RU2760126C1 - Method for purification of saturated hydrocarbons from impurities - Google Patents

Method for purification of saturated hydrocarbons from impurities Download PDF

Info

Publication number
RU2760126C1
RU2760126C1 RU2021113488A RU2021113488A RU2760126C1 RU 2760126 C1 RU2760126 C1 RU 2760126C1 RU 2021113488 A RU2021113488 A RU 2021113488A RU 2021113488 A RU2021113488 A RU 2021113488A RU 2760126 C1 RU2760126 C1 RU 2760126C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
catalyst
purification
hydrogen
stream
Prior art date
Application number
RU2021113488A
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 RU2021113488A priority Critical patent/RU2760126C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2760126C1 publication Critical patent/RU2760126C1/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
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • 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
    • B01J23/74Iron group metals
    • B01J23/755Nickel
    • 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
    • B01J23/89Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals
    • 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: gas mixtures purification.SUBSTANCE: invention relates to the field of purification of gas mixtures and can be used in the extraction and processing of gas, at gas cleaning facilities and in other industries that require a cleaner gas flow. A method is proposed for purifying gas streams of saturated hydrocarbons from nitrogen oxides, including N2O, in which the stream of the purified gas is passed through a tank filled with a catalyst, before entering the reactor, hydrogen is supplied to the stream to be purified, while the apparatus is filled with a heterogeneous catalyst based on oxide aluminum with supported metals selected from the group: Pt, Pd, Pt/Pd and Ni, containing from 0.1 to 3% of active metal by weight, and the rest is aluminum oxide as a binder, and the flow is passed at a temperature of 150 to 280°C, a pressure of 1.5 to 3 , 0 MPa, space velocity from 500 to 3000 h-1, while before starting the apparatus into operation, the catalyst is reduced with a nitrogen-hydrogen or methane-hydrogen mixture.EFFECT: neutralization of the negative impact of nitrogen oxides on the technological scheme of the pyrolysis unit and further production.3 cl, 1 dwg, 1 tbl, 4 ex

Description

Область техникиTechnology area

Изобретение относится к области очистки газовых смесей и может использоваться при добыче и переработке газа, на газоочистительных сооружениях, нефте-, газохимических предприятиях и в других отраслях промышленности, которые требуют получения более чистого газового потока, в частности, изобретение представляет собой способ очистки от примесей оксидов азота (в том числе N2O) сырьевых потоков производства пиролиза: этана, пропана, бутана, ШФЛУ, этан-пропановой фракции (ЭПФ), других углеводородных фракций, в том числе и влажных потоков.The invention relates to the field of purification of gas mixtures and can be used in the extraction and processing of gas, at gas treatment facilities, oil and gas chemical plants and in other industries that require a cleaner gas flow, in particular, the invention is a method of purification from impurities of oxides nitrogen (including N2O) of raw material streams of pyrolysis production: ethane, propane, butane, NGL, ethane-propane fraction (EPF), other hydrocarbon fractions, including wet streams.

Уровень техникиState of the art

Процесс пиролиза, представляющий собой паровой крекинг углеводородного сырья в трубчатых печах, является наиболее распространенным способом получения олефинов (этилена и пропилена) для дальнейших нефтехимических процессов. В качестве сырья процесса могут применяться бензин, ШФЛУ (широкая фракция лёгких углеводородов), этан, СУГ (сжиженные углеводородные газы) [Мухина Т.Н., Пиролиз углеводородного сырья / Мухина Т.Н., Барабанов Н.Л., Бабаш С.Е. и др. // М.: Химия, 1987. - 240 с.].The pyrolysis process, which is steam cracking of hydrocarbon feedstock in tube furnaces, is the most common method for producing olefins (ethylene and propylene) for further petrochemical processes. As a raw material for the process, gasoline, NGL (broad fraction of light hydrocarbons), ethane, LPG (liquefied hydrocarbon gases) can be used [Mukhina T.N., Pyrolysis of hydrocarbons / Mukhina T.N., Barabanov N.L., Babash S. E. and others // M .: Chemistry, 1987. - 240 p.].

