DE1567728A1 - Process for producing a gas rich in hydrogen and carbon from carbon distillation gases - Google Patents
Process for producing a gas rich in hydrogen and carbon from carbon distillation gasesInfo
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Description
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DR.W.P.BADT \ 00/(4.0 DR.WPBADT \ 00 / (4.0
10/65
EEP/HS10/65
EEP / HS
Verfahr·η »wc Erseugung ·ίη·β an Wasserstoff und Kohlenetoff reichen Gasee aus KohlendestillationsgasenProcess · η »wc Generation · ίη · β of hydrogen and carbon are rich in gases from carbon distillation gases
SI« Erfindung betrifft ein Verfahren nur Erzeugung eines an Wasserstoff und Kohlenoxyd reichen Gases durch katalytisch« Spaltung von Kohlendestillationsgasen in Anwesenheit von Wasserdampf und gegebenenfalls sauerstoffhaltigen Gasen, das als Auegangsgas für die Erzeugung eines fUr chemische Zwecke verwendbaren Uasee, ss. B. eines Syntheeegaaea oder dergleichen benutet werden kann.SI «The invention relates to a process only by producing a gas rich in hydrogen and carbon oxide catalytic «splitting of carbon distillation gases into Presence of water vapor and optionally oxygen-containing gases, which are used as exit gas for the generation of a Uasee usable for chemical purposes, see p. B. one Syntheeegaaea or the like can be used.
Die bei der trockenen Destillation τon Kohle s. B. in Koksöfen anfallenden Destillationsgase enthalten eine Heihe τοη Begleitstoffen, wie z. B. Benzol- und Naphthalin-Kohlenwasserstoffe, Teer, Blausäure, Ammoniak sowie Schwefelwasserstoff und organische Schwefelverbindungen. Bs ist bereits bekannt, aus derartigen,Gasen die unerwünschten Begleitstoffe »u entferntn und das gereinigte Gas Bit Wasserdampf und gegebenenfalls Luft katalytisch su einem an Wasserstoff und Kohlenozyd reichen Gases umsusetsen. Die katalytische Spaltung erfolgt dabei meist an Nickel-Katalysatoren. Die Entfernung der Begleitstoffe bedingt eine aufwendige Aufarbeitung der rohen Destillationsgase, bei der außerdem die Begleitstoffe als solche anfallen, die entweder vernichtet oder weiter aufgearbeitet werden müssen·The dry distillation τon coal see B. in Coke ovens contain a distillation gas Heihe τοη accompanying substances such. B. benzene and naphthalene hydrocarbons, Tar, hydrocyanic acid, ammonia as well as hydrogen sulfide and organic sulfur compounds. It is already known that from such gases the undesired ones Accompanying substances »u removed and the cleaned Gas bit water vapor and possibly air catalytically converted into a gas rich in hydrogen and carbon dioxide. The catalytic cleavage usually takes place on nickel catalysts. The removal of the accompanying substances requires a complex work-up of the crude distillation gases, which also includes the accompanying substances as such incurred that either have to be destroyed or further processed
Es gehört ferner ein Verfahren su? Reinigung von Kohlendestillationsgase unter ßrieugung eines an Kohleno*ydIt also includes a procedure su? Purification of coal distillation gases with the advice of a charcoal o * yd
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IOD/ / £. OIOD / / £. O
und Wasserstoff reichen Brenngases zum Stande der Technik, bei dem die rohen Destillationsgase bei Temperaturen zwischen 700 und 1300 0C in Anwesenheit Ton Vergasungsmitteln unter Verwendung τοη Spaltkatalysatoren umgesetzt und anschließend die im Spaltgas verbleibenden sauren Verunreinigungen, wie z· B. Schwefelwasserstoff, aus dem Spaltgas entfernt werden. Sie endotherm verlaufende Umsetzung muß in vorzugsweise von außen beheizten Kammern oder dergleichen durchgeführt werden, die aus keramischen Werkstoffen bestehen, da metallische Werkstoffe bei Anwesenheit des in dea zu spaltenden öas enthaltenen Schwefelwasserstoffes den auftretenden Beanspruchungen nicht standhalten. Die Verwendung keramischer Baustoffe ist insofern nachteilig, als sie wegen ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit und der gegenüber metallischen Werkstoffen erforderlichen größeren tanddicke hohe Heizraumtemperaturen erfordern und pro Oberflächeneinheit der Kammer einen nur geringen Wärmefluß zulassen. Ferner ist die Anwendung nennenswert erhöhter