JPS6120481B2 - - Google Patents

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JPS6120481B2
JPS6120481B2 JP52133149A JP13314977A JPS6120481B2 JP S6120481 B2 JPS6120481 B2 JP S6120481B2 JP 52133149 A JP52133149 A JP 52133149A JP 13314977 A JP13314977 A JP 13314977A JP S6120481 B2 JPS6120481 B2 JP S6120481B2
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water
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carbon monoxide
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Defurin Mitsusheru
Uanrenterugemu Jatsukusu
Kuroodo Kuremaa Jan
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Shell Internationale Research Maatschappij BV
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/80Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with zinc, cadmium or mercury
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J23/84Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/85Chromium, molybdenum or tungsten
    • B01J23/86Chromium
    • B01J23/862Iron and chromium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • C01B3/12Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • C01B3/16Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with carbon monoxide using catalysts
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水−ガスシフト反応: CO+H2O→CO2+H2に従い一酸化炭素含有ガス
を水蒸気でコンバーシヨンすることにより実施さ
れる富水素ガスの製法に関する。
水素の工業的製法のほとんどにおいて重要な部
分をなすこのコンバーシヨンは、触媒の存在下に
おいて2段階で通常は実施される。300℃を越え
る温度で行われる第一のコンバーシヨン段階は、
高められた温度における水−ガスシフト反応とし
て知られる。第二のコンバーシヨン段階では、水
−ガスシフト反応は、低い温度すなわち300℃よ
り低い温度が用いられる。水−ガスシフト反応に
これまで提案された触媒のほとんどは、かなり限
定された温度範囲でのみ十分活性であるので、前
記の2段階のコンバーシヨンのそれぞれで異なつ
た触媒を使用するのが通常とされる。
水−ガスシフト反応に対しこれまで提案された
触媒のほとんどの大きな欠点は、変換されるべき
ガス中の硫黄に対し過敏であることである。この
ことは、特に、低温度での水−ガスシフト反応に
対し提案されてきた触媒にあてはまることであ
り、これらの触媒は、ガス中の硫黄の存在により
非常に短期間で通常は完全に被毒する。この欠点
は、高められた温度での水−ガスシフト反応に提
案された触媒には低い程度で存在するが、これら
の触媒は、変換されるべきガス中の硫黄の存在下
で、特に著しく高い硫黄濃度の場合、活性がかな
り減少する多くの触媒を包含している。
水−ガスシフト反応によるほとんどの水素の工
業的製法での変換されるべき一酸化炭素含有ガス
は、毒常、硫黄−および/または炭素−含有炭化
水素油の不完全燃焼により得られるため、硫黄を
含有している。水−ガスシフト反応で使用される
触媒の硫黄への過敏性のため、ガス混合物が、水
−ガスシフト反応を受ける前に、硫黄が、ガス混
合物から入念に排除されねばならない。この硫黄
の排除は、別個の操作段階で通常はなされ、しか
も低温で行われる。水−ガスシフト反応に先立つ
て水素の製造において、低温で脱硫段階を行う必
要は、熱の消費の観点から非常に不利である。こ
の場合、比較的高められた温度にある硫黄含有ガ
スは、実際上、まず冷却され、脱硫後に高められ
た温度での水−ガスシフト反応に必要とされる温
度まで再び熱せられねばならない。この結果、変
換されるべきガス中の硫黄の存在により変性され
ていない触媒が水−ガスシフト反応に迅速に使用
される必要があり、硫黄含有ガスが先立つ硫黄除
去を必要とせずにこの反応を受けるようにする。