Примеси оксидов азота, содержащиеся в сырье пиролиза, частично конвертируются в самом процессе парового крекинга, после чего в ходе газоразделения пирогаза концентрируются в целевых потоках (этан-этиленовой и пропан-пропиленовой фракциях).Impurities of nitrogen oxides contained in the pyrolysis feedstock are partially converted in the steam cracking process itself, after which, during the gas separation of the pyrolysis gas, they are concentrated in the target streams (ethane-ethylene and propane-propylene fractions).

Наибольшим негативным воздействием из азотистых примесей обладает закись азота (N2O), относящаяся к взрывоопасным соединениям и вызывающая забивки 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.].The greatest negative impact of nitrogenous impurities is possessed by nitrous oxide (N 2 O), which belongs to explosive compounds and causes blockage of equipment with solid particles, since nitrous oxide is prone to cryoprecipitation in a low-temperature block [A. Drobyshev, Features of structural-phase transformations in solid nitrous oxide / Drobyshev A., Aldiyarov A., Korshikov E., Sokolov D., Kurnosov V., // Physics of low temperatures, 2012, 1340 pp.].

Кроме того, закись азота попадает в продуктовые потоки этилена и пропилена, направляемые на установки полимеризации, где негативно влияет на процесс и является сильным каталитическим ядом.In addition, nitrous oxide enters the ethylene and propylene product streams directed to polymerization units, where it negatively affects the process and is a strong catalytic poison.

Чтобы избежать негативных влияний соединений азота, в частности, 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 nitrogen compounds, in particular, nitrous oxide, it is advisable to purify raw materials and / or pyrolysis products. There are known methods of purification of various streams from nitrous oxide, described in various publications:

Так, удаление оксидов азота, кислорода и ацетиленистых соединений из газов каталитического крекинга осуществляют гидрированием на NiO катализаторе, например, Olemax 100-series (SudChemie) или NiO-MoO катализаторе PuriStar R8-21 (BASF). При температурах процесса 190-232°С, парциальном давлении водорода 105-2⋅105 Па удаление NOx происходит до концентрации менее 0,01 ppm об. Для газов с высокой концентрацией CO рекомендуется применение катализатора R3-81 (BASF) с активным комплексом на основе CuO. После первичного восстановления и сульфидирования данный катализатор обеспечивает конверсию NOx на 99,7% при температуре процесса 150-275°С и давлении 5⋅105-3,5⋅106 Па. [Чурилин А. С., Методы очистки и выделения этилена из сухих газов каталитического крекинга / Чурилин А. С., Зеленцова Н.И., // Переработка 49 - 50 с.].Thus, the removal of nitrogen oxides, oxygen and acetylenic compounds from catalytic cracking gases is carried out by hydrogenation on a NiO catalyst, for example, Olemax 100-series (SudChemie) or NiO-MoO catalyst PuriStar R8-21 (BASF). At process temperatures of 190-232 ° C, a partial pressure of hydrogen of 10 5 -2⋅10 5 Pa, NO x is removed to a concentration of less than 0.01 ppm by volume. For gases with a high concentration of CO, it is recommended to use the catalyst R3-81 (BASF) with an active complex based on CuO. After primary reduction and sulfidation, this catalyst provides a 99.7% NO x conversion at a process temperature of 150-275 ° C and a pressure of 5⋅10 5 -3.5⋅10 6 Pa. [Churilin AS, Methods of purification and separation of ethylene from dry gases of catalytic cracking / Churilin AS, Zelentsova NI, // Processing 49 - 50 pp.].

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. Для удаления воды, углекислого газа и закиси азота из воздуха была применена схема загрузки в несколько слоев, при которой на первом слое адсорбента удаляется СO2 и H2O, на втором - N2O. Предполагалось, что N2O хорошо удаляется цеолитом СаХ, однако, СаХ проявил себя не эффективно, поэтому его заменили цеолитами 13Х (NaLSX), имеющим 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 is applied to the purification of air from N 2 O, and the purpose of this invention is the purification of ethylene and propylene streams. Low temperature air separation requires preliminary cleaning to remove high boiling components. To remove water, carbon dioxide and nitrous oxide from air was applied load circuit in several layers, in which the first adsorbent layer removes CO 2 and H 2 O, the second - N 2 O. It was assumed that the N 2 O is removed well zeolite CaX However, CaX proved to be ineffective, so it was replaced by 13X zeolites (NaLSX) with 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. The 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 that contains 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:

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

- необходимость подачи избытка водорода;- the need to supply excess hydrogen;

- высокие температуры процесса.- high process temperatures.