Betriebsdrucke bei Kammern aus keramischem Werkstoff nicht möglich. Bas bekannte Verfahren verlangt außerdem die Verwendung schwefelfester Katalysatoren und längerer Verweilzeiten, die dadurch bedingt sind, daß die Aktivität solcher Katalysatoren, z. B. die von Nickelsulfid geringer ist als die Aktivität nicht schwefelfester Katalysatoren, z. B. von metallischem nickel.and hydrogen-rich fuel gas of the state of the art, in which the crude distillation gases are converted at temperatures between 700 and 1300 0 C in the presence of clay gasifying agents using τοη cracking catalysts and then the acidic impurities remaining in the cracking gas, such as hydrogen sulfide, from the cracking gas removed. The endothermic reaction must be carried out in chambers or the like, which are preferably externally heated and which consist of ceramic materials, since metallic materials cannot withstand the stresses occurring in the presence of the hydrogen sulfide contained in the dea to be cleaved. The use of ceramic building materials is disadvantageous in that, because of their low thermal conductivity and the greater thickness required compared to metallic materials, they require high boiler room temperatures and only allow a low heat flow per unit surface area of the chamber. Furthermore, the use of significantly increased operating pressures in chambers made of ceramic material is not possible. Bas known method also requires the use of sulfur-resistant catalysts and longer residence times, which are due to the fact that the activity of such catalysts, eg. B. that of nickel sulfide is less than the activity of non-sulfur-resistant catalysts, e.g. B. of metallic nickel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus Kohlendestillationsgasen unter Versieht auf umständliche und langwierige Reinigungsverfahren ein an Wasserstoff undThe invention is based on the object of carbon distillation gases under assists in cumbersome and lengthy cleaning processes on hydrogen and
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Kohlenoxyd reiches Gas herzustellen, wobei die Nachteile des beschriebenen bekannten Verfahrens vermieden werden sollen, bei dem die rohen Destillationsgase direkt der katalytischen Spaltung unterworfen werden.To produce carbon-oxide-rich gas, with the disadvantages the known method described should be avoided in which the crude distillation gases directly be subjected to catalytic cleavage.
Bei dem Verfahren but Erzeugung τοη an Wasserstoff und Kohlenoxyd reichen Oasen durch katalytische Spaltung τοη Kohlendestillationsgasen in Anwesenheit τοη Wasserdampf und gegebenenfalls sauerstoffhaltigen Gasen, bei dem die rohen, die Vorlage des Koksofens verlassenden Gase gekühlt und die dabei flüssig anfallenden Kohlenwasserstoffe und das Kondeneatwasser abgetrennt werden, besteht die Erfindung darin, daß die Gase anschließend auf einen Druck τοη 1,5 bis 30 ata, vorzugsweise 3 bis 10 ata komprimiert und bei Temperaturen zwischen 250 bis 700 0C, Tor*ugsweiee 300 bis 500 0G katalytisch hydriert werden, worauf man aus dem Gas nach bekannten Reinigungsverfahren den Schwefelwasserstoff weitgehend entfernt und das Gas nach Zugabe von Wasserdampf und gegebenenfalls Sauerstoff oder Luft in an sich bekannter Weise bei Temperaturen zwischen 600 bis 1200 0C katalytisch kontinuierlich zu einem an Wasserstoff und Kohlenoxyd reichen Gas umsetzt·In the process of generating τοη oases rich in hydrogen and carbon oxide by catalytic cleavage τοη coal distillation gases in the presence τοη water vapor and optionally oxygen-containing gases, in which the raw gases leaving the coke oven are cooled and the liquid hydrocarbons and the condensate water are separated off, The invention consists in that the gases are then compressed to a pressure τοη 1.5 to 30 ata, preferably 3 to 10 ata and catalytically hydrogenated at temperatures between 250 to 700 0 C, Tor * ugsweiee 300 to 500 0 G, whereupon one the hydrogen sulfide is largely removed from the gas by known purification processes and, after the addition of steam and optionally oxygen or air, the gas is continuously converted into a gas rich in hydrogen and carbon oxide in a manner known per se at temperatures between 600 and 1200 ° C.
