JP2006143507A - Method for selectively recovering hydrogen from hydrogen-containing mixed gas - Google Patents
Method for selectively recovering hydrogen from hydrogen-containing mixed gas Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006143507A JP2006143507A JP2004333895A JP2004333895A JP2006143507A JP 2006143507 A JP2006143507 A JP 2006143507A JP 2004333895 A JP2004333895 A JP 2004333895A JP 2004333895 A JP2004333895 A JP 2004333895A JP 2006143507 A JP2006143507 A JP 2006143507A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen
- mixed gas
- gas
- gas containing
- containing hydrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
Abstract
Description
本発明は、水素ガスを含有する混合ガスから水素ガスを選択的に分離回収する方法に関する。 The present invention relates to a method for selectively separating and recovering hydrogen gas from a mixed gas containing hydrogen gas.
水素ガスは従来から化学工業の原料等の種々の用途に使用されてきたが、近年では、住宅用又は自動車用の燃料電池の燃料ガスとしての需要が増大している。
すなわち、自動車及び発電所等において化石燃料を燃焼させることによって発生するCO2、NOX、SOX、塵埃等が、地球温暖化、環境汚染に関して大きな問題となっていることから、CO2、NOX、SOX、塵埃の排出がほとんどないクリーンなエネルギー源である燃料電池が、自動車の駆動源及び住宅用のエネルギー源として大きな期待を集めており、今後、水素の需要が増大することは確実である。従って、水素ガスを安価に安定的に供給するための方法が望まれている。
Hydrogen gas has been used for various applications such as raw materials for the chemical industry, but in recent years, the demand for fuel gas for fuel cells for residential use or automobiles has increased.
That is, since the CO 2, NO X generated by the combustion of fossil fuels in motor vehicles and power plants, SO X, dust or the like, global warming has become a serious problem with respect to environmental pollution, CO 2, NO Fuel cells, which are clean energy sources that emit almost no X 2 , SO X , and dust, are attracting great expectations as automobile driving sources and residential energy sources, and it is certain that the demand for hydrogen will increase in the future. It is. Therefore, a method for stably supplying hydrogen gas at low cost is desired.
工業的に得られる水素ガスを含有するガスとしては、例えば、製鉄所施設で発生するコークス炉ガス(COG)、高炉ガス(BFG)、転炉ガス(LDG)等があり、その他のガスとしては石油化学工業施設で発生するナフサ分解ガス、石炭ガス化ガス、木質バイオマスガス化ガス、廃プラスチックガス化ガス、都市ガス(天然ガス)改質ガス、廃棄物(RDFを含む)ガス化ガス等が挙げられる。 As industrially obtained gas containing hydrogen gas, there are, for example, coke oven gas (COG), blast furnace gas (BFG), converter gas (LDG), etc. generated in steelworks facilities, and other gases include Naphtha cracked gas, coal gasification gas, woody biomass gasification gas, waste plastic gasification gas, city gas (natural gas) reformed gas, waste (including RDF) gasification gas, etc. generated in petrochemical industry facilities Can be mentioned.
例えば、COGについてみると、COGには、50〜60%の水素(H2)、20〜30%のメタン(CH4)、5〜10%の一酸化炭素(CO)、2〜3%のエチレン(C2H4)が含まれており、水素源としては極めて優秀な原料であり、従来からこれらの有効成分を分離して利用することが行われている。 For example, regarding COG, COG includes 50-60% hydrogen (H 2 ), 20-30% methane (CH 4 ), 5-10% carbon monoxide (CO), 2-3% Ethylene (C 2 H 4 ) is contained and is an extremely excellent raw material as a hydrogen source. Conventionally, these active ingredients are separated and used.
水素を含有するガスから水素を分離する方法としては、PSA(Pressure Swing Adsorption)法及び深冷分離法が従来から一般的に用いられている。
PSA法は、例えばCOGから水素を分離する場合について述べると、COGを10kg/cm2に圧縮してそれを精製してH2SやCO2などの不純物を除去したのち、活性炭、モレキュラーシーブあるいはシリカゲルなどの各種吸着剤を充填した塔に導き、CH4、C2H4などの炭化水素やCOを吸着除去して水素のみを分離回収する方法である。
As a method for separating hydrogen from a gas containing hydrogen, a PSA (Pressure Swing Adsorption) method and a cryogenic separation method have been generally used.
In the PSA method, for example, when separating hydrogen from COG, COG is compressed to 10 kg / cm 2 and purified to remove impurities such as H 2 S and CO 2, and then activated carbon, molecular sieve or This is a method in which only hydrogen is separated and recovered by adsorbing and removing hydrocarbons such as CH 4 and C 2 H 4 and CO by introducing them into a tower packed with various adsorbents such as silica gel.