С целью нейтрализации негативного воздействия оксидов азота на технологическую схему установки пиролиза и дальнейшие производства, например, производство полиэтилена, наиболее целесообразно их удаление методом гидрирования в сырьевых потоках пиролиза.In order to neutralize the negative impact of nitrogen oxides on the technological scheme of the pyrolysis unit and further production, for example, the production of polyethylene, it is most expedient to remove them by hydrogenation in pyrolysis feed streams.

Перечень чертежейList of drawings

На фиг. 1 изображена схема очистки углеводородных газов от оксидов азота.FIG. 1 shows a diagram of the purification of hydrocarbon gases from nitrogen oxides.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Целью настоящего изобретения является преодоление недостатков известных из уровня техники технических решений и разработка способа очистки сырьевых потоков насыщенных углеводородов, например, сырья пиролиза, от примесей оксидов азота (в том числе N2O).The aim of the present invention is to overcome the disadvantages known from the prior art technical solutions and to develop a method for purification of feed streams of saturated hydrocarbons, for example, pyrolysis feedstock, from impurities of nitrogen oxides (including N 2 O).

Указанная цель достигается тем, что для очистки сырья насыщенных углеводородов, в частности, сырья пиролиза, газовый поток пропускают через вертикальный аппарат, заполненный неподвижным слоем гетерогенного катализатора. Перед входом в реактор осуществляется подача водорода в очищаемый поток. При прохождении потока через слой катализатора происходит очистка от примесей оксидов азота в результате протекающих реакций гидрирования (происходит восстановление оксидов азота до молекулярного азота или аммиака):This goal is achieved by the fact that for the purification of saturated hydrocarbon feedstock, in particular, pyrolysis feedstock, the gas stream is passed through a vertical apparatus filled with a fixed bed of a heterogeneous catalyst. Before entering the reactor, hydrogen is fed into the stream to be cleaned. When the flow passes through the catalyst bed, it is purified from impurities of nitrogen oxides as a result of the ongoing hydrogenation reactions (nitrogen oxides are reduced to molecular nitrogen or ammonia):

N2O + H2 → N2 + H2ON 2 O + H 2 → N 2 + H 2 O

N2O + 2,5 H2 → NH3 + H2ON 2 O + 2.5 H 2 → NH 3 + H 2 O

NOx + x H2 → ½ N2 + xH2ONO x + x H 2 → ½ N 2 + xH 2 O

NOx + (x+3/2) H2 → NH3 + xH2ONO x + (x + 3/2 ) H 2 → NH 3 + xH 2 O

Процесс очистки от примесей оксидов азота путем гидрирования протекает при температурах 150-280°С, давлении от 1,5 до 3,0 МПа, объемной скорости от 500 до 3000 ч-1. В качестве катализаторов процесса могут применяться палладиевые (Pd), платиновые (Pt) или смешанные палладиево-платиновые системы (Pt/Pd) на носителе на основе оксида алюминия, либо никелевые катализаторы гидрирования (Ni). Катализатор содержит от 0,1 до 3% активного металла по массе, а остальное оксид алюминия в качестве связующего. При этом перед пуском аппарата в работу проводят восстановление катализатора азото-водородной или метано-водородной смесью.The process of purification from impurities of nitrogen oxides by hydrogenation proceeds at temperatures of 150-280 ° C, pressure from 1.5 to 3.0 MPa, space velocity from 500 to 3000 h -1 . Palladium (Pd), platinum (Pt) or mixed palladium-platinum systems (Pt / Pd) on an alumina-based support, or nickel hydrogenation catalysts (Ni) can be used as process catalysts. The catalyst contains from 0.1 to 3% of active metal by weight, and the rest is alumina as a binder. In this case, before starting the apparatus into operation, the catalyst is reduced with a nitrogen-hydrogen or methane-hydrogen mixture.

