PL19033B1 - Sposób otrzymywania wodoru z weglowodorów. - Google Patents

Description

Wiadomo, ze otrzymywanie wodoru z weglowodorów mozna przeprowadzic przy pomocy nastepujacych typowych procesów chemicznych: * a) Rozklad termiczny, np.C#4 = C + 2 H2 — 18.6 Kcal/mol; * b) Utlenianie para wodna, np.CH4+2 H20=C02+4 H2—39,8 Kcal/mol; c) Utlenianie dwutlenkiem wegla, np.CH4+C02=2 CO+2 H2—60,6 Kcal/mol; d) Czesciowe spalanie tlenem, np.CH4+y202=CO+2 H2+7f6 Kcal/mol; Jak widac, reakcje od a — c sa dosc silnie endotermiczne, pochlaniajace duze ilosci ciepla. Reakcja d jest natomiast egzo¬ termiczna, wydzielajaca tyle ciepla, ze przy odpowiednich warunkach regeneracji ciepla, mozna ja samorzutnie prowadzic na¬ wet w wyzszych temperaturach.Aby pozostale reakcje a, 6, c mogly przebiegac z dobra wydajnoscia, winny byc wykonywane w wysokich temperaturach, co wymaga doprowadzania znacznych ilo¬ sci ciepla. Przewaznie cieplo potrzebne do samej reakcji, np. b lub c, otrzymuje sie przez spalanie czesci gazu i ogrzanie tym sposobem posrednio lub bezposrednio prze- *) Wlascicielka patentu oswiadczyla, ze^wynalazca jest^Tadeusz Rabek .w^Moscicach.strzeni, gdzie zachodzi proces otrzymywa¬ nia wodoru. Ji^olwidt wt^c reakcje, np. b, daja wedlix& itównanfa stósirnkowó-duzo wodoru na jednostke gazu wyjsciowego, bo ]£3|T1 objetosc CH4, to j-ed- naje, uwzgledniwszy, |ze czesc metanu nale¬ zy- spalic dla dostarczenia ciepla dot reak¬ cji^ <$$<: dla; u^ijp^ilenia strat ciepla w u- rzadzeniu, "w rezultacie wydajnosc wodoru z jednej objetosci metanu spadnie znacznie ponizej 3 objetosci H2 na 1 objetosc CH±.Praktycznie otrzymuje si£ 6A 2 do 2,6 obje¬ tosci H2 z, 1 objetosci CH±.Reakcja d jest pod tym wzgledem znacznie korzystniejsza, albfowiem przebie¬ ga z wydzieleniem ilosci ciepla, wystarcza¬ jacych do pokrycia strat urzadzenia tech¬ nicznego i umozliwiajacych przeto prowa¬ dzenie jej samorzutnie bez doprowadzania dodatkowych ilosci ciepla. Tak wiec przy zastosowaniu reakcji d mozliwem jest cal¬ kowite wyzyskanie weglowodoru wedlug równania chemicznego.Przez prowadzenie reakcji d wobec pa¬ ry wodnej otrzymuje sie e) Cff4 + V202 + H20 = C02 + 3H2 + + 17,97 Kcal/moL, czyli reakcja wydziela, juz znaczne . ilosci ciepla i daje 3 objetosci H2 na 1 objetosc C/74. Porównanie metody utlenienia tlenem ze sposobami utleniania woda lub dwutlen¬ kiem wegla wskazuje, ze sposób pierwszy ma przewage nad inmemi pod wzgledem e- nergietycznym i wydajnosci.Z drugiej strony spalanie metanu z tle¬ nem jest niedogodne ze wzgledu na koniecz¬ nosc wyosobniania tlenu z powietrza w ce¬ lu otrzymania czystego wodoru. (Oczy¬ szczenie wodoru od dwutlenku wegla nie przedstawia jak wiadomo zadnych trudno¬ sci). Spalanie zas z powietrzem, jak to sie praktykuje, posiada te zla strone, ze wpro¬ wadza azot rozcienczajacy otrzymany wo¬ dór. Jesli chodzi o -synteze amon jaku, jako miejsce spozycia wodoru, to ostatecznie mozna tak dobrac warunki spalania z po¬ wietrzem, aby otrzymac odpowiednia mie¬ szanke 75% H2 i 25% N2. Jednakze utrzy¬ manie odpowiednich warunków spalania jest trudne i nie najkorzystniejsze pod wzgledem wydajnosci. Zreszta wszedzie tamrgdzie jest potrzebny czysty wodór, lub tam, gdzie czyszczenie wodoru od tlenku wegla przeprowadza sie cieklym azotem, sposób ten nie ma zastosowania.Obecnie okazalo sie, ze niedogodnosc te mozna usunac w prosty sposób i prowadzic reakcje typu d, lub e przy pomocy powie¬ trza, przyczem otrzymuje sie wodór nie za¬ wierajacy azotu oraz jako produkt uboczny czysty azot pozbawiony tlenu.Wynalazek, stanowiacy