DE1255641B - Process for the production of hydrogen - Google Patents
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMT Int. CL: PATENT OFFICE Int. CL:
COIbCOIb
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Deutsche Kl.: 12 i-1/18 German class: 12 i- 1/18
Nummer: 1 255 641 ,Number: 1 255 641,
Aktenzeichen: M 55903 IV a/12 iFile number: M 55903 IV a / 12 i
Anmeldetag: 26. Febriiar 19.6,3. Registration date: February 26th, 19.6.3.
Auslegetag: 7. Dezember 1967Opened on: December 7, 1967
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffgas technischen Reinheitsgrades durch katalytisch^ Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf.The invention relates to an improved process for the production of technical grade hydrogen gas through the catalytic conversion of hydrocarbons with water vapor.
Das derzeit übliche Verfahren zur Herstellung von technischem Wasserstoffgas besteht ausThe currently common process for the production of technical hydrogen gas consists of
a) einer katalytischen Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf bei Drücken im Bereich von ungefähr 7 bis ungefähr 10,5 atü,a) a catalytic conversion of hydrocarbons with water vapor at pressures im Range from about 7 to about 10.5 atmospheres,
b) Konvertierung des Produkts dieser ersten Umsetzung zur Überführung der Hauptmenge des Kohlenmonoxids in Kohlendioxid, ,b) Conversion of the product of this first implementation to convert most of the carbon monoxide into carbon dioxide,,
c) Entfernung von CO2 aus dem rohen Wasserstoffgas und . .c) Removal of CO 2 from the crude hydrogen gas and. .
d) Entfernung des CO aus dem Wasserstoff durch Überführung in Methan oder mittels Absorption durch Kupfer(I)-salzlösungen, sofern die mit dem Wasserstoff durchzuführende Hydrierung durch die Anwesenheit von Kohlenmonoxid ungünstig ao beeinflußt wird.d) removing the CO from the hydrogen by conversion into methane or by absorption by copper (I) salt solutions, to be performed with the hydrogen hydrogenation provided by the presence of carbon monoxide is adversely affected ao.
Beim ersten Arbeitsgang dieser konventionellen Verfahren werden die Kohlenwasserstoffe zu über 90 °/0 zu Wasserstoff umgesetzt.In the first step of this conventional process, the hydrocarbons are converted to about 90 ° / 0 hydrogen.
Eine große Anzahl von Anlagen zur Gewinnung von Wasserstoff auf der ganzen Welt arbeitet nach dem Verfahren der katalytischen Reformierung von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf bei erhöhten Temperaturen. Die meisten davon werden unter solchen Bedingungen betrieben, daß sich bei diesem Verfahrensschritt eine sehr hohe Umwandlung der Kohlenwasserstoffe von z.B. über 90°/0 und damit auch eine möglichst weitgehende Bildung von Wasserstoff ergibt, da eine Beimischung von inerten Gasen, wie etwa Methan, die Verwendungsfähigkeit des Wasserstoffs beeinträchtigt. Bei einem Hydrierverfahren, z. B. etwa bei der Hochdruckhydrierung von Kohlenstoff enthaltenden Materialien, verursacht eine Verunreinigung des Wasserstoffs durch ein inertes Gas, wie etwa Methan, eine wesentliche Beeinträchtigung der Wirksamkeit des Arbeitsganges. Bei vielen Hydrierungen ist es erforderlich, in der Gasphase eine Wasserstoffkonzentration von ungefähr 90 % aufrechtzuerhalten. Unter diesen Umständen verlangt das Einführen von 1 Volumteil eines inerten Kohlenwasserstoffs mit dem umzusetzenden Gas die gleichzeitige Zugabe von mehr als 9 Volumteilen Wasserstoff, von welchen aber 9 Teile dem System verloren sind, da jedes Mol Methan, das eingelassen wird, 9 Mol Wasserstoff praktisch unwirksam macht.A large number of plants for the production of hydrogen around the world use the process of catalytic reforming of hydrocarbons with water vapor at elevated temperatures. Most of them are operated under such conditions that in this process step a very high conversion of the hydrocarbons of, for example, over 90 ° / 0 and thus also the greatest possible formation of hydrogen results, since an admixture of inert gases such as methane, the The usability of the hydrogen is impaired. In a hydrogenation process, e.g. B. in the high pressure hydrogenation of carbon-containing materials, contamination of the hydrogen by an inert gas, such as methane, causes a significant impairment of the efficiency of the operation. In many hydrogenations it is necessary to maintain a hydrogen concentration of approximately 90% in the gas phase. Under these circumstances, the introduction of 1 part by volume of an inert hydrocarbon with the gas to be reacted requires the simultaneous addition of more than 9 parts by volume of hydrogen, of which 9 parts are lost to the system, since every mole of methane admitted, 9 moles of hydrogen are practically ineffective power.