При этом дополнительным преимуществом предложенного способа является то, что он также может быть применен для очистки влажных газовых потоков (с содержанием H2O до 0,5% об.), т.е. предварительная осушка потока не требуется, что также позволяет упростить способ очистки газовых потоков, а также позволяет снизить энергетические и финансовые затраты.At the same time, an additional advantage of the proposed method is that it can also be used for cleaning wet gas streams (with an H2O content of up to 0.5% by volume), i.e. no pre-drying of the stream is required, which also makes it possible to simplify the method of cleaning gas streams, and also allows to reduce energy and financial costs.

Более подробно предложенный способ и его преимущества будут описаны ниже.The proposed method and its advantages will be described in more detail below.

Известные технологии предлагают способы очистки потоков с установки каталитического крекинга, которые содержат олефины до 30% и водород до 20%. Далее эти потоки могут вовлекаться на установку пиролиза но уже не на стадию пиролиза, а на стадию газоразделения (после пиролиза). Мы же предлагаем очистку потока сырья пиролиза - этана, пропана, ШФЛУ и пр. фракций, которые содержат только парафины. Суть процесса очистки при этом очень похожа. В предложенном процессе также проводят гидрирование, только в случае известных способов очистки ненасыщенных потоков основная цель очистки это селективное гидрирование, т.е. должны прогидрироваться примеси и при этом минимально прогидрироваться олефины. В нашей технологии вопрос селективного гидрирования не стоит, гидрируются примеси, при этом парафины гидрироваться не могут, так как они насыщенные. Таким образом, исключаются потери целевых продуктов и упрощается схема процесса: например, при селективном гидрировании потоков с кат крекинга необходимо дозировать серу, чтобы управлять активностью катализатора, в нашем случае никаких дополнительных манипуляций не требуется.Known technologies propose methods for purifying streams from a catalytic cracking unit, which contain olefins up to 30% and hydrogen up to 20%. Further, these streams can be involved in the pyrolysis unit, but not in the pyrolysis stage, but in the gas separation stage (after pyrolysis). We offer purification of the pyrolysis feedstock flow - ethane, propane, NGL and other fractions that contain only paraffins. The essence of the cleaning process is very similar. In the proposed process, hydrogenation is also carried out, only in the case of known methods for the purification of unsaturated streams, the main purpose of purification is selective hydrogenation, i.e. impurities should be hydrogenated and olefins should be minimally hydrogenated. In our technology, the issue of selective hydrogenation is not raised, impurities are hydrogenated, while paraffins cannot be hydrogenated, since they are saturated. Thus, the loss of the target products is eliminated and the process scheme is simplified: for example, in the selective hydrogenation of streams from the cracking cattle, it is necessary to dose sulfur in order to control the catalyst activity; in our case, no additional manipulations are required.

Состав очищаемого потока по углеводородам не изменяется, оксиды азота превращаются в элементарный азот и частично в аммиак, согласно указанным выше реакциям, далее этот поток, не содержащий примесей оксидов азота, уже идет на пиролиз.The composition of the purified stream with respect to hydrocarbons does not change, nitrogen oxides are converted into elemental nitrogen and partially into ammonia, according to the above reactions, then this stream, which does not contain impurities of nitrogen oxides, is already used for pyrolysis.

При этом образующиеся продукты реакции идут дальше с газовым потоком на пиролиз и далее в схему газоразделения установки, учитывая их небольшие концентрации (ppm) они не влияют на схему: азот попадает при разделении в метан и далее в топливо, аммиак поглощается водой на стадии водной промывки и выводится вместе со стоками. В таких количествах они не изменяют качество потоков.In this case, the resulting reaction products go further with the gas flow to pyrolysis and then to the gas separation scheme of the installation, given their low concentrations (ppm), they do not affect the scheme: nitrogen enters into methane during separation and then into fuel, ammonia is absorbed by water at the stage of water washing and is displayed along with the drains. In such quantities, they do not change the quality of the streams.

Таким образом, речь идет о новом способе очистки именно потоков насыщенных углеводородов - сырья пиролиза в частности. К преимуществам предложенного способа относятся низкая потребность в водороде (только для реакции с оксидами азота) и отсутствие проблемы гидрирования олефинов из-за параллельно протекающих реакций гидрирования этилена и пропилена, поскольку олефины в данном потоке отсутствуют.Thus, we are talking about a new method of purification of just streams of saturated hydrocarbons - pyrolysis feedstock in particular. The advantages of the proposed method include a low demand for hydrogen (only for the reaction with nitrogen oxides) and the absence of the problem of hydrogenation of olefins due to parallel reactions of hydrogenation of ethylene and propylene, since there are no olefins in this stream.