深冷分離法は、非特許文献1に記載されているように、例えば、精製したCOGを圧縮(例えば10kg/cm2)して熱交換を充分に利用してガスを冷却し水素以外のガスをその液化点で順次分離して水素を最後に取り出す方法である。
In the cryogenic separation method, as described in
一方、特許文献1には、含水素混合ガス中の水素をベンゼンと反応させてシクロヘキサンに変えて貯蔵し、使用に際してはシクロヘキサンを再度水素とベンゼンに変えて水素を取り出すことが記載されている。
しかしながら、特許文献1記載の方法は、水素含有ガスの発生量と、この発生ガスを利用する工程におけるガス需要量のアンバランスを調整するために、この発生ガス中の水素ガスをシクロヘキサンの形で分離貯蔵し、必要に応じて貯蔵されたシクロヘキサンから水素を取り出すというものであり、水素を連続的に製造するというものではない。
On the other hand,
However, in the method described in
また、上記特許文献1と同様に、芳香族化合物を用いるものとして、非特許文献2には、水素化サイトにおいて、ナフタレンを水素ガスと反応させてデカリンを主成分とする水素化生成物を得て、この水素化生成物から脱水素反応によって水素を発生させることが記載されているが、これは、水素化生成物を水素の貯蔵媒体として、これをタンクローリー等で家庭用燃料油卸売店・小売店又はガソリン元売店・スタンドに運搬し、運搬先でデカリン脱水素反応器によってデカリンからナフタレンと水素とを生成させ、この水素を自動車等に供給するというものであり、水素を含有するガスから水素ガスを連続的に製造することを目的としたものではない。
Further, as in the case of the above-mentioned
特許文献2には、芳香族化合物を水素ガスの貯蔵、運搬媒体として利用する水素貯蔵・供給システムであって、水素貯蔵体の水素化と脱水素とを単一容器内で行わせることができるものが記載されているが、これも水素を含有するガスから水素ガスを連続的に製造することを目的としたものではない。
特許文献3には、水素を含む供給ガスを用いて硫黄分が50ppm以下であるナフタレンを含む原料ナフタレンを水素化してデカリンを含む生成物を製造し、該生成物を脱水素することにより高純度水素を得ることを特徴とする水素の製造方法が記載されている。この方法では、水素を含む供給ガス中に硫黄分が含まれていると、この硫黄分が水素化触媒の触媒毒となるため、水素を含む供給ガス中の硫黄分を50ppm以下に低減させる処理が必要となる。
In
本発明は、芳香族化合物を水素化して水素化芳香族化合物とし、この水素化芳香族化合物を脱水素化して水素を選択的に回収する方法において、原料となる水素ガスを含む混合ガス中にヘテロ原子化合物が存在していても、水素化−脱水素化反応を十分に進行させて水素を分離回収することができる方法を提供することを目的とする。なお、本件発明でいうヘテロ原子とはS,O,Nを意味する。
The present invention relates to a method of hydrogenating an aromatic compound to form a hydrogenated aromatic compound, and dehydrogenating the hydrogenated aromatic compound to selectively recover hydrogen, in a mixed gas containing hydrogen gas as a raw material. It is an object of the present invention to provide a method capable of separating and recovering hydrogen by sufficiently proceeding a hydrogenation-dehydrogenation reaction even when a heteroatom compound is present. In addition, the hetero atom as used in this invention means S, O, and N.
本発明者らは、水素を含む供給ガス中にヘテロ原子化合物が含まれていても、ナフタレン−テトラリン系の水素化−脱水素化反応が十分に進むという知見を得て本件発明を完成させた。すなわち、上記課題を解決することができる本発明は下記の通りである。 The present inventors have obtained the knowledge that a naphthalene-tetralin-based hydrogenation-dehydrogenation reaction proceeds sufficiently even when a heteroatom compound is contained in a supply gas containing hydrogen, and completed the present invention. . That is, the present invention capable of solving the above problems is as follows.
(1)直列に接続した水素化反応装置と脱水素化反応装置とを用い、該水素化反応装置内で触媒存在下にヘテロ原子化合物を含む水素ガスを含む混合ガスと芳香族化合物とを反応させて該混合ガス中の水素を選択的に芳香族化合物に反応貯蔵させて水素化芳香族化合物を生成し、次いで該水素化芳香族化合物を該脱水素化反応装置に供給して、脱水素反応を行わせることにより水素ガスを得ることを特徴とする水素ガスを含む混合ガスからの水素の選択的回収方法であって、該芳香族化合物がナフタレンであり、該水素化芳香族化合物がテトラリンであることを特徴とする水素ガスを含む混合ガスからの水素の選択的回収方法。
(2)前記ヘテロ原子化合物の種類及びその水素ガスを含む混合ガス中の濃度が次の(1)〜(5)から選ばれる少なくとも一つの条件を満たすことを特徴とする上記(1)記載の水素ガスを含む混合ガスからの水素の選択的回収方法。
(1)濃度が100ppm以上のH2S
(2)濃度が0.1%以上のCO
(3)濃度が1000ppm以上のH2O
(4)濃度が100ppm以上のNH3
(5)濃度が100ppm以上のHCN
(3)前記触媒が、Co−Mo系又はNi−Mo系であることを特徴とする上記(1)又は(2)記載の水素ガスを含む混合ガスからの水素の選択的回収方法
(4)前記水素ガスを含む混合ガスが、水素ガスとメタンガスとを含む混合ガスであり、前記水素化反応装置で水素を分離された後の混合ガスを高カロリー化された混合ガスとして回収することを特徴とする上記(1)〜(3)に記載の水素ガスを含む混合ガスからの水素の選択的回収方法。
(1) Using a hydrogenation reaction apparatus and a dehydrogenation reaction apparatus connected in series, reacting a mixed gas containing a hydrogen gas containing a heteroatom compound with an aromatic compound in the presence of a catalyst in the hydrogenation reaction apparatus Hydrogen in the mixed gas is selectively stored in an aromatic compound to produce a hydrogenated aromatic compound, and then the hydrogenated aromatic compound is supplied to the dehydrogenation reactor, A method for selectively recovering hydrogen from a mixed gas containing hydrogen gas, characterized in that hydrogen gas is obtained by performing a reaction, wherein the aromatic compound is naphthalene, and the hydrogenated aromatic compound is tetralin A method for selectively recovering hydrogen from a mixed gas containing hydrogen gas.
