AT522315A4 - Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenstoff aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenstoff aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas Download PDF

Info

Publication number
AT522315A4
AT522315A4 ATA50267/2019A AT502672019A AT522315A4 AT 522315 A4 AT522315 A4 AT 522315A4 AT 502672019 A AT502672019 A AT 502672019A AT 522315 A4 AT522315 A4 AT 522315A4
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
fluidized bed
catalyst material
carbon
metal
hydrocarbon
Prior art date
Application number
ATA50267/2019A
Other languages
English (en)
Other versions
AT522315B1 (de
Inventor
Hiebl Dipl Ing Bernhard
Ofner Dipl Ing Hanspeter
Rein Dipl Ing Norbert
Wurm Dipl Ing Johann
Original Assignee
Primetals Technologies Austria GmbH
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 Primetals Technologies Austria GmbH filed Critical Primetals Technologies Austria GmbH
Priority to ATA50267/2019A priority Critical patent/AT522315B1/de
Priority to PCT/EP2020/057114 priority patent/WO2020193254A1/de
Application granted granted Critical
Publication of AT522315B1 publication Critical patent/AT522315B1/de
Publication of AT522315A4 publication Critical patent/AT522315A4/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/32—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with introduction into the fluidised bed of more than one kind of moving particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/22—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
    • C01B3/24—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons
    • C01B3/26—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/22—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
    • C01B3/24—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons
    • C01B3/28—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons using moving solid particles
    • C01B3/30—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons using moving solid particles using the fluidised bed technique
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/20—Graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/20—Graphite
    • C01B32/205—Preparation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00654—Controlling the process by measures relating to the particulate material
    • B01J2208/00681—Agglomeration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00805—Details of the particulate material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74—Iron group metals
    • B01J23/745—Iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0266—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step
    • C01B2203/0277—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step containing a catalytic decomposition step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenstoff (5) aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas (2) durch Umsetzung an einem metall- und/oder metalloxid-haltigen Katalysatormaterial (3) in einer Wirbelschicht bei einer Temperatur von 600°C bis 1000°C, bevorzugt 700°C bis 900°C. Dabei ist in der Wirbelschicht auch ein festes Stabilisierungsmaterial (4) vorhanden, in einem Verhältnis von 10 Vol% bis 60 Vol% relativ zum Katalysatormaterial (3).