Es ist bekannt, daß die Reformierung von Kohlenwasserstoffen bei erhöhtem Druck gewisse wirtschaft-Verfahren zur Herstellung von WasserstoffIt is known that the reforming of hydrocarbons at elevated pressure is certain economic processes for the production of hydrogen
Anmelder:Applicant:
Walton H. Marshall jun.,Walton H. Marshall Jr.,
Downings, Va. (V. St. A.)Downings, Va. (V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,Dr.-Ing. E. Maier, patent attorney,
Stuttgart i, Werastr. 24Stuttgart i, Werastr. 24
Als Erfinder benannt:
Walton H. Marshall jun.,
Downings, Va. (V. St. A.)Named as inventor:
Walton H. Marshall Jr.,
Downings, Va. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
V. St. v. Amerika vom 28. Februar 1962 (176 362)V. St. v. America 28 February 1962 (176 362)
liche Vorteile erbringt, da die Aufwendungen für die Kompression des Gases vermindert und eine bessere Rückgewinnung der Wärme ermöglicht wird. Auf der anderen Seite ist ebenfalls bekannt, daß die Anwendung von höherem Druck die Konvertierung des Kohlenwasserstoffs verlangsamt. Die für gewöhnlich als Hauptreaktion sich abspielende Umsetzung kann z. B. durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:liche advantages, since the expenses for the Compression of the gas is reduced and a better recovery of the heat is made possible. On the On the other hand, it is also known that the application of higher pressure will reduce the conversion of the hydrocarbon slowed down. The reaction that usually takes place as the main reaction can e.g. B. can be expressed by the following equation:
CH4 + H2O -* CO + 3H2 CH 4 + H 2 O - * CO + 3H 2
Unter Zugrundelegung dieser Gleichung ergibt sich nach dem Massenwirkungsgesetz, daß die Verlangsamung der Reaktion proportional dem. Quadrat des im System herrschenden absoluten Drucks ist. Dementsprechend muß bei der Konstruktion einer Anlage zur Wasserstofferzeugung ein Kompromiß zwischen den spezifischen Vorteilen, welche sich durch die Anwendung höherer Drücke ergeben, auf der einen Seite und dem damit verbundenen Nachteil einer weniger weitgehenden Umwandlung des Kohlenwasserstoffs auf der anderen Seite gefunden werden. Bei der gegenwärtigen industriellen Praxis wird Wasserstoff bei einem Druck von ungefähr 8,75 atü oder darunter hergestellt und dabei eine Umwandlung des Kohlenwasserstoffs bis zu ungefähr 90% und mehr erzielt. Dies gilt für die unmittelbare Bildung des Wasserstoffs; nach der Reinigung des Rohgases und Überführung des Kohlenmonoxids in Methan erreicht der Wasserstoff Reinheitsgrade von 96 % und höher. In manchen Anlagen zur Gewinnung von Ammoniak-Synthesegas werden bekanntlich höhereOn the basis of this equation it follows from the law of mass action that the deceleration the response proportional to that. Is the square of the absolute pressure in the system. Accordingly, a compromise must be made in the construction of a hydrogen generation plant between the specific advantages that result from the use of higher pressures on the one side and the associated disadvantage of a less extensive conversion of the hydrocarbon to be found on the other side. In current industrial practice, Hydrogen is produced at a pressure of about 8.75 atmospheres or less with a conversion in the process of the hydrocarbon up to about 90% and more. This applies to immediate education of hydrogen; after cleaning the raw gas and converting the carbon monoxide into methane the hydrogen reaches degrees of purity of 96% and higher. In some plants for the extraction of Ammonia synthesis gas is known to be higher
709 707/526709 707/526
3 43 4