(2) The type of the heteroatom compound and the concentration in the mixed gas containing hydrogen gas satisfy at least one condition selected from the following (1) to (5): A method for selectively recovering hydrogen from a mixed gas containing hydrogen gas.
(1) H 2 S having a concentration of 100 ppm or more
(2) CO with a concentration of 0.1% or more
(3) H 2 O having a concentration of 1000 ppm or more
(4) NH 3 having a concentration of 100 ppm or more
(5) HCN with a concentration of 100 ppm or more
(3) The method for selectively recovering hydrogen from a mixed gas containing hydrogen gas as described in (1) or (2) above, wherein the catalyst is a Co—Mo or Ni—Mo system (4) The mixed gas containing hydrogen gas is a mixed gas containing hydrogen gas and methane gas, and the mixed gas after hydrogen is separated by the hydrogenation reactor is recovered as a high-calorie mixed gas The method for selectively recovering hydrogen from a mixed gas containing hydrogen gas as described in (1) to (3) above.
(5)前記水素化反応の発熱を押さえるための熱吸収と上記脱水素化反応の吸熱を押さえるための熱供給とを相互補償するような両反応装置間の熱の輸送を可能とした手段を用いることを特徴とする上記(1)〜(4)に記載の水素ガスを含む混合ガスからの水素の選択的回収方法。
(6)前記水素ガスを含む混合ガスが製鉄所で発生する副生ガスであることを特徴とする上記(1)〜(5)に記載の水素ガスを含む混合ガスからの水素の選択的回収方法。
(7)前記水素ガスを含む混合ガスがコークス炉ガスであることを特徴とする上記(6)に記載の水素ガスを含む混合ガスからの水素の選択的回収方法。
(8)前記水素ガスを含む混合ガスがナフサ又はメタン分解ガス又は石炭ガス化ガスであることを特徴とする上記(1)〜(5)に記載の水素ガスを含む混合ガスからの水素の選択的回収方法
(9)前記ナフタレンの脱水素反応が、反応温度が150〜450℃、反応圧力が常圧超で行われることを特徴とする上記(1)〜(8)に記載の水素ガスを含む混合ガスからの水素の選択的回収方法。
(10)前記反応圧力が10atm〜50atmであることを特徴とする上記(9)記載の水素ガスを含む混合ガスからの水素の選択的回収方法。
(11)上記(1)〜(10)に記載の水素ガスを含む混合ガスからの水素の選択的回収方法によって回収された高圧の水素を用いてナフタレンを水素化してデカリンを製造する方法。
(5) Means capable of transporting heat between the two reactors so as to mutually compensate heat absorption for suppressing heat generation of the hydrogenation reaction and heat supply for suppressing heat absorption of the dehydrogenation reaction. The method for selectively recovering hydrogen from a mixed gas containing hydrogen gas according to any one of (1) to (4), wherein the method is used.
(6) The selective recovery of hydrogen from the mixed gas containing hydrogen gas as described in (1) to (5) above, wherein the mixed gas containing hydrogen gas is a by-product gas generated at a steel works Method.
(7) The method for selectively recovering hydrogen from a mixed gas containing hydrogen gas as described in (6) above, wherein the mixed gas containing hydrogen gas is coke oven gas.
(8) Selection of hydrogen from the mixed gas containing hydrogen gas as described in (1) to (5) above, wherein the mixed gas containing hydrogen gas is naphtha, methane decomposition gas or coal gasification gas (9) The hydrogen gas described in (1) to (8) above, wherein the dehydrogenation reaction of naphthalene is carried out at a reaction temperature of 150 to 450 ° C. and a reaction pressure exceeding normal pressure. A method for selectively recovering hydrogen from a gas mixture.
(10) The method for selectively recovering hydrogen from a mixed gas containing hydrogen gas as described in (9) above, wherein the reaction pressure is 10 atm to 50 atm.
(11) A method for producing decalin by hydrogenating naphthalene using high-pressure hydrogen recovered by a method for selectively recovering hydrogen from a mixed gas containing hydrogen gas as described in (1) to (10) above.
本発明によれば、原料となる水素を含む混合ガス中にヘテロ原子(S,O,N)化合物が含まれていても、簡便な方法で該混合ガスから水素ガスを分離回収することができるので、安価に水素ガスを供給することが可能となる。 According to the present invention, even if a mixed gas containing hydrogen as a raw material contains a heteroatom (S, O, N) compound, hydrogen gas can be separated and recovered from the mixed gas by a simple method. Therefore, it becomes possible to supply hydrogen gas at low cost.
本発明者等は、ナフタレン−デカリン系の水素化−脱水素化反応について試験を行ったところ、ナフタレン−デカリン系の反応では、水素ガスを含む混合ガス中の不純物によって反応用の触媒が被毒され、反応が十分に進まないこと、及び、該触媒がNi,Pt,Pd,Ru,Rhなどの場合は、該混合ガス中のヘテロ原子化合物が触媒被毒作用があることを見出した。 The present inventors conducted a test on the hydrogenation-dehydrogenation reaction of naphthalene-decalin. In the reaction of naphthalene-decalin, the reaction catalyst is poisoned by impurities in the mixed gas containing hydrogen gas. It was found that the reaction does not proceed sufficiently, and that when the catalyst is Ni, Pt, Pd, Ru, Rh, etc., the heteroatom compound in the mixed gas has a catalyst poisoning action.
