugung zu schaffen, das zwischen dem herkömmlichen katalytischen Dampfreformiörverfahren und dem üblichen, nichtkatalytischen Teiloxydationsr verfahren vom Standpunkt der Vielfältigkeit der Ausgangßkohlenwasserstoffe und der Reaktionsteciperaturen liegt, ergaben, daß jede bedeutende Steigerung in der Kohl ens toffvergasungsrate nicht in einer Reaktion erzielt werden kenn, die in einem Reaktor ohne Katalysator, wie oben beschrieben, durchgeführt wird.Attempts to provide a gas generation process that is intermediate to the conventional catalytic steam reforming process and the usual, non-catalytic partial oxidation proceed from the standpoint of the diversity of the starting hydrocarbons and the reaction temperature is found that any significant increase in the rate of carbon gasification can not be achieved in a reaction that takes place in a reactor without a catalyst, as described above, is carried out.
Aufgrund dieser Ergebnisse wurde nun-überraschenderweise · gefunden, daß Katalysatoren mit bekanntermaßen geringer Aktivität verwendet werden können, um unter Verwendung hochaktiver und hochempfindlicher Dampfreforsierkatalyeatoren oder unter Verwendung eines Vex*fahrens ohne Katalysotorfc einsatz bislang unerreichbare Ergebnisse' zu erzielen. Die Erfindung erzielt se die erwünschten Ergebnisse beider obigen Verfahren 1 und 2. Es wurde gefunden, daß solche Katalysatorenwie unten beschrieben ausgewählt v/erden können, und so wurde das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht.On the basis of these results, surprisingly found that catalysts with known lower Activity can be used to utilize highly active and highly sensitive steam reforging catalysts or using a Vex * driving without a catalytic converter fc use to achieve previously unattainable results'. The invention achieves the desirable results of both Methods 1 and 2 above. It has been found that such catalysts can be selected as described below, and thus the principle of the method of the invention has been achieved.
Die Figuren sind grafische Darstellungen von beim Daiapfcracken angetroffenen Paktoren.The figures are graphic representations of Daiapfcracken encountered pactors.
Die Pig. 1,2 und 3 zeigen die Beziehungen zwischen der Inderung bei den Kohlenstoff-Gasumwandlungsraten herkömmlicherThe Pig. 1, 2 and 3 show the relationships between changes in carbon gas conversion rates more conventionally
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-7- 2H3608-7- 2H3608
KohlenwasseretoffbeBchickungen unter Dampfcrackbedingungen, . Selektivitätsraten der Umwandlung in Beziehung zu den Gaskomponenten, und Weglänge, d.h. Verweilzeit in der Re&ktionsjsone. Hydrocarbon feeds under steam cracking conditions,. Conversion selectivity rates in relation to the gas components, and path length, i.e. dwell time in the re & ktionsjsone.
Fig. 4 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Kohlenstoffvergasungsrate und der Eeaktionstemperatur zeigt.Fig. 4 is a graph showing the relationship between the rate of carbon gasification and the reaction temperature shows.
Pig. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Kohlenstoff vergasungsrate und dem Mo!verhältnis von Dampf zu Kohlenstoff zeigt.Pig. 5 is a graph showing the relationship between the carbon gasification rate and the Mo! ratio of steam to carbon shows.
Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der inderung der Kohlenstoffvergasungsrate und der Änderung des Berylliumoxydgehalts im Katalysator darstellt.Fig. 6 is a graph showing the relationship between the change in the rate of carbon gasification and the change in the carbon gasification rate Represents beryllium oxide content in the catalyst.
Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Änderung der Kohlenstoffvergasungsrate und der Änderung des Calziumoxydgehalts im Katalysator darstellt.Fig. 7 is a diagram showing the relationship between the change the rate of carbon gasification and the change in calcium oxide content represents in the catalyst.
Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Änderung der Kohlenstoffvergasungsrate und der Änderung des Strontiumoxydgehalts im Katalysator darstellt.Fig. 8 is a graph showing the relationship between the change in the rate of carbon gasification and the change in the content of strontium oxide represents in the catalyst.
Weitere beispielhafte Versuche veranschaulichen weitere grundlegende Zusammenhänge.Further exemplary experiments illustrate further basic ones Connections.
Ein Grundbestandteil von Katalysatoren, die üblicherweise beim Dampfreformieren leichter Kohlenwasserstoffe verwendet werden, ist Nickeloxyd. Jedoch nicht Nickeloxyd, sondern entsprechend den obigen Grundsatz Aluminiumoxyd hoher Reinheit und hoher Stabilität bei hohen Temperaturen sowie mit Wassermolekülen ▼erträglich, wurde als eine Art für das erfindungsgemäße Verfahren ausgewählt. Nickeloxyd ist ein sogenannter p-Typ-Halbleiter, neigt offenkundig zurA basic component of catalysts that are commonly used in Steam reforming the lighter hydrocarbons used is nickel oxide. However, not nickel oxide, but correspondingly the above principle aluminum oxide of high purity and high stability at high temperatures and with water molecules ▼ tolerable, was selected as a species for the method according to the invention. Nickel oxide is a so-called p-type semiconductor, obviously tends to
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2 H 36 082 H 36 08
Beachleunigung der Kohlenstoff abscheidung und zur Vergiftung durch Schwefel in einer Menge von 5 ppia odear mehr. Der nachfolgende Versuch war zur Untersuchung des Verhaltens von Aluminiumoxid in dieser Hinsicht bestimmt... " ;Accelerated carbon deposition and poisoning by sulfur in an amount of 5 ppia or more. The following The experiment was designed to study the behavior of alumina in this regard ... ";
zugeführter Kohlenwasserstoff!added hydrocarbon!
Kohlenwa s s ersto ffmengeAmount of coal water emitted
Molverhältnis von Dampf zu Kohlenstoff:Molar ratio of steam to Carbon:
Eeaktionsteinperatur :· Menge entwickelten Gases .· Zusammensetzung des entwickelten Gases (VoI.%) :Reaction stone temperature: Amount of evolved gas. Composition of the evolved gas (Vol.%):
Kohlenstoff vei^gasungsrate:Carbon gasification rate:
KinaB-Eohölfräkt'ionen mit einem oberen Siedepunkt von 290 0CKinaB-Eohölfräkt'ionen with an upper boiling point of 290 0 C
7,87 g/min - -·7.87 g / min - -
4,0 HOO 0C 32,7 Hl/min4.0 HOO 0 C 32.7 Hl / min
H2 63,7; CH4 9,0; CO 11,9; CO2 15,4 95,2 % H 2 63.7; CH 4 9.0; CO 11.9; CO 2 15.4 95.2 %
Die bei diesem Versuch in der Reaktionsaone während des Fortschreitens der Reaktion beobachteten Ergebnisse sind in Fig. 2 dargestellt.The in this attempt in the reaction aone during the Results observed as the reaction proceeded are shown in FIG.
