RU2760125C1 - Method for purifying hydrocarbon gases from n2o - Google Patents

Method for purifying hydrocarbon gases from n2o Download PDF

Info

Publication number
RU2760125C1
RU2760125C1 RU2021112766A RU2021112766A RU2760125C1 RU 2760125 C1 RU2760125 C1 RU 2760125C1 RU 2021112766 A RU2021112766 A RU 2021112766A RU 2021112766 A RU2021112766 A RU 2021112766A RU 2760125 C1 RU2760125 C1 RU 2760125C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
copper
purification
gas
zinc
Prior art date
Application number
RU2021112766A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Юрьевич Малышкин
Иван Павлович Семенов
Игорь Олегович Путенихин
Александр Борисович Малышкин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Юнайтед Кэталист Текнолоджис"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Юнайтед Кэталист Текнолоджис" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Юнайтед Кэталист Текнолоджис"
Priority to RU2021112766A priority Critical patent/RU2760125C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2760125C1 publication Critical patent/RU2760125C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/54Nitrogen compounds
    • B01D53/56Nitrogen oxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/02Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/04Alumina
    • 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
    • B01J23/06Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of zinc, cadmium or mercury
    • 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
    • B01J23/72Copper
    • 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
    • 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/10Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)

Abstract

FIELD: nitrous oxide purifying.
SUBSTANCE: invention is a method for purifying ethylene/propylene nitrous oxide or pyrolysis feedstock from ethane, propane, butane, WSLH, ethane-propane fraction (EPF) and other hydrocarbon fractions. A method for purifying hydrocarbon gases from N2O is proposed, in which the stream of the gas to be purified is passed through a container filled with a catalyst, characterized in that the apparatus is filled with a copper-zinc catalyst containing 20 to 80% CuO by weight, and the rest is zinc oxide and alumina in as a binder, and the flow is passed at a temperature of 45 to 110°C, a pressure of 0.1 to 3.0 MPa, a space velocity of 500 to 5000 h-1, at the same time, before starting the apparatus into operation, the catalyst is reduced with a nitrogen-hydrogen mixture to transfer copper from the oxidized form to the reduced one, and the hydrogenation process is not used in the purification process itself.
EFFECT: creation of a method for purification of hydrocarbon gases from N2O on zinc-copper catalysts without the use of hydrogen and without loss of target products.
2 cl, 1 dwg, 1 tbl, 5 ex

Description

Область техникиTechnology area

Изобретение относится к области очистки газовых смесей и может использоваться при добыче и переработке газа, на газоочистительных сооружениях и других отраслях промышленности, которые требуют получения более чистого газового потока, в частности, изобретение представляет собой способ очистки от примеси закиси азота этилена/пропилена или сырья пиролиза: этана, пропана, бутана, ШФЛУ, этан-пропановой фракции (ЭПФ) и других углеводородных фракций.The invention relates to the field of purification of gas mixtures and can be used in the extraction and processing of gas, in gas treatment plants and other industries that require a cleaner gas stream, in particular, the invention is a method of purification of ethylene / propylene nitrous oxide or pyrolysis feedstock from impurities : ethane, propane, butane, NGL, ethane-propane fraction (EPF) and other hydrocarbon fractions.

Уровень техникиState of the art

Самым распространенным способом получения этилена и пропилена является пиролиз - термический крекинг углеводородного сырья, разбавленного водяным паром, протекающий в трубчатых печах. Сырьем для пиролиза служит природное сырье - ШФЛУ, бензин, этан, СУГ [Мухина Т.Н., Пиролиз углеводородного сырья / Мухина Т.Н., Барабанов Н.Л., Бабаш С.Е. и др. // М.: Химия, 1987. - 240 с.]. В зависимости от применяемого сырья в товарных продуктах будут формироваться различные микропримеси, такие как монооксид углерода, углекислый газ, кислород, окислы азота и др.The most common method for producing ethylene and propylene is pyrolysis - thermal cracking of hydrocarbon feedstock diluted with water vapor, which takes place in tube furnaces. The raw material for pyrolysis is natural raw materials - NGL, gasoline, ethane, LPG [Mukhina T.N., Pyrolysis of hydrocarbon raw materials / Mukhina T.N., Barabanov N.L., Babash S.Ye. and others // M .: Chemistry, 1987. - 240 p.]. Depending on the raw materials used, various trace impurities will be formed in commercial products, such as carbon monoxide, carbon dioxide, oxygen, nitrogen oxides, etc.