この様な触媒被毒作用を有するヘテロ原子化合物としては、H2S、CO、H2O、HCN、NH3を挙げることができる。そして、それらが下記表1に示す様な濃度で存在するときに特に触媒被毒作用が顕著となり、ヘテロ原子がSの場合にその影響が大きく、特に触媒がPt,Pd,などの貴金属系のものではその影響が大きいことが分かった。 Examples of the heteroatom compound having such a catalyst poisoning action include H 2 S, CO, H 2 O, HCN, and NH 3 . And when they are present at the concentrations shown in Table 1 below, the catalyst poisoning action is particularly remarkable, and the influence is large when the heteroatom is S. In particular, the catalyst is a noble metal type such as Pt, Pd, etc. It turned out that the influence is large in the thing.
上記のように、反応水素ガス中にH2Sが1ppm以上含まれると、触媒が被毒されて殆ど反応が進行しない。そして、通常生産されるCOGのようなガスではH2Sが数千ppm存在するため、これを水素の原料ガスとして用いるとナフタレン−デカリン系では水素化反応プロセスは進行しない。この触媒の被毒は、おそらく、ヘテロ原子(S,O,N)化合物中のヘテロ原子が触媒の活性点に付着して触媒の活性を失わせることによって起こると考えられる。
芳香族化合物→水素化芳香族化合物系としては、ベンゼン−シクロヘキサン系、トルエン−メチルシクロヘキサン系等もあるが、これらの系もナフタレン−デカリン系と同様にヘテロ原子化合物による触媒被毒作用が大きい。
As described above, when 1 ppm or more of H 2 S is contained in the reaction hydrogen gas, the catalyst is poisoned and the reaction hardly proceeds. Further, in a gas such as COG that is normally produced, H 2 S is present in several thousand ppm. Therefore, when this gas is used as a hydrogen source gas, the hydrogenation reaction process does not proceed in the naphthalene-decalin system. This poisoning of the catalyst is probably caused by a heteroatom in the heteroatom (S, O, N) compound adhering to the active site of the catalyst and losing the activity of the catalyst.
The aromatic compound → hydrogenated aromatic compound system includes a benzene-cyclohexane system and a toluene-methylcyclohexane system, and these systems have a large catalytic poisoning effect by a heteroatom compound as in the naphthalene-decalin system.
これに対し、反応系がナフタレン−テトラリン系の場合には、それに対して、水素混合ガス中にヘテロ原子化合物が相当量存在しても十分に反応が進むことが判明した
更に、Co−Mo系またはNi−Mo系触媒の場合には、原料中に数千ppmのSが存在しても、触媒が被毒されずに反応が進むことが確認された。
On the other hand, when the reaction system is a naphthalene-tetralin system, it has been found that the reaction proceeds sufficiently even if a considerable amount of a heteroatom compound is present in the hydrogen mixed gas. In the case of a Ni—Mo catalyst, it was confirmed that the reaction proceeds without poisoning the catalyst even when several thousand ppm of S is present in the raw material.
本発明においては、ナフタレン→テトラリンへの水添反応を促進するための触媒を使用する。ナフタレン→テトラリンへの水添反応用の触媒としてはCo−Mo或いはNi−Mo系の触媒を挙げることができる。
この様な触媒としては、特許第3,139,115号公報、特公昭56−1293号公報及び三井造船技報156号第1〜7頁に開示されているような触媒を用いることができる。
In the present invention, a catalyst for promoting the hydrogenation reaction from naphthalene to tetralin is used. Examples of the catalyst for the hydrogenation reaction from naphthalene to tetralin include a Co—Mo or Ni—Mo based catalyst.
As such a catalyst, a catalyst as disclosed in Japanese Patent No. 3,139,115, Japanese Patent Publication No. 56-1293 and Mitsui Engineering & Shipbuilding No. 156,
特許第3,139,115号公報に記載されている触媒は、比表面積200〜400m2/g、細孔容積0.37〜0.57ml/g、平均細孔径55〜90Åを有し、全細孔の50%以上が細孔径55〜90Åの範囲に分布すると共に、細孔径90Åを超える細孔が全細孔の15%以下であるシャープな細孔分布を持ち、かつコバルト及びモリブデンを酸化物として合計で11〜25重量%含有するコバルト−モリブデン−アルミナ触媒である。
また、特公昭56−1293号公報に記載されている触媒は、コバルト、ニッケル、モリブデン、タングステンの酸化物の1種またはそれ以上を、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、ケイソウ土、軽石などに担持させて硫化処理した触媒である。
The catalyst described in Japanese Patent No. 3,139,115 has a specific surface area of 200 to 400 m 2 / g, a pore volume of 0.37 to 0.57 ml / g, an average pore diameter of 55 to 90 kg, 50% or more of the pores are distributed in the range of 55 to 90 mm in pore diameter, and the pore diameter exceeding 90 mm has a sharp pore distribution of 15% or less of the total pores, and cobalt and molybdenum are oxidized. This is a cobalt-molybdenum-alumina catalyst containing 11 to 25% by weight in total.
In addition, the catalyst described in Japanese Patent Publication No. 56-1293 is supported on silica, alumina, silica-alumina, diatomaceous earth, pumice, etc., by supporting one or more of cobalt, nickel, molybdenum and tungsten oxides. This is a catalyst that has been sulfurized.