Description

15
20
25
30
35
201800291
Beschreibung
Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenstoff aus
einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas
Gebiet der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenstoff aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas durch Umsetzung an einem metall- und/oder metalloxid-haltigen Katalysatormaterial in
einer Wirbelschicht.
Stand der Technik
Katalytische thermische Spaltung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen in Wasserstoff und Kohlenstoff ist beispielsweise aus W02011029144 oder W02016154666 bekannt. Derartige Wasserstoffgewinnung stellt den Energieträger Wasserstoff zur Verfügung, ohne dass dabei aus dem Kohlenstoff des Kohlenwasserstoffes CO2 als unerwünschtes Nebenprodukt entsteht. Stattdessen fällt der Kohlenstoff elementar an, beispielsweise als Graphit oder als Kohlenstoffnanoröhrchen oder als Kohlenstofffasern oder in anderen Formen wie amorph. Je nach Modifikation oder Form ermöglicht der gewonnene Kohlenstoff verschiedene Nutzungsmöglichkeiten und hat damit verschiedenen
wirtschaftlichen Wert.
WO2011029144, WO2016154666, WO02017031529 und US20160156051A1 zeigen, dass Spaltungsverfahren in kontinuierlicher Verfahrensführung betrieben werden können, da Kohlenstoffbelag auf katalytisch wirkenden Oberflächen sich immer wieder ablöst und die Oberfläche somit immer wieder
katalytisch wirksam sein kann.
15
20
25
30
35
201800291
Eine Möglichkeit der Durchführung ist, die thermische Spaltung in einer Wirbelschicht durchzuführen. Das Kohlenwasserstoff-Gas wird dem festen Katalysatormaterial so zugeführt, dass eine Wirbelschicht entsteht. Umsatz in einer Wirbelschicht hat den Vorteil, dass eine große Oberfläche für die chemischen Reaktionen zwischen Kohlenwasserstoff und Katalysator zur Verfügung steht. Es entsteht dabei Wasserstoff und Kohlenstoff, entsprechend wird die Wirbelschicht sowohl vom Kohlenwasserstoff-Gas als auch von entstehendem Wasserstoff durchströmt und aufrechterhalten. Das zugeführte Kohlenwasserstoff-Gas wird dabei in der Regel nicht vollständig umgesetzt, ein Teil verlässt die
Wirbelschicht wieder und kann rezirkuliert werden.
Als festes Katalysatormaterial werden oft Metalloxide verwendet; aus Kostengründen besonders beliebt sind Eisenoxide. Die Metalloxide werden unter den im Wirbelbett herrschenden Bedingungen durch reduzierende Bestandteile des kohlenwasserstoffhaltigen Gases und entstehenden Wasserstoff reduziert, und dabei entstehendes Metall wirkt als frischer
Katalysator bei der thermischen Spaltung.
Nachteilig ist dabei jedoch, dass bei den zur thermischen Spaltung eingestellten Bedingungen das feste Katalysatormaterial mit zunehmender Metallisierung der Oberflächen seiner in der Wirbelschicht in Schwebe gehaltenen Partikel immer stärker zur Agglomeration dieser Partikel neigt. Das kann infolge der zunehmenden Partikelgrößen zu einem Zusammenbruch der Wirbelschicht und weiters gegebenenfalls zu einem Zusammensintern des Katalysatormaterials führen. Die thermische Spaltung kommt
zum Erliegen.
Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
15
20
25
30
35
201800291
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem die Gefahr der Agglomeration beziehungsweise des Zusammenbruchs der Wirbelschicht
vermindert wird.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein
Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und, bevorzugt graphitischem, Kohlenstoff, aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas durch Umsetzung an einem metall- und/oder metalloxid-haltigen Katalysatormaterial in einer Wirbelschicht bei einer Temperatur von 600°C bis 1000°C, bevorzugt 700°C bis 900°C, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wirbelschicht auch ein festes Stabilisierungsmaterial vorhanden ist in einem Verhältnis von
10 Vol% bis 60 Vol% relativ zum Katalysatormaterial.
In der Formulierung „an einem metall- und/oder metalloxidhaltigen Katalysatormaterial ist „einem“ ein unbestimmter Artikel, kein Zahlwort.