Одной из примесей, содержащейся в сырье пиролиза и, соответственно, продуктовых потоках является закись азота N2O, оказывающая следующие негативное воздействие:One of the impurities contained in the pyrolysis feedstock and, accordingly, product streams is nitrous oxide N 2 O, which has the following negative effects:

• приводит к забивкам эксплуатационного оборудования твердыми частицами, так как закись азота склонна к криоосаждению в низкотемпературном блоке [Дробышев А., Особенности структурно-фазовых превращений в твердой закиси азота / Дробышев А., Алдияров А., Коршиков Е., Соколов Д., Курносов В., // Физика низких температур, 2012, 1340 с.];• leads to clogging of operational equipment with solid particles, since nitrous oxide is prone to cryoprecipitation in a low-temperature block [Drobyshev A., Features of structural and phase transformations in solid nitrous oxide / Drobyshev A., Aldiyarov A., Korshikov E., Sokolov D., V. Kurnosov, // Low Temperature Physics, 2012, 1340 p.];

• при повышении температуры может разлагаться с большим выделением энергии и относится к взрывоопасным соединениям;• when the temperature rises, it can decompose with a large release of energy and belongs to explosive compounds;

• является каталитическим ядом для процессов полимеризации этилена и пропилена, так как является сильным окислителем.• is a catalytic poison for the polymerization of ethylene and propylene, as it is a strong oxidizing agent.

Чтобы избежать негативных влияний закиси азота, целесообразно производить очистку сырья и/или продуктов пиролиза. Существуют известные методы очистки различных потоков от закиси азота, описанные в различных публикациях.To avoid the negative effects of nitrous oxide, it is advisable to purify raw materials and / or pyrolysis products. There are known methods for purifying various streams from nitrous oxide, described in various publications.

Примеси оксидов азота в сухом газе каталитического крекинга очищаются гидрированием на NiO-катализаторе, например Olemax 100-series, или на NiO-MoO-катализаторе PuriStar R8-21 (BASF). Удаление оксидов азота на никелевом катализаторе Olemax 100-series, после тщательной очистки от примесей сероводорода, протекает при температуре 190-232°С.На выходе концентрация окислов азота составляет не более 0,01 ppm об. Никелевый катализатор PuriStar R8-21 с активным комплексом на основе CuO в количестве 10-50%, нанесенным на оксид алюминия или кремния применяется при высоком содержании СO в потоке. Особенностью является то, что перед основной реакцией необходимо провести сульфидирование с образованием Cu2S. Эксплуатационные условия лежат в диапазоне 150- 275°С. В результате окислы азота и кислород конвертируются на 99,7% [Чурилин А.С., Методы очистки и выделения этилена из сухих газов каталитического крекинга / Чурилин А.С., Зеленцова Н.И., // Переработка 49 - 50 с.].Impurities of nitrogen oxides in dry catalytic cracking gas are purified by hydrogenation on a NiO catalyst, for example Olemax 100-series, or on a NiO-MoO catalyst PuriStar R8-21 (BASF). Removal of nitrogen oxides on a nickel catalyst Olemax 100-series, after thorough cleaning from hydrogen sulfide impurities, proceeds at a temperature of 190-232 ° C. At the outlet, the concentration of nitrogen oxides is no more than 0.01 ppm by volume. Nickel catalyst PuriStar R8-21 with an active complex based on CuO in an amount of 10-50%, supported on alumina or silicon oxide, is used at a high CO content in the stream. A special feature is that before the main reaction, it is necessary to carry out sulfiding with the formation of Cu 2 S. Operating conditions are in the range of 150-275 ° C. As a result, nitrogen oxides and oxygen are converted by 99.7% [Churilin A.S., Methods of purification and separation of ethylene from dry gases of catalytic cracking / Churilin A.S., Zelentsova N.I., // Processing 49 - 50 p. ].

Наибольший интерес составляют катализаторы разложения окислов азота Cu-ZSM 5 по реакции разложения:Of greatest interest are catalysts for the decomposition of nitrogen oxides Cu-ZSM 5 by the decomposition reaction:

Figure 00000001
Figure 00000001

Экспериментально создавали смесь, содержащую N2O, O2, CO, NO и разбавляли гелием. Катализаторы ZSM 5 на кобальте проявили в испытаниях повышенную термостабильность, в то время как Fe- и Cu-ZSM-5 дезактивируются в гидротермальных условиях. Однако, Cu-ZSM-5 проявил активность больше, чем другие катализаторы группы [Kapteijn F., Kinetic Analysis of the Decomposition of Nitrous Oxide over ZSM-5 Catalysts / Kapteijn F., Marban G., Rodriguez-Mirasol J., Moulijn J // Journal Of Catalysis 167, 1997, p. 256-265].A mixture containing N 2 O, O 2 , CO, NO was experimentally created and diluted with helium. Cobalt-based ZSM 5 catalysts showed increased thermal stability in tests, while Fe- and Cu-ZSM-5 are deactivated under hydrothermal conditions. However, Cu-ZSM-5 was more active than other catalysts of the group [Kapteijn F., Kinetic Analysis of the Decomposition of Nitrous Oxide over ZSM-5 Catalysts / Kapteijn F., Marban G., Rodriguez-Mirasol J., Moulijn J // Journal Of Catalysis 167, 1997, p. 256-265].