Dann wurde die gleiche Reaktion in Gegenwart von Gamma-Aluminiuinoxyd unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:Then the same reaction was carried out in the presence of gamma aluminum oxide carried out under the following conditions:
zugeführter Kohlenwasserstoff;supplied hydrocarbon;
Kohlenwasserstoffmenge : Reaktionstemperatur '· Menge entwickelten Gases :Amount of hydrocarbons: reaction temperature Amount of evolved gas:
Zusammensetzung des entwickelten Gases (VIJ):Composition of Evolved Gas (VIJ):
Kohlenstoffverga sungsrateCarbon gasification rate
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Minas-Rohölfraktionen mit einem oberen Siedepunkt von 290 0C 7,67 g/min 1100 0C 37,1 Hl/min H2 69,4; CH^ 2,4·,Minas crude fractions with an upper boiling point of 290 0 C 7.67 g / min 1100 C 37.1 0 Hl / min H 2 69.4; CH ^ 2.4 ·,
CO 14,*5t CO2 13,7 95,0 % CO 14, * 5t CO 2 13.7 95.0 %
■\■ \
*" 2U3608* "2U3608
Die bei diesem Versuch in der Reaktionszone bei fortschreitender Heaktion beobachteten Ergebnisse sind in Fig. 7j dargestellt.The observed in this experiment in the reaction zone progresses Heaktion results are shown j in FIG. 7.
Bislang vrurden in allgemeinen der kataiytischeii Wirkung bei hoher Temperatur über 1000 0C negative .Erwartungen entgegengebracht, und gewöhnlich wurde ein solches Material in einer Atmosphäre mit hoher Temperatur als reines Wärmeübertragungsmedium angesehen. Vergleicht man die Fig. 1, 2 und 3» ist deutlich zu erkennen, daß die verschiedenen Ergebnisse im Falle der beiden Aluiuiniumo:<yde vernünftigerweise nur Unterschiedenen katalytischer Wirkung und nicht nur reinen Wärmeübertragungserscheinungen zugeschrieben werden können.So far, the kataiytischeii effect at high temperature above 1000 0 C negative .Erwartungen vrurden in general met with, and usually such a material in an atmosphere of high temperature was considered to be pure heat transfer medium. If one compares FIGS. 1, 2 and 3, it can clearly be seen that the different results in the case of the two Aluiuiniumo: <yde can reasonably only be ascribed to different catalytic effects and not only to pure heat transfer phenomena.
Ein bemerkenswert bedeutsames Ergebnis in den Fällen, in denen «-Aluminiumoxyd oder y-Aluminiumoxyd in der Reaktionszone verwendet wurde, besteht darin, daß überraschenderweise. überhaupt keine Kohlenstoffabscheidung auf der Katalysatoroberfläche erfolgte. Wird die Reaktion abgebrochen, um den Katalysator zu untersuchen, stellt man fest, daß seine Überfläche sauber und von rein weißer Farbe ist, ausgenommen beim Einlaßteil der Katalysatorschicht. .A remarkably significant finding in the cases in where -aluminum oxide or γ-aluminum oxide was used in the reaction zone, is that, surprisingly. no carbon deposition at all on the catalyst surface took place. If the reaction is stopped to examine the catalyst, it is found that its The surface is clean and pure white in color, except for the inlet portion of the catalyst layer. .
Ist Siliziumdioxyd als zufällige Verunreinigung in Aluminiumoxyd eingebaut, und die Konzentration der Verunreinigung steigt, beginnt Kohlenstoffabscheidung auf der Oberfläche des Katalysators einzutreten. Bei einem Siliziumdioxydgehalt von ungefähr 10 Gew.$6 kann die Katalysatoroberfläche nicht saubergehalten werden und wird innerhalb kurzer Zeit ait einer Kohlenstoffabscheidung bedeckt.Is silica built into aluminum oxide as an incidental impurity, and the concentration of the impurity increases, carbon deposition begins to occur on the surface of the catalyst. With a silicon dioxide content of about 10 wt. $ 6, the catalyst surface cannot must be kept clean and is covered with a carbon deposit within a short time.
Eine ähnliche Abscheidung tritt auch ein, wenn andere al3 Siliziuiadioxyd, wie beispielsweise Oxyde der Elemente der IV. Gruppe des Periodensystems und ßchwermetalloxyde eisA similar deposition also occurs when other al3 silicon dioxide, such as oxides of the elements of the IV. group of the periodic table and heavy metal oxides
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Verunreinigungen in Mengen über 10 % eingebracht sind.Impurities are introduced in amounts over 10 % .
Hinsichtlich, dieser vorstehend beschriebenen Tatsachen ist zu erkennen, daß eines der Merkmale von Aluminiumoxyd in seiner neu aufgefundenen katalytischen Wirkung zur Beschleunigung 4«? Reaktion von Kohlenwasserstoffen, insbesondere von kohlenstoffhaltigen Materialien mit Dampf besteht.Regarding these facts described above it can be seen that one of the characteristics of alumina in its newly discovered catalytic effect on acceleration 4 «? Reaction of hydrocarbons, especially of carbonaceous materials with There is steam.
Vergasung von Rohöl in Gegenwart von ei-Aluminiuiaoxyd wurde durchgeführt, und es wurden die folgenden guten Ergebnisse erzielt:Gasification of crude oil in the presence of aluminum oxide has been done, and the following have been good ones Results obtained:
Siedepunkt unter 100 0C :Group »with an upper one
Boiling point below 100 0 C:
Kohlenstoff iFetch ratio of steam to
Carbon i
ten Gases (Vol.%)·'Composition of the develop
th gas (vol.%) '
Die Beziehungen zwischen der Reaktionsiemperatur Bis einem Paktor, der die katalytische Wirkung von Aluminiumoxyd und die Kohlenstoffvergasungsrate beeinflußfc,und auch zwischen dem Kolverhältnis von Dampf su Kohlenstoff als einem Faktor,Relationships between the reaction temperature to a Factor influencing the catalytic action of alumina and the rate of carbon gasification, and also between the col ratio of steam to carbon as a factor,
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214369*214369 *
der die katalytische Reaktion beeinflußt, und der VergasungejDEite in Versuchen sind in den Fig. 4 bzw. 5 dargestellt.which influences the catalytic reaction, and the gasification process in experiments are shown in FIGS. 4 and 5, respectively.
So ist der Einfluß der Reaktionstemperatur erheblich» und gute Ergebnisse werden bei Temperaturen über 1000 0C erzielt· Darüber hinaus ist der Einfluß des Verhältnisses von Dampf zu Kohlenstoff verhältnismäßig klein.The influence of the reaction temperature is considerable and good results are achieved at temperatures above 1000 ° C. In addition, the influence of the ratio of steam to carbon is relatively small.
Die Ergebnisse, üie bei einem Versuch erhalten wurden! der-· den Einfluß des Schwefels zeigt, der als ein Katalysatorgift stete,su Schwierigkeiten führt, sind nachstehend aufgeführt:The results obtained in one attempt! the-· shows the influence of sulfur, which, as a catalyst poison, leads to difficulties, are listed below:
zugeführter Kohlenwasserstoff : Kuwait-Rohölfrektionen,added hydrocarbon: Kuwait crude oil fractions,
oberer Siedepunkt ?upper boiling point?