Bei der katalytiechen Hydrierung der gekühlten Grase, die in an sich bekannter Weise an Kobalt-Molybdän-Katalysatoren durchgeführt wird, werden die organischen Schwefelverbindungen in Schwefelwasserstoff umgewandelt, dessen Entfernung beispielsweise mit fiaseneisenerz oder Zinkoxyd bis auf weniger als 10 ppm. erfolgen kann. Bei der Hydrierung der Gase werden nicht nur die organischenIn the catalytic hydrogenation of the cooled grass, which is carried out in a known manner on cobalt-molybdenum catalysts is carried out, the organic sulfur compounds are converted into hydrogen sulfide, its removal, for example, with fiaseneisenerz or Zinc oxide to less than 10 ppm. can be done. When the gases are hydrogenated, not only the organic
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Schwefelverbindungen in Schlief el wasser stoff angewandelt und die im Gas enthaltenen Begleitstoffe wie Blausäure, Ammoniak und Stickoxyd in größeres oder geringerem Umfang in ihre Kiemente «erlegt, sondern auch die Olefine fast vollständig in gesättigte Kohlenwasserstoffe umgewandelt· Die in dem hydrierten aas nach der .Entfernung des Schwefelwasserstoffes noch vorhandenen Beimengungen wie z· B. Ammoniak, Spuren von Blausäure und Stickoxyden und dergleichen stören bei der nachfolgenden Umsetzung nicht· Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß sich durch die Umwandlung der Olefine die Wirksamkeit des Katalysators bei der Umsetzung der Gase mit Wasserdampf und gegebenenfalls Sauerstoff oder Luft wesentlich steigern läßt, wodurch es möglich ist, dieselbe Umsetzung entweder mit kürzeren Verweilseiten oder mit niedrigeren Temperaturen durchzuführen als sie bei der Spaltung von nicht hydriertem Kohlendeetillationegas erforderlich ist, dessen Schwefelgehalt mit anderen Mitteln, z. B. Aktivkohle, auf den gleichen Viert an der Eintrittsstelle in den Nickelkatalysator gebracht worden ist. Die Möglichkeit, einen bestimmten Umsatzgrad bereits bei niedrigeren !Temperaturen erhalten zu können, ist deswegen von großem Vorteil, weil die Katalysatoren im allgemeinen in metallischen Bohren angeordnet sind und die Anwendung höherer Betriebsdruck· bei gleichen Rohrwandstärken möglich ist·Sulfur compounds converted into sleeping hydrogen and the accompanying substances contained in the gas such as Hydrocyanic acid, ammonia, and nitrogen oxide to a greater or lesser extent in their girdles, but also the olefins almost entirely into saturated hydrocarbons converted · Those still present in the hydrogenated gas after the removal of the hydrogen sulfide Admixtures such as ammonia, traces of hydrocyanic acid and nitrogen oxides and the like interfere with the subsequent process Implementation not · It has surprisingly been found that the conversion of the olefins the effectiveness of the catalyst in reacting the gases with water vapor and optionally oxygen or air can be increased significantly, which makes it possible to carry out the same conversion with either shorter residence times or at lower temperatures than those used in the cracking of non-hydrogenated coal distillation gas is required, the sulfur content by other means, such. B. activated carbon on the same fourth has been brought into the nickel catalyst at the point of entry. The possibility of a specific To be able to obtain the degree of conversion even at lower temperatures is of great advantage because the catalysts are generally arranged in metallic bores and the application of higher operating pressure is possible with the same pipe wall thickness
Da man das erzeugte Gas in den meisten fällen unter Druck benötigt, besteht ein weiterer Vorteil des Verfahrens darin, daß dieser Druck bereits in den Vorstufen vorhandenSince in most cases the gas produced is required under pressure, another advantage of the process is that that this pressure already exists in the preliminary stages