В качестве катализаторов процесса могут применяться палладиевые, платиновые или смешанные палладиево-платиновые системы на носителе на основе оксида алюминия, либо никелевые катализаторы гидрирования. Катализатор в реактор гидрирования загружается на весь срок службы и не регенерируется в ходе работы, первичная активация катализатора производится азото-водородной или метано-водородной смесью. Преимущество данных катализаторов - это обеспечение 100% очистки при относительно низких температурах гидрирования. Катализатор не расходуется, являясь гетерогенным катализатором, металлы нанесены на носитель - оксид алюминия. Механизм действия катализатора предполагается стандартный: адсорбция водорода и оксидов азота на поверхности, реакция, десорбция продуктов.As process catalysts, palladium, platinum or mixed palladium-platinum systems on a support based on alumina, or nickel hydrogenation catalysts can be used. The catalyst is loaded into the hydrogenation reactor for the entire service life and is not regenerated during operation; the primary activation of the catalyst is performed with a nitrogen-hydrogen or methane-hydrogen mixture. The advantage of these catalysts is that they provide 100% purification at relatively low hydrogenation temperatures. The catalyst is not consumed, being a heterogeneous catalyst, the metals are supported on a carrier - alumina. The mechanism of action of the catalyst is assumed to be standard: adsorption of hydrogen and nitrogen oxides on the surface, reaction, desorption of products.

Интервал количественного содержания активного металла 0,1 до 3 мас. % обусловлен следующим: количество металла в катализаторе должно быть большим, поскольку, чем больше металла, тем больше активность катализатора по удаляемым примесям, при этом для изготовления катализатора необходимо связующее - оксид алюминия. Если металла менее 0,1 мас. %, резко снижается эффективность очистки, а если больше 3 мас. %, то резко возрастают экономические затраты в связи с дороговизной материалов. При этом эффективность очистки заметно не увеличивается и 3 мас. % вполне достаточно для того, чтобы полностью удалить вредные примеси.The range of the quantitative content of active metal is 0.1 to 3 wt. % is due to the following: the amount of metal in the catalyst should be large, since the more metal, the greater the activity of the catalyst with respect to the removed impurities, while for the manufacture of the catalyst you need a binder - aluminum oxide. If the metal is less than 0.1 wt. %, the cleaning efficiency sharply decreases, and if more than 3 wt. %, then the economic costs increase sharply due to the high cost of materials. In this case, the cleaning efficiency does not noticeably increase and 3 wt. % is quite enough to completely remove harmful impurities.

Что касается используемого при гидрировании интервала температур 150-280°С, при котором происходит очистка, то при температуре менее 150°С реакция замедляется, а увеличение температуры более 280°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 оксидов азота в газовой смеси и требуемой степени очистки.As for the temperature range of 150-280 ° C used for hydrogenation, at which the purification takes place, at a temperature of less than 150 ° C, the reaction slows down, and an increase in temperature above 280 ° C is not advisable, since the activity of the catalyst no longer increases, but energy costs increase for the operation of the reactor. 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 oxides in the gas mixture and the required degree of purification.

Что касается приведенного интервала давления 1,5 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.Regarding the reduced pressure range of 1.5 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 catalyst reactivity, as well as without the risk of equipment failure.

Что касается указанного интервала объемной скорости 500 до 3000 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 удаления примесей.As for the specified interval of the space velocity from 500 to 3000 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 gas to be cleaned through the catalyst bed without removing impurities.

Реактор представляет собой емкостной аппарат с неподвижным слоем гетерогенного катализатора (таблетки, шарики, экструдаты) (см. фиг. 1). Очистка газовой смеси происходит в аппарате путем пропускания газового потока через слой катализатора. The reactor is a container apparatus with a fixed bed of a heterogeneous catalyst (tablets, beads, extrudates) (see Fig. 1). The gas mixture is purified in the apparatus by passing the gas flow through the catalyst bed.