Zusammensetzung (Gew.%) : KohlenwasserstoffmengeComposition (wt.%): Amount of hydrocarbons
Holverhältnis von Dampf zu KohlenstoffSteam to carbon pick ratio
Reaktionsteinperatur entwickelte Gasaenge Zusammensetzung des entwickelten Gases (Vol.%)Reaction stone temperature developed gas volume Composition of the evolved gas (vol.%)
KohlenstoffvergasungsrateCarbon gasification rate
In dem Versuch wurde eine Fraktion mit einem verhältnismäßig hohen- ßchwefelgehalt von 4 300 ppm verwendet, aber ee wurde kein Einfluß und keine Veränderung des als Katalysator verweildeten Aluminiumoxyds festgestellt. ."..'".-·'■A fraction with a relatively high sulfur content of 4,300 ppm was used in the experiment, but ee was used no influence and no change in the catalyst used Aluminum oxide found. . ".. '" .- ·' ■
Die vorstehenden Untersuchungen zeigen, daß Aluminiumoxyd, allein* verwendet, «ur Vergasung von kohlenstoffhaltigen Materialien bei Temperaturen über 1000 0C und insbesondereThe above investigations show that aluminum oxide, used alone *, for the gasification of carbonaceous materials at temperatures above 1000 ° C. and in particular
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2U36Ö82U36Ö8
zur Vergasung von Kohlenwasserstoffen mit 20 % DestillationsrückstandsöljWie beispielsweise Rohölen, mit hoher Kohlenstoffvergasungsrate von über 90 % geeignet ist. Weiterhin wurde gefunden, daß Katalysatoren aus mehreren Bestandteilen, z. B. Aluminiumoxyd und anderen Ketolloxyden, insbesondere basicchen Metalloxyden, zur Erlangung zusätzlicher, industriell vorteilhafter Ergebnisse geeignet sind. In nachstehend beschriebenen Versuchen wurde gefunden, daß wesentliche Kohlenstoffabscheidung- bei der Vergasung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere ψ von schweren Kohlenwasserstoff en mit Rückstandsölßn,nicht eintritt,· wenn Katalysatoren aus Aluminiumoxyd und Berylliumoxyd, Calziumoxyd und/oder Strontiumoxyd als hauptsächliche zweite Bestandteile verwendet werden, und daß die Vergasungsreaktion bei einer Temperatur leicht unter der bei Verwendung von Aluminiumoxyd alleine angewandten Temperatur glatt verläuft.For the gasification of hydrocarbons with 20 % distillation residue oil, such as crude oils, with a high carbon gasification rate of over 90% . It has also been found that catalysts composed of several components, e.g. B. aluminum oxide and other ketone oxides, especially basic metal oxides, are suitable for obtaining additional, industrially advantageous results. In experiments described below, it was found that substantial Kohlenstoffabscheidung- in the gasification of hydrocarbons, in particular ψ of heavy hydrocarbon en with Rückstandsölßn, does not occur, · when catalysts are of aluminum oxide and beryllium oxide, calcium oxide and / or strontium oxide used as a main second components, and that the gasification reaction proceeds smoothly at a temperature slightly below that used when using alumina alone.
Erfindungsgemäß verwendete Katalysatoren umfassen Sinterprodukte aus Aluminiumoxyd und einem oder mehreren der Oxyde Berylliumoxyd, Calziunoxyd und Strontiumoxyd.Catalysts used in the present invention include sintered products from aluminum oxide and one or more of the oxides beryllium oxide, calcium oxide and strontium oxide.
Obgleich die besondere Wirkung jedes einzelnen BestandteilsAlthough the special effect of each individual component
»der durch Kombinieren dieser Bestandteile erhaltenen Katalysatorzusammensetzungen noch nicht bestimmt worden ist, besitzen Oxyde von Erdalkalimetallen wie beispielsweise Berylliumoxyd, Calziumoxyd und Strontiumoxyd eine ihnen eigene Wirkung zur Steuerung von Dehydrierreaktionen von Kohlenwasserstoffen zum Unterbinden thermischer Polymerisation.»The catalyst compositions obtained by combining these components has not yet been determined, oxides of alkaline earth metals such as beryllium oxide, Calcium oxide and strontium oxide have their own properties for controlling the dehydrogenation reactions of hydrocarbons to prevent thermal polymerisation.
Aluminiumoxyd beschleunigt die Reaktion von Kohlenwasserstoffen mit Dampf. Sind die Katalysatoren gesintert oder kristallisiert, wird Aluminiumoxyd mit den Erdalkalimetalloxyden hauptsächlich in einer spinelartigen Struktur zur ErhöhungAluminum oxide accelerates the reaction of hydrocarbons with steam. If the catalysts are sintered or crystallized, aluminum oxide becomes with the alkaline earth metal oxides mainly in a spinel-like structure for elevation
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der mechanischen Festigkeit der geformten Katalysatoren fest verbunden« i the mechanical strength of the shaped catalysts firmly connected «i
Nach einer in der Vergangenheit geäußerten Theorie sollten Katalysatoren wie vorgenannt bei Temperaturen über 600 0C inaktiviert werden und nur als Wärmeübertragungsmittel wirken, da die Wasserstoffionenkonzentration an der Oberfläche des Katalysators rasch vermindert wird. Man nimmt jedoch an, daß die überraschende Wirkung der zuvor beschriebenen Katalysatoren zur Steuerung der Dehydrierreaktion von Kohlenwasserstoffen zur Verhinderung von Kohlenstoffabscheidung auf der Wirkung der Elektronen der äußeren Schalen der Atome, die die Katalysetoren bilden, beruht,und daß weiterhin die Elektronen der äußeren Schalen der Katalysatoren bei hoher Temperatur leicht aktiviert werden. Daher ist die Wirkung der Katalysatoren bei gleichzeitiger Verhinderung der Kohlenstoffabscheidung. bei einer hohen Temperatur bemerkenswert. " . · According to a theory expressed in the past , catalysts, as mentioned above, should be inactivated at temperatures above 600 ° C. and only act as a heat transfer medium, since the hydrogen ion concentration on the surface of the catalyst is rapidly reduced. However, it is believed that the surprising effect of the above-described catalysts for controlling the dehydrogenation reaction of hydrocarbons to prevent carbon deposition is based on the action of the electrons of the outer shells of the atoms that form the catalysts, and that the electrons of the outer shells of the Catalysts are easily activated at high temperature. Hence the effect of the catalysts while preventing carbon deposition. remarkable at a high temperature. ". ·
Die Zusammensetzungen der in dem erfindungsojemäßen Verfahren verwendeten Katalysatoren sind dadurch gekennzeichnet, daß die Fähigkeit der E.rdalkalimetalloxyde, die Kohlenstoffabscheidung zu verhindern, mit steigender Menge an Aluminiumoxyd vermindert wird. Daher sollte der Gehalt an Erdalkalimetalloxyd wenigstens 10 Gew.%*und folglich der Aluminiumoxydgehalt höchstens 90 Gew.% betragen.The compositions of the method according to the invention Catalysts used are characterized in that the ability of E. alkaline earth metal oxides to deposit carbon to prevent, is decreased with increasing amount of aluminum oxide. Therefore, the content should be Alkaline earth metal oxide at least 10% by weight * and consequently the The aluminum oxide content should not exceed 90% by weight.
Weiterhin ist der Bereich des Katalysatorgehalts am Gegebenenfalls - Bestandteil Calziumoxyd 10 - 60 Gew.%, der von Berylliumoxyd 20-60 Gew.% und von Strontiumoxyd 20 60 Gew.%. In ternären oder quaternären Mischungen kann der Berylliumoxydgehalt bis auf 6 % gesenkt werden, wenn der Gehalt an den übrigen Gegebenenfalls-Bestandteilen wie oben ist.Furthermore, the range of the catalyst content of the optional calcium oxide constituent is 10-60% by weight, that of beryllium oxide 20-60% by weight and that of strontium oxide 20-60% by weight. In ternary or quaternary mixtures, the beryllium oxide content can be reduced to 6% if the content of the other optional components is as above.