Es kann eine einzige Art von Katalysatormaterial vorliegen, aber grundsätzlich kann auch ein Gemisch aus verschiedenen Arten von Katalysatormaterial vorliegen, beispielsweise ein Gemisch verschiedener Metalloxide.
Grundsätzlich kann es sich bei dem Metall und/oder Metalloxid des Katalysatormaterials um Oxide oder elementare Metalle aus der 7. Nebengruppe und der 8. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente handeln. Bevorzugt handelt es sich um Eisenund/oder Eisenoxid, da es am wirtschaftlichsten ist, eisen-
oder eisenoxidhaltiges Katalysatormaterial zu verwenden.
Das metall- und/oder metalloxid-haltige Katalysatormaterial wird von einem Gasstrom in einer Wirbelschicht gehalten; die Partikel des metall- und oder metalloxidhaltigen
Katalysatormaterials weisen eine entsprechende
15
20
25
30
35
201800291
Korngrößenverteilung auf, welche die Bildung einer Wirbelschicht bei der Leerrohrgeschwindigkeit des Gasstromes zulässt. Der Gasstrom umfasst das zwecks thermischer Spaltung zugeführte kohlenwasserstoffhaltige Gas und gegebenenfalls entstehenden Wasserstoff. Das kohlenwasserstoffhaltige Gas enthält bei der Temperatur von 600°C bis 1000°C gasf£förmige Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Methan, Ethan, Propan, Butan, Aliphaten bis C10, Aromaten bis C15. Es kann sich beispielsweise um Erdgas oder Biogas handeln. Neben den Kohlenwasserstoffen kann das Gas auch andere Komponenten enthalten, beispielsweise reduzierende Komponenten wie Kohlenmonoxid CO oder Wasserstoff H2, die eine Generierung metallischer Oberfläche durch Reduktion von Metalloxid
fördern.
Die Temperatur beträgt 600°C bis 1000°C. Bei tieferen Temperaturen ist, speziell bei eisen- beziehungsweise eisenoxidhaltigem Katalysatormaterial, die Kinetik ungünstig. Bei höheren Temperaturen steigt das Risiko von Werkstoffproblemen unverhältnismäßig. Bevorzugt beträgt sie 700 -900°, dann ist, speziell bei eisen- beziehungsweise eisenoxidhaltigem Katalysatormaterial, die Qualität des Produktes Kohlenstoff besser als bei tieferen oder höheren Temperaturen; es werden wirtschaftlich höherwertige
Modifikationen gewonnen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Erfindungsgemäß ist in der Wirbelschicht neben dem metallund/oder metalloxid-haltigen Katalysatormaterial - in der Folge auch kurz Katalysatormaterial genannt - auch Stabilisierungsmaterial vorhanden. Als Stabilisierungsmaterial ist Material zu verstehen, dass unter den in der Wirbelschicht herrschenden Bedingungen mit dem kohlenwasserstoffhaltigen Gas, dem Wasserstoff oder dem Kohlenstoff nicht chemisch reagiert. Das Vorhandensein des
Stabilisierungsmaterials vermindert die Wahrscheinlichkeit,
15
20
25
30
35
201800291
dass Partikel des Katalysatormaterials in der Wirbelschicht kollidieren und dadurch agglomerieren. Die Gefahr des Zusammenbruchs der Wirbelschicht - auch Defluidisierung genannt - wird dadurch grundsätzlich vermindert. Die Wirbelschicht wird durch das Stabilisierungsmaterial also stabilisiert. Die chemischen Reaktionen der thermischen Spaltung werden durch das Stabilisierungsmaterial nicht
beeinflusst.
Erfindungsgemäß beträgt das Verhältnis von Stabilisierungsmaterial zu Katalysatormaterial 10 Vol% bis 60 Vol%. Unter 10 Vol®% ist zu wenig Stabilisierungsmaterial vorhanden, um Agglomeration in ausreichendem Ausmaß zu vermindern. Über 60 Vol% sind die Vorteile von zusätzlichem Stabilisierungsmaterial gering. Entsprechend wird auf den zusätzlichen Aufwand, der notwendig wäre, um mehr Material in der Wirbelschicht zu halten, verzichtet - zumal bei zunehmendem Anteil von Stabilisierungsmaterial in der Wirbelschicht verhältnismäßig weniger thermische Spaltung stattfindet, weil die Wahrscheinlichkeit eines Kontaktes
zwischen Katalysatormaterial und Kohlenwasserstoffen sinkt.
Das aus der Wirbelschicht austretende Gas umfasst Wasserstoff H2 und nicht umgesetztes kohlenwasserstoffhaltiges Gas. Nach Abtrennung von Wasserstoff kann dieses nicht umgesetzte kohlenwasserstoffhaltige Gas wieder in die Wirbelschicht
rezirkuliert werden.
