RU2359741C2 - Method of hydrogenous gas mixture cleaning from carbon oxide (versions) - Google Patents

Method of hydrogenous gas mixture cleaning from carbon oxide (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2359741C2
RU2359741C2 RU2006144827/15A RU2006144827A RU2359741C2 RU 2359741 C2 RU2359741 C2 RU 2359741C2 RU 2006144827/15 A RU2006144827/15 A RU 2006144827/15A RU 2006144827 A RU2006144827 A RU 2006144827A RU 2359741 C2 RU2359741 C2 RU 2359741C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon monoxide
vol
gas mixture
hydrogen
selective
Prior art date
Application number
RU2006144827/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006144827A (en
Inventor
Павел Валерьевич Снытников (RU)
Павел Валерьевич Снытников
Георгий Леонидович Семин (RU)
Георгий Леонидович Семин
Михаил Владимирович Сидякин (RU)
Михаил Владимирович Сидякин
Владимир Александрович Собянин (RU)
Владимир Александрович Собянин
Валерий Александрович Кириллов (RU)
Валерий Александрович Кириллов
Олег Федорович Бризицкий (RU)
Олег Федорович Бризицкий
Игорь Викторович Иванов (RU)
Игорь Викторович Иванов
Валерий Яковлевич Терентьев (RU)
Валерий Яковлевич Терентьев
Original Assignee
Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук, Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук
Priority to RU2006144827/15A priority Critical patent/RU2359741C2/en
Publication of RU2006144827A publication Critical patent/RU2006144827A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2359741C2 publication Critical patent/RU2359741C2/en

Links

Abstract

FIELD: treatment facilities.
SUBSTANCE: invention may be used for cleaning hydrogen-rich gas mixtures from carbon oxide. The process is divided into two stages, i.e at temperature no less than 90°C and pressure no less than 1 atm. At the first stage cleaning is performed by selective oxidation of carbon oxide by oxygen and/or air. At the second stage cleaning is performed by selective methanation of carbon oxide. According to the other version of invention, selective methanation may be conducted first, and selective oxidation of the residual carbon oxide may be conducted at the end. Copper and cerium oxide system is used as an active component of selective oxidation catalyst, whereas nickel and cerium oxide system is used an active component of selective methanation catalyst.
EFFECT: invention allows for improving effectiveness of hydrogenous gas mixtures cleaning from carbon oxide.
22 cl, 1 tbl, 8 ex

Description

Изобретение относится к процессу каталитического метода очистки от оксида углерода водородсодержащих газовых смесей.The invention relates to a process for a catalytic method for purification of carbon monoxide from hydrogen-containing gas mixtures.

Водород - один из самых важных индустриальных газов и широко используется в металлургической, химической, нефтехимической и пищевой промышленности. Его также предполагается использовать в водородной энергетике, например, в качестве топлива для топливных элементов. В этом случае водород может быть получен в каталитическом химическом процессе, например, из различного углеводородного сырья (бензин, природный газ, спирты, диметиловый эфир и др). Это углеводородное сырье при помощи паровой и/или кислородной конверсии и последующей паровой конверсии СО перерабатывают в водородсодержащую газовую смесь. Такая смесь обычно состоит из Н2, СО2, N2, Н2О и ~1 об.% СО. Известно, что оксид углерода при концентрации больше 0.001 об.% (10 ppm) является ядом для топливного электрода. Следовательно, такую водородсодержащую газовую смесь необходимо очищать от оксида углерода перед ее подачей в топливный элемент.Hydrogen is one of the most important industrial gases and is widely used in the metallurgical, chemical, petrochemical and food industries. It is also supposed to be used in hydrogen energy, for example, as fuel for fuel cells. In this case, hydrogen can be obtained in a catalytic chemical process, for example, from various hydrocarbon feedstocks (gasoline, natural gas, alcohols, dimethyl ether, etc.). This hydrocarbon feedstock is converted into a hydrogen-containing gas mixture by steam and / or oxygen conversion and subsequent steam conversion of CO. Such a mixture usually consists of H 2 , CO 2 , N 2 , H 2 O and ~ 1 vol.% CO. It is known that carbon monoxide at a concentration of more than 0.001 vol.% (10 ppm) is a poison for the fuel electrode. Therefore, such a hydrogen-containing gas mixture must be cleaned of carbon monoxide before it is fed to the fuel cell.

Одним из способов очистки является очистка путем окисления оксида углерода.One of the purification methods is purification by oxidation of carbon monoxide.

При осуществлении такой очистки возможно протекание следующих реакций:When carrying out such cleaning, the following reactions are possible:

2СО+О2→2СО2 2CO + O 2 → 2CO 2

22→2Н2О (газ)2 + О 2 → 2Н 2 О (gas)

В этом случае показателями эффективности очистки водородсодержащих газовых смесей от СО являются концентрация СО на выходе из реактора и селективность по кислороду, которая определяется как отношение количества кислорода, потраченного на окисление СО, к количеству кислорода, израсходованному по обеим реакциям:In this case, the indicators of the efficiency of purification of hydrogen-containing gas mixtures from CO are the concentration of CO at the outlet of the reactor and oxygen selectivity, which is defined as the ratio of the amount of oxygen spent on the oxidation of CO to the amount of oxygen consumed by both reactions:

Figure 00000001
Figure 00000001

Известен способ (прототип) проведения очистки водородсодержащих газовых смесей от СО путем окисления кислородом и/или воздухом в две стадии, причем как на первой, так и на второй стадии может быть использован по крайней мере один слой катализатора (РФ №2211081, B01D 53/62, 27.08.2003).A known method (prototype) for the purification of hydrogen-containing gas mixtures from CO by oxidation with oxygen and / or air in two stages, and at least one catalyst layer can be used in both the first and second stages (RF No. 2211081, B01D 53 / 62, 08.27.2003).