ナフタレンを水素化してテトラリンを生成する反応は次の反応式で表すことができる。
C10H8(ナフタレン)+2H2 → C10H12(テトラリン)
上記反応式における右辺への反応は発熱を伴う反応であり、左辺への反応は、その逆の吸熱反応となる。このナフタレン−テトラリン系の反応速度はナフタレン−デカリン系の反応速度よりも10倍程度速い。
The reaction of hydrogenating naphthalene to produce tetralin can be represented by the following reaction formula.
C 10 H 8 (naphthalene) + 2H 2 → C 10 H 12 (tetralin)
The reaction to the right side in the above reaction formula is a reaction accompanied by exotherm, and the reaction to the left side is the opposite endothermic reaction. The reaction rate of the naphthalene-tetralin system is about 10 times faster than that of the naphthalene-decalin system.
また、本発明の方法は、水素化反応によって生成したテトラリンを脱水素してナフタレンを生成する工程を含んでいる。テトラリンからナフタレンと水素ガスとを製造するための脱水素反応においては、脱水素触媒による触媒反応を利用する。脱水素触媒としては前記した水素化触媒の他、公知の触媒を用いることができ、例えば、パラジウム、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、モリブデン、レニウム、タングステン、バナジウム、ニッケル、クロム、コバルト及び鉄からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を含む触媒を用いることができる。また、触媒担体としてはアルミナ、シリカ、ジルコニア、ゼオライト、チタニア、活性炭等を用いることができる。 In addition, the method of the present invention includes a step of dehydrogenating tetralin produced by the hydrogenation reaction to produce naphthalene. In the dehydrogenation reaction for producing naphthalene and hydrogen gas from tetralin, a catalytic reaction by a dehydrogenation catalyst is used. As the dehydrogenation catalyst, a known catalyst can be used in addition to the above-described hydrogenation catalyst. For example, palladium, platinum, rhodium, iridium, ruthenium, osmium, molybdenum, rhenium, tungsten, vanadium, nickel, chromium, cobalt, and the like. A catalyst containing at least one metal selected from the group consisting of iron can be used. As the catalyst carrier, alumina, silica, zirconia, zeolite, titania, activated carbon and the like can be used.
水素化反応の条件は、温度200〜250℃、圧力10〜30atmが好ましい。
脱水素反応は触媒存在下、テトラリンが液体状態であるような加熱・加圧下での連続式脱水素反応によって行う。脱水素反応容器内での温度及び圧力等の条件は、適宜に設定することができるが、反応温度は150〜450℃、好ましくは250〜350℃であり、反応圧力は常圧を超える圧力で、好ましくは10〜50atmである。
The conditions for the hydrogenation reaction are preferably a temperature of 200 to 250 ° C. and a pressure of 10 to 30 atm.
The dehydrogenation reaction is carried out by continuous dehydrogenation reaction under heating and pressure such that tetralin is in a liquid state in the presence of a catalyst. Conditions such as temperature and pressure in the dehydrogenation reaction vessel can be set as appropriate, but the reaction temperature is 150 to 450 ° C., preferably 250 to 350 ° C., and the reaction pressure is a pressure exceeding normal pressure. , Preferably 10 to 50 atm.
図1は、水素ガスを含む混合ガスとしてCOGを用いた場合の例を示したものである。
図1に基づいて本発明の水素の選択的回収方法を説明する。
水素化反応装置1へCOGと脱水素化反応装置2から返送されるナフタレンとをそれぞれ導入する。混合ガス中の水素とナフタレンとが水素化触媒によって反応してテトラリンが生成され、反応後の廃COGはテトラリンなどの液体分を除去して水素化反応装置1から排出される。反応によって生成したテトラリン分は水素化反応装置2から配管によって脱水素化反応装置2へ導かれて、ここでテトラリンは脱水素触媒によって水素ガスとナフタレンとに転換され、生成したナフタレンは水素化反応装置1へ戻され、一方、発生した水素はナフタレンなどを除去され製品として回収される。
FIG. 1 shows an example in which COG is used as a mixed gas containing hydrogen gas.
The hydrogen selective recovery method of the present invention will be described with reference to FIG.
COG and naphthalene returned from the
前記したように、ナフタレンの水素化反応は発熱反応であり、テトラリンの脱水素反応は吸熱反応である。本発明においては、発熱反応によって発生した熱を有効利用するために、各反応装置には図1に示すような熱交換配管を設けて、この配管中に水(水蒸気)、熱媒油等の熱媒体を循環させることが好ましい。 As described above, the hydrogenation reaction of naphthalene is an exothermic reaction, and the dehydrogenation reaction of tetralin is an endothermic reaction. In the present invention, in order to effectively use the heat generated by the exothermic reaction, each reaction apparatus is provided with a heat exchange pipe as shown in FIG. 1, and water (steam), heat transfer oil, etc. are provided in the pipe. It is preferable to circulate the heat medium.
この熱媒体は、水素化反応装置に設けられた熱交換配管5を通って水素化反応によって発生する熱を回収し、熱媒体貯蔵設備4を通過して、熱媒体貯蔵設備4内に収容されている熱媒体と間接熱交換して脱水素化反応装置2の要求する熱量に対応するまで、必要に応じて再加熱された後、脱水素化反応装置2の熱交換配管5’を流通することによって脱水素反応によって吸収される熱を反応系に与えて冷却されたのち、再び熱媒体貯蔵設備3を通過して加熱された後に水素化反応装置1に戻る。
上記のようにして、両反応装置間の熱の輸送を可能にして水素化反応で発生する熱を有効に利用することができる。
This heat medium recovers the heat generated by the hydrogenation reaction through the
As described above, heat generated by the hydrogenation reaction can be effectively utilized by enabling the transport of heat between the two reactors.