ある種スピネルは、硫黄に鈍感であり、その
上、水−ガスシフト反応に対し優れた触媒である
ことが確認された。
従つて本発明は、一酸化炭素含有ガスを水蒸気
でコンバーシヨンすることによる富水素ガスの製
法において、コンバーシヨンが、 式Cu0.5Zn0.5Fe2O4に相当する組成のスピネルお
よび/または式MgFe1.9Cr0.1O4に相当するスピ
ネルを含有する触媒の存在下で実施されることを
特徴とする前記富水素ガスの製法に関する。
本発明に従つて使用される触媒は、所望の割合
の金属含有成分を、その塩を含む溶液、好ましく
は硝酸塩の溶液から出発して沈澱させ、次に沈澱
を乾燥させてから、好ましくは400ないし1000℃
の温度で3ないし20時間焼成することによつて都
合よく得られる。さらに、K2O,Cs2Oおよび/
またはCaOを添加することにより前記の触媒を安
定化させることが可能であることが確認されてい
る。これらの成分を含有する触媒は、使用中の活
性が長つづきし、そのため再生または交換の必要
性が少ない。K2O,Cs2Oおよび/またはCaOの
0.1〜15重量%を含有する触媒を使用することが
有利で、使用触媒のK2O,Cs2Oおよび/または
CaOの含量は、好ましくは、5〜10重量%であろ
う。
前記の触媒はそれ自体で使用可能であり、長さ
および/または直径0.2〜0.6mmの粒子の形態で都
合よく適用され得る。しかしながらこれらの触媒
をキヤリヤー上に沈澱させることによりキヤリヤ
ー上に担持されるようにして乾燥、焼成して水−
ガスコンバーシヨン反応に使用することも可能で
ある。好ましくは、三酸化アルミニウムが、キヤ
リヤーとして使用され、酸化アルミニウムの量
が、全触媒の40〜80の重量%を構成するようにな
され得る。
好ましくは温度範囲175〜425℃で起こる水−ガ
スコンバーシヨン反応は、反応速度および平衡の
状態の理由から、一部300℃を越え(高められた
温度での水−ガスコンバーシヨン反応)そして一
部300℃より下で(低い温度での水−ガスコンバ
ーシヨン反応)、実際上数段階で通常は行われ
る。好ましくは、反応は、変換されるべきガスを
温度範囲325〜400℃で2つまたはそれ以上の反応
器に通し、該反応器が高められた温度での水−ガ
スシフト反応のための触媒を含むようにし、次に
部分的に変換されたガスの混合物を温度範囲200
〜275℃で反応器中に通し、この反応器が低温度
での水−ガスシフト反応のための触媒を含むよう
にして行われる。
本発明に従う方法が、一部300℃より高くし、
一部300℃より低くした異なる温度での数段階に
適用されるなら、Cu0.5Zn0.5Fe2O4または
MgFe1.9Cr0.1O4触媒は、本発明に従えば、低温
度での水−ガスシフト反応に対し好ましい。所望
なら、本発明の範囲外の触媒、たとえば工業用鉄
−クロム触媒が、この場合、高められた温度での
水−ガスコンバーシヨン反応のために使用され得
る。本発明に従つて使用される触媒は、300℃よ
り高い温度でも十分な活性を通常は示すので、本
発明に従う触媒を、300℃より高い温度および300
℃より低い温度の両者で、水−ガスシフト反応の
全ての段階に使用することが好ましい。
水−ガスシフト反応が行われる圧力は、広い限
度内にあり得る。反応は、好ましくは、10〜100
バール特に20〜80バールの範囲にある圧力で行わ
れる。水−ガスシフト反応を受けるガス混合物中
に存在する水蒸気の量は、好ましくは、一酸化炭
素1モル当り0.5〜50モルである。
変換されるべきガスが、触媒上を通される速度
は、広い限度内にあつてよいが、好ましくはガス
1500〜4500(常温、常圧で)/h・触媒であ
る。
前記したように、水−ガスシフト反応に従う水
蒸気での一酸化炭素含有ガスのコンバーシヨンに
よる富水素ガスの製造は、水素のほとんどの工業
的製法で重要な部分をなす。本発明に従う方法
は、このような水素の製造の一部として非常に役
立つ。これらの方法では一酸化炭素含有ガスは、
通常、炭化水素または炭化水素混合物を酸素によ
り不完全燃焼させることにより得られる。水蒸気
を混合物に調整剤(modifier)として加えること
が好ましい。不完全燃焼は、主に一酸化炭素と水
素とからなる粗製ガスを生ずる。使用される炭化
水素混合物は、好ましくは石油留分である。蒸留
による石油留分および残留分が、この目的に役立
つ。ある条件下では、石炭をたとえば炭化水素油
中のスラリーの形態にしてフイードとして使用し
てもよい。この方法のほとんどでは、燃焼反応器
を去る非常に高温の粗製ガスから熱を引きだすの
が慣例である。
このことは、ガスが廃熱ボイラーの水により熱
交換されるようにすることにより非常に都合よく
達成され得、この結果、高圧蒸気がつくられ、粗
製ガスの温度が降下する。
選択される出発材料および燃焼反応器で使用さ
れる条件に従い、このように冷却されたガスは、
まだ比較的低温度であり、そしてかなりの量の煤
を含み得る。
煤による触媒の急速な詰まりの理由から、慣用
の反応器が使用されるなら、煤は、水−ガス接触
シフト反応を受ける前にガスから除去されるべき
である。しかしながら、煤の如き固体不純物を含
有するガスの接触変換を、触媒が固体不純物によ
り急速に詰ることなく、可能とされる反応器が近
時入手され得る。ガスが循環可能なガス用中空通
路でその壁がガス透過性となつた中空通路を含有
するこの反応器では、触媒は、壁の背後に存在す