На первой стадии используют высокоселективные катализаторы на основе меди и/или марганца, в которых в качестве активного компонента используют CuO-СеО2 и/или MnO2-СеО2 с содержанием CuO или MnO2 1-10 мас.% как в массивном виде, так и нанесенные на оксиды алюминия, циркония, кремния, и/или соединения на их основе, или же на графитоподобный углеродный материал.In the first stage, highly selective catalysts based on copper and / or manganese are used, in which CuO-CeO 2 and / or MnO 2 -CeO 2 with a content of CuO or MnO 2 of 1-10 wt.% Are used as an active component, and deposited on oxides of aluminum, zirconium, silicon, and / or compounds based on them, or on graphite-like carbon material.

На второй стадии используют катализаторы на основе благородных металлов, которые в качестве активного компонента содержат платину, палладий, рутений, родий, иридий, преимущественно рутений и платину, нанесенные на оксиды алюминия, циркония, церия, кремния и/или соединения на их основе, или же на графитоподобный углеродный носитель в количестве не менее 0.01 мас.%, преимущественно, 0.05-5.0 мас.%, а также катализаторы, активный компонент которых состоит из смесей, соединений или сплавов металлов (платины, палладия, рутения, родия, рения, иридия, кобальта, золота, меди, марганца, железа и др.), содержащих два и более металла, нанесенных на оксиды алюминия, циркония, церия, кремния и/или соединения на их основе, а также на графитоподобный углеродный материал с суммарным содержанием металлов не менее 0.01 мас.%.In the second stage, noble metal catalysts are used that contain platinum, palladium, ruthenium, rhodium, iridium, mainly ruthenium and platinum supported on aluminum, zirconium, cerium, silicon and / or compounds based on them, or but on a graphite-like carbon carrier in an amount of not less than 0.01 wt.%, mainly 0.05-5.0 wt.%, as well as catalysts, the active component of which consists of mixtures, compounds or metal alloys (platinum, palladium, ruthenium, rhodium, rhenium, iridium koba ice, gold, copper, manganese, iron, etc.) containing two or more metals deposited on oxides of aluminum, zirconium, cerium, silicon and / or compounds based on them, as well as on graphite-like carbon material with a total metal content of at least 0.01 wt.%.

Каждый слой катализатора как на первой, так и второй стадиях работают при разных температурах. Кислород и/или воздух в зону реакции подают только на первую стадию. Процесс осуществляют при мольном отношении кислорода к оксиду углерода, присутствующем в обогащенной водородом газовой смеси, от 0.5 до 3, при температуре не ниже 20°С, давлении не ниже 0.1 атм. Очищаемая водородсодержащая газовая смесь содержит в своем составе не менее 0.1 об.% диоксида углерода и не менее 0.1 об.% паров воды.Each catalyst bed in both the first and second stages operates at different temperatures. Oxygen and / or air is fed into the reaction zone only in the first stage. The process is carried out at a molar ratio of oxygen to carbon monoxide present in the hydrogen-enriched gas mixture, from 0.5 to 3, at a temperature of at least 20 ° C, a pressure of at least 0.1 atm. The purified hydrogen-containing gas mixture contains at least 0.1 vol.% Carbon dioxide and at least 0.1 vol.% Water vapor.

Недостатком данного способа является необходимость использования на второй стадии катализаторов на основе благородных металлов, а также то, что при использовании воздуха для проведения реакции селективного окисления СО происходит существенное разбавление водородсодержащей смеси азотом.The disadvantage of this method is the need to use noble metal catalysts in the second stage, as well as the fact that when air is used to conduct a selective CO oxidation reaction, a substantial dilution of the hydrogen-containing mixture with nitrogen occurs.

Другим способом очистки газовой смеси от оксида углерода является процесс селективного метанирования СО (US 2006/0111456 A1, C07C 27/06, 25.05.2006), Такая очистка протекает по реакции:Another way to clean the gas mixture from carbon monoxide is the process of selective methanation of CO (US 2006/0111456 A1, C07C 27/06, 05/25/2006). Such purification proceeds by the reaction:

СО+3Н2→СН42ОСО + 3Н 2 → СН 4 + Н 2 О

Так как при метанировании СО расходуется три молекулы водорода, то этот процесс целесообразно проводить при малых концентрациях оксида углерода.Since three hydrogen molecules are consumed during CO methanation, it is advisable to carry out this process at low concentrations of carbon monoxide.

Кроме того, так как в смеси присутствует и углекислый газ, то он также может подвергаться метанированию:In addition, since carbon dioxide is also present in the mixture, it can also undergo methanation:

СО2+4H2→CH4+2H2OCO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O

СО2 в смеси присутствует в значительно большей концентрации (~20-25 об.%, чем СО, поэтому в случае протекания этой нежелательной реакции возможны большие потери водорода. Селективность процесса метанирования СО в присутствии CO2 в водородсодержащих смесях равна отношению количества СО, превратившегося в СН4, ко всему количеству метана, образовавшемуся в реакциях метанирования СО и СО2:CO 2 in the mixture is present in a significantly higher concentration (~ 20-25 vol.% Than CO, therefore, in the event of this undesirable reaction, large losses of hydrogen are possible. The selectivity of the CO methanation process in the presence of CO 2 in hydrogen-containing mixtures is equal to the ratio of the amount of CO converted in CH 4 , to the total amount of methane formed in the methanation reactions of CO and CO 2 :

Figure 00000002
Figure 00000002

Тем не менее, в сравнении с процессом очистки путем селективного окисления СО процесс селективного метанирования значительно проще, так как не требует введения в реакционную смесь кислорода/воздуха (при этом не происходит существенного разбавления водородсодержащего газа азотом) и при использовании достаточно селективных и активных катализаторов позволяет очищать водородсодержащий газ до уровня СО ниже 10 ppm в более широком температурном интервале.Nevertheless, in comparison with the process of purification by selective oxidation of CO, the process of selective methanation is much simpler, since it does not require the introduction of oxygen / air into the reaction mixture (there is no significant dilution of the hydrogen-containing gas with nitrogen) and when using sufficiently selective and active catalysts, purify hydrogen-containing gas to a CO level below 10 ppm over a wider temperature range.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности процесса очистки водородсодержащих газовых смесей от СО до уровня меньше 10 ppm: повышение селективности процесса (или, что то же самое, уменьшение количества водорода, затрачиваемого при проведении очистки); уменьшение количества подаваемого воздуха (кислорода), и, следственно, меньшее разбавление водородсодержащей смеси азотом; а также отсутствие благородных металлов в катализаторах для снижения их стоимости.The problem to which the present invention is directed is to increase the efficiency of the process of purification of hydrogen-containing gas mixtures from CO to a level of less than 10 ppm: increase the selectivity of the process (or, which is the same, reduce the amount of hydrogen expended during the purification); a decrease in the amount of supplied air (oxygen), and, consequently, less dilution of the hydrogen-containing mixture with nitrogen; and the absence of noble metals in the catalysts to reduce their cost.

