DE949734C - Process for the catalytic conversion of methane or similar gaseous hydrocarbons or gases containing them - Google Patents
Process for the catalytic conversion of methane or similar gaseous hydrocarbons or gases containing themInfo
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Description
Verfahren zur katalytischen Umformung von Methan oder ähnlichen gasförmigen Kohlenwasserstoffen bzw. solche enthaltenden Gasen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur katalytischen Umformung von Methan oder homologen gasförmigen Kohlenwasserstoffen bzw. solche enthaltenden Gasen mittels Sauerstoff oder Luft von erhöhtem Sauerstoffgehalt in Gase, die Kohlenoxyd und Wasserstoff enthalten, unter Verwendung eisenhaltiger Reduktionskatalysatoren.Process for the catalytic conversion of methane or similar gaseous Hydrocarbons or gases containing them The invention relates to a method for the catalytic conversion of methane or homologous gaseous hydrocarbons or gases containing such by means of oxygen or air with an increased oxygen content in gases containing carbon monoxide and hydrogen, using ferrous ones Reduction catalysts.
Es ist bekannt, Methan bzw. methanhaltige Gase in der Weise in Gase, welche Kohlenoxyd und Wasserstoff enthalten, umzuwandeln, daB man das Methan zunächst mit Luft an einem Verbrennungskatalysator unter teilweise Verbrennung des Methans umsetzt, worauf das entstandene Gasgemisch mit einem Eisenkatalysator in Berührung gebracht wird, in dessen Gegenwart sich das noch nicht umgewandelte Methan mit den Reaktionsprodukten C02 und H20 der ersten Verfahrensstufe umsetzt.It is known to convert methane or gases containing methane into gases which contain carbon oxide and hydrogen, to convert the methane first with air on a combustion catalyst with partial combustion of the methane converts, whereupon the resulting gas mixture comes into contact with an iron catalyst is brought, in the presence of which the not yet converted methane with the Reaction products C02 and H20 converts the first process stage.
Jedoch hat sich herausgestellt, daB bei dieser Arbeitsweise Störungen auftreten, wenn der Sauerstoffgehalt der Luft erhöht wird bzw. mit reinem Sauerstoff gearbeitet wird, was z. B. notwendig ist, um Reaktionsgase von niedrigem Stickstoffgehalt zu erzeugen. Wenn man das Methangas reit Sauerstoff bzw. Luft von erhöhtem Sauerstoffgehalt in der geschilderten Weise zur Reaktion bringt, wird der Eisenkatalysator inaktiv bzw. unwirksam. Diese Erscheinung beruht, wie gefunden wurde, darauf, daß der Eisenkatalysator in der der Oxydationsstufe nachgeschaltetenReduktionsstufedurch Wasserdampf und Kohlensäure oxydiert wird, -die bei .der Reaktion mit Sauerstoff bzw. Luft von erhöhtem Sauerstoffgehalt unter einem wesentlich höheren Partialdruck stehen als bei .der Umsetzung des Methangases mit Luft von normalem Sauerstoffgehalt. Versuche, die Reaktion des Wasserdampfes und der Kohlensäure mit dem Eisenkatalysator durch Erniedrigung der Reaktionstemperatur zu verhindern bzw. auf einen unschädlichen Wert zu vermindern, verliefen negativ. Es wurde festgestellt, daß auch unterhalb 65o° eine Oxydation des Eisenkatalysators stattfindet, während bei Temperaturen um 45o° nachteilige Nebenreaktionen in den Vordergrund treten.However, it has been found that interference with this mode of operation occur when the oxygen content of the air is increased or with pure oxygen is worked, what z. B. is necessary to avoid reaction gases of low nitrogen content to create. If you get the methane gas oxygen or air with an increased oxygen content brings about reaction in the manner described, the iron catalyst becomes inactive or ineffective. This phenomenon is based, as has been found, thereon, that the iron catalyst in the reduction stage downstream of the oxidation stage through Water vapor and carbonic acid are oxidized, -which in the reaction with oxygen or air with increased oxygen content under a significantly higher partial pressure stand than during the reaction of methane gas with air with normal oxygen content. Try the reaction of water vapor and carbonic acid with the iron catalyst to prevent by lowering the reaction temperature or to a harmless one Decreasing value turned out to be negative. It was found that below too 65o ° an oxidation of the iron catalyst takes place, while at temperatures side reactions disadvantageous by 45o ° come to the fore.