В качестве аналогичных по решаемой проблеме изобретений можно привести следующие примеры разработок:The following examples of developments can be cited as inventions similar to the problem being solved:

Существует метод каталитической очистки отходящих газов при производстве азотной и серной кислот, нитрата аммония и натрия, приведенный в заявке SU 793933 A1, дата публикации 07.01.1981, в котором применяется неплатиновый катализатор в присутствии аммиака. Данный метод отличается тем, что, с целью повышения степени очистки и снижения расхода аммиака, объемное отношение аммиака к окислам азота в исходных газах поддерживают равным 0,7-1,5 и очистку ведут на алюмованадиевомарганцевом катализаторе на носителе - окиси алюминия при 350°С.Степень очистки отходящих газов от окислов азота достигает 98 - 100%. Недостатком данного метода является его невозможность очистки от N2O.There is a method for catalytic purification of waste gases in the production of nitric and sulfuric acids, ammonium and sodium nitrate, given in the application SU 793933 A1, publication date 01/07/1981, which uses a non-platinum catalyst in the presence of ammonia. This method differs in that, in order to increase the degree of purification and reduce the consumption of ammonia, the volume ratio of ammonia to nitrogen oxides in the source gases is maintained equal to 0.7-1.5 and the purification is carried out on an alumina-vanadium-manganese catalyst supported on alumina at 350 ° C .The degree of purification of exhaust gases from nitrogen oxides reaches 98 - 100%. The disadvantage of this method is its impossibility of cleaning from N 2 O.

Использование различных цеолитов также помогает избавиться от нежелательных примесей окислов азота. Известен метод, описанный в заявке ES 2693283 T3, дата публикации 10.12.2018, однако данный метод применяется к очистке воздуха от N2O, а целью данного изобретения является очистка потоков этилена и пропилена. Низкотемпературное разделение воздуха требует предварительной очистки для удаления высококипящих компонентов. Необходимо удалить воду, углекислый газ и закись азота. Подобраны условия для снижения перед криогенной дистилляцией концентрации воды, диоксида углерода и закиси азота в потоке подаваемого воздуха. Проходя через первый слой адсорбента, удаляется СO2 и H2O, через второй - N2O. Константа Генри для адсорбции N2O, измеренная при 30°С составляет менее 500 ммоль/г/атм. Селективность для СO2 по отношению к N2O составляет не более 5. Регенерирующий газ после пропускают при втором давлении и первой температуре в диапазоне от 140 до 220°С в направлении, противоположном направлению подачи, затем пропускают регенерационный газ при втором давлении и второй температуре, которая ниже, чем первая. Предполагалось, что N2O хорошо удаляется СаХ, однако, СаХ проявил себя не эффективно, поэтому его заменили цеолитами 13Х (NaLSX), имеющий отношение Si/Al не менее 1,15.The use of various zeolites also helps to get rid of unwanted nitrogen oxide impurities. The known method is described in the application ES 2693283 T3, publication date 10.12.2018, however, this method applies to cleaning air from N2O, and the object of this invention is to purify ethylene and propylene streams. Low temperature air separation requires preliminary cleaning to remove high boiling components. Water, carbon dioxide and nitrous oxide must be removed. Conditions have been selected to reduce the concentration of water, carbon dioxide and nitrous oxide in the supplied air stream before cryogenic distillation. Passing through the first layer of adsorbent, CO is removed2and H2O, through the second - N2O. Henry's constant for adsorption of N2O measured at 30 ° C is less than 500 mmol / g / atm. Selectivity for CO2 with respect to N2O is not more than 5. The regeneration gas is then passed at a second pressure and a first temperature in the range of 140 to 220 ° C in the opposite direction to the supply direction, then the regeneration gas is passed at a second pressure and a second temperature lower than the first. It was assumed that N2O can be removed well by CaX, however, CaX proved to be ineffective, so it was replaced with 13X zeolites (NaLSX), having a Si / Al ratio of at least 1.15.

К предлагаемому изобретению наиболее близким является метод, описанный фирмой BASF в патенте CA 2660334 А1, дата публикации 28.02.2008 (наиболее близкий аналог). Данный метод заключается в удалении кислорода, оксидов азота, ацетиленов и/или диенов из газовых смесей, богатых водородом, содержащих олефины, полученные в результате пиролиза. Удаление примесей основывается на контактировании в зоне реакции газовой смеси, содержащей в основном этилен, пропилен (около 60%) и большой избыток водорода, с катализатором, который содержит CuS на носителе. Исходное содержание окислов азота в газовой смеси составило от 1 до 2000 ppm. Температура в зоне реакции находится в диапазоне от 150 до 300°С, давление - от 5 до 40 бар. В результате адсорбции на данном катализаторе удаляется 98% мешающих примесей, в том числе каталитические яды и окислы азота.The closest to the proposed invention is the method described by BASF in patent CA 2660334 A1, publication date 02/28/2008 (the closest analogue). This method consists in the removal of oxygen, nitrogen oxides, acetylenes and / or dienes from hydrogen-rich gas mixtures containing olefins obtained by pyrolysis. Removal of impurities is based on the contact in the reaction zone of a gas mixture containing mainly ethylene, propylene (about 60%) and a large excess of hydrogen, with a catalyst containing CuS on a carrier. The initial content of nitrogen oxides in the gas mixture ranged from 1 to 2000 ppm. The temperature in the reaction zone is in the range from 150 to 300 ° C, the pressure is from 5 to 40 bar. As a result of adsorption on this catalyst, 98% of interfering impurities, including catalytic poisons and nitrogen oxides, are removed.