Задача решается благодаря проведению процесса очистки водородсодержащей газовой смеси от оксида углерода в две стадии, причем как на первой, так и на второй стадии может быть использован, по крайней мере, один слой катализатора. На одной из стадий проводят селективное окисление кислородом и/или воздухом, а на другой - селективное метанирование.The problem is solved due to the process of purification of a hydrogen-containing gas mixture from carbon monoxide in two stages, and at least one catalyst layer can be used in both the first and second stages. At one stage, selective oxidation with oxygen and / or air is carried out, and at the other stage, selective methanation is carried out.

При этом первой стадией может быть стадия селективного окисления оксида углерода кислородом и/или воздухом, а второй стадией - селективное метанирование оксида углерода (первый вариант) или же первой стадией может быть стадия селективного метанирования оксида углерода, а второй стадией - селективное окисление оксида углерода кислородом и/или воздухом (второй вариант).In this case, the first stage can be the stage of selective oxidation of carbon monoxide with oxygen and / or air, and the second stage can be selective methanation of carbon monoxide (the first option), or the first stage can be the stage of selective methanation of carbon monoxide, and the second stage can be selective oxidation of carbon monoxide and / or air (second option).

Первый вариантFirst option

Способ очистки водородсодержащей газовой смеси от оксида углерода проводят в две стадии при температуре не ниже 90°С и давлении не ниже 1 атм, очистку в первой из стадий проводят путем селективного окисления оксида углерода кислородом и/или воздухом, а во второй стадии - путем селективного метанирования оксида углерода, в качестве активного компонента катализатора селективного окисления оксида углерода применяют медноцериевую оксидную систему, а в качестве активного компонента катализатора селективного метанирования оксида углерода применяют никельцериевую оксидную систему.The method of purification of a hydrogen-containing gas mixture from carbon monoxide is carried out in two stages at a temperature of at least 90 ° C and a pressure of at least 1 atm, purification in the first of the stages is carried out by selective oxidation of carbon monoxide with oxygen and / or air, and in the second stage by selective carbon monoxide methanation, a copper-cerium oxide system is used as an active component of a selective carbon monoxide oxidation catalyst, and p imenyayut nikeltserievuyu oxide system.

Процесс селективного окисления СО проводят с использованием высокоселективных катализаторов на основе меди, в которых в качестве активного компонента используют медноцериевую оксидную систему с содержанием меди не менее 0,001 мас.%, преимущественно 0,1-20 мас.% как в массивном виде, так и нанесенную на различные носители и подложки. В качестве таких носителей и подложек может использоваться керамика, пластмасса, металлы, композитные материалы, оксиды переходных металлов, углеродный материал и др.The process of selective CO oxidation is carried out using highly selective copper-based catalysts in which the copper-cerium oxide system with a copper content of at least 0.001 wt.%, Mainly 0.1-20 wt.% Both in bulk and applied, is used as the active component on various media and substrates. Ceramics, plastics, metals, composite materials, transition metal oxides, carbon material, etc. can be used as such carriers and substrates.

Процесс селективного метанирования СО проводят с использованием высокоселективных катализаторов на основе никеля, в которых в качестве активного компонента используют никельцериевую оксидную систему с содержанием никеля не менее 0,001 мас.%, преимущественно 0,1-50 мас.% как в массивном виде, так и нанесенную на различные носители и подложки. В качестве таких носителей и подложек может использоваться керамика, пластмасса, металлы, композитные материалы, оксиды переходных металлов, углеродный материал и др.The process of selective CO methanation is carried out using highly selective nickel-based catalysts in which the nickel-cerium oxide system with a nickel content of at least 0.001 wt.%, Mainly 0.1-50 wt.% Both in bulk and applied is used as the active component on various media and substrates. Ceramics, plastics, metals, composite materials, transition metal oxides, carbon material, etc. can be used as such carriers and substrates.

Катализаторы содержат активные компоненты в количестве не менее 0.01 мас.%.The catalysts contain active components in an amount of not less than 0.01 wt.%.

Каждый слой катализатора как на первой, так и второй стадиях может работать при разных температурах.Each catalyst bed in both the first and second stages can operate at different temperatures.

Кислород и/или воздух в реакционную зону подают на стадию селективного окисления оксида углерода.Oxygen and / or air in the reaction zone is fed to the stage of selective oxidation of carbon monoxide.

Очищаемая водородсодержащая газовая смесь содержит в своем составе не менее 0.001 об.% диоксида углерода.The purified hydrogen-containing gas mixture contains at least 0.001 vol.% Carbon dioxide.

Очищаемая водородсодержащая газовая смесь может содержать в своем составе не менее 0.001 об.% паров воды, не менее 0.001 об.% азота.The purified hydrogen-containing gas mixture may contain at least 0.001 vol.% Water vapor, at least 0.001 vol.% Nitrogen.

На первой и/или второй стадии может быть использован, по крайней мере, один слой катализатора.In the first and / or second stage, at least one catalyst bed may be used.

Процесс осуществляют при мольном отношении кислорода к оксиду углерода, присутствующему в обогащенной водородом газовой смеси, близкому к стехиометрическому (О2/СО~0.5-1), но не менее 0.01.The process is carried out at a molar ratio of oxygen to carbon monoxide present in the hydrogen-rich gas mixture, close to the stoichiometric (O 2 / CO ~ 0.5-1), but not less than 0.01.