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iat. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Kompression der gekühlten Gase in mehreren Stufen durchgeführt, Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Abfuhr der Kompressionswärme nach den einzelnen Stufen erfindungsgemäfi in der Weise vorzunehmen, daß der !Taupunkt fUr das noch im Gas enthaltene Naphthalin nicht erreicht oder gar unterschritten wird.iat. According to a further feature of the invention the compression of the cooled gases in several stages carried out, It has proven to be expedient to dissipate the heat of compression after the individual To undertake steps according to the invention in such a way that the dew point for the naphthalene still contained in the gas is not reached or is even below it.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrene kann man Tor der Hydrierung den in dem gekühlten Gas enthaltenen Schwefelwasserstoff sowie die Naphthalin-Kohlenwasserstoffe ganz oder teilweise entfernen· Erfindungegeeäö kann man zur Entfernung der Naphthalin-Kohlenwasserstoffe die bei der Kühlung des fiohgases flüssig anfallenden Kohlenwasserstoffe benutzen. Sie Naphthalin-Kohlenwasserstoffe können vor oder nach der Kompression oder auch nach den einzelnen Kompressionsstufen entfernt werden·In a further embodiment of the method can one gate of the hydrogenation contained in the cooled gas and the naphthalene hydrocarbons completely or partially remove · inventionsegeeäö can be used to remove the naphthalene hydrocarbons when cooling the fiohgases liquid use hydrocarbons. You naphthalene hydrocarbons can be removed before or after compression or after each compression stage will·
Die katalytisch Umsetzung kann an bekannten Katalysatoren vorgenommen werden* die nicht schwefelfest zu sein brauchen; beispielsweise kann man Nickel-Katalysatoren auf eines Trägermaterial benutzen·The catalytic conversion can be carried out on known catalysts are made * which do not need to be sulfur-resistant; for example one can use nickel catalysts use a carrier material
Me Erfindung wird im folgenden an zwei Ausführungsbeispielen erläutert}The invention is illustrated below using two exemplary embodiments explained}
£in aus der Vorlage eines Koksofens austretendes Destillationegas wurde nach Abscheidung des Dickteere auf eine£ in distillation gas emerging from the receiver of a coke oven was after deposition of the thick tea on a
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Temperatur von 20 0C gekühlt. Mach Entfernung der dabei flussig anfallenden Kohlenwasserstoffe und des Kondensat· wassers hatte das Gas die folgende ZusammensetsungiTemperature of 20 0 C cooled. After the removal of the liquid hydrocarbons and the condensate water, the gas had the following composition
und enthielt pro Normalkubikmeter folgende Begleitetoffetand contained the following accompanying toff per normal cubic meter
1Θ g Teer1Θ g tar
29,6 g Benzol und Homologe29.6 g benzene and homologues
0,4 g Naphthalin0.4 g naphthalene
9,3 g Ammoniak9.3 g ammonia
1,1 g Blausäure1.1 g hydrogen cyanide
7,6 g Schwefelwasserstoff7.6 g of hydrogen sulfide
0,5 g organische Schwefelverbindungen 19 g Wasser0.5 g organic sulfur compounds 19 g water
Dieses Gas wurde in drei Stufen auf 8,2 ata komprimiert und bei Temperaturen von 380 bis 400 0C bei Belastungen von etwa 2000Nur/mn hydriert, wobei eine gemessene Volumenverringerung von rund 6 £ eintrat. Als Katalysator diente ein Kobalt-Molybdän-Katalysator. Nach der Hydrierung betrug der Gehalt des Gases an schweren Kohlenwasserstoffen nur noch 0,1 V0I.-9&. Blausäure und organische Schwefelverbindungen waren nur noch in Spuren vorhanden.This gas is compressed in three stages to 8.2 ata and hydrogenated at temperatures of 380-400 0 C at loads of about 2000Nur / mn, where a measured volume reduction of about 6 £ occurred. A cobalt-molybdenum catalyst served as the catalyst. After the hydrogenation, the heavy hydrocarbon content of the gas was only 0.1 V0I.-9%. Hydrocyanic acid and organic sulfur compounds were only present in traces.
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Die Entfernung dee Schwefelwasserstoffes aus dem hydrierten Gas erfolgte in bekannter «eise durch Überleiten Über Kalk bei Temperaturen zwischen 420 und 450 0C bis auf 6 bis β ppm.Distance dee hydrogen sulfide from the hydrogenated gas was carried out in a known "else by passing it over lime at temperatures of 420-450 0 C to 6 to β ppm.