Bei kontinuierlicher Verfahrensführung in einer Wirbelschicht, wie in WO02011029144, WO2016154666, WO02017031529 und US20160156051A1 - deren Inhalte von der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung mit umfasst sind gezeigt, wird durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung die Gefahr, dass Agglomeration und Defluidisierung den Ablauf
stören, vermindert.
Der Druck beträgt bevorzugt 0 - 50 bar (g). Mit steigendem
Druck wird kleinerer Bau des Reaktionsgefäßes möglich, was
15
20
25
30
35
201800291
die Kosten senkt. Zu hoch sollte der Druck nicht eingestellt werden, um das Gleichgewicht der thermischen Spaltung nicht
ungünstig zu verschieben.
Bevorzugt werden die Verfahrensbedingungen gemäß wie in WO2011029144, WO2016154666, WO2017031529 oder US20160156051A1 so eingestellt, dass graphitischer Kohlenstoff erzeugt wird. Unter graphitischem Kohlenstoff soll jegliche dort erwähnte
Art von Kohlenstoff umfasst sein, die nicht amorph ist.
Bevorzugt umfasst das Stabilisierungsmaterial Quarz und/oder Kohlenstoff. Diese Materialien sind leicht und wirtschaftlich günstig verfügbar. Unter Quarz ist S1i02 Siliziumdioxid zu
verstehen.
Bevorzugt besteht das Stabilisierungsmaterial zum überwiegenden Teil aus Quarz und/oder Kohlenstoff. Es kann auch vollständig aus Quarz und/oder Kohlenstoff bestehen. Das Stabilisierungsmaterial kann auch eine Mischung aus mehreren verschiedenen Stoffen sein. Das Stabilisierungsmaterial kann auch beispielsweise Magnesiumoxid MgO, Calciumoxid CaO, Aluminiumoxid AlL203, Bentonit, oder Montmorrillonit umfassen, oder aus einzelnen
oder mehreren dieser Stoffe bestehen.
Unter der Austragsgeschwindigkeit eines Partikels mit einer bestimmten Korngröße und Dichte ist die Leerrohrgeschwindigkeit eines Gasstromes aus dem kohlenwasserstoffhaltigen Gas zu verstehen, bei der dieser Partikel aus der Wirbelschicht ausgetragen wird. Stabilisierungsmaterial und das Katalysatormaterial sollen möglichst wenig aus der Wirbelschicht ausgetragen werden, damit möglichst wenig Stabilisierungsmaterial und Katalysatormaterial von dem ebenfalls ausgetragenen Kohlenstoff getrennt werden muss. Es soll auch möglichst wenig ausgetragen werden, damit möglichst wenig
Stabilisierungsmaterial und/oder Katalysatormaterial
15
20
25
30
35
201800291
nachgeliefert werden muss zur Herstellung stabiler Verfahrensbedingungen in der Wirbelschicht.
Bevorzugt ist es, wenn das metall- und/oder metalloxidhaltige Katalysatormaterial eine größere Austragsgeschwindigkeit hat als der hergestellte Kohlenstoff. Das ist beispielsweise durch Verwendung eines entsprechenden Korngrößenbereichs des eingesetzten Katalysatormaterials erreichbar; je nach Leerrohrgeschwindigkeit des kohlenwasserstoffhaltigen Gases in der Wirbelschicht wird ein anderer Korngrößenbereich zu wählen sein. Während das Produkt Kohlenstoff aus der Wirbelschicht ausgetragen werden soll, soll Katalysatormaterial möglichst weitgehend in der Wirbelschicht bleiben, um dort Umsetzung des kohlenwasserstoffhaltigen Gases zu ermöglichen.
Bevorzugt ist es, wenn das Stabilisierungsmaterial eine Austragsgeschwindigkeit hat, die größer oder gleich der Austragsgeschwindigkeit des Katalysatormaterials ist. Das ist beispielsweise durch Verwendung eines entsprechenden Korngrößenbereichs des Stabilisierungsmaterials erreichbar; Je nach Geschwindigkeit des kohlenwasserstoffhaltigen Gases in der Wirbelschicht wird ein anderer Korngrößenbereich zu
wählen sein.
Während des Aufenthaltes in der Wirbelschicht kann es mit der Zeit dazu kommen, dass sich Größe beziehungsweise Dichte der Partikel des Stabilisierungsmaterials beziehungsweise des Katalysatormaterials verändern - beispielweise durch mechanische Abrasion oder chemische Reaktion wie Reduktion und sie infolgedessen bei der herrschenden Leerrohrgeschwindigkeit ausgetragen werden. Zur Herstellung stabiler Verfahrensbedingungen in der Wirbelschicht muss solches Material nachgeliefert werden.
Bevorzugt erfolgt kontinuierliche Zugabe von Stabilisierungsmaterial, und/oder von metall- und/oder metalloxid-haltigem Katalysatormaterial, zu der Wirbelschicht.
Partikel von festen Materialien - Katalysatormaterial,
Stabilisierungsmaterial, bei der thermischen Spaltung
15
20
25
30
35
201800291