Второй вариантSecond option

Способ очистки водородсодержащей газовой смеси от оксида углерода проводят в две стадии при температуре не ниже 90°С и давлении не ниже 1 атм, очистку в первой из стадий проводят путем селективного метанирования оксида углерода, а во второй стадии - путем селективного окисления оксида углерода кислородом и/или воздухом, в качестве активного компонента катализатора селективного метанирования оксида углерода применяют никельцериевую оксидную систему, а в качестве активного компонента катализатора селективного окисления оксида углерода применяют медно-цериевую оксидную систему.The method of purification of a hydrogen-containing gas mixture from carbon monoxide is carried out in two stages at a temperature of at least 90 ° C and a pressure of at least 1 atm, purification in the first of the stages is carried out by selective methanation of carbon monoxide, and in the second stage by selective oxidation of carbon monoxide with oxygen and / or air, a nickel cerium oxide system is used as an active component of a selective carbon monoxide catalyst, and as an active component of a selective carbon monoxide catalyst rimenyayut copper-cerium oxide system.

Процесс селективного метанирования СО проводят с использованием высокоселективных катализаторов на основе никеля, в которых в качестве активного компонента используют никельцериевую оксидную систему с содержанием никеля не менее 0,001 мас.%, преимущественно 0,1-50 мас.% как в массивном виде, так и нанесенную на различные носители и подложки. В качестве таких носителей и подложек может использоваться керамика, пластмасса, металлы, композитные материалы, оксиды переходных металлов, углеродный материал и др.The process of selective CO methanation is carried out using highly selective nickel-based catalysts in which the nickel-cerium oxide system with a nickel content of at least 0.001 wt.%, Mainly 0.1-50 wt.% Both in bulk and applied is used as the active component on various media and substrates. Ceramics, plastics, metals, composite materials, transition metal oxides, carbon material, etc. can be used as such carriers and substrates.

Процесс селективного окисления СО проводят с использованием высокоселективных катализаторов на основе меди, в которых в качестве активного компонента используют медноцериевую оксидную систему с содержанием меди не менее 0,001 мас.%, преимущественно 0,1-20 мас.% как в массивном виде, так и нанесенную на различные носители и подложки. В качестве таких носителей и подложек может использоваться керамика, пластмасса, металлы, композитные материалы, оксиды переходных металлов, углеродный материал и др.The process of selective CO oxidation is carried out using highly selective copper-based catalysts in which the copper-cerium oxide system with a copper content of at least 0.001 wt.%, Mainly 0.1-20 wt.% Both in bulk and applied, is used as the active component on various media and substrates. As such carriers and substrates, ceramics, plastic, metals, composite materials, transition metal oxides, carbon material, etc. can be used.

Катализаторы содержат активные компоненты в количестве не менее 0.01 мас.%.The catalysts contain active components in an amount of not less than 0.01 wt.%.

Процесс осуществляют при мольном отношении кислорода к оксиду углерода, присутствующему в обогащенной водородом газовой смеси, близкому к стехиометрическому (O2/CO~0.5-1), но не менее 0.01.The process is carried out at a molar ratio of oxygen to carbon monoxide present in the hydrogen-rich gas mixture, close to the stoichiometric (O 2 / CO ~ 0.5-1), but not less than 0.01.

Кислород или воздух в реакционную зону подают на первую стадию.Oxygen or air is fed into the reaction zone in a first step.

Кислород или воздух в реакционную зону подают на стадию селективного окисления оксида углерода.Oxygen or air in the reaction zone is fed to the stage of selective oxidation of carbon monoxide.

Очищаемая водородсодержащая газовая смесь содержит в своем составе не менее 0.001 об.% диоксида углерода.The purified hydrogen-containing gas mixture contains at least 0.001 vol.% Carbon dioxide.

Очищаемая водородсодержащая газовая смесь может содержать в своем составе не менее 0.001 об.% паров воды, не менее 0.001 об.% азота.The purified hydrogen-containing gas mixture may contain at least 0.001 vol.% Water vapor, at least 0.001 vol.% Nitrogen.

На первой и/или второй стадии может быть использован, по крайней мере, один слой катализатора.In the first and / or second stage, at least one catalyst bed may be used.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующими примерами.The essence of the invention is illustrated by the following examples.

Процесс очистки водородсодержащих газовых смесей от оксида углерода проводят в проточном реакторе в две стадии, каждая стадия содержит, по крайней мере, один слой катализатора. Реактор представляет собой кварцевую трубку с внутренним диаметром 3 мм. Каждый слой катализатора содержит от 0.3 до 1 г катализатора. В качестве катализаторов селективного окисления берут медноцериевые оксидные системы, массивные или нанесенные на носитель. В качестве катализаторов селективного метанирования берут никельцериевые оксидные системы, массивные или нанесенные на носитель. Объемную скорость варьируют в интервале 1000-150000 ч-1, температуру слоев катализаторов в интервале 90-400°С. Реакцию проводят в интервале давлений 1-10 атм. Реакционная газовая смесь имеет состав, об.%: 10 - 99,984 Н2, 0,001 - 50 СО2, 0,01-2 СО, 0.005 - 1 О2, 0 - 30 Н2О, 0 - 90 N2.The process of purification of hydrogen-containing gas mixtures from carbon monoxide is carried out in a flow reactor in two stages, each stage contains at least one catalyst layer. The reactor is a quartz tube with an inner diameter of 3 mm. Each catalyst bed contains from 0.3 to 1 g of catalyst. As catalysts for selective oxidation, copper-cerium oxide systems are used, massive or supported on a carrier. Nickel-cerium oxide systems, solid or supported on a support, are taken as selective methanation catalysts. The space velocity varies in the range of 1000-150000 h -1 , the temperature of the catalyst layers in the range of 90-400 ° C. The reaction is carried out in the pressure range of 1-10 atm. The reaction gas mixture has a composition, vol.%: 10 - 99.984 N 2 , 0.001 - 50 CO 2 , 0.01-2 CO, 0.005 - 1 O 2 , 0 - 30 N 2 O, 0 - 90 N 2 .