Gemäß der Erfindung werden nun Methan oder homologe gasförmige Kohlenwasserstoffe oder solche .enthaltende Gase an einem Verbrennungskatalysator unter Verwendung von Sauerstoff oder Luft mit erhöhtem Sauerstoffgehalt umgesetzt (Oxydationsstufe), und dem erhaltenen, noch Methan enthaltenden Gasgemisch wird vor der Einführung in die Reduktionsstufe, in der an einem Eisenkatalysator die völlige Umwandlung des Methans erfolgt, eine gewisse Menge des Reaktionsgases (Spaltgases) zugemischt, und zwar eine solche Menge, daß der Partialdruck des Wasserdampfes und gegebenenfalls der Kohlensäure in diesem Gemisch auf denjenigen Wert erniedrigt wird, der sich bei der Umsetzung des Methans mit Luft von normalem Sauerstoffgehalt ergibt.According to the invention, methane or homologous gaseous hydrocarbons are now used or such .containing gases on a combustion catalyst using converted by oxygen or air with an increased oxygen content (oxidation stage), and the gas mixture obtained, still containing methane, is before the introduction in the reduction stage, in which complete conversion takes place over an iron catalyst of the methane takes place, a certain amount of the reaction gas (cracked gas) is added, namely such an amount that the partial pressure of the water vapor and, if necessary the carbon dioxide in this mixture is lowered to that value which is when the methane is reacted with air with normal oxygen content.
Durch diese Erniedrigung der Partialdrücke für Wasserdampf und Kohlensäure erreicht man auch im Dauerbetrieb bei der Umwandlung von Methangas mit Sauerstoff bzw. Luft von erhöhtem Sauerstoffgehalt einwandfreie Betriebsergebnisse und praktisch die gleiche hohe Lebensdauer des Eisenkatalysators wie bei der Umwandlung des Methangases mit Luft von normalem Sauerstoffgehalt.This lowering of the partial pressures for water vapor and carbonic acid can also be achieved in continuous operation when converting methane gas with oxygen or air with increased oxygen content, perfect operating results and practical the same long service life of the iron catalyst as with the conversion of methane gas with air with normal oxygen content.
-Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man unter Umständen dem Methangas vor der erwähnten Teilverbrennung mit Sauerstoff eine gewisse Menge Wasserdampf zusetzen kann, z. B. um die Explosionsgrenze des Methangas-Sauerstoff-Gemisches zu beeinflussen, ohne d:aß durch diesen Wasserdampfzusatz die Reaktion am Eisenkatalysator gestört würde.Another advantage of the method according to the invention is that that, under certain circumstances, the methane gas before the mentioned partial combustion with oxygen can add a certain amount of water vapor, e.g. B. to the explosion limit of the To influence the methane gas-oxygen mixture without d: ate by this addition of water vapor the reaction on the iron catalyst would be disturbed.
Es ist an sich bekannt, Spaltgas, das aus einer zweistufigen Umsetzung von Methan stammt, wieder teilweise dem Ausgangsgas beizumischen, um die Methankonzentration im Ausgangsgemisch unter 50% zu halten, weil sonst erhöhte Bußbildung bei der Umsetzung auftritt. Diese Rückführung von Spaltgas erfolgte jedoch bei einem solchen Umsetzungsverfahren, bei dem in beiden Stufen (Oxydations- und Reduktionsstufe) Nickelkatalysatoren verwendet werden, die im Vergleich zu Eisenkatalysatoren eine wesentlich geringere Empfindlichkeit gegenüber Wasserdampf und/oder Kohlensäure aufweisen, dafür aber auch nicht unbeträchtlich teurer sind. Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt die Rückführung von Spaltgas zu dem Zweck und in dem Ausmaß daß in dem in. der Reduktionsstufe umzusetzenden Gemisch keine höhere Wasserdampfkonzentration herrscht als bei der Verwendung von normaler Luft für die Oxydationsstufe, jedoch ohne Rückführung von Spaltgas.It is known per se, cracked gas that results from a two-stage reaction originates from methane, to partially mix in again with the starting gas in order to reduce the methane concentration to keep below 50% in the initial mixture, otherwise increased penalties in the implementation occurs. However, this recirculation of cracked gas took place in such a conversion process, in which nickel catalysts are used in both stages (oxidation and reduction stage) which, compared to iron catalysts, have a much lower sensitivity have to water vapor and / or carbonic acid, but also not inconsiderable are more expensive. In the present invention, cracked gas is recycled for the purpose and to the extent that in the reduction stage to be converted Mixture there is no higher water vapor concentration than when using normal air for the oxidation stage, but without recirculation of cracked gas.
Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß-aus deni Spaltgas vor der Rückführung in den Reduktionsprozeß das gebildete Wasser bzw. Wasserdampf in geeigneter Weise abgeschieden werden., beispielsweise durch Prallabscheider bzw. Kondensation, um die von der Erfindung erstrebte Erniedrigung des Partialdruckes für Wasserdampf zu erreichen. Gegebenenfalls ist es zweckmäßig, aus dem Reaktionsgas auch die Kohlensäure in geeigneter Weise, z. B. durch Auswaschen mittels Wasser oder Alkali, zu entfernen. Ausführungsbeispiel Um stündlich i_Nm3 Methan gemäß der Gleichung CH4+1/202=C0+2 H2 in Spaltgas umzuwandeln, werden in einem senkrecht stehenden Reaktionsrohr 540 cm3 Nickelkatalysator auf Magnesitgrundlage und 216o cm3 eines Eisen-Schmelzkontaktes räumlich voneinander getrennt angeordnet. Das gesamt,. Katalysatorvolumen von 2,7 1 wird stündlich mit iooo 1 Methan und 62o 1 Sauerstoff beaufschlagt, entsprechend einer Raumgeschwindigkeit von 6oo. Zu Beginn des Betriebes wird zunächst die Zone des Nickelkatalysators in sauerstofffreier Atmosphäre auf 65o bis 700° aufgeheizt. Dann wird langsam auf CH4-02-Gemisch umgeschaltet, worauf die Verbrennung des Methans alsbald mit heller Rotglut einsetzt. Hierauf wird dem Gas eine regelbare Menge Reaktionsgas, aus dem Wasserdampf und gegebenenfalls Kohlensäure abgeschieden wurde, zugesetzt und die Temperatur des Eisenkatalysators auf 74.o bis 76o° gesteigert. Für die angegebene Arbeitstemperatur ist eine Raumgeschwindigkeit des rückgeführten Reaktionsgases von 125o Volumen Gas je Volumen Katalysator und Stunde ausreichend, um den Eisenkatalysator vor Oxydation zu schützen. Bei Einsatz von 216o cm3 Eisen-Schmelzkontakt wurden stündlich 2700 1 Spaltgas im Kreislauf gefahren. Die Gesamtbeaufschlagung des Eisenkatalysators beträgt unter den angegebenen Arbeitsbedingungen etwa 2ooo 1 je 1 Katalysator und Stunde.One embodiment of the invention consists in that from the cracked gas the water or water vapor formed before being returned to the reduction process be separated in a suitable manner, for example by means of an impact separator or Condensation in order to lower the partial pressure aimed at by the invention for water vapor to reach. It may be useful to extract from the reaction gas also the carbonic acid in a suitable manner, e.g. B. by washing out with water or alkali. Embodiment To hourly i_Nm3 methane according to the Equation CH4 + 1/202 = C0 + 2 H2 to convert into cracked gas are in a vertical position Reaction tube 540 cm3 of magnesite-based nickel catalyst and 216o cm3 of one Iron melt contact arranged spatially separated from one another. The whole. Catalyst volume of 2.7 liters, 100 liters of methane and 62o liters of oxygen are applied per hour, correspondingly a space velocity of 600. At the beginning of the operation, the zone of the nickel catalyst is heated to 65 ° to 700 ° in an oxygen-free atmosphere. Then the CH4-02 mixture is slowly switched over, followed by the combustion of the methane immediately sets in with a bright red heat. A controllable amount of reaction gas is then added to the gas, from which water vapor and optionally carbonic acid was deposited, added and the temperature of the iron catalyst increased to 74.o to 76o °. For the specified Working temperature is a space velocity of the recycled reaction gas 125o volume of gas per volume of catalyst and hour is sufficient to use the iron catalyst protect from oxidation. When using 216o cm3 of iron melt contact Hourly 2700 1 cracked gas circulated. The total loading of the iron catalyst is under the specified working conditions about 2ooo 1 per 1 catalyst and Hour.
Aus zooo 1 Methan und 620 1 Sauerstoff werden 22()o 1 Spaltgas gebildet, die folgende Zusammensetzung zeigen: C02 = 6,911/o, C O = 28,4%, H2 = 55,2%, C H4 = 8,69/o, N2 = o,9 0/0. Rußbildung und Oxydation sind nicht feststellbar.From zooo 1 methane and 620 1 oxygen, 22 () o 1 fission gas is formed, with the following composition: CO 2 = 6.911 / o, CO = 28.4%, H2 = 55.2%, C H4 = 8.69 / o , N2 = o, 9 0/0. Soot formation and oxidation are not detectable.
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE558430C (en) * | 1926-06-27 | 1932-09-07 | I G Farbenindustrie Akt Ges | Process for the production of hydrogen or nitrogen-hydrogen mixtures from hydrocarbons |
DE583205C (en) * | 1928-05-04 | 1933-08-31 | Hans Harter Dr | Process for the production of hydrogen or hydrogen-nitrogen mixtures |
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1952
- 1952-01-05 DE DEK12737A patent/DE949734C/en not_active Expired
Patent Citations (2)
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