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' Beim erfindungsgemäßen Verfahren ißt eine Reektion&tesiperatur über 8^0 0C geeignet und.kann über 1QOO 0Ct sogar "bis zu 1100 0G liegen· Für den Fall» daß Rohmaterialien mit einem, hohen Gehalt an schweren Kohlenwasserstoffen verwendet werden, wird eine verhältnismäßig hohe Teopei*atur innerhalb dieses Bereichs bevorzugt angewandt, und andererseits wird für den Fall eines hohen Gehalts an leichten Kohlenwasserstoffen eine verhältnismäßig niedere Temperatur "bevorzugt angewandt. ...·_.'In the present process a Reektion & tesiperatur 8 ^ 0 0 C eats suitable und.kann about 1QOO 0 C even t' up to 1100 0 G * are the event "that raw materials are used with one, high content of heavy hydrocarbons, is a relatively high texture within this range is preferably used, and on the other hand, in the case of a high content of light hydrocarbons, a relatively low temperature "is preferably used. ... · _.
Die Saumgeschwindigkeit des Stroms der Reaktionspartner im erfindungßgemäßen Verfahren liegt.im. Bereich von 1000 5000/h. Das Dampf-Kohlenstoff-Molverhältnis kann von 2 bis 10 sein.The fringing speed of the stream of reactants in the process according to the invention lies.im. Range from 1000 5000 / h. The steam to carbon molar ratio can be from 2 to 10.
Die Reaktion kann unter atmosphärischem Druck oder darüber durchgeführt werden. Der Betriebsdruck ist nicht kritisch und kann jeder Druck zwischen Atmosphärendruck und 300 at sein. "■The reaction can take place under atmospheric pressure or above be performed. The operating pressure is not critical and can be any pressure between atmospheric pressure and 300 at be. "■
Bei der erfindungsgemäßen Reaktion können Reaktoren mit wenigstens einem festen Katalysatorbett, Beweg;bbett oder Sprudelbett (spouted bed) verwendet werden.In the reaction according to the invention can reactors with at least one fixed catalyst bed, moving bed or Spouted bed can be used.
Die Reaktionswärme kann entweder durch ein äußeres Heizsystem zugeführt werden, in welchem der Reaktor von außen durch eine Wärmeaustauschwand beheizt wird, oder durch ein sogenanntes internes Heizsystem, bei welchem eine geeignete Menge an Sauerstoff oder sauerstoffreicher Luft dem Reaktor zugeführt wird, und bei dem die durch teilweise Oxydation der Rohmaterialien erzeugte Wärme ausgenützt wird.The heat of reaction can either be generated by an external heating system be fed, in which the reactor is heated from the outside by a heat exchange wall, or by a so-called internal heating system, in which a suitable amount of oxygen or oxygen-rich air is supplied to the reactor is supplied, and in which the heat generated by partial oxidation of the raw materials is used.
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4*~ 2H3608 4 * ~ 2H3608
Es "besteht kein besonderer Einfluß von Verunreinigungen wie beispielsweise Schwefel, wie sie in zugeführten Rohmaterialien enthalten sind, wie weiter unten ausgeführt wird. Daher ist Iceine Beschränkung der Zusammensetzung der Rohmaterialien innerhalb der normalerweise in herkönialichen ölmaterialien auftretenden Bereiche notwendig.There "is no particular influence of impurities such as for example sulfur as contained in the raw materials supplied, as will be explained below. thats why There is a restriction on the composition of the raw materials within the range normally found in royal oil materials occurring areas necessary.
Die Erfindung umfaßt das Reformieren von Schwerölen wie beispielsweise Rohölen sowie ITaphtha, Kerosin oder leichtöl frakt ionen aus diesen Rohölen und Mischungen aus Leichiölen und Rohölen. Die Leichtöle enthalten 6 bis 8 Kohlenstoffatom, wie beispielsweise Heptane, Octane und dergleichen.The invention includes the reforming of heavy oils such as crude oils as well as ITaphtha, kerosene or light oil fractions from these crude oils and mixtures of body oils and crude oils. The light oils contain 6 to 8 carbon atoms, such as heptanes, octanes and the like.
Y/eitn öl zur Beschickung wie beispielsweise Rohöle mit einem Gehalt an restlichen Ausgangsschiaierölen verwendet werden, sollte die Reaktion bei einer Temperatur über 950 0C durchgeführt werden, um KohlenstoffabScheidungen zu vermeiden. In allgemeinen sind eutektische Kristalle aus Aluminiumoxid und Erdalkalimetalloxyden für eine lange Zeit bei solch hoher Temperatur stabil und dauerhaft genug.If oil is used for the feed, such as, for example, crude oils with a content of residual starting oils, the reaction should be carried out at a temperature above 950 ° C. in order to avoid carbon deposits. In general, eutectic crystals of alumina and alkaline earth metal oxides are stable and durable enough for a long time at such a high temperature.
Im allgemeinen haben Schweröle hohe Schwefelgehalte, und im Rannen der Erfindung wurde Kuwait-Rohöl nit besonders hohem Schwefelgehelt als Rohmaterial verwendet, aber auf dem Katalysator stellte sich keine Schwefelverbindung ein, und es wurde keine Verminderung der Aktivität des Katalysators festgestellt.In general, heavy oils have high sulfur contents, and in the running of the invention, Kuwait crude oil with a particularly high sulfur content was used as a raw material, but no sulfur compound formed on the catalyst and no reduction in the activity of the catalyst was observed.
Berylliumoxyd ist verhältnismäßig teuer, und deshalb kann aus wirtschaftlichen Gründen sein Gehalt im Katalysator minimal angesetzt werden. Nach Versuchen mit verschiedenen Zusammensetzungen wurde jedoch gefunden,, daß die Gegenwart von freiem Berylliurioxyd im Katalysator zusätzlich zum Beryllium oxide is relatively expensive, and can therefore be minimal set for economic reasons, its content in the catalyst. However, after tests with various compositions, it was found that the presence of free beryllium dioxide in the catalyst in addition to the
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2H36082H3608
Berylliumoxyd, des .ein kristallines Eutektikuin darstellt, "bei der Verhinderung der Kohlenstoffabscheidung in der Dampfreformierreaktion ganz wirksam ist.Beryllium oxide, which is a crystalline eutectic, "in preventing carbon deposition in the Steam reforming reaction is quite effective.
Im binaren System aus Berylliunoxyd und Aluminiumoxyd wird kristallines BeO.Al2O, verhältnismäßig leicht erzeugt. Der Berylliumoxydgehalt des Katalysators sollte wenigstens 20 Gev;.%, vorzugsweise über JO Gew.% sein.In the binary system of beryllium oxide and aluminum oxide, crystalline BeO.Al 2 O is produced relatively easily. The beryllium oxide content of the catalyst should be at least 20% by weight, preferably above 50% by weight.
Berylliumoxyd "besitzt die folgenden charakteristischen Vorteile, obgleich es, wie oben erwähnt, teuer ist.Beryllium Oxide "has the following characteristic advantages, although, as mentioned above, it is expensive.