本発明においては、水素化反応装置と脱水素反応装置とを近接して並立配置することが望ましい。このように近接配置することにより、水素化(発熱反応)で発生する熱を脱水素(吸熱反応)側にて有効に利用することが可能となる。
また、ナフタレン−テトラリン系で水素化、脱水素を行なう場合、高温状態(330℃程度)にて脱水素した後のナフタレンを、すぐに、近接する水素化装置に高温のまま戻すことができる。ナフタレンは、80℃程度で固化するため、近傍であれば、ナフタレンを液体のままハンドリングすることができる。
In the present invention, it is desirable to arrange the hydrogenation reaction apparatus and the dehydrogenation reaction apparatus in close proximity to each other. Such close arrangement makes it possible to effectively use heat generated by hydrogenation (exothermic reaction) on the dehydrogenation (endothermic reaction) side.
Moreover, when performing hydrogenation and dehydrogenation by a naphthalene-tetralin type | system | group, the naphthalene after dehydrogenating in a high temperature state (about 330 degreeC) can be immediately returned to the adjacent hydrogenation apparatus with high temperature. Since naphthalene is solidified at about 80 ° C., naphthalene can be handled in a liquid state in the vicinity.
特に、水素(含有)ガスが発生する場所と回収した水素ガスを消費する場所が近接している場合には、上記のように、近接して並立配置することにより、熱を有効利用することができると共に、水素ガスを貯蔵容器等に貯蔵するという作業を経ることなく、そのまま使用することができるので有利である。 In particular, when the place where the hydrogen (containing) gas is generated and the place where the recovered hydrogen gas is consumed are close to each other, as described above, the heat can be effectively used by arranging them side by side. This is advantageous because it can be used as it is without having to store hydrogen gas in a storage container or the like.
また、水素(含有)ガスが発生する場所と回収した水素ガスを消費する場所が離れている場合にも本発明は適用することができるが、その場合には、ナフタレン−テトラリン系で水素化、脱水素を行なう場合、高温状態にて脱水素した後のナフタレンを、すぐに高温のまま水素化反応装置に戻すことができないので、ナフタレンを加熱して液体状態を維持してハンドリングすることになる。 Further, the present invention can also be applied to a case where the place where the hydrogen (containing) gas is generated and the place where the recovered hydrogen gas is consumed, but in that case, hydrogenation with a naphthalene-tetralin system, When dehydrogenation is performed, naphthalene after dehydrogenation at a high temperature cannot be immediately returned to the hydrogenation reactor while maintaining a high temperature. Therefore, the naphthalene is heated and handled in a liquid state. .
混合ガスとしては、水素を含有する混合ガスであれば特に制約なく用いることができる。
このようなガスとしては、COG(コークス炉ガス)、BFG(高炉ガス)、LDG(転炉ガスのような製鉄所の副生ガスがある。特に、COG中には水素ガスが50〜60%含まれているため、本発明で用いる混合ガスとして適している。
また、COGはメタンを含んでいるため、本発明における水素を含有する混合ガスとしてCOGを用いた場合には、水素化反応装置においてCOGガスから水素ガスが分離される結果、残留したCOGガスはメタン濃度が高まって高カロリーなものとなるため、燃料ガスとして適したものとなる。
As the mixed gas, any mixed gas containing hydrogen can be used without any particular limitation.
Such gases include COG (coke oven gas), BFG (blast furnace gas), LDG (by-product gas of steelworks such as converter gas), especially hydrogen gas is 50-60% in COG. Since it is contained, it is suitable as a mixed gas used in the present invention.
In addition, since COG contains methane, when COG is used as a mixed gas containing hydrogen in the present invention, as a result of separation of hydrogen gas from COG gas in the hydrogenation reaction apparatus, residual COG gas is Since the methane concentration increases and becomes high calorie, it is suitable as a fuel gas.
また、高炉ガス、転炉ガスは、水素濃度が低いため効率的には劣るが、転炉ガスの場合は、ガス中のCOをシフトコンバートして、水素と二酸化炭素に変成し、水素濃度を高くすることにより本発明で用いる混合ガスに適したものとなる。
その他の水素ガスを含む混合ガスとしては、ナフサ又はメタン分解ガス又は石炭ガス化ガス、木質バイオマスガス化ガス、廃プラスチックガス化ガス、都市ガス(天然ガス)改質ガス、廃棄物(RDF含む)ガス化ガスを挙げることができる。
In addition, blast furnace gas and converter gas are inferior in efficiency because the hydrogen concentration is low, but in the case of converter gas, CO in the gas is shift-converted to convert it into hydrogen and carbon dioxide, and the hydrogen concentration is reduced. By making it high, it becomes suitable for the mixed gas used in the present invention.
Other mixed gas containing hydrogen gas includes naphtha or methane decomposition gas or coal gasification gas, woody biomass gasification gas, waste plastic gasification gas, city gas (natural gas) reformed gas, waste (including RDF) A gasification gas can be mentioned.
以下では、実施例に基づいて本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples.