Пример 1Example 1

Очистку водородсодержащих газовых смесей от оксида углерода осуществляют в реакторе в две стадии с двумя слоями катализатора. На первой стадии с одним слоем при температуре 210°С находится оксидный медноцериевый катализатор, содержащий 5 мас.% Cu. На второй стадии с одним слоем при температуре 290°С находится оксидный никельцериевый катализатор, содержащий 2.0 мас.% Ni. Реакционная газовая смесь состоит из 1 об.% СО, 0.5 об.% O2, 2 об.% N2, 66.5 об.% Н2, 10 об.% Н2О и 20 об.% СО2. Объемная скорость подачи реакционной смеси на первый слой 60000 ч-1, на второй слой 30000 ч-1; процесс проводят при атмосферном давлении. Полученные результаты приведены в таблице.The purification of hydrogen-containing gas mixtures from carbon monoxide is carried out in a reactor in two stages with two catalyst layers. In the first stage with a single layer at a temperature of 210 ° C is an oxide copper-cerium catalyst containing 5 wt.% Cu. In the second stage with a single layer at a temperature of 290 ° C there is an oxide nickel-cerium catalyst containing 2.0 wt.% Ni. The reaction gas mixture consists of 1 vol.% CO, 0.5 vol.% O 2 , 2 vol.% N 2 , 66.5 vol.% H 2 , 10 vol.% H 2 O and 20 vol.% CO 2 . The volumetric feed rate of the reaction mixture to the first layer is 60,000 h -1 , to the second layer 30,000 h -1 ; the process is carried out at atmospheric pressure. The results are shown in the table.

Пример 2Example 2

Очистку водородсодержащих газовых смесей от оксида углерода осуществляют в реакторе в две стадии с двумя слоями катализатора. На первой стадии с одним слоем при температуре 180°С находится нанесенный на Al2О3 оксидный медноцериевый катализатор, содержащий 5 мас.% Cu. На второй стадии с одним слоем при температуре 280°С находится нанесенный на металлическую подложку оксидный никельцериевый катализатор, содержащий 2.0 мас.% Ni. Реакционная газовая смесь состоит из 1 об.% СО, 0.5 об.% О2, 2 об.% N2, 73.5 об.% H2, 3 об.% H2O и 20 об.% CO2. Объемная скорость подачи реакционной смеси на первый слой 18000 ч-1, на второй слой 18000 ч-1; процесс проводят при атмосферном давлении. Полученные результаты приведены в таблице.The purification of hydrogen-containing gas mixtures from carbon monoxide is carried out in a reactor in two stages with two catalyst layers. In the first stage with a single layer at a temperature of 180 ° C is deposited on Al 2 About 3 oxide copper-cerium catalyst containing 5 wt.% Cu. In the second stage with a single layer at a temperature of 280 ° C, a nickel-cerium oxide catalyst containing 2.0 wt.% Ni is deposited on a metal substrate. The reaction gas mixture consists of 1 vol.% CO, 0.5 vol.% O 2 , 2 vol.% N 2 , 73.5 vol.% H 2 , 3 vol.% H 2 O and 20 vol.% CO 2 . The volumetric feed rate of the reaction mixture to the first layer is 18000 h -1 , to the second layer 18000 h -1 ; the process is carried out at atmospheric pressure. The results are shown in the table.

Пример 3. Очистку водородсодержащих газовых смесей от оксида углерода осуществляют в реакторе в две стадии с двумя слоями катализатора. На первой стадии с одним слоем при температуре 180°С находится оксидный медноцериевый катализатор, содержащий 15 мас.% Cu. На второй стадии с одним слоем при температуре 280°С находится нанесенный на Al2О3 оксидный никельцериевый катализатор, содержащий 10.0 мас.% Ni. Реакционная газовая смесь состоит из 1 об.% СО, 0.5 об.% О2, 2 об.% N2, 73.5 об.% Н2, 3 об.% H2O и 20 об.% CO2. Объемная скорость подачи реакционной смеси на первый слой 18000 ч-1, на второй слой 18000 ч-1; процесс проводят при атмосферном давлении. Полученные результаты приведены в таблице.Example 3. The purification of hydrogen-containing gas mixtures of carbon monoxide is carried out in a reactor in two stages with two catalyst layers. In the first stage with a single layer at a temperature of 180 ° C, there is an oxide copper-cerium catalyst containing 15 wt.% Cu. In the second stage with a single layer at a temperature of 280 ° C is supported on Al 2 About 3 oxide nickel-cerium catalyst containing 10.0 wt.% Ni. The reaction gas mixture consists of 1 vol.% CO, 0.5 vol.% O 2 , 2 vol.% N 2 , 73.5 vol.% H 2 , 3 vol.% H 2 O and 20 vol.% CO 2 . The volumetric feed rate of the reaction mixture to the first layer is 18000 h -1 , to the second layer 18000 h -1 ; the process is carried out at atmospheric pressure. The results are shown in the table.

Пример 4. Очистку водородсодержащих газовых смесей от оксида углерода осуществляют в реакторе в две стадии с двумя слоями катализатора. На первой стадии с одним слоем при температуре 180°С находится нанесенный на металлическую подложку оксидный медноцериевый катализатор, содержащий 5 мас.% Cu. На второй стадии с одним слоем при температуре 280°С находится оксидный никельцериевый катализатор, содержащий 5.0 мас.% Ni. Реакционная газовая смесь состоит из 1 об.% СО, 0.5 об.% O2, 2 об.% N2, 73.5 об.% Н2, 3 об.% H2O и 20 об.% CO2. Объемная скорость подачи реакционной смеси на первый слой 18000 ч-1, на второй слой 30000 ч-1; процесс проводят при атмосферном давлении. Полученные результаты приведены в таблице.Example 4. The purification of hydrogen-containing gas mixtures of carbon monoxide is carried out in a reactor in two stages with two catalyst layers. At the first stage, with a single layer at a temperature of 180 ° C, there is an oxide copper-cerium catalyst deposited on a metal substrate containing 5 wt.% Cu. In the second stage with a single layer at a temperature of 280 ° C there is an oxide nickel-cerium catalyst containing 5.0 wt.% Ni. The reaction gas mixture consists of 1 vol.% CO, 0.5 vol.% O 2 , 2 vol.% N 2 , 73.5 vol.% H 2 , 3 vol.% H 2 O and 20 vol.% CO 2 . The volumetric feed rate of the reaction mixture to the first layer is 18000 h -1 , to the second layer 30,000 h -1 ; the process is carried out at atmospheric pressure. The results are shown in the table.