Zunächst wird die Kohlenstoff ab scheidung durch Beryllruinoxyd selbst bei verhältnismäßig niederer Temperatur verhindert. t First, the carbon separation is prevented by beryl ruin oxide even at a relatively low temperature. t
Pur den Fall, daß Calziumoxyd-Aluminiumoxyd-Katalysator, wie nachstehend ausgeführt, verwendet wird, ist eine Reaktionstemperatur von I050 - 1100 0C notwendig, um Kohlenstoffabscheidung beim Dampfreformieren von Kuwait-Hohöl zu vermeiden. Wird andererseits ein Berylliunoxyd-Aluminiumoxyd-Katalysator verwendet, tritt selbst bei Keaktionstemperaturen von 950 - 1050 0C keine Kohlenstoffabscheidung ein.Pur the case that calcium oxide-alumina catalyst, as explained below is used, a reaction temperature of I050 is - 1 100 0 C is necessary, in order to prevent carbon deposition during steam reforming of Kuwait Hohöl. On the other hand, a Berylliunoxyd-alumina catalyst used, occurs even when K e action temperatures of 950 - 1050 0 C no carbon deposition, a.
Zum zweiten ist die wichtige Eigenschaft der Wärmeleitfähigkeit von Berylliumoxyd extrem hoch, und daher ist auch die Wärmeleitfähigkeit des Berylliuraoxyd enthaltenden Katalysators hoch.Second, the important property of thermal conductivity of beryllium oxide is extremely high, and so is thermal conductivity of the Berylliuraoxyd-containing catalyst high.
Die nachfolgende Tabelle zeigt Wärmeleitfähigkeiten von Berylliumoxyd und anderen Oxyden bei 1000 0C (Kcal./m h 0C):The following table shows the thermal conductivity of beryllium oxide and other oxides at 1000 0 C (Kcal./mh 0 C):
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■wr■ wr
2H36082H3608
etwaapproximately
Die Wärmeleitfähigkeit von Berylliumoxyd ißt also/dreimal so hoch wie die der anderen aufgeführten Oxyde. " ' 'So the thermal conductivity of beryllium oxide eats / three times as high as the other oxides listed. "''
Bei der Durchführung einer endothermen .Reaktion "bei hoher Temperatur wie beim Dampfreformieren unter Verwendung eines äußeren Heizsystems ist es von wirtschaftlichem Standpunkt sehr wichtig, an den beheizten Oberflächen des Reaktors eine niedere Temperatur aufrechtzuerhalten. Deshalb sind Berylliumoxyd enthaltende Katalysatoren industriell von Vorteil, v/eil sie niedere Reaktionstemperaturen und darüber hinaus niedere Temperaturen der beheizten Oberfläche des Reaktors und folglich auch der Wärmequelle erlauben.When performing an endothermic "reaction" at high Temperature as in steam reforming using an external heating system, it is economical It is very important to maintain a low temperature on the heated surfaces of the reactor. Therefore, catalysts containing beryllium oxide are industrially advantageous because they have low reaction temperatures and, moreover, lower temperatures of the heated surface of the reactor and consequently also of the Allow heat source.
Es wurde auch gefunden, daß Kohlenstoffabscheidung bei der Vcz'gasung von Kohlenwasserstoffen und insbesondere schweren Kohlenwasserstoffen mit einem Gehalt an Rückstandsöl ganz wesentlich ausgeschaltet werden kann, wenn Katalysatoren, die Aluminiumoxyd und Calziumoxyd als Hauptbestandteile enthalten, verwendet werden, und die .kristalline eutektische Form ist erwünscht.It has also been found that carbon deposition in the gasification of hydrocarbons and in particular heavy hydrocarbons containing residual oil can be switched off very substantially if catalysts, which use aluminum oxide and calcium oxide as the main constituents may be used, and the crystalline eutectic form is desirable.
Versuchsweise wurden verschiedene Zusammensetzungen mit Calziumoxyd und Aluminiumoxyd hergestellt und durch Röntgenbeugung untersucht, wobei ermittelt wurde, daß der Calziuiaoxydgehalt unter 60 Gew.% sein sollte, um "genügendeVarious compositions of calcium oxide and aluminum oxide were experimentally prepared and by X-ray diffraction investigated, whereby it was found that the calcium oxide content should be below 60% by weight in order to be "sufficient
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mechanische Festigkeit für den Katalysatorpebrauch zq eizielen. Liegt der Calsiuitoxydgehalt über 60 Gew.?£, wird freies Calziuinoxyd gebildet und neigt zur Pulverforra.mechanical strength for the use of the catalyst. If the calcium oxide content is above 60% by weight, it becomes free Calcium oxide is formed and tends to be powdery.
Eg wurde oben "bereits ausgeführt, daß das kristallins Eutektikum von Calziumoxyd und Aluminiumoxyd und das kristalline Eutektikum von Berylliumoxyd und Aluminiumoxid das Cracken oder Reformieren von Kohlenwasserstoffen, insbesondere schweren Kohlenwasserstoffen beschleunigen und auch während der Reaktion die Kohlenstoffabscheidune verhindern. Es wurde auch gefunden, daß Strontiumoxid eine ähnliche, sehr wirksame Wirkung besitzt, und daß eine wirksame katalytisch^ V/irkung durch Einbringen von Strontiumoxyd und Aluminiumoxid in die kristalline eutektische Form erzielt v/erden kann.Eg it has already been stated above that the crystalline Eutectic of calcium oxide and aluminum oxide and that crystalline eutectic of beryllium oxide and aluminum oxide accelerate the cracking or reforming of hydrocarbons, particularly heavy hydrocarbons and also during the reaction the carbon separation impede. It was also found that strontium oxide has a similar, very effective effect, and that an effective catalytic effect by introducing Strontium oxide and aluminum oxide in the crystalline eutectic Form can be achieved.
Gewöhnlich ist das überführen von StlOntiumoxyd in Formkörper mit beträchtlichen Schwierigkeiten verbunden, aber es wurde gefunden, daß, wenn ein Strontiumoxydkatalysator in Pulverform oder in einer geeignet geformten Porra eingesetzt wird, seine katalytische Wirkung, insbesondere die eine KohlenstoffabScheidung verhindernde Wirkung, mit der von Berylliuaoxyd vergleichbar ist.Conversion of stonium oxide into shaped bodies is common practice posed considerable difficulties, but it has been found that when using a strontium oxide catalyst used in powder form or in a suitably shaped porra its catalytic effect, in particular the carbon deposition preventing effect, with the of beryllium oxide is comparable.
Im Vergleich mit Calziumoxyd enthaltenden Katalysatoren zeigen berylliunqxydhaltige Katalysatoren gute Fähigkeit zum Verhindern der Kohlenstoffabscheidung beim Cracken oder Reformieren bei niedereren Temperaturen, und ihr Verhalten in dieser Hinsicht ist das gleiche wie bei Strontiumoxyd enthaltenden PlaLalysatoren.Compared with catalysts containing calcium oxide, catalysts containing beryllium oxide show good properties to prevent carbon deposition during cracking or reforming at lower temperatures, and their behavior in this regard is the same as that of PlaLalyzers containing strontium oxide.
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2Η36082,3608
Me derzeitigen Kosten von Strontiumoxyd liegen bei etwa eiuem Sehntelderar· von Berylliumoxyd, und die Auffindung der Tatsache, daß Strontiumoxid im wesentlichen die gleichen katalytischem Eigenschaften im erfindungsgemäßen Verfahren besitzt, ist daher industriell recht bedeutend.Me current cost of strontium oxide is around a string of beryllium oxide, and the discovery the fact that strontium oxide is essentially the same catalytic properties in the invention Process is therefore quite important industrially.