本実施例においては図1に示した装置を用い。
図1の水素化反応装置へ精製ナフタレン67.5kg/HrとCOG 74.76Nm3/Hrを20kg/cm2の圧力で装入した。COGの組成はH2 56%,CH4 28%、C2H4 3%、CO 7%、N2 3%、CO2 3%で、H2Sは3000ppm存在した。
水素化反応装置の温度は250℃とし、アルミナを担体とするNi−Mo系触媒を使用した。
生成物はテトラリン69.61kg/Hrで未反応COGは53.83Nm3/Hr(組成:H2 38.9%,CH4 38.9%,C2H4 4.2%、N2 4.2%,CO2 4.2%、H2S 4200ppm)であった。
生成したテトラリンは全量脱水素塔へ送られ脱水素された。条件は440℃で20kg/cm2に加圧されて触媒は水素化と同じNi−Mo系であった。
回収排出ガス;水素20.9Nm3/Hr
排出液;ナフタレン67.5kg/Hr,
この反応によって20kg/cm2の水素ガスを得ることができた。このナフタレンなどは水素化塔へ戻した。
In the present embodiment, the apparatus shown in FIG. 1 is used.
Purified naphthalene 67.5 kg / Hr and COG 74.76 Nm 3 / Hr were charged into the hydrogenation reactor of FIG. 1 at a pressure of 20 kg / cm 2 . The composition of COG was H 2 56%, CH 4 28%, C 2 H 4 3%,
The temperature of the hydrogenation reactor was 250 ° C., and a Ni—Mo catalyst using alumina as a support was used.
The product is tetralin 69.61 kg / Hr, and the unreacted COG is 53.83 Nm 3 / Hr (composition: H 2 38.9%, CH 4 38.9%, C 2 H 4 4.2%,
The total amount of tetralin produced was sent to the dehydrogenation tower and dehydrogenated. Conditions were increased to 20 kg / cm 2 at 440 ° C., and the catalyst was the same Ni—Mo system as hydrogenation.
Recovery exhaust gas: Hydrogen 20.9Nm 3 / Hr
Discharged liquid; naphthalene 67.5 kg / Hr,
By this reaction, 20 kg / cm 2 of hydrogen gas could be obtained. This naphthalene was returned to the hydrogenation tower.
図1の水素化反応器へナフタレン67.5kg/Hr、テトラリン7.5t/HrとCOG46.89Nm3/Hrを10kg/cm2の圧力で装入した。ナフタレン・テトラリン中にはSが1000ppm、COG中にはH2Sが3000ppm存在した。COGの組成は実施例1と同じであった。
水素化反応装置の温度は250℃とし、アルミナを担体とするNi−Mo系触媒を使用した。生成物はテトラリン69.40kg/Hr,ナフタレン7.48kg/Hrと未反応COG 25.89Nm3/Hr(H2 29.8%,CH4 44.7,C2H4 4.8%,CO 11.2%,CO2 4.8%,N2 4.7%,H2S 4500ppm)であった。
生成したテトラリンとナフタリンは全量脱水素反応装置に送られて脱水素された。条件は440℃で30kg/cm2に加圧されて、触媒はNi−Mo系触媒であった。
回収水素ガスは21.0Nm3/Hrであり、ナフタレン67.5kg/Hr、テトラリン7.5kg/Hrを得た。ナフタレンとテトラリンは全量を水素化反応装置へ戻した。
The hydrogenation reactor shown in FIG. 1 was charged with 67.5 kg / Hr of naphthalene, 7.5 t / Hr of tetralin and 46.89 Nm 3 / Hr of COG at a pressure of 10 kg / cm 2 . S-1000 ppm was present in naphthalene-tetralin and 3000 ppm of H 2 S was present in COG. The composition of COG was the same as in Example 1.
The temperature of the hydrogenation reactor was 250 ° C., and a Ni—Mo catalyst using alumina as a support was used. The product was tetralin 69.40 kg / Hr, naphthalene 7.48 kg / Hr and unreacted COG 25.89 Nm 3 / Hr (H 2 29.8%, CH 4 44.7, C 2 H 4 4.8%, CO 11.2%, CO 2 4.8%, N 2 4.7%, H 2 S 4500 ppm).
The total amount of tetralin and naphthalene produced was sent to a dehydrogenation reactor and dehydrogenated. Conditions were pressurized at 440 ° C. to 30 kg / cm 2 and the catalyst was a Ni—Mo based catalyst.
The recovered hydrogen gas was 21.0 Nm 3 / Hr, and naphthalene 67.5 kg / Hr and tetralin 7.5 kg / Hr were obtained. Naphthalene and tetralin were all returned to the hydrogenation reactor.
本発明の方法は、水素ガスを必要とする燃料電池や化学工業分野において、水素ガスを供給する方法として適用することができる。 The method of the present invention can be applied as a method for supplying hydrogen gas in the fuel cell and chemical industry fields that require hydrogen gas.
1 水素化反応装置
2 脱水素化反応装置
3 高圧ポンプ
4 熱媒体貯蔵設備
5,5’ 熱交換配管
6 熱媒体ポンプ
7 減圧弁
DESCRIPTION OF
Claims (11)
(1)濃度が100ppm以上のH2S
(2)濃度が0.1%以上のCO
(3)濃度が1000ppm以上のH2O
(4)濃度が100ppm以上のNH3
(5)濃度が100ppm以上のHCN The hydrogen gas according to claim 1, wherein the kind of the heteroatom compound and the concentration in the mixed gas containing hydrogen gas satisfy at least one condition selected from the following (1) to (5): A method for selective recovery of hydrogen from a mixed gas.