hergestellter Kohlenstoff - werden aus der Wirbelschicht ausgetragen, wenn die Leerrohrgeschwindigkeit des aus der Wirbelschicht austretenden Gases über ihrer Austragsgeschwindigkeit liegt. Der dadurch entstehende Verlust an Stabilisierungsmaterial und/oder an eisenoxidhaltigem Katalysatormaterial sollte daher ausgeglichen werden, um ein Verarmen der Wirbelschicht und damit Steigerung des Agglomerationsrisikos beziehungsweise Sinken des Reaktionswahrscheinlichkeit zu vermeiden. Kontinuierliche Zugabe wirkt kontinuierlich erfolgendem Austrag unter Beibehaltung weitgehend stabiler
Verfahrensbedingungen in der Wirbelschicht entgegen.
Bevorzugt erfolgt eine Trennung von aus der Wirbelschicht ausgetragenen Materialien. Die Trennung erfolgt gemäß der verschiedenen Arten von Material, also in Katalysatormaterial, Stabilisierungsmaterial, bei dem Verfahren hergestellter Kohlenstoff. Das ermöglicht eine ressourcen- und damit umweltschonende und wirtschaftlich günstige Rezirkulierung von Stabilisierungsmaterial und/oder Katalysatormaterial in die Wirbelschicht und erleichtert weitere Nutzung von bei dem Verfahren hergestelltem Kohlenstoff.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist eine Signalverarbeitungseinrichtung mit einem maschinenlesbaren Programmcode, dadurch gekennzeichnet, dass er Regelbefehle
zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist ein maschinenlesbarer Programmcode für eine Signalverarbeitungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Programmcode Regelbefehle aufweist, welche die Signalverarbeitungseinrichtung zur Durchführung eines
erfindungsgemäßen Verfahrens veranlassen.
15
20
25
30
35
201800291
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist ein Speichermedium mit einem darauf gespeicherten
erfindungsgemäßen maschinenlesbaren Programmcode.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Figur 1 zeigt schematisch beispielhaft eine
Ausführungsform des erfindungsgemäße Verfahrens.
Beschreibung der Ausführungsformen
Beispiele
In der Figur 1 ist schematisch dargestellt, wie ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und, bevorzugt graphitischem, Kohlenstoff, aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas durch Umsetzung an einem metall- und/oder metalloxid-haltigen Katalysatormaterial abläuft. In einen Wirbelschichtreaktor 1 wird kohlenwasserstoffhaltiges Gas 2 eingeleitet sowie metall- und/oder metalloxid-haltigen Katalysatormaterial 3,; im vorliegenden Fall eisen und eisenoxidhaltiges
Katalysatormaterial angedeutet als Kreise, eingegeben. Es
wird auch festes Stabilisierungsmaterial 4 - angedeutet als Quadrate - in einem Verhältnis von circa 40 Vol% relativ zum
Katalysatormaterial 3 eingegeben. Es bildet sich im Reaktor 1 eine Wirbelschicht, deren obere Grenze durch eine gewellte Linie angedeutet ist. Die Temperatur in der Wirbelschicht beträgt 600°C bis 1000°C. Kohlenwasserstoffe werden katalytisch in Kohlenstoff 5 - dargestellt durch hakenförmige Zeichenelemente - und Wasserstoff gespalten. Der aus dem Wirbelschichtreaktor austretende Gasstrom 6 besteht aus nicht umgesetzten Komponenten des kohlenwasserstoffhaltigen Gases und aus in der Wirbelschicht entstandenem Wasserstoff. Er
trägt Partikel aus der Wirbelschicht aus, deren
201800291 10
Austragsgeschwindigkeit entsprechend gering ist. Dargestellt ist schematisch das Austragen von kleinen Partikeln von Katalysatormaterial, Stabilisierungsmaterial und in der Wirbelschicht entstandenem Kohlenstoff. Eine nachfolgende Trennung der ausgetragenen Partikel in diese 3 Arten von Material ist schematisch angedeutet.
Auf eine Darstellung einer Trennung des Wasserstoffs von nicht umgesetzten Komponenten des kohlenwasserstoffhaltigen Gases beziehungsweise eine grundsätzlich mögliche Rezirkulierung dieser Komponenten in die Wirbelschicht wurde
zur besseren Übersichtlichkeit verzichtet.
11718
11 Liste der Bezugszeichen 1 Wirbelschichtreaktor 2 kohlenwasserstoffhaltiges Gas 3 Katalysatormaterial 4 Stabilisierungsmaterial 5 Kohlenstoff 6 austretender Gasstrom
Liste der Anführungen
Patentliteratur WO2011029144 WO2016154666 US20160156051A1 WO2017031529
12