Der Schwefelgehalu von schweren Kohlenwasserstoffen ist bcXarinterra.-ißen hoch und Versuche unter Verwendung vonThe sulfur content of heavy hydrocarbons is bcXarinterra.-eat high and try using
Kuvait-Rohöl Mit einem besondere, hohen Schwefelgehalt- ' wurden erfiiidungsgemäß durchgeführt, uc den vergiftenden Effekt von Schwefel auf den erfindungsgemäßen Katalysator ~ fertzuütellen. Weder die BUäung von Schwefelverbindungen a\if den Katalysatoren noch eine Herabsetzung der Leistungsfähigkeit der Katalysatoren v/urde beobachtet.Kuvait crude oil With a special, high sulfur content- ' were carried out according to the invention, including the poisoning Effect of sulfur on the catalyst according to the invention ~ to finish. Neither the building of sulfur compounds a \ if the catalytic converters still have a reduction in efficiency the catalysts have been observed.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Further features, details and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments.
In den folgenden Beispielen war der verwendete Reaktor ein rohriörniger Reaktor von 1000 mm Länge und 50 mm Innendurchmesser, in den Katalysatorkörper von 10 mm Länge und 10 mm Durchmesser eingefüllt wurden.In the following examples the reactor used was a tubular reactor 1000 mm long and 50 mm inner diameter, were filled into the catalyst body of 10 mm in length and 10 mm in diameter.
Der rohrförmige Reaktor wurde in einen Elektroofen eingebracht und aufgeheist.The tubular reactor was placed in an electric furnace and aufheist.
Kuwait-Rohöle der folgenden Beispiele haben die nachstehend aufgeführten Eigenschaften:Kuwait crude oils in the following examples have the following properties:
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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
spezifisches Gewicht Eleinentaranalyse (Gew.%)specific weight elemental analysis (wt.%)
ASTM Destillation IBP 10 % 20 % 30 % 40 % 50.% • ' 60 % /O /σ ASTM distillation IBP 10 % 20 % 30 % 40 % 50.% • '60 % / O / σ
Die RauEigeschwindigkeit des Stroms der Reaktionskoinponenreri im'Reaktor war 2000 h in den folgenden Beispielen.The rough velocity of the flow of reaction coinpones im'Reaktor was 2000 h in the following examples.
Die Erfindung umfaßt auch die Verwendung von in den folgenden Beispielen nicht aufgeführten Substanzen als Füllstoffen oder Bindern.The invention also encompasses the use of in the following Examples of substances not listed as fillers or binders.
Gemische aus Berylliumoxydpulver und Aluminiumoxydpulver in den folgenden vier verschiedenen Verhältnissen wurden mit Wasser vermischt, geformt und unter Erhitzen auf I300 0C für mehrere Stunden kalziniert, um BeO/AlpO,-Katalysatoren zu erhalten.Mixtures of Berylliumoxydpulver and alumina powder in the following four different ratios were mixed with water, molded, and calcined with heating at I300 0 C for several hours to BeO / AlPO to obtain catalysts.
Unter Verwendung solcher Katalysatoren wurde h-Heptan dampfreformiert, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden:Using such catalysts, h-heptane was steam reformed, the following results were obtained:
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Gehalt
(Gew#)BeO-
salary
(Gew #)
tereperatui
(0C)Reaction
tereperatui
( 0 C)
Kohlen
ötoff
(MoI-
verh.)Steam ■
Coals
Otoff
(MoI-
mated)
kelten Gases (Vol.%)Composition of the developed
Celtic gas (vol.%)
stoff-
Abschei-
dungCoal
material-
Parting
manure
Werden BeO/AlgO^-Katalysatoren veirwendet, wird ein BeO-Gehalt von 20 Gew.% und darüber bevorzugt·If BeO / AlgO ^ catalysts are used, a BeO content of 20% by weight and above preferred
Beispiel 2 · * Example 2 *
Kuwait-Rohöl wurde unter Verwendung des gleichen Katalysators wie in Beispiel 1 dampfreformiert, wobei die folgenden Ergebnisse erzielt wurden:Kuwait crude oil was steam reformed using the same catalyst as in Example 1, with the following results were achieved:
Gehalt
(Gew.%)BeO-
salary
(Wt.%)
temperatur
(0C)Reaction
temperature
( 0 C)
Kohlen
stoff
(MoI-
verhT)Steam/
Coals
material
(MoI-
mate T )
kelten Gases (Vol.?a)Composition of the developed
Celtic gas (Vol.?a)
BtOff-
Abschei-
dungCoal
BtOff-
Parting
manure
50
5050
50
50
1000
1050950
1000
1050
4,0
4,04.0
4.0
4.0
7,6
16,15.2
7.6
16.1
19,5
19,019.5
19.5
19.0
17,0
9,820.8
17.0
9.8
0,51.5
0.5
fügig
keine
keinesmall amount
docile
no
no
54,5
55,255.0
54.5
55.2
Wurde bei den obigen Versuchen eine fieaktionstemperatur von 950 0C angev/andt, wurde die Abscheidung einer sehr kleinen Kenge Kohlenstoff aus Rohmaterialien hohen KohlenstoffgehaltßWas Angev a fieaktionstemperatur of 950 0 C in the above experiments / andt, the deposition was a very small Kenge carbon from raw materials high Kohlenstoffgehaltß
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21438082143808
wie beispielsweise Kuwait-Hohöl beobachtet.as observed for example Kuwait-Hohöl.
Kuwait-Rohöl wurde unter Verwendung des in Beispiel 2 verwendeten Katalysators (d. h. Be0/Alo0, mit einen BeO-Gehalt von 30 Gew.%) unter einen Druck von 30 kp/c.u dampf reformiert wobei die folgenden Ergebnisae erhalten wurden:Kuwait crude oil was steam reformed using the catalyst used in Example 2 (ie BeO / Al o 0, with a BeO content of 30% by weight) under a pressure of 30 kp / cu with the following results:
Gehalt
[Gew.^)BeO
salary
[Weight ^)
temperatur
C0C) Seaction
temperature
C 0 C)
Kohlen
stoff
(MoI-
verh.)Steam/
Coals
material
(MoI-
mated)
kelten Gases-(Vol./j)Composition of the dev
Celtic gas- (Vol./j)
StOff-
Adsehei-
dunf,Kphlen-
Material-
Adsehei-
dunf,
Fig. 6 ist eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Änderung der Kchlenstoffvergasungsrate und der Änderung des Berylliumgehalts in einem Katalysator.Fig. 6 is a graph showing the relationship between the change in the rate of carbon gasification and the change in beryllium content in a catalyst.
Fig. 7 zeigt die Ergebnisse eines Versuchs zum Dtuipfreformieren einer leichten Fraktion von Kuwait-Rohöl in Gegenwart eines Calziumoxyd/AluEiiniunoxyd-Zstalysators. Betriebsbedingungen und Katalysatorzusammensetzungen in dem Versuch waren wie folgt: Fig. 7 shows the results of an experiment to dump reforming a light fraction of Kuwait crude oil in the presence of a calcium oxide / aluminum oxide analyzer. Operating conditions and catalyst compositions in the experiment were as follows:
Eigenschaften der Rohölfraktion:Properties of the crude oil fraction:
H2O/C (Mo!verhältnis) 4H 2 O / C (Mo! Ratio) 4
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KatalyratorsusarcrnensetzungCatalytic converter replacement
Al0O, CrO Anderes anorganischesAl 0 O, CrO Other inorganic
*" ' Material* "' Material
1 21 2
6 7 6 7
Pig. 7 läßt erkennen, daß ein Calziumoxydgehalt von über 10 Gew.?^, vorzugsweise in Bereich von 20 "bis 60 Gew.56, zum Verhindern der Kohlenstoffabscheidung wirksam ist.Pig. 7 shows that a calcium oxide content of over 10 wt.? ^, Preferably in the range from 20 "to 60 wt. 56, is effective in preventing carbon deposition.