tresc niniejsze¬ go opisu, polega na zastosowaniu przeno¬ snika tlenu, którym moze byc, naprzyklad, tlenek metalu o zmiennej wartosciowosci lub tlenek metalu o nieznacznem cieple po¬ wstawania z pierwiastkóiw.Reakcje przeprowadza sie wedlug na¬ stepujacych schematów, np.: f) C#4 + MeO = CO + 2H2 + Me + + Qx Kcal/mol. g) 2 Me+0%+3,8 N2=MeO+3,8 N2 + powietrze + Q2 Kcal/moi albo przy uzyciu tlenku metalu wielowar- tosciowego, np.: h) Cff4 + Me02 = CO + 2H2 + MeO + + Q3 Kcal/mol j) 2 MeO+02+3,8 N2=Me02+3,8 N2 + + Q4 Kcal/nwl, przyczyn zawsze: ' 02+01=Q4+Q3=+7,6 Kcal/mol (patrz reakcje d).Oczywiscie oba procesy utleniania we¬ glowodoru i regeneracji przenosnika prze-prowadza sie nie jednoczesnie. Przenosnik tlenu utleniony w poprzednim okresie g lub / powietrzem, oddaje nastepnie swój tlen / lub h przy utlenieniu weglowodoru do wo¬ doru ii tlenku wegla.Proces przeprowadza sie nej temperaturze zaleznej od rodzaju prze¬ nosnika. Przenosnik tlenu moze reagowac tylko i jedynie wedlug reakcji typu / i h lub tez moze sam przez sie dzialac katali¬ tycznie, wplywajac na kierunek i warunki reakcji. Dzialanie katalityczne przenosnika moze równiez pochodzic od domieszek ka¬ talizatorów.Przenosnik mozna stosowac w dowolnej postaci, umozliwiajacej jednak rozwiniecie duzej powierzchni reakcyjnej.Reakcje typu /, g, h, i mozna .polaczyc z którymkolwiek z procesów typu a, b, c i otrzymywac wodór w sposób kombinowa¬ ny z kilku poszczególnych procesów.Proces oparty na wymienionej wyzej zasadzie stosowania przenosnika tlenu moz¬ na uzyc wszedzie tam, gdzie jest potrzebny do reakcji chemicznej tlen z powietrza bez uciazliwej domieszki azotu oraz 'wszedzie tan^ gdzie jest pozadane niezupelne spala¬ nie danego zwiazku chemicznego na pro¬ dukty wartosciowe.Wyzej podane obliczenia i reakcje dla metanu sa przykladami zastosowania wy¬ nalazku, nie wyczerpuja jednak mozliwosci jego stosowania, albowiem spalanie na przenosnikach mozna stosowac do wszel¬ kich weglowodorów i gazów zawierajacych weglowodory. PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe. 1. Sposób otrzymywania wodoru z we¬ glowodorów, znamienny tem, ze tlen laczy sie jedynie z atomami wegla na tlenek we¬ gla lub dwutlenek wegla, a wodór wydziela w stanie wolnym, przyczem tlen potrzebny do utlenienia uzyskuje sie z przenosnika tlenu, który sam ulega redukcji do nizsze¬ go stopnia utlenienia.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tem, ze przenosnik tlenu regeneruje sie do poprzedniego stopnia utlenienia przez utle¬ nienie powietrzem, albo tlenem, albo innym gazem zawierajacym tlen lub ciala latwo tlen oddajace.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, zna¬ mienny tem, ze oba procesy regeneracji przenosnika tlenu i utlenienia weglowodo¬ rów przeprowadza sie nie jednoczesnie.
4. 4. Sposób wedlug zastrz. 1 do 3, zna¬ mienny tem, ze jako przenosniki tlenu sto¬ suje sie pierwiastki, nalezace do I, II, III, V, VI, VII i VIII grupy ukladu naturalne¬ go pierwiastków, ich tlenki lub ich miesza¬ niny.
5. 5. Sposób wedlug zastrz. 1 do 4, zna¬ mienny tem, ze przenosnik tlenu moze po¬ siadac wlasnosci katalityczne, badz natu¬ ralne, badz wytworzone przez domieszke substancji dzialajacej katalitycznie.
6. 6. Sposób wedlug zastrz. 1 do 5, zna¬ mienny tem, ze dla uzyskania lepszych e- fektów termicznych i stechjometrycznych proces przeprowadza sie w obecnosci pary wodnej lub dwutlenku wegla. Panstwowa Fabryka Zwiazków Azotowych w Moscicach. Zastepca: M. Slurzypkowski, rzecznik patentowy. Druk L. Boguslawskiego i Ski, Warszawa. PL