Недостатками предложенного метода являются:The disadvantages of the proposed method are:

Figure 00000002
потери целевых продуктов за счет реакции гидрирования;
Figure 00000002
loss of target products due to the hydrogenation reaction;

Figure 00000002
необходимость подачи избытка водорода;
Figure 00000002
the need to supply excess hydrogen;

Figure 00000002
высокие температуры процесса.
Figure 00000002
high process temperatures.

Перечень чертежейList of drawings

На фиг.1 изображена схема очистки углеводородных газов от N2O.Figure 1 shows a diagram of the purification of hydrocarbon gases from N 2 O.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Таким образом, целью настоящего изобретения является преодоление недостатков известных технических решений и создание способа очистки углеводородных газов (этилена, пропилена, этана, пропана, ШФЛУ и других фракций легких углеводородов) от N2O на цинк-медных катализаторах без использования водорода и без потери целевых продуктов.Thus, the aim of the present invention is to overcome the disadvantages of known technical solutions and create a method for purifying hydrocarbon gases (ethylene, propylene, ethane, propane, NGL and other light hydrocarbon fractions) from N 2 O on zinc-copper catalysts without using hydrogen and without losing the target products.

Указанная цель достигается тем, что для очистки углеводородных газов от N2O поток пропускают через емкостной аппарат, заполненный медь-цинковым катализатором, содержащим от 20% до 80% CuO по массе (остальное оксид цинка и оксид алюминия в качестве связующего), при температуре от 45 до 110°С, давлении от 0,1 до 3,0 МПа, объемной скорости от 500 до 5000 ч-1. При этом перед пуском аппарата в работу проводят восстановление катализатора азото-водородной смесью для перевода меди из окисленной формы в восстановленную. Очистка от закиси азота происходит за счет реакции разложения закиси азота на кислород и азот с мгновенным реагированием кислорода с восстановленной медью, который может быть представлен результирующей реакцией:This goal is achieved by the fact that to purify hydrocarbon gases from N 2 O, the stream is passed through a vessel filled with a copper-zinc catalyst containing from 20% to 80% CuO by weight (the rest is zinc oxide and aluminum oxide as a binder) at a temperature from 45 to 110 ° C, pressure from 0.1 to 3.0 MPa, space velocity from 500 to 5000 h -1 . In this case, before starting the apparatus into operation, the catalyst is reduced with a nitrogen-hydrogen mixture to transfer copper from an oxidized form to a reduced one. Removal of nitrous oxide occurs due to the reaction of decomposition of nitrous oxide into oxygen and nitrogen with an instantaneous reaction of oxygen with reduced copper, which can be represented by the resulting reaction:

Figure 00000003
Figure 00000003

Предлагаемый катализатор, по сути, работает как хемосорбент.The proposed catalyst, in fact, works as a chemisorbent.

В то же время в других процессах удаление идет за счет гидрирования на катализаторе:At the same time, in other processes, removal occurs due to hydrogenation on a catalyst:

Figure 00000004
Figure 00000004

Таким образом, для осуществления предлагаемого процесса не требуется подача водорода, соответственно, не происходит гидрирование олефинов, за счет чего исключаются потери целевых продуктов и, соответственно, увеличивается выход получаемых продуктов, облегчается аппаратурное оформление процесса.Thus, for the implementation of the proposed process does not require the supply of hydrogen, respectively, the hydrogenation of olefins does not occur, thereby eliminating the loss of target products and, accordingly, increases the yield of products obtained, facilitates the instrumentation of the process.

Очистка потока осуществляется с использованием, по меньшей мере, двух параллельно подключенных аппаратов (один в работе/второй в резерве или на регенерации) (фиг.1). Регенерация катализатора осуществляется азото-водородной смесью.The stream is purified using at least two parallel connected devices (one in operation / the second in reserve or on regeneration) (Fig. 1). The catalyst is regenerated with a nitrogen-hydrogen mixture.