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 шаров 2-4 мм. Аппарат для всех испытаний использовали один и тот же, его конструкция не менялась.The method was tested in an apparatus with a fixed bed of a heterogeneous catalyst in the form of 2-4 mm balls. The apparatus used for all tests was the same; its design did not change.

Пример 1.Example 1.

Поток этан-пропановой фракции при температуре 180°С и давлении 2,5 МПа пропускали через слой катализатора, содержащего 0,3% Pd на оксиде алюминия, с объемной скоростью 2000 ч-1 в течение 21 часа. При этом концентрация N2O на входе составляла 50 ppm, на выходе - 0,1 ppm. Концентрация NO, NO2 на входе составляла 50 ppm, на выходе менее 0,1 ppm.A stream of ethane-propane fraction at a temperature of 180 ° C and a pressure of 2.5 MPa was passed through a catalyst bed containing 0.3% Pd on alumina at a space velocity of 2000 h -1 for 21 hours. The concentration of N 2 O at the inlet was 50 ppm, and at the outlet - 0.1 ppm. The concentration of NO, NO 2 at the inlet was 50 ppm, at the outlet less than 0.1 ppm.

Пример 2.Example 2.

Поток этан-пропановой фракции при температуре 230°С и давлении 2,1 МПа пропускали через слой катализатора, содержащего 0,5% Pt на оксиде алюминия, с объемной скоростью 1000 ч-1 в течение 21 часа. При этом концентрация N2O на входе составляла 50 ppm, на выходе - 0,1 ppm. Концентрация NO, NO2 на входе составляла 50 ppm, на выходе менее 0,1 ppm.A stream of ethane-propane fraction at a temperature of 230 ° C and a pressure of 2.1 MPa was passed through a catalyst bed containing 0.5% Pt on alumina at a space velocity of 1000 h -1 for 21 hours. The concentration of N 2 O at the inlet was 50 ppm, and at the outlet - 0.1 ppm. The concentration of NO, NO 2 at the inlet was 50 ppm, at the outlet less than 0.1 ppm.

Пример 3.Example 3.

Поток этан-пропановой фракции при температуре 280°С и давлении 1,9 МПа пропускали через слой Ni катализатора, содержащего 1,0% Ni на оксиде алюминия, с объемной скоростью 1000 ч-1 в течение 20 часов. При этом концентрация N2O на входе составляла 50 ppm, на выходе - 0,1 ppm. Концентрация NO, NO2 на входе составляла 50 ppm, на выходе менее 0,1 ppm.A stream of ethane-propane fraction at a temperature of 280 ° C and a pressure of 1.9 MPa was passed through a layer of Ni catalyst containing 1.0% Ni on alumina at a space velocity of 1000 h -1 for 20 hours. The concentration of N 2 O at the inlet was 50 ppm, and at the outlet - 0.1 ppm. The concentration of NO, NO 2 at the inlet was 50 ppm, at the outlet less than 0.1 ppm.

Пример 4.Example 4.

Поток этан-пропановой фракции при температуре 240°С и давлении 2,1 МПа пропускали через слой катализатора, содержащего 0,25% Pt и 0,25% Pd на оксиде алюминия, с объемной скоростью 1000 ч-1 в течение 20 часов. При этом концентрация N2O на входе составляла 50 ppm, на выходе - 0,1 ppm. Концентрация NO, NO2 на входе составляла 50 ppm, на выходе менее 0,1 ppm.A stream of ethane-propane fraction at a temperature of 240 ° C and a pressure of 2.1 MPa was passed through a catalyst bed containing 0.25% Pt and 0.25% Pd on alumina at a space velocity of 1000 h -1 for 20 hours. The concentration of N 2 O at the inlet was 50 ppm, and at the outlet - 0.1 ppm. The concentration of NO, NO 2 at the inlet was 50 ppm, at the outlet less than 0.1 ppm.

Ниже в таблице 1 для наглядности приведены сведенные вместе результаты очистки газов по примерам 1-4 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). Для каждого опыта использовалась модельная смесь, содержащая 70% этана и 30% пропана, остальное оксиды азота.Below in table 1 for clarity, the results of gas purification according to examples 1-4 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). For each experiment, a model mixture was used containing 70% ethane and 30% propane, the rest being nitrogen oxides.