る。この反応器は、ガス中に存在する変換される
べき成分が、これらの通路壁を通じガス通路から
広がり、触媒と接触するようになり、変換後ガス
通路中に再度広がるという原理に基づいている。
前記の反応器は、本発明に従う製法で変換され
るべき一酸化炭素含有ガスが煤を含有するとき、
非常に役立つ。ガス中の煤含量に従つて、所望な
らいくらかの煤を、前もつてガスから分離してお
いてもよい。
水−ガスコンバーシヨン反応の完了後、得られ
る富水素ガスは純水素の製造のため、再び精製さ
れねばならない。燃焼反応器を去る粗製ガス状混
合物が、硫黄および/または煤を含有し、水−ガ
スコンバーシヨン反応の前に硫黄および/または
煤が除去されないかまたは煤のいくらかが除去さ
れたなら硫黄および/または煤が、まだ、富水素
ガスから除去されるべきである。富水素ガスの精
製は、特に、生成する無水カルボン酸および未変
換一酸化炭素の除去をさらに含む。
以下本発明を例を示して説明する。
例 Cu0.5Zn0.5Fe2O4触媒が、所望の割合の金属の
適当な水酸化物の共沈により製造される。このプ
ロセスの間、金属イオンの濃度が正確な金属硝酸
塩の水溶液のPHを、アンモニアの添加により6.2
に下げる。混合物を過により分離してから、
120℃で10時間乾燥し、次に500℃で6時間焼成す
る。
X線回折の手段により、得られる混合結晶が、
スピネルの結晶形を持つことが確認される。
焼成された材料が、篩い分けられ、直径0.2〜
0.6mmの粒子が、水蒸気による一酸化炭素の水素
へのコンバーシヨンに使用される。
この目的のために、次の組成を有するガスを水
蒸気と一緒に、触媒粒子によりつくられた床上に
通過させる: 容量% CO 8 CO2 20 H2S 0.8 H2 70.6 CH4 0.6 次の反応条件を使用: 温度: 300℃ 圧力: 30バール(絶対値) 空間速度: 常温常圧3000//h 水蒸気/ガスモル比:1 ガス中に存在する一酸化炭素の89%が、次の反
応に従うプロセス中に変換される。
CO+H2O→H2+CO2 例 Mg Fe1.9Cr0.1O4触媒が、所望の割合の金属の
適当な水酸化物の共沈により製造される。このプ
ロセスの間、金属イオンの濃度が正確な金属硝酸
塩の水溶液のPHを、アンモニアの添加により6.2
に下げる。混合物を過により分離してから、
120℃で10時間乾燥し、次に500℃で6時間焼成す
る。
X線回折の手段により、得られる混合結晶が、
スピネルの結晶形を持つことが確認される。
焼成された材料が、篩い分けられ、直径0.2〜
0.6mmの粒子が、水蒸気による一酸化炭素の水素
へのコンバーシヨンに使用される。
この目的のために、次の組成を有するガスを水
蒸気と一緒に、触媒粒子によりつくられた床上に
通過させる: 容量% CO 8 CO2 20 H2S 0.8 H2 70.6 CH4 0.6 次の反応条件を使用: 温度: 300℃ 圧力: 30バール(絶対値) 空間速度: 常温常圧3000//h 水蒸気/ガス:1 ガス中に存在する一酸化炭素の88%が、次の反
応に従うプロセス中に変換される: CO+H2O→H2+CO2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一酸化炭素含有ガスを水蒸気でコンバーシヨ
    ンすることによる富水素ガスの製法において、コ
    ンバーシヨンが、式Cu0.5Zn0.5Fe2O4に相当する
    組成のスピネルおよび/または式NgFe1.9Cr0.1O4
    に相当するスピネルを含有する触媒の存在下で実
    施されることを特徴とする前記富水素ガスの製
    法。 2 触媒がキヤリヤーを含んでいることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項に記載の製法。 3 触媒のキヤリヤー含量が40〜80重量%である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の
    製法。 4 三酸化アルミニウムが、キヤリヤーとして使
    用されることを特徴とする特許請求の範囲第2項
    または3項に記載の製法。 5 反応が、175〜425℃の温度、10〜100バール
    の圧力、ガス1500〜4500(標準温度および圧力
    で)/h/触媒の空間速度および水蒸気対一酸
    化炭素のモル比0.5対50で実施されることを特徴
    とする特許請求の範囲第1ないし4項のいずれか
    に記載の製法。
JP13314977A 1976-11-10 1977-11-08 Manufacture of hydrogen enriched gas Granted JPS5360891A (en)

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CA (1) CA1097079A (ja)
DE (1) DE2750006A1 (ja)
FR (1) FR2370684A1 (ja)
GB (1) GB1536652A (ja)
IN (1) IN145517B (ja)
IT (1) IT1109473B (ja)
NL (1) NL7712276A (ja)
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