(1) H 2 S having a concentration of 100 ppm or more
(2) CO with a concentration of 0.1% or more
(3) H 2 O having a concentration of 1000 ppm or more
(4) NH 3 having a concentration of 100 ppm or more
(5) HCN with a concentration of 100 ppm or more
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004333895A JP2006143507A (en) | 2004-11-18 | 2004-11-18 | Method for selectively recovering hydrogen from hydrogen-containing mixed gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004333895A JP2006143507A (en) | 2004-11-18 | 2004-11-18 | Method for selectively recovering hydrogen from hydrogen-containing mixed gas |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006143507A true JP2006143507A (en) | 2006-06-08 |
Family
ID=36623625
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004333895A Pending JP2006143507A (en) | 2004-11-18 | 2004-11-18 | Method for selectively recovering hydrogen from hydrogen-containing mixed gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006143507A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009221057A (en) * | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Japan Energy Corp | Hydrogen production system |
KR101388266B1 (en) | 2008-03-18 | 2014-04-22 | 스미토모 세이카 가부시키가이샤 | Method and apparatus for separating blast furnace gas |
JP2015113240A (en) * | 2013-12-09 | 2015-06-22 | 千代田化工建設株式会社 | Hydrogen production system, hydrogen storage and transportation system provided with the same, and hydrogen production method |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62223004A (en) * | 1986-03-20 | 1987-10-01 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Recovery of hydrogen gas |
JPH03263550A (en) * | 1990-03-14 | 1991-11-25 | Yasukazu Saito | 2-propanol/acetone-hydrogen type chemical heat pump and dehydrogenation catalyst used for same heat pump |
JP2002134141A (en) * | 2000-10-23 | 2002-05-10 | Masaru Ichikawa | Hydrogen storage and supply system, and liquid organic hydrogen storage and supply body |
JP2004051391A (en) * | 2002-07-17 | 2004-02-19 | Toyota Motor Corp | Apparatus for producing gaseous hydrogen |
JP2004067667A (en) * | 2002-05-17 | 2004-03-04 | Mitsubishi Chemicals Corp | Method for producing hydrogenated aromatic compound |
JP2004277250A (en) * | 2003-03-18 | 2004-10-07 | Jfe Engineering Kk | Method for separating, refining, and supplying hydrogen |
-
2004
- 2004-11-18 JP JP2004333895A patent/JP2006143507A/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62223004A (en) * | 1986-03-20 | 1987-10-01 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Recovery of hydrogen gas |
JPH03263550A (en) * | 1990-03-14 | 1991-11-25 | Yasukazu Saito | 2-propanol/acetone-hydrogen type chemical heat pump and dehydrogenation catalyst used for same heat pump |
JP2002134141A (en) * | 2000-10-23 | 2002-05-10 | Masaru Ichikawa | Hydrogen storage and supply system, and liquid organic hydrogen storage and supply body |
JP2004067667A (en) * | 2002-05-17 | 2004-03-04 | Mitsubishi Chemicals Corp | Method for producing hydrogenated aromatic compound |
JP2004051391A (en) * | 2002-07-17 | 2004-02-19 | Toyota Motor Corp | Apparatus for producing gaseous hydrogen |
JP2004277250A (en) * | 2003-03-18 | 2004-10-07 | Jfe Engineering Kk | Method for separating, refining, and supplying hydrogen |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009221057A (en) * | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Japan Energy Corp | Hydrogen production system |
KR101388266B1 (en) | 2008-03-18 | 2014-04-22 | 스미토모 세이카 가부시키가이샤 | Method and apparatus for separating blast furnace gas |
JP2015113240A (en) * | 2013-12-09 | 2015-06-22 | 千代田化工建設株式会社 | Hydrogen production system, hydrogen storage and transportation system provided with the same, and hydrogen production method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11459233B2 (en) | Process and plant for producing and storing hydrogen | |
US7789920B2 (en) | Supercritical process, reactor and system for hydrogen production | |
US8758722B2 (en) | Method for producing hydrogen aimed at storage and transportation | |
JP4856061B2 (en) | Hydrogen recovery from hydrocarbon synthesis process | |
JP5039408B2 (en) | Hydrogen production and carbon dioxide recovery method and apparatus | |
JP4801359B2 (en) | Hydrogen production method | |
JP5288840B2 (en) | Hydrogen production system | |
JP2023545341A (en) | Hydrocarbon synthesis process | |
JP5036969B2 (en) | Energy station | |
JP5107234B2 (en) | Liquid fuel synthesis system | |
RU2425089C2 (en) | Fuel oil synthesis system | |
JP4835967B2 (en) | Hydrogen production system | |
CN104105658A (en) | Process for preparing a paraffin product | |
CN101801843A (en) | Hydrogen and carbon utilization in synthetic fuels production plants | |
JP2006143507A (en) | Method for selectively recovering hydrogen from hydrogen-containing mixed gas | |
JP2005200254A (en) | Method for selectively recovering hydrogen from mixed gas containing hydrogen gas | |
JP5065952B2 (en) | Hydrogen-containing gas utilization system | |
JP2010006660A (en) | Hydrogen storing apparatus and hydrogen storing method | |
CA2738263C (en) | Hydrocarbon synthesis reaction apparatus, hydrocarbon synthesis reaction system, and hydrocarbon synthesizing method | |
JP2003277003A (en) | Method for manufacturing decalin and hydrogen | |
JP2004067667A (en) | Method for producing hydrogenated aromatic compound | |
JP2005201322A (en) | Hydrogen gas utilizing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070302 |
|
A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20091008 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091014 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100315 |