Пример 5Example 5

Очистку водородсодержащих газовых смесей от оксида углерода осуществляют в реакторе в две стадии с двумя слоями катализатора. На первой стадии с одним слоем при температуре 250°С находится оксидный никельцериевый катализатор, содержащий 2.0 мас.% Ni. На второй стадии с одним слоем при температуре 190°С находится оксидный медно-цериевый катализатор, содержащий 5 мас.% Cu. Реакционная газовая смесь состоит из 1 об.% СО, 0,9 об.% О2, 68,1 об.% Н2, 10 об.% H2O и 20 об.% CO2. Объемная скорость подачи реакционной смеси на первый слой 60000 ч-1, на второй слой 6000 ч-1; процесс проводят при атмосферном давлении. Полученные результаты приведены в таблице.The purification of hydrogen-containing gas mixtures from carbon monoxide is carried out in a reactor in two stages with two catalyst layers. In the first stage with a single layer at a temperature of 250 ° C there is an oxide nickel-cerium catalyst containing 2.0 wt.% Ni. In the second stage with a single layer at a temperature of 190 ° C is an oxide of copper-cerium catalyst containing 5 wt.% Cu. The reaction gas mixture consists of 1 vol.% CO, 0.9 vol.% O 2 , 68.1 vol.% H 2 , 10 vol.% H 2 O and 20 vol.% CO 2 . The volumetric feed rate of the reaction mixture to the first layer is 60,000 h -1 , to the second layer 6,000 h -1 ; the process is carried out at atmospheric pressure. The results are shown in the table.

Пример 6Example 6

Очистку водородсодержащих газовых смесей от оксида углерода осуществляют в реакторе в две стадии с двумя слоями катализатора. На первой стадии с одним слоем при температуре 90°С находится оксидный медноцериевый катализатор, содержащий 5 мас.% Cu. На второй стадии с одним слоем при температуре 230°С находится оксидный никель-цериевый катализатор, содержащий 10,0 мас.% Ni. Реакционная газовая смесь состоит из 0,5 об.% СО, 0,25 об.% О2, 1 об.% N2, 98,15 об.% Н2 и 0,1 об.% CO2. Объемная скорость подачи реакционной смеси на первый слой 10000 ч-1, на второй слой 30000 ч-1; процесс проводят при давлении 10 атм. Полученные результаты приведены в таблице.The purification of hydrogen-containing gas mixtures from carbon monoxide is carried out in a reactor in two stages with two catalyst layers. In the first stage with a single layer at a temperature of 90 ° C, there is an oxide copper-cerium catalyst containing 5 wt.% Cu. In the second stage with a single layer at a temperature of 230 ° C is an oxide of Nickel-cerium catalyst containing 10.0 wt.% Ni. The reaction gas mixture consists of 0.5 vol.% CO, 0.25 vol.% O 2 , 1 vol.% N 2 , 98.15 vol.% H 2 and 0.1 vol.% CO 2 . The volumetric feed rate of the reaction mixture to the first layer is 10,000 h -1 , to the second layer 30,000 h -1 ; the process is carried out at a pressure of 10 atm. The results are shown in the table.

Пример 7Example 7

Очистку водородсодержащих газовых смесей от оксида углерода осуществляют в реакторе в две стадии с двумя слоями катализатора. На первой стадии с одним слоем при температуре 220°С находится оксидный никельцериевый катализатор, содержащий 10,0 мас.% Ni. На второй стадии с одним слоем при температуре 90°С находится оксидный медноцериевый катализатор, содержащий 5 мас.% Cu. Реакционная газовая смесь состоит из 0,5 об.% СО, 0,25 об.% O2, 1 об.% N2, 98,15 об.% Н2 и 0,1 об.% CO2. Объемная скорость подачи реакционной смеси на первый слой 30000 ч-1, на второй слой 6000 ч-1; процесс проводят при давлении 10 атм. Полученные результаты приведены в таблице.The purification of hydrogen-containing gas mixtures from carbon monoxide is carried out in a reactor in two stages with two catalyst layers. In the first stage with a single layer at a temperature of 220 ° C, there is an oxide nickel-cerium catalyst containing 10.0 wt.% Ni. In the second stage with a single layer at a temperature of 90 ° C there is an oxide copper-cerium catalyst containing 5 wt.% Cu. The reaction gas mixture consists of 0.5 vol.% CO, 0.25 vol.% O 2 , 1 vol.% N 2 , 98.15 vol.% H 2 and 0.1 vol.% CO 2 . The volumetric feed rate of the reaction mixture to the first layer is 30,000 h -1 , to the second layer 6,000 h -1 ; the process is carried out at a pressure of 10 atm. The results are shown in the table.

Пример 8 (для сравнения по прототипу)Example 8 (for comparison, the prototype)

Очистку водородсодержащих газовых смесей от оксида углерода осуществляют в реакторе в две стадии с двумя слоями, содержащими катализаторы только селективного окисления СО. В первом слое при температуре 160°С находится катализатор, содержащий 50 мас.% MnO2-CeO2. Во втором слое при температуре 130°С находится катализатор, содержащий 0.5 мас.% Ru-Pt/C. Реакционная газовая смесь состоит из 1 об.% СО, 1.15 об.% O2, 74.85 об.% Н2, 3 об.% Н2O и 20 об.% CO2. Объемная скорость подачи реакционной смеси на первый слой 12000 ч-1, на второй слой 18000 ч-1; процесс проводят при атмосферном давлении. Полученные результаты приведены в таблице.The purification of hydrogen-containing gas mixtures from carbon monoxide is carried out in a reactor in two stages with two layers containing only selective CO oxidation catalysts. In the first layer at a temperature of 160 ° C is a catalyst containing 50 wt.% MnO 2 -CeO 2 . In the second layer at a temperature of 130 ° C, there is a catalyst containing 0.5 wt.% Ru-Pt / C. The reaction gas mixture consists of 1 vol.% CO, 1.15 vol.% O 2 , 74.85 vol.% H 2 , 3 vol.% H 2 O and 20 vol.% CO 2 . The volumetric feed rate of the reaction mixture to the first layer is 12000 h -1 , to the second layer 18000 h -1 ; the process is carried out at atmospheric pressure. The results are shown in the table.