Bei Untersuchungen zur Schweferbeständigkeit der erfindungsgemäßen Katalysatoren wurden viele günstige Eigenschaften der Katalysatoren, wie nachstehend gezeigt, gefunden«When investigating the sulfur resistance of the invention Catalysts have found many favorable properties of the catalysts as shown below «
Wie in den folgenden Beispielen gezeigt,, kann das Öampfreformieren von Rohölen selbst mit einem Gehalt von 1 biß 3 Gew./» Schwefel praktisch ohne Herabsetzung der Katalysatoraktivitäten durchgeführt werden. Es wurde festgestellt, daß Schwefelverbindungen sowohl von Aluminium als auch von Calcium, d. h., Al2S, und CaS, bei einer hohen Temperatur, insbesondere in Gegenwart von Dampf, instabil sind, und daß, obwohl Schwefel in den Eohölen in Schwefelwasserstoff überführt wird, weder CaS noch Al^S, entsteht.As shown in the following examples, the oil reforming of crude oils even with a content of 1 to 3 wt / »sulfur can be carried out with practically no reduction in the catalyst activities. It has been found that sulfur compounds of both aluminum and calcium, ie, Al 2 S, and CaS, are unstable at high temperature, especially in the presence of steam, and that although sulfur is converted to hydrogen sulfide in the crude oils, neither CaS nor Al ^ S arises.
Eine Untersuchung auf den Schwefelgehalt der Katalysatoren mittels Röntgenfluoreszenz nach ihrer Verwendung in denAn examination of the sulfur content of the catalysts by means of X-ray fluorescence after their use in the
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OR&JNAL INSPECTEDOR & JNAL INSPECTED
Beispielen seigte, daß praktisch kein Schwefelatom vorhanden war.Examples showed that practically no sulfur atom was present was.
Beispiele für Dampfreformierungen, "bei denen erfindungsgenäße Katalysatoren verwendet werden, sind im folgenden zur weiteren Veranschaulichung v/iedergegeben.Examples of steam reforming "where according to the invention Catalysts used are given below for further illustration.
Eine tfaphthafraktion wurde dampf reformiert. Die Zusasnaensetzung des Katalysators, Rohmaterials, des Produkte und die Kohlenstoffabscheidung waren wie folgt:A tfaphtha faction was steam reformed. The Zusasnaensetzung the catalyst, raw material, products and carbon capture were as follows:
Katalysetorzusammensetzung (Catalyst composition (
Al O 4.7 Z Al O 4.7 Z
CaO 50,0CaO 50.0
andere anorganische .other inorganic.
Materialien . 2,? . . : , -Materials . 2 ,? . . : , -
Eigenschaften des Rohöls (Kuwait-RohÖlfraktion): oberer Siedepunkt 180 0C spez. Gewicht . 0,7413 Elementaranalyse (Gew.#) C « 85,24 ; Y H = 14,74Properties of the crude oil (Kuwait crude oil fraction): upper boiling point 180 0 C spec. Weight . 0.7413 Elemental Analysis (wt. #) C «85.24; Y H = 14.74
S = SpurenS = tracks
Ausbeute, bezogen auf ■ . Yield based on ■.
das Hohöl (Volumen) 24,2% . !the hollow oil (volume) 24.2%. !
Betriebsbedingungen! '· i -■ ' Λ f.V.^y&X Operating conditions! '· I - ■' Λ fV ^ y & X
2098n/US32098n / US3
21438082143808
Zusammensetzung des Reaktionsprodukts .,j(Mol-/0* H2- 56,6 CO = 8,4 CO2 - 18,0 CII4 - 17,0Composition of the reaction product., J (mol- / 0 * H 2 - 56.6 CO = 8.4 CO 2 - 18.0 CII 4 - 17.0
Kohlenstoffabscheidung auf dem Katalysator vmrde nicht beobachtet.Carbon deposition on the catalyst is not avoided observed.
Dampfreformieren eines anderen Hohöls wurde unter Verwendung des gleichen Katalysators wie in Beispiel 5 durchgeführt, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden:Steam reforming of another hollow oil was made using of the same catalyst as in Example 5, the following results being obtained:
Eigenschaften des Rohöls (Kuwait-Rohölfraktion)sProperties of crude oil (Kuwait crude oil fraction) s
oberer Siedepunkt ' JE>0 0C • epez. Gewicht 0,7035 Blementarenalyse (Gew.#) C « 85,34 upper boiling point 'JE> 0 0 C • epez. Weight 0.7035 Blementarenalysis (weight #) C «85.34
■'--■■/■■· .· H- 13>86 ■··, : -'V,. ■ '- ■■ / ■■ · H - 13> 86 ■ ··: -'V,
Ausbeute, bezogen auf das Rohöl (Volumen)Yield based on the crude oil (volume)
" Brück Atmosphärendruck"Brück atmospheric pressure
H2O/C (Molverhältnis) 4 Eftumgeschwindigkeit 2 300 h"*1 :H 2 O / C (molar ratio) 4 Eftum speed 2 300 h "* 1 :
Zusammensetzung des Reaktionsprodukts (Holverhälnti*)i H2 « 59,5 CO - 10,5 CO2 - 16,6 CH^ - 13,4Composition of the reaction product (Holverhälnti *) i H 2 «59.5 CO - 10.5 CO 2 - 16.6 CH ^ - 13.4
Kohlenstoffabscheidung auf dem Katalysator wurde nicht beobachtet.Carbon deposition on the catalyst was not observed.
209811/1593209811/1593
210608210608
Obgleich die Fraktion mit- einem Gehalt von 1,26 Gew.?o Schwefel als Rohmaterial verwendet" wurde, war kein Einfluß von Schwefel zu erkennen. Es wurde keine Änderung des verwendeten Katalysators festgestellt.Although the fraction used with- a content of 1.26 Gew.?o sulfur as raw material "is, no influence was recognized by sulfur. It was found no change in the catalyst used.
Kuwait-Rohöl wurde dampfreformiert unter Verwendung des gleichen Katalysators wie in Beispiel 5, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden:Kuwait crude oil has been steam reformed using the same catalyst as in Example 5, with the following Results obtained were:
Betriebsbedingungen:Operating conditions:
Temperatur 1100 0GTemperature 1100 0 G
Druck AtnosphärehdruckAtmospheric pressure
H 0/C (WolverhUlntis) M- H 0 / C (WolverhUlntis) M-
2 _12 _1
Raumgeschwindigkeit 2400 hSpace velocity 2400 h
Zusammensetzung des Reaktionsprodukts (KqI-^) H2 - 65,6 CO = 12,8 CO2 = 16,1 CH4 = 5,5Composition of the reaction product (KqI- ^) H 2 - 65.6 CO = 12.8 CO 2 = 16.1 CH 4 = 5.5
Auf dem Katalysator wurde keine Kohlenstoffabscheidung beobachtet. Obgleich die Fraktion mit einem Gehalt von. 2,93 Gew.56 Schwefel als Rohmaterial verwendet wurde, wurde kein Einfluß von Schwefel beobachtet. Eine Änderung des verwendeten Katalysators wurde nicht festgestellt.No carbon deposition was observed on the catalyst. Although the parliamentary group with a salary of. 2.93 wt. 56 sulfur was used as the raw material , no influence of sulfur was observed. A change in the catalyst used was not found.