Claims (10)

15 20 25 30 35 201800291 13 Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und, bevorzugt graphitischem, Kohlenstoff (5), aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas (2) durch Umsetzung an einem metall- und/oder metalloxid-haltigen Katalysatormaterial (3) in einer Wirbelschicht bei einer Temperatur von 600°C bis 1000°C, bevorzugt 700°C bis 900°C, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wirbelschicht auch ein festes Stabilisierungsmaterial (4) vorhanden ist in einem Verhältnis
von 10 Vol®% bis 60 Vol®% relativ zum Katalysatormaterial (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabilisierungsmaterial (4) Quarz und/oder Kohlenstoff
umfasst.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das metall- und/oder metalloxid-haltige Katalysatormaterial (3) eine größere Austragsgeschwindigkeit hat als der hergestellte Kohlenstoff (5).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabilisierungsmaterial (4) eine Austragsgeschwindigkeit hat, die größer oder gleich der
Austragsgeschwindigkeit des Katalysatormaterials (3) ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass kontinuierliche Zugabe von Stabilisierungsmaterial (4), und/oder von metall- und/oder metalloxid-haltigem Katalysatormaterial (3), zu der Wirbelschicht erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Trennung von aus der Wirbelschicht
ausgetragenen Materialien erfolgt.
15
20
201800291 14
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem metall- und/oder metalloxid-haltigen Katalysatormaterial (3) um eisen-
und/oder eisenoxid-haltiges Katalysatormaterial (3) handelt.
8. Signalverarbeitungseinrichtung mit einem maschinenlesbaren Programmcode, dadurch gekennzeichnet, dass er Regelbefehle zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
9. Maschinenlesbarer Programmcode für eine Signalverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Programmcode Regelbefehle aufweist, welche die Signalverarbeitungseinrichtung zur Durchführung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens veranlassen.
10. Speichermedium mit einem darauf gespeicherten
maschinenlesbaren Programmcode nach Anspruch 9.
ATA50267/2019A 2019-03-28 2019-03-28 Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenstoff aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas AT522315B1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50267/2019A AT522315B1 (de) 2019-03-28 2019-03-28 Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenstoff aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas
PCT/EP2020/057114 WO2020193254A1 (de) 2019-03-28 2020-03-16 Verfahren zur herstellung von wasserstoff und kohlenstoff aus einem kohlenwasserstoffhaltigen gas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50267/2019A AT522315B1 (de) 2019-03-28 2019-03-28 Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenstoff aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas

Publications (2)

Publication Number Publication Date
AT522315B1 AT522315B1 (de) 2020-10-15
AT522315A4 true AT522315A4 (de) 2020-10-15

Family

ID=69845430

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ATA50267/2019A AT522315B1 (de) 2019-03-28 2019-03-28 Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenstoff aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT522315B1 (de)
WO (1) WO2020193254A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018170543A1 (en) * 2017-03-20 2018-09-27 Hazer Group Limited System for the production of hydrogen and graphitic carbon
WO2018189723A1 (en) * 2017-04-14 2018-10-18 King Abdullah University Of Science And Technology Treated iron ore catalysts for production of hydrogen and graphene

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2889268A1 (de) * 2009-09-10 2015-07-01 The University of Tokyo Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchen und Wasserstoff sowie Vorrichtung zur gleichzeitigen Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchen und Wasserstoff
US20120258374A1 (en) 2009-09-10 2012-10-11 The University Western Australia Process for Producing Hydrogen from Hydrocarbons
DE102009053169A1 (de) * 2009-09-28 2011-04-21 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Kontrolle eines Schmelzvorganges in einem Lichtbogenofen sowie Signalverarbeitungseinrichtung, Programmcode und Speichermedium zur Durchführung dieses Verfahrens
WO2012068782A1 (en) * 2010-11-25 2012-05-31 Ka Chun Kalvin Tse System and method for hydrogen production
MY188748A (en) 2015-03-31 2021-12-28 Hazer Group Ltd A process for producing hydrogen and graphitic carbon from hydrocarbons
JP6986009B2 (ja) 2015-08-26 2021-12-22 ヘイザー グループ リミテッド 黒鉛の形態を制御するプロセス
CN111372681A (zh) * 2017-09-18 2020-07-03 西弗吉尼亚大学 用于可调基底生长的多壁碳纳米管的催化剂和工艺

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018170543A1 (en) * 2017-03-20 2018-09-27 Hazer Group Limited System for the production of hydrogen and graphitic carbon
WO2018189723A1 (en) * 2017-04-14 2018-10-18 King Abdullah University Of Science And Technology Treated iron ore catalysts for production of hydrogen and graphene

Also Published As

Publication number Publication date
AT522315B1 (de) 2020-10-15
WO2020193254A1 (de) 2020-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3131257C2 (de) Verfahren zum Entfernen von Schwefelwasserstoff aus Gasen
DE69006772T3 (de) Verfahren zur Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen.
DE69932362T2 (de) Entschwefelungsmittel und verfahren zur entschwefelung von kohlenwasserstoffen
DE3228482C2 (de) Verfahren zur Reaktion von Kohlenmonoxid mit Wasserdampf unter Bildung von Kohlendioxid und Wasserstoff und Verwendung eines Katalysators hierfür
DE102011080294A1 (de) Verfahren zur oxidativen Umwandlung von gasförmigen Alkanen in einem Wirbelschicht-Membran-Reaktor und ein Reaktor zur Durchführung dieses Verfahrens
DE102007057462A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Phosgen mit reduzierter CO-Emission
DE3146203C2 (de)
EP2496347B1 (de) Eisenhaltiger heterogenkatalysator und verfahren zur herstellung von olefinen durch umsetzung von kohlenmonoxid mit wasserstoff
DE60117803T2 (de) Fischer-tropsch verfahren
AT522315B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenstoff aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas
DE60116459T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Gemisches
DE2411986B2 (de) Verfahren zur selektiven Erzeugung von Flüssiggas Universal Oil Products Co., Des Piaines, IH. (V.StA.)
DE2739869A1 (de) Katalysator fuer in gegenwart von wasserstoff durchfuehrbare umwandlungsreaktionen und verfahren zur hydrierenden umwandlung von mineraloel-beschickungsgut
DE3633710A1 (de) Verfahren zur herstellung von schwefeldioxid
DE1123074B (de) Dampf-Reformierungs-Verfahren fuer Kohlenwasserstoffe
DE102009015199A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Gashydraten
AT522823B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffmonoxid
DE102019130600A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff und Pyrolysekohlenstoff aus Kohlenwasserstoffen
AT206101B (de) Verfahren zur thermischen oder thermisch/katalytischen Umwandlung organische Schwefelverbindungen enthaltender, flüssiger oder gasförmiger Kohlenwasserstoffe
AT236916B (de) Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff
DE897999C (de) Verfahren zur Hydrierung von Kohlenstoffverbindungen
DE2654922A1 (de) Verfahren zum regenerieren von calciniertem, zu sulfid umgesetztem dolomit
DE1231219B (de) Kontinuierliches Kreislaufverfahren zur Herstellung von Wasserstoff
DE934766C (de) Verfahren zur Hydrierung von Kohlenoxyden zu fluessigen organischen Verbindungen
DE932307C (de) Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Aldehyden und Alkoholen