Приведенные примеры демонстрируют высокую активность и селективность предлагаемых катализаторов, что позволяет эффективно снижать содержание СО в обогащенных водородом газовых смесях до уровня ниже 10 ppm. Предлагаемые катализаторы имеют широкую возможность варьирования их химического состава. Предлагаемый способ и использование предлагаемых катализаторов позволяют существенно увеличить селективность процесса, избежать значительного разбавления водородсодержащих смесей азотом, а также проводить процесс без использования благородных металлов в катализаторах.The above examples demonstrate the high activity and selectivity of the proposed catalysts, which allows to effectively reduce the CO content in hydrogen-rich gas mixtures to a level below 10 ppm. The proposed catalysts have a wide possibility of varying their chemical composition. The proposed method and the use of the proposed catalysts can significantly increase the selectivity of the process, to avoid significant dilution of hydrogen-containing mixtures with nitrogen, and also to carry out the process without the use of noble metals in the catalysts.

Figure 00000003
Figure 00000003

Claims (22)

1. Способ очистки водородсодержащей газовой смеси от оксида углерода, заключающийся в проведении процесса в две стадии при температуре не ниже 90°С и давлении не ниже 1 атм, отличающийся тем, что очистку в первой из стадий проводят путем селективного окисления оксида углерода кислородом и/или воздухом, а во второй стадии путем селективного метанирования оксида углерода, в качестве активного компонента катализатора селективного окисления оксида углерода применяют медно-цериевую оксидную систему, а в качестве активного компонента катализатора селективного метанирования оксида углерода применяют никельцериевую оксидную систему.1. The method of purification of a hydrogen-containing gas mixture from carbon monoxide, which consists in carrying out the process in two stages at a temperature of at least 90 ° C and a pressure of at least 1 atm, characterized in that the purification in the first of the stages is carried out by selective oxidation of carbon monoxide with oxygen and / or air, and in the second stage by selective methanation of carbon monoxide, the copper-cerium oxide system is used as the active component of the catalyst for selective oxidation of carbon monoxide, and as the active component of catalysis To selectively carbonate methane, a nickel cerium oxide system is used. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание меди в активном компоненте катализаторов селективного окисления оксида углерода не менее 0,001 мас.%.2. The method according to claim 1, characterized in that the copper content in the active component of the catalysts for the selective oxidation of carbon monoxide is not less than 0.001 wt.%. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание никеля в активном компоненте катализаторов селективного метанирования оксида углерода не менее 0,001 мас.%.3. The method according to claim 1, characterized in that the nickel content in the active component of the catalysts for selective methanation of carbon monoxide is not less than 0.001 wt.%. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что активные компоненты катализаторов первой и/или второй стадии могут быть дополнительно нанесены на носитель.4. The method according to claim 1, characterized in that the active components of the catalysts of the first and / or second stage can be additionally deposited on a carrier. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что катализаторы содержат активные компоненты в количестве не менее 0,01 мас.%.5. The method according to claim 4, characterized in that the catalysts contain active components in an amount of not less than 0.01 wt.%. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс осуществляют при мольном отношении кислорода к оксиду углерода, присутствующему в водородсодержащей газовой смеси, не менее 0,01.6. The method according to claim 1, characterized in that the process is carried out at a molar ratio of oxygen to carbon monoxide present in the hydrogen-containing gas mixture, not less than 0.01. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что кислород или воздух в реакционную зону подают на стадию селективного окисления оксида углерода.7. The method according to claim 1, characterized in that oxygen or air in the reaction zone is fed to the stage of selective oxidation of carbon monoxide. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что очищаемая водородсодержащая газовая смесь содержит в своем составе не менее 0,001 об.% диоксида углерода.8. The method according to claim 1, characterized in that the hydrogen-containing gas mixture to be purified contains at least 0.001 vol.% Carbon dioxide. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что очищаемая водородсодержащая газовая смесь может содержать в своем составе не менее 0,001 об.% паров воды.9. The method according to claim 1, characterized in that the purified hydrogen-containing gas mixture may contain at least 0.001 vol.% Water vapor. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что очищаемая водородсодержащая газовая смесь может содержать в своем составе не менее 0,001 об.% азота.10. The method according to claim 1, characterized in that the purified hydrogen-containing gas mixture may contain at least 0.001% vol. Nitrogen. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первой и/или второй стадии может быть использован, по крайней мере, один слой катализатора.11. The method according to claim 1, characterized in that at least one catalyst bed can be used in the first and / or second stage. 12. Способ очистки водородсодержащей газовой смеси от оксида углерода, заключающийся в проведении процесса в две стадии при температуре не ниже 90°С и давлении не ниже 1 атм, отличающийся тем, что очистку в первой из стадий проводят путем селективного метанирования оксида углерода, а во второй стадии путем селективного окисления оксида углерода кислородом и/или воздухом, в качестве активного компонента катализатора селективного метанирования оксида углерода применяют никельцериевую оксидную систему, а в качестве активного компонента катализатора селективного окисления оксида углерода применяют медно-цериевую оксидную систему.12. The method of purification of a hydrogen-containing gas mixture from carbon monoxide, which consists in carrying out the process in two stages at a temperature of at least 90 ° C and a pressure of at least 1 atm, characterized in that the purification in the first of the stages is carried out by selective methanation of carbon monoxide, and of the second stage by selective oxidation of carbon monoxide with oxygen and / or air, the nickel cerium oxide system is used as the active component of the catalyst for selective methanation of carbon monoxide, and the active component is cat A selective cerium oxide oxidation analyzer employs a copper-cerium oxide system. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что содержание никеля в активном компоненте катализаторов селективного метанирования оксида углерода не менее 0,001 мас.%.13. The method according to p. 12, characterized in that the nickel content in the active component of the catalysts for selective methanation of carbon monoxide is not less than 0.001 wt.%. 14. Способ по п.12, отличающийся тем, что содержание меди в активном компоненте катализаторов селективного окисления оксида углерода не менее 0,001 мас.%.14. The method according to p. 12, characterized in that the copper content in the active component of the catalysts for the selective oxidation of carbon monoxide is not less than 0.001 wt.%. 15. Способ по п.12, отличающийся тем, что активные компоненты катализаторов первой и/или второй стадии могут быть дополнительно нанесены на носитель.15. The method according to p. 12, characterized in that the active components of the catalysts of the first and / or second stage can be additionally deposited on a carrier. 16. Способ по п.15, отличающийся тем, что катализаторы содержат активные компоненты в количестве не менее 0,01 мас.%.16. The method according to clause 15, wherein the catalysts contain active components in an amount of not less than 0.01 wt.%. 17. Способ по п.12, отличающийся тем, что процесс осуществляют при мольном отношении кислорода к оксиду углерода, присутствующему в водородсодержащей газовой смеси, не менее 0,01.17. The method according to p. 12, characterized in that the process is carried out at a molar ratio of oxygen to carbon monoxide present in the hydrogen-containing gas mixture, not less than 0.01. 18. Способ по п.12, отличающийся тем, что кислород или воздух в реакционную зону подают на стадию селективного окисления оксида углерода.18. The method according to item 12, wherein the oxygen or air in the reaction zone is fed to the stage of selective oxidation of carbon monoxide. 19. Способ по п.12, отличающийся тем, что очищаемая водородсодержащая газовая смесь содержит в своем составе не менее 0,001 об.% диоксида углерода.19. The method according to p. 12, characterized in that the purified hydrogen-containing gas mixture contains at least 0.001 vol.% Carbon dioxide. 20. Способ по п.12, отличающийся тем, что очищаемая водородсодержащая газовая смесь может содержать в своем составе не менее 0,001 об.% паров воды.20. The method according to p. 12, characterized in that the purified hydrogen-containing gas mixture may contain at least 0.001 vol.% Water vapor. 21. Способ по п.12, отличающийся тем, что очищаемая водородсодержащая газовая смесь может содержать в своем составе не менее 0,001 об.% азота.21. The method according to p. 12, characterized in that the purified hydrogen-containing gas mixture may contain at least 0.001 vol.% Nitrogen. 22. Способ по п.12, отличающийся тем, что на первой и/или второй стадии может быть использован, по крайней мере, один слой катализатора. 22. The method according to p. 12, characterized in that at least one catalyst bed may be used in the first and / or second stage.
RU2006144827/15A 2006-12-18 2006-12-18 Method of hydrogenous gas mixture cleaning from carbon oxide (versions) RU2359741C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006144827/15A RU2359741C2 (en) 2006-12-18 2006-12-18 Method of hydrogenous gas mixture cleaning from carbon oxide (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006144827/15A RU2359741C2 (en) 2006-12-18 2006-12-18 Method of hydrogenous gas mixture cleaning from carbon oxide (versions)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006144827A RU2006144827A (en) 2008-06-27
RU2359741C2 true RU2359741C2 (en) 2009-06-27