Dae bo Torgereinigte Gas wurde mit Wasserdampf im Verhältnis Ton etwa 1 : 0,8 gemischt und an einem Nickel-Katalysator umgesetzt. Der Druck am Eintritt in den Katalysator betrug 1,6 ata, die Austrittstemperatur 650 0C bei Verweilseiten von weniger -als einer Sekunde. Das auf diese leise erhaltene Gas hatte folgende Zusammensetzung*Dae bo gate-cleaned gas was mixed with steam in the ratio of clay about 1: 0.8 and reacted over a nickel catalyst. The pressure at the inlet of the catalyst was 1.6 ata, the exit temperature of 650 0 C at Feature pages of less -as a second. The gas quietly obtained in this way had the following composition *
CO2 3,0 VoI,-*CO 2 3.0 VoI, - *
CO 17,3 VcI.-*CO 17.3 VcI .- *
H2 75,4 Vol.-*H 2 75.4 vol .- *
CH4 1,7 Vol.-*CH 4 1.7 vol .- *
S2 2,6 Vol.-*S 2 2.6 vol .- *
Besogen auf das ursprünglich eingesetzte Kohlendestillationsgaa betrug die Volumenzunahme rund 100 ^. Das Gas enthielt je mr noch etwa 3 ppm Schwefelwasserstoff sowie etwa 180 g Wasser und etwa 0,03 g Ammoniak. Der Methan-Umsats' betrug, bezogen auf die ursprünglich vorhandene Menge, rund 87 *·In relation to the coal distillation gas originally used, the increase in volume was around 100 ^. The gas still contained about 3 ppm hydrogen sulfide as well as about 180 g water and about 0.03 g ammonia per mr. The methane turnover, based on the originally available amount, was around 87 *
Bei der Spaltung eines Kohlendestlllationsgases, das nicht einer vorhergehenden Hydrierung unterworfen wurde und ebenfalls nur 6 bis 8 ppm Schwefelwasserstoff am Eintritt in den Spaltkatalysator enthielt, wurde unter den gleichen Betriebsverhältnissen nur ein Methan-Umsatz von rund 73 * erreicht.When splitting a coal distillation gas that has not been subjected to prior hydrogenation and also only contained 6 to 8 ppm hydrogen sulfide at the entry into the cleavage catalyst, was among the The same operating conditions only achieved a methane conversion of around 73 *.
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- 8 Beispiel 2 - 8 Example 2
Das in Beispiel 1 benutzte Kohlendestillationagae wurde wie in dem vorhergehenden Beispiel hydriert und der Schwefelwasserstoff nach der Hydrierung durch Überleiten Über eine Zinkoxydmasse bei 350 bis 400 0C bis auf 2 bis 4 PP« entfernt. Das so vorgereinigte (Jas wurde mit lasserdampf im Verhältnis von etwa 1 : 0,8 gemischt und in Gegenwart von Nickel auf Trägermaterial bei einem Druck von 8 ata und einer Temperatur von 900 0G umgesetzt. Die Katalysatorbelastung betrug etwa 1200 Hnr/m h· Da* erhaltene Gas hatte folgende Zusammensetzung!The carbon distillation agae used in Example 1 was hydrogenated as in the previous example and the hydrogen sulfide was removed after the hydrogenation by passing it over a zinc oxide mass at 350 to 400 ° C. down to 2 to 4 ppm. The pre-cleaned (Jas) was mixed with steam in a ratio of about 1: 0.8 and reacted in the presence of nickel on a support material at a pressure of 8 ata and a temperature of 900 ° G. The catalyst loading was about 1200 Hnr / m h · The gas obtained had the following composition!
Die Volumenzunahme betrug, bezogen auf das ursprünglich eingesetzte Kohlendestillationsgas etwa 125 Jt*The increase in volume, based on the coal distillation gas originally used, was about 125 Jt *
Bei der Spaltung eines nicht hydrierten Kohlendestillatlongsgases mit gleichem Schwefelgehalt und unter gleichen Betriebsverhältnissen wurde, um einen Methan-Gehalt von 0,8 Vol.-^C im und gas zu erreichen, eine Temperatur von 965 0C benötigt.In the cleavage of a non-hydrogenated carbon distillate long gas with the same sulfur content and under the same operating conditions, a temperature of 965 ° C. was required in order to achieve a methane content of 0.8 vol .- ^ C in and gas.
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