Интервал количественного содержания оксида меди 20-80 мас.% обусловлен следующим: количество оксида меди в катализаторе должно быть максимально большим, поскольку, чем больше оксида меди, тем больше емкость катализатора по удаляемой примеси, при этом для изготовления катализатора необходимо связующее - оксид алюминия, оксид цинка. Если оксида меди менее 20% резко снижается эффективность очистки, а если больше 80%, то становится затруднительным с технологической точки зрения изготовить катализатор, поскольку количество связующего является недостаточным.The range of the quantitative content of copper oxide 20-80 wt.% Is due to the following: the amount of copper oxide in the catalyst should be as large as possible, since the more copper oxide, the greater the catalyst capacity for the removed impurity, while for the manufacture of the catalyst, a binder is needed - aluminum oxide, zinc oxide. If copper oxide is less than 20%, the purification efficiency is sharply reduced, and if it is more than 80%, then it becomes difficult from a technological point of view to manufacture the catalyst, since the amount of binder is insufficient.

Что касается интервала температур от 45 до 110°С, при котором происходит очистка, то при температуре менее 45°С не идет реакция, а увеличение температуры более 110°С не целесообразно, так как активность катализатора уже не увеличивается, но увеличиваются энергетические затраты на работу реактора. При этом повышая температуру в указанном интервале можно увеличивать активность катализатора и его емкость, т.е. продлевать цикл работы, а также варьировать активность катализатора в зависимости от содержания оксида азота в газовой смеси и требуемой степени очистки.As for the temperature range from 45 to 110 ° C, at which the purification takes place, then at a temperature of less than 45 ° C, the reaction does not take place, and an increase in the temperature above 110 ° C is not advisable, since the activity of the catalyst no longer increases, but the energy consumption for reactor operation. At the same time, by increasing the temperature in the specified range, it is possible to increase the activity of the catalyst and its capacity, i.e. prolong the cycle of operation, as well as vary the activity of the catalyst depending on the content of nitrogen oxide in the gas mixture and the required degree of purification.

Что касается приведенного интервала давления 0,1 до 3,0 МПа, то он обусловлен созданием оптимальных условий для прохождения реакции внутри реактора без существенного увеличения температуры внутри реактора и потери реакционной способности катализатора, а также без риска вывода из строя оборудования.As for the reduced pressure range of 0.1 to 3.0 MPa, it is due to the creation of optimal conditions for the reaction inside the reactor without a significant increase in the temperature inside the reactor and loss of the catalyst reactivity, as well as without the risk of equipment failure.

Что касается указанного интервала объемной скорости 500-5000 ч-1, то снижать значение ниже указанного минимального значения нецелесообразно, так как при этом увеличивается объем катализатора, а при увеличении значения выше максимально увеличивается вероятность проскока, т.е. прохождения объема очищаемого газа через слой катализатора без улавливания загрязнений.With regard to the specified interval of the space velocity of 500-5000 h -1 , it is impractical to reduce the value below the specified minimum value, since this increases the volume of the catalyst, and with an increase in the value above, the probability of breakthrough increases maximally, i.e. passing the volume of the purified gas through the catalyst bed without trapping contaminants.

Время пропускания газовой смеси выбирается в зависимости от загрязненности газа и требуемой степени очистки и может составлять от нескольких часов до сотен часов.The time for passing the gas mixture is selected depending on the contamination of the gas and the required degree of purification and can range from several hours to hundreds of hours.

Реактор представляет собой емкостной аппарат с неподвижным слоем гетерогенного катализатора (таблетки, шарики, экструдаты), состоящий, по меньшей мере, из двух параллельно подключенных аппаратов. Очистка газовой смеси происходит в одном аппарате путем пропускания газового потока через слой катализатора. В другом аппарате параллельно происходит регенерация отработанного катализатора. После регенерации газовый поток перенаправляют в аппарат с регенерированным катализатором, при этом в другом аппарате, соответственно, проводят регенерацию катализатора. Количество аппаратов может быть и большим, так очистка газа может происходить, например, в двух аппаратах, а регенерация катализатора также может происходить в двух аппаратах. Также не исключено использование одного аппарата, в котором последовательно проводят очистку газа и регенерацию катализатора, однако такое выполнение сопровождается существенным по времени простоем оборудования.The reactor is a container apparatus with a fixed bed of a heterogeneous catalyst (tablets, balls, extrudates), consisting of at least two parallel connected apparatuses. The gas mixture is purified in one apparatus by passing the gas flow through the catalyst bed. In another apparatus, the spent catalyst is regenerated in parallel. After the regeneration, the gas stream is redirected to the apparatus with the regenerated catalyst, while in the other apparatus, respectively, the catalyst is regenerated. The number of apparatuses can be large, so gas purification can take place, for example, in two apparatuses, and catalyst regeneration can also take place in two apparatuses. It is also possible to use one apparatus, in which gas purification and catalyst regeneration are sequentially carried out, however, this implementation is accompanied by a significant downtime of equipment.