Drücke angewandt, doch wird bei diesem Verfahren Gemäß dieser Zeichnung wird ein KohlenwasserstoffPressures are applied, but according to this drawing, a hydrocarbon is used in this process
in einem zweiten Reformierungsschritt Luft eingeführt, oder eine Mischung von Kohlenwasserstoffen undintroduced in a second reforming step air, or a mixture of hydrocarbons and
wodurch ein Temperaturanstieg herbeigeführt wird, Wasserdampf in der Konvektionszone eines Refor-causing a rise in temperature, water vapor in the convection zone of a reformer
welcher den verzögernden Effekt des erhöhten Druckes mierungsofens 1 auf eine Temperatur von ungefährwhich the retarding effect of the increased pressure mierungsofens 1 on a temperature of about
wieder ausgleicht. 5 400 0C vorerhitzt, worauf die aus den genanntenrebalances. 5 400 0 C preheated, whereupon the from the mentioned
Entgegen allen Erwartungen und für den Fachmann zwei Bestandteilen bestehende Mischung in nichtContrary to all expectations and for a person skilled in the art, two-component mixture in not
völlig überraschend wurde gefunden, daß die Her- dargestellte, mit dem Katalysator gefüllte RöhrenIt was found, completely surprising, that the tubes prepared were filled with the catalyst
stellung von Wasserstoff durch Umsetzung von geleitet wird, die sich in der Strahlungswärmezone desposition of hydrogen by conversion of is conducted, which is in the radiant heat zone of the
Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf wesentlich ver- Reformierungsofens 1 befinden. Der Druck der in denHydrocarbons are significantly affected by steam in the reforming furnace 1. The pressure of the
bessert und auch in wirtschaftlicher Hinsicht weit io Reformierofen eintretenden Gase beträgt ungefährimproves and also from an economic point of view far io reforming furnace entering gases is approximately
rentabler durchgeführt werden kann, wenn erfindungs- 35 atü, und das Mengenverhältnis Wasserdampf zuCan be carried out more profitably if according to the invention, and the ratio of water vapor to
gemäß bei der Reformierung ein Wasserdampf- Kohlenstoff (Verhältnis der Zahl der Sauerstoffatomeaccording to a water vapor carbon (ratio of the number of oxygen atoms
Kohlenstoff-Verhältnis von ungefähr 3,0 bis ungefähr im Wasserdampf zur Zahl der Kohlenstoffatome imCarbon ratio from about 3.0 to about in the water vapor to the number of carbon atoms in the
7,0 und ein Druck-von ungefähr 21 bis ungefähr ... Kohlenwasserstoff) ist in. der vorgegebenen Gas-7.0 and a pressure-from about 21 to about ... hydrocarbon) is in. The specified gas-
50 ata eingehalten wird, und daß von dem gebildeten 15 mischung auf 4,0 eingestellt. Die Gase, die den50 ATA is observed, and that of the formed 15 mixture is set to 4.0. The gases that the
Wasserstoff die nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffe Reformierungsofen 1 mit einer Temperatur von unge-Hydrogen the unconverted hydrocarbons reforming furnace 1 with a temperature of un-
durch Tiefkühlung abgetrennt werden. fähr 8050C verlassen, enthalten infolge der einge-separated by freezing. about 805 0 C, contained due to the
Vorzugsweise wird ein Wasserdampf-Kohlenstoff- tretenen Umsetzung mit dem Wasserdampf ungefährPreferably, a water vapor-carbon reaction with the water vapor occurs approximately
Verhältnis von etwa 4 und ein Druck von etwa 35 ata 65% des vorgegebenen Kohlenstoffs in Form vonRatio of about 4 and a pressure of about 35 ata 65% of the given carbon in the form of
angewandt. 20 Oxiden des Kohlenstoffs. Das verbliebene Kohlen-applied. 20 oxides of carbon. The remaining coal
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wasserstoff-Material besteht größtenteils aus Methan,In a particularly preferred embodiment, hydrogen material consists largely of methane,