Family

ID=39679477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006144827/15A RU2359741C2 (en) 2006-12-18 2006-12-18 Method of hydrogenous gas mixture cleaning from carbon oxide (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2359741C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006144827A (en) 2008-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sekizawa et al. Selective removal of CO in methanol reformed gas over Cu-supported mixed metal oxides
Dong et al. Methane reforming over Ni/Ce-ZrO2 catalysts: effect of nickel content
EP1819430B1 (en) Method for processing a fuel feedstock for a fuel cell
FI118647B (en) Procedure for reforming gas containing tar-like pollutants
US20040198845A1 (en) Selective removal of oxygen from syngas
EP2015860B1 (en) Process for the removal of hydrogen cyanide and formic acid from synthesis gas
EP1175372A1 (en) Process for converting carbon monoxide and water in a reformate stream and apparatus therefor
JP2005510437A (en) Low temperature hydrogen production from oxidized hydrocarbons.
JP2008239485A (en) Low-temperature hydrogen production from oxygenated hydrocarbons
KR101078521B1 (en) Method of desulfurizing a hydrocarbon by partial oxidation
Basile et al. Co-current and counter-current modes for methanol steam reforming membrane reactor: experimental study
EP1714941B1 (en) Process for reforming hydrocarbons with carbon dioxide by the use of a selectively permeable membrane reactor
JPH07144902A (en) Method for steam refoaming of hydrocarbon
CA2266547C (en) Carbon monoxide removal
JP2009279584A (en) Catalytic method for reduction and oxidation
CN1458060A (en) Gas recovering method
JP2001220103A (en) Hydrogen producing method by decomposition of hydrocarbon
AU2003248003A1 (en) Regeneration of partial oxidation catalysts
RU2359741C2 (en) Method of hydrogenous gas mixture cleaning from carbon oxide (versions)
Pasel et al. Combination of autothermal reforming with water-gas-shift reaction—small-scale testing of different water-gas-shift catalysts
Uysal et al. Preferential CO oxidation over Pt–SnO 2/Al 2 O 3 in hydrogen rich streams containing CO 2 and H 2 O (CO removal from H 2 with PROX)
JP2002346388A (en) Catalyst for manufacturing synthetic gas and method for converting biomass to synthetic gas
RU2323044C1 (en) Catalyst, method of preparation thereof, and a method treating hydrogen-containing gas mixtures to remove carbon monoxide
RU2629363C1 (en) Catalyst, method of its preparation and method for cleaning water-containing gas mixtures from carbon oxide
RU2211081C1 (en) Method of treating hydrogen-containing gas mixture to remove carbon monoxide

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20081219

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20101120

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181219