Регенерацию катализатора производят путем пропускания и контакта окисленного катализатора с азото-водородной смесью для перевода меди из окисленной формы в восстановленную. У азото-водородной смеси нет продуктов разложения, она используется для восстановления оксида меди до меди, при этом выделяется вода. Это происходит во время регенерации катализатора (очистка при этом не идет). Газ регенерации (азото-водородная смесь) после регенерации по сути превращается в азот и сбрасывается в атмосферу (это стандартная процедура, она известна в промышленности), как и азот, образующийся в реакции меди с оксидом азота (N2O).The catalyst is regenerated by passing and contacting the oxidized catalyst with a nitrogen-hydrogen mixture to transfer copper from the oxidized form to the reduced one. The nitrogen-hydrogen mixture has no decomposition products, it is used to reduce copper oxide to copper, while water is released. This happens during the regeneration of the catalyst (no cleaning is in progress). The regeneration gas (nitrogen-hydrogen mixture) after regeneration is essentially converted to nitrogen and discharged into the atmosphere (this is a standard procedure, it is known in the industry), as is the nitrogen formed in the reaction of copper with nitrogen oxide (N 2 O).

Потери побочных продуктов при очистке газовых смесей нет за счет того, что не используется процесс гидрирования (при очистке не подается водород). При этом, если бы водород подавался, то шли бы реакции гидрирования этилена в этан или пропилена в пропан, за счет этого терялись бы целевые продукты - олефины.There is no loss of by-products during the purification of gas mixtures due to the fact that the hydrogenation process is not used (no hydrogen is supplied during purification). In this case, if hydrogen were supplied, then the reactions of hydrogenation of ethylene to ethane or propylene to propane would take place, due to this, the target products - olefins - would be lost.

Предложенный способ был экспериментально опробован. Результаты испытаний приведены ниже.The proposed method was experimentally tested. The test results are shown below.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Способ был опробован в аппарате с неподвижным слоем гетерогенного катализатора в виде таблеток, состоящем из двух параллельно подключенных герметичных реакторов. Аппарат для всех испытаний использовали один и тот же, его конструкция не менялась. Все испытания были проведены без использования водорода при очистке газов.The method was tested in an apparatus with a fixed bed of a heterogeneous catalyst in the form of pellets, consisting of two sealed reactors connected in parallel. The apparatus used for all tests was the same; its design did not change. All tests were carried out without the use of hydrogen for gas cleaning.

Пример 1.Example 1.

Этилен при температуре 45°С и давлении 0,1 МПа изб. пропускали через слой катализатора, содержащего не менее 34 мас.% CuO (остальное оксид цинка и оксид алюминия в качестве связующего), с объемной скоростью не более 2740 ч-1 в течение 55 часов. При этом концентрация N2O на входе составляла 10 ppm об., на выходе - не более 5 ppb об.Ethylene at a temperature of 45 ° C and a pressure of 0.1 MPa g. passed through a catalyst bed containing at least 34 wt.% CuO (the rest is zinc oxide and aluminum oxide as a binder), with a space velocity of not more than 2740 h -1 for 55 hours. In this case, the concentration of N 2 O at the inlet was 10 ppm vol., At the outlet - no more than 5 ppb vol.

Пример 2.Example 2.

Этилен при температуре 110°С и давлении 3,0 МПа изб. пропускали через слой катализатора, содержащего не менее 55% масс. CuO (остальное оксид цинка и оксид алюминия в качестве связующего), с объемной скоростью не более 2740 ч-1 в течение 67 часов. При этом концентрация N2O на входе составляла 10 ppm об., на выходе - не более 5 ppb об.Ethylene at a temperature of 110 ° C and a pressure of 3.0 MPa g. passed through a catalyst bed containing at least 55% of the mass. CuO (the rest is zinc oxide and aluminum oxide as a binder), with a space velocity of not more than 2740 h -1 for 67 hours. In this case, the concentration of N 2 O at the inlet was 10 ppm vol., At the outlet - no more than 5 ppb vol.

Пример 3.Example 3.

Этан-пропановую фракцию при температуре 45°С и давлении 0,1 МПа изб. пропускали через слой катализатора, содержащего не менее 34% масс.CuO (остальное оксид цинка и оксид алюминия в качестве связующего), с объемной скоростью не более 2740 ч-1 в течение 51 часов. При этом концентрация N2O на входе составляла 25 ppm об., на выходе - не более 5 ppb об.Ethane-propane fraction at a temperature of 45 ° C and a pressure of 0.1 MPa g. passed through a catalyst bed containing at least 34 wt% CuO (the rest is zinc oxide and aluminum oxide as a binder) at a space velocity of not more than 2740 h -1 for 51 hours. In this case, the concentration of N 2 O at the inlet was 25 ppm vol., At the outlet - no more than 5 ppb vol.

Пример 4.Example 4.