Таблица 1. Примеры очистки углеводородных газов от N2O, NO и NO2.Table 1. Examples of cleaning hydrocarbon gases from N 2 O, NO and NO 2 .

No. Начальная концентрация N2O, ppm об.Initial concentration of N 2 O, ppm vol. Начальная концентрация ∑NOx, ppm об.Initial concentration ∑NOx, ppm vol. Содержание металла в катализатореMetal content in the catalyst Объёмная скорость, ч-1Volumetric velocity, h-1 Температура, °СTemperature, ° С Давление, МПа изб.Pressure, MPa g Соотношение Водород:∑NOx, моль:мольHydrogen: ∑NOx ratio, mol: mol Концентрация N2O после очистки, ppmConcentration of N 2 O after purification, ppm Концентрация ∑NOx после очистки, ppm об.Concentration of ∑NOx after purification, ppm vol. 11 5050 5050 0,3% Pd0.3% Pd 20002000 180180 2,52.5 10:110: 1 0,10.1 Менее 0,1Less than 0.1 22 5050 5050 0,5% Pt0.5% Pt 10001000 230230 2,12.1 10:110: 1 0,10.1 Менее 0,1Less than 0.1 33 5050 5050 1,0% Ni1.0% Ni 10001000 280280 1,91.9 10:110: 1 0,10.1 Менее 0,1Less than 0.1 44 5050 5050 0,25% Pt и 0,25% Pd0.25% Pt and 0.25% Pd 10001000 240240 2,12.1 10:110: 1 0,10.1 Менее 0,1Less than 0.1

Представленные примеры наглядно показывают эффективность предложенного способа при очистке газовых потоков насыщенных углеводородов от оксидов азота, а именно, от N2O, NO и NO2.The presented examples clearly show the effectiveness of the proposed method when cleaning gas streams of saturated hydrocarbons from nitrogen oxides, namely, from N 2 O, NO and NO 2 .

Claims (3)

1. Способ очистки газовых потоков насыщенных углеводородов от оксидов азота, в том числе от N2O, в котором поток очищаемого газа пропускают через емкостный аппарат, заполненный катализатором, при этом перед входом в реактор осуществляется подача водорода в очищаемый поток, отличающийся тем, что аппарат заполнен гетерогенным катализатором на основе оксида алюминия с нанесенными металлами, выбранными из группы: Pt, Pd, Pt/Pd и Ni, содержащим от 0,1 до 3% активного металла по массе, а остальное оксид алюминия в качестве связующего, причем поток пропускают при температуре от 150 до 280°С, давлении от 1,5 до 3,0 МПа, объемной скорости от 500 до 3000 ч-1, при этом перед пуском аппарата в работу проводят восстановление катализатора азотоводородной или метано-водородной смесью.1. A method of purification of gas streams of saturated hydrocarbons from nitrogen oxides, including N 2 O, in which the stream of the gas to be purified is passed through a vessel filled with catalyst, while before entering the reactor, hydrogen is supplied to the stream to be purified, characterized in that the apparatus is filled with a heterogeneous catalyst based on alumina with supported metals selected from the group: Pt, Pd, Pt / Pd and Ni, containing from 0.1 to 3% of active metal by weight, and the rest is alumina as a binder, and the flow is passed at a temperature from 150 to 280 ° C, a pressure from 1.5 to 3.0 MPa, a space velocity from 500 to 3000 h -1 , while before starting the apparatus into operation, the catalyst is reduced with a nitrogen-hydrogen or methane-hydrogen mixture. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляется очистка газового потока насыщенных углеводородов – сырья пиролиза, при этом не происходит гидрирование олефинов.2. The method according to claim 1, characterized in that the gas stream of saturated hydrocarbons, the pyrolysis feedstock, is purified without hydrogenation of olefins. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что осуществляется очистка в том числе и влажного газового потока с содержанием H2O до 0,5% об.3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the purification is carried out, including a wet gas stream with a H 2 O content of up to 0.5% vol.
RU2021113488A 2021-05-12 2021-05-12 Method for purification of saturated hydrocarbons from impurities RU2760126C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021113488A RU2760126C1 (en) 2021-05-12 2021-05-12 Method for purification of saturated hydrocarbons from impurities