Dampfreformieren wurde unter Verwendung des gleichen Katalysators wie in Beispiel 5 unter den gleichen Bedingungen wieSteam reforming was carried out using the same catalyst as in Example 5 under the same conditions as
oei οoei ο
in Beispiel 7 durchgeführt, jedoch/einem Druck von 30 kp/cn , wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden:carried out in example 7, but a pressure of 30 kp / cn , the following results being obtained:
2QS811/15932QS811 / 1593
2U36082U3608
Betriebsbedingungen:
Temperatur
DruckOperating conditions:
temperature
pressure
H2O/C (Holverhälntis)
EauKjjeschwindigkeitH 2 O / C (Holverhälntis)
EauKjje speed
1050 °C 50 kp/cir.2 1050 ° C 50 kp / cir. 2
-1-1
2000 Ii2000 II
Zusi?:: π en Setzung des Reaktionsprodukte (Iiol-%) Ii2 = i>ö,1 CO = 11,3 CO2 = 13,4 CH4 - 17,2Addition of the reaction products (Iiol-%) Ii 2 = i> ö, 1 CO = 11.3 CO 2 = 13.4 CH 4 - 17.2
Auf den Katalysator wurde keine Kohlenstoffabr.cheidung fest-Gestellt. Obgleich die Fraktion mit einen Gehalt von 2,93 Gew.? Schwefel als Rohmaterial verwendet wurde, war ein Einfluß von Schwefel nicht festzustellen. Eine Veränderung des verwendeten Katalysators wurde.nicht gefunden.No carbon deposits were found on the catalyst. Although the fraction with a content of 2.93 wt.? When sulfur was used as a raw material, no influence of sulfur was found. A change in the used Catalyst was not found.
Ein Gemisch von Berylliuraoxyd, Calziumhydroxyd und Aluminiumhydroxyd wurde mit Wasser gemischt, geformt und durch Erhitzen bei 1300 0C für mehrere Stunden kalziniert, um einen BeO-CaO- AlpO^-Katalysator zu erhalten.A mixture of Berylliuraoxyd, calcium hydroxide and aluminum hydroxide was mixed with water, molded, and calcined by heating at 1300 0 C for several hours, to obtain a BeO-CaO ^ ALPO catalyst.
Unter Verwendung des Katalysators wurden n-Heptan und Kuwait-Rohöl dampfreformiert, wobei die folgenden Ergebnisse erzielt •wurden:Using the catalyst, n-heptane and Kuwait crude oil were steam reformed with the following results •became:
Die Katalysatorzusammensetzung (Gew.%) war wie folgt: BeO » 7,5 CaO - 32,0 Al3O5 » 59,0 The catalyst composition (% by weight) was as follows: BeO »7.5 CaO- 32.0 Al 3 O 5 » 59.0
temperatur
( °c) action
temperature
(° c)
Kohlen
stoff
(MoIr.
verh.)steam
Coals
material
(MoIr.
mated)
kelten Gases (Vol.-%)Composition of the developed
Celtic gas (vol .-%)
209811/1693209811/1693
Ein Gemisch aus Berylliumcxyd, Strontiumcarbonai und Aluiriniumhydroxyd wurde mit Wasser gemischt, geformt und durch Erhitzen auf 1300 0C für mehrere Stunden kalziniert, um einen BeO-SrO-A mixture of Berylliumcxyd, Strontiumcarbonai and Aluiriniumhydroxyd was mixed with water, shaped and calcined by heating to 1300 0 C for several hours in order to get a BeO-SrO-
zu erhalten.to obtain.
Unter Verwendung des Katalysators wurden n-Heptan und Kuwait-Rohöl dampfreformiert, wobei die folgenden Ergebnisse erzielt wurden:Using the catalyst became n-heptane and Kuwait crude oil steam reformed, achieving the following results became:
Die Katalysatorzusanrniensetzung (Gew.%) war wie folgt:The catalyst composition (% by weight) was as follows:
fcemperaturReaction
fc temperature
Kohlen
stoff
(MoI-
verh.)Steam/
Coals
material
(MoI-
mated)
kelten Gases (Vol.-#)Composition of the developed
Celtic gas (Vol .- #)
Gemische von Strontiumcarbonat, Aluminiumhydroxid und Calciumhydroxid in den folgenden drei Verhältnissen wurden mit Wasser gemischt , geformt und unter Erhitzen auf I300 0C für mehrere Stunden kalziniert, um SrO-Al2O7-CaO-Katalysatoren zu erhalten.Mixtures of strontium carbonate, aluminum hydroxide and calcium hydroxide in the following three conditions have been mixed with water, molded, and calcined with heating at I300 0 C for several hours to obtain SrO-Al 2 O 7 CaO catalysts.
Unter Verwendung der Katalysatoren wurden n-Heptan und Kuwait-Rohöl dampfreformiert, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden:Using the catalysts were made n-heptane and Kuwait crude oil steam reformed, the following results being obtained became:
20981 1/159320981 1/1593
CrGW.1/''
SrO Al0O,relationship
CrGW. 1 / ''
SrO Al 0 O,
temperatur
(0C)Reaction -
temperature
( 0 C)
Kohlen
stoffsteam
Coals
material
entwickelten G
(Vol.-fc)Together
developed G
(Vol.-fc)
verh.)(MoI-
mated)
SohölKuwait-
Sohöl
RohölKuwait-
crude oil
Rohöl ·Kuwait-
Crude oil ·
rasesLg des
rases
Nur für den Pail des Dampfreformieren von Kuwait-Rohöl bei 950 0C in diesem Beispiel wurde eine leichte Kohlenstoffabscheidung beobachtet.A slight carbon deposition was only observed for the steam reforming of Kuwait crude oil at 950 ° C. in this example.
Unter Verwendung eines Katalysators der Zusammensetzung 36,2 Gew.% SrO, 35,5 Gew.% Al2O5, 19,5 Gew.% CaO und 8,7 Gev BeO wurde Kuwait-Rohöl unter erhöhtem Druck dampfreformiert, wobei die folgenden Ergebnisse erzielt wurden:Using a catalyst of the composition 36.2 wt.% SrO, 35.5 wt.% Al 2 O 5 , 19.5 wt.% CaO and 8.7 Gev BeO, Kuwait crude oil was steam reformed under increased pressure, the following Results obtained:
Reaktionsdruck ReaktionstenperaturReaction pressure reaction temperature
Dampf/Kohlenstoff-Verhältnis Steam / carbon ratio
Gaszusamniensetzung (Kol-%)Gas composition (Col-%)
30 kp/cm£
1050 0C30 kgf / cm £
1050 0 C
2 = 56,3 CO = 12,0 2 = 56.3 CO = 12.0
1,30 CH4 1.30 CH 4
Die Reaktion wurde 24 Stunden fortgesetzt, es wurde jedoch keinerlei Kohlenstoffabscheidung beobachtet.The reaction was continued for 24 hours, but no carbon deposition was observed.
-Patentansprüche--Patent claims-
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