Этан-пропановую фракцию при температуре 110°С и давлении 3,0 МПа изб. пропускали через слой катализатора, содержащего не менее 55% масс. CuO (остальное оксид цинка и оксид алюминия в качестве связующего), с объемной скоростью не более 4460 ч-1 в течение 47 часов. При этом концентрация N2O на входе составляла 25 ppm об., на выходе - не более 5 ppb об.Ethane-propane fraction at a temperature of 110 ° C and a pressure of 3.0 MPa g. passed through a catalyst bed containing at least 55% of the mass. CuO (the rest is zinc oxide and aluminum oxide as a binder), with a space velocity of not more than 4460 h -1 for 47 hours. In this case, the concentration of N 2 O at the inlet was 25 ppm vol., At the outlet - no more than 5 ppb vol.

Пример 5.Example 5.

Этан-пропановую фракцию при температуре 110°С и давлении 3,0 МПа изб. пропускали через слой катализатора, содержащего не менее 55% масс. CuO (остальное оксид цинка и оксид алюминия в качестве связующего), с объемной скоростью не более 2740 ч-1 в течение 131 часа. При этом концентрация N2O на входе составляла 25 ppm об., на выходе - не более 5 ppb об.Ethane-propane fraction at a temperature of 110 ° C and a pressure of 3.0 MPa g. passed through a catalyst bed containing at least 55% of the mass. CuO (the rest is zinc oxide and aluminum oxide as a binder), with a volumetric velocity of not more than 2740 h -1 for 131 hours. In this case, the concentration of N 2 O at the inlet was 25 ppm vol., At the outlet - no more than 5 ppb vol.

иже в таблице 1 для наглядности приведены сведенные вместе результаты очистки газов по примерам 1-5 по заявляемому способу, показывающие эффективность предложенного способа и достижение технического результата. Для каждого примера масса испытываемого образца катализатора составляла 0,145 кг (объем 120 мл).Below in table 1 for clarity, the results of gas purification according to examples 1-5 according to the claimed method are summarized, showing the effectiveness of the proposed method and the achievement of the technical result. For each example, the weight of the tested catalyst sample was 0.145 kg (volume 120 ml).

Таблица 1.Table 1. Примеры очистки углеводородных газов от N2OExamples of cleaning hydrocarbon gases from N 2 O No. Начальная концентрация N2O, ppm об.Initial concentration of N 2 O, ppm vol. Состав газа, кроме N2OGas composition, except for N 2 O Содержание CuO, % масс.CuO content,% wt. Объемная скорость, ч-1Volumetric velocity, h-1 Температура, °СTemperature, ° С Давление, МПа изб.Pressure, MPa g Продолжительность, чDuration, h Концентрация N2O после очистки, ppb об.Concentration of N 2 O after purification, ppb vol. 11 10ten 100% этилен100% ethylene 3434 27402740 4545 0,10.1 5555 Менее 5Less than 5 22 10ten 100% этилен100% ethylene 5555 27402740 110110 3,03.0 6767 Менее 5Less than 5 33 2525 Этан-пропановая фракцияEthane-propane fraction 3434 27402740 4545 0,10.1 5151 Менее 5Less than 5 44 2525 Этан-пропановая фракцияEthane-propane fraction 5555 44604460 110110 3,03.0 4747 Менее 5Less than 5 55 2525 Этан-пропановая фракцияEthane-propane fraction 5555 27402740 110110 3,03.0 131131 Менее 5Less than 5 *потерь очищаемого газа при осуществлении предложенного способа не происходило* no losses of the gas to be cleaned during the implementation of the proposed method occurred

Claims (2)

1. Способ очистки углеводородных газов от N2O, в котором поток очищаемого газа пропускают через емкостной аппарат, заполненный катализатором, отличающийся тем, что аппарат заполнен медь-цинковым катализатором, содержащим от 20 до 80% CuO по массе, а остальное оксид цинка и оксид алюминия в качестве связующего, причем поток пропускают при температуре от 45 до 110°С, давлении от 0,1 до 3,0 МПа, объемной скорости от 500 до 5000 ч-1, при этом перед пуском аппарата в работу проводят восстановление катализатора азото-водородной смесью для перевода меди из окисленной формы в восстановленную, а в процессе самой очистки не используют процесс гидрирования.1. A method for purifying hydrocarbon gases from N 2 O, in which the stream of gas to be purified is passed through a vessel filled with a catalyst, characterized in that the apparatus is filled with a copper-zinc catalyst containing from 20 to 80% CuO by weight, and the rest is zinc oxide and aluminum oxide as a binder, and the flow is passed at a temperature of 45 to 110 ° C, a pressure of 0.1 to 3.0 MPa, a space velocity of 500 to 5000 h -1 , while the catalyst is reduced to nitrogen before the apparatus is put into operation - a hydrogen mixture to convert copper from an oxidized form to a reduced one, and the hydrogenation process is not used in the purification process itself. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что очистка потока осуществляется с использованием по меньшей мере двух параллельно подключенных аппаратов, один из которых находится в работе, а второй в резерве или на регенерации катализатора.2. A method according to claim 1, characterized in that the stream is purified using at least two parallel connected apparatuses, one of which is in operation, and the second is in reserve or for catalyst regeneration.
RU2021112766A 2021-04-30 2021-04-30 Method for purifying hydrocarbon gases from n2o RU2760125C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021112766A RU2760125C1 (en) 2021-04-30 2021-04-30 Method for purifying hydrocarbon gases from n2o