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021113488A RU2760126C1 (en) 2021-05-12 2021-05-12 Method for purification of saturated hydrocarbons from impurities

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2760126C1 true RU2760126C1 (en) 2021-11-22

Family

ID=78719515

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021113488A RU2760126C1 (en) 2021-05-12 2021-05-12 Method for purification of saturated hydrocarbons from impurities

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2760126C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0782880A1 (en) * 1994-07-05 1997-07-09 Ngk Insulators, Ltd. Catalyst-adsorbent for purification of exhaust gases and method for purification of exhaust gases
JPH09206561A (en) * 1995-11-28 1997-08-12 Tosoh Corp Removing method of nitrogen oxide
RU2186621C1 (en) * 2001-04-18 2002-08-10 Закрытое акционерное общество "Катализаторная компания" Catalyst for exhausting gas scrubbing with oxygen excess from nitrogen oxides, method of its synthesis and method of exhausting gas scrubbing
RU2414300C1 (en) * 2009-08-04 2011-03-20 Инфра Текнолоджиз Лтд. Exothermic process catalyst support and catalyst based on said support
RU2464297C2 (en) * 2006-11-15 2012-10-20 Эни С.П.А. Method to produce hydrocarbon fractions from mixtures of biological origin
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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0782880A1 (en) * 1994-07-05 1997-07-09 Ngk Insulators, Ltd. Catalyst-adsorbent for purification of exhaust gases and method for purification of exhaust gases
JPH09206561A (en) * 1995-11-28 1997-08-12 Tosoh Corp Removing method of nitrogen oxide
RU2186621C1 (en) * 2001-04-18 2002-08-10 Закрытое акционерное общество "Катализаторная компания" Catalyst for exhausting gas scrubbing with oxygen excess from nitrogen oxides, method of its synthesis and method of exhausting gas scrubbing
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
RU2464297C2 (en) * 2006-11-15 2012-10-20 Эни С.П.А. Method to produce hydrocarbon fractions from mixtures of biological origin
RU2414300C1 (en) * 2009-08-04 2011-03-20 Инфра Текнолоджиз Лтд. Exothermic process catalyst support and catalyst based on said support

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100608474B1 (en) Olefin purification by adsorption of acethylenics and regeneration of adsorbent
AU2008267113B2 (en) Process for purification of hydrocarbons
EP0964904B1 (en) Olefin purification by adsorption of acetylenics and regeneration of adsorbent
CN103910331B (en) Device and method for hydrogen recovery in andrussow process
CN101547995A (en) Method for removal of mercury from hydrocarbon feedstocks
RU2662538C1 (en) Methods of removing pollutants from outlet flow of dehydration
CN1458060A (en) Gas recovering method
RU2760126C1 (en) Method for purification of saturated hydrocarbons from impurities
RU2502717C1 (en) Method for comprehensive treatment of refinery hydrocarbon gas
JP2007500123A (en) Phosgene production method and apparatus
US9028678B2 (en) Scrubbing hydrogen sulfide from hydrotreated product
JPS5849604A (en) Purification of coke oven gas
EA017772B1 (en) Process for a reduction in the amount of sulphur compounds, hydrogen cyanide and formic acid in synthesis gas
RU2759086C1 (en) Method for purifying polymer-purity ethylene
RU2760125C1 (en) Method for purifying hydrocarbon gases from n2o
US20140058151A1 (en) Oxygen removal and methane conversion process using a supersonic flow reactor
CN111617596B (en) Method for treating gas containing VOCs
Yang et al. Effects of water vapor, CO 2 and SO 2 on the NO reduction by NH 3 over sulfated CaO
US20030105377A1 (en) Process enhancing adsorbent capacity for acetylenic compounds
EA026154B1 (en) Method and system for purifying an ethylene-containing gas stream
RU2764737C1 (en) Method for purifying benzene and benzene fraction from sulphur and unsaturated compounds
CN112759503A (en) Dry gas pretreatment system and method
RU2219999C1 (en) Hydrocarbon fraction hydrofining process and hydrocarbon fraction hydrofining catalyst
Hawkins FCC Off Gas Treatment
WO2014031324A1 (en) Mercury compound removal and methane conversion process using a supersonic flow reactor