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021112766A RU2760125C1 (en) 2021-04-30 2021-04-30 Method for purifying hydrocarbon gases from n2o

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2760125C1 true RU2760125C1 (en) 2021-11-22

Family

ID=78719508

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021112766A RU2760125C1 (en) 2021-04-30 2021-04-30 Method for purifying hydrocarbon gases from n2o

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2760125C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2414300C1 (en) * 2009-08-04 2011-03-20 Инфра Текнолоджиз Лтд. Exothermic process catalyst support and catalyst based on said support
EP2628538A1 (en) * 2012-02-17 2013-08-21 Total Raffinage Chimie Process for manufacturing a methanol synthesis catalyst
CA2660334C (en) * 2006-08-25 2014-07-15 Basf Se Method for the elimination of oxygen, nitrogen oxides, acetylenes, and/or dienes from hydrogen-rich olefin-containing gas mixtures
RU2662540C2 (en) * 2013-06-13 2018-07-26 Клариант Копропейшн Methods and active materials for reducing halide concentration in gas streams
ES2693283T3 (en) * 2013-05-16 2018-12-10 Air Products And Chemicals, Inc. Air purification

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2660334C (en) * 2006-08-25 2014-07-15 Basf Se Method for the elimination of oxygen, nitrogen oxides, acetylenes, and/or dienes from hydrogen-rich olefin-containing gas mixtures
RU2414300C1 (en) * 2009-08-04 2011-03-20 Инфра Текнолоджиз Лтд. Exothermic process catalyst support and catalyst based on said support
EP2628538A1 (en) * 2012-02-17 2013-08-21 Total Raffinage Chimie Process for manufacturing a methanol synthesis catalyst
ES2693283T3 (en) * 2013-05-16 2018-12-10 Air Products And Chemicals, Inc. Air purification
RU2662540C2 (en) * 2013-06-13 2018-07-26 Клариант Копропейшн Methods and active materials for reducing halide concentration in gas streams

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100608474B1 (en) Olefin purification by adsorption of acethylenics and regeneration of adsorbent
EP0964904B1 (en) Olefin purification by adsorption of acetylenics and regeneration of adsorbent
CN103910331B (en) Device and method for hydrogen recovery in andrussow process
KR20090053799A (en) Process for removing oxygen, nitrogen oxides, acetylenes and/or dienes from hydrogen-rich olefin-comprising gas mixtures
JP2006291182A5 (en)
CN102653505B (en) Propylene refining method
RU2760125C1 (en) Method for purifying hydrocarbon gases from n2o
US8323590B2 (en) Water gas shift for acetylene converter feed CO control
RU2475446C2 (en) Method of removing hydrogen cyanide and ammonia from synthesis gas
EA017772B1 (en) Process for a reduction in the amount of sulphur compounds, hydrogen cyanide and formic acid in synthesis gas
KR20230002026A (en) Direct oxidation of hydrogen sulphide in a hydrotreating recycle gas stream with hydrogen purification
US8283507B2 (en) Water gas shift for acetylene converter feed CO control
JPS5849604A (en) Purification of coke oven gas
RU2760126C1 (en) Method for purification of saturated hydrocarbons from impurities
RU2759086C1 (en) Method for purifying polymer-purity ethylene
US20190126199A1 (en) A process for the purifying of a raw gas stream containing mainly c1-c5 hydrocarbons and carbon dioxide, and impurities of organic and inorganic sulfur compounds, halogenated and non-halogenated volatile organic compounds and oxygen
CN111617596B (en) Method for treating gas containing VOCs
CN109718663B (en) Method and device for removing sulfur oxides and/or nitrogen oxides in flue gas
JPS6310693A (en) Method of separating and recovering olefins from low boiling gas formed as by-product in catalytic cracker
US6680419B2 (en) Process enhancing adsorbent capacity for acetylenic compounds
US9926498B2 (en) Process for removing oxygenates from hydrocarbon streams
EA026154B1 (en) Method and system for purifying an ethylene-containing gas stream
JPS62246803A (en) Production of high purity hydrogen
CN112759503A (en) Dry gas pretreatment system and method
CN116801972A (en) Recovery of light olefins from dried hydrocarbon gases from refinery and petrochemical processes for the production of alkylates