des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das bei der doch können auch noch geringe Mengen schwerererof the process according to the invention, this becomes heavier in the case of the but small amounts can also be used
Konvertierung erhaltene Kondensat verdampft und Kohlenwasserstoffe zugegen sein, sofern diese imConversion obtained condensate evaporates and hydrocarbons are present, provided that they are in the
in die Reformierungszone zurückgeführt. Dabei Ausgangsgas enthalten waren. In einem üblichenreturned to the reforming zone. It contained starting gas. In a usual
werden bei Anwendung eines Wasserdampf-Kohlen- 25 Abwärme-Dampfkessel 7 wird Wärme zur ErzeugungIf a steam-coal 25 waste heat steam boiler 7 is used, heat is used to generate it
stoff-Verhältnisses von etwa 3 bis 7 Drücke von etwa von Überschußdampf zwischen den Verbrennungs-substance ratio of about 3 to 7 pressures of about excess steam between the combustion
21 bis 50 ata bevorzugt, während sich bei Anwendung gasen der ersten Reformierung und Wasser ausge-21 to 50 ata preferred, while when using the first reforming gas and water out-
eines Wasserdampf-Kohlenstoff-Verhältnisses von etwa tauscht.a water vapor to carbon ratio of about exchanges.
3,5 Drücke von etwa 25 bis 42 ata als besonders Die den Reformierofen 1 verlassenden Gase werden3.5 pressures of about 25 to 42 ata are particularly the gases leaving the reforming furnace 1
vorteilhaft erwiesen haben. 30 in einem Dampfkessel 8 auf ungefähr 3700C abgekühlthave proven beneficial. 30 is cooled to approximately 370 ° C. in a steam boiler 8
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ver- und anschließend dem Konverter 2 zugeführt, inAnother advantage of the inventive supply and then supplied to the converter 2, in
fahrens liegt darin, daß den vorgereinigten Gasen vor welchem der Hauptanteil des Kohlenmonoxids indriving lies in the fact that the pre-cleaned gases in front of which the main part of the carbon monoxide is in
der Tieftemperaturtrennung weitere Mengen von Kohlendioxid übergeführt wird, wobei sich zusätzlichthe low-temperature separation further amounts of carbon dioxide is transferred, with additional
Wasserstoff geringen Reinheitsgrades hinzugefügt Wasserstoff bildet. Das in dem Dampfkessel 8 zuHydrogen of low purity added forms hydrogen. That in the steam boiler 8 to
werden können. 35 verdampfende Wasser kann beliebigen Ursprungs sein;can be. 35 evaporating water can be of any origin;
Das erfindungsgemäße verbesserte Verfahren zur es ist jedoch von besonderem Vorteil, hierfür verun-Herstellung von Wasserstoff besteht in einer kataly- reinigte Kondensate aus dem Prozeß selbst zu vertischen Konvertierung von Kohlenwasserstoffen, wie wenden, die nach der Konvertierung abgeschieden Methan, Pentan, oder schweren Kohlenwasserstoffen werden, und den verunreinigten Dampf in den Reformit Wasserdampf bei für diesen Zweck ungewöhnlich 40 mierofen 1 zurückzuführen, wie weiter unten ausführhohen Drücken. Dabei ergibt sich eine äußerst licher dargelegt wird.The improved method according to the invention for it is, however, particularly advantageous for this purpose of hydrogen consists in a catalyzed mix of condensates from the process itself Conversion of hydrocarbons, such as turning that deposited after the conversion Methane, pentane, or heavy hydrocarbons are used, and the contaminated steam in the reformite Water vapor can be traced back to 40 mierofen 1, which is unusual for this purpose, as detailed below To press. This results in an extremely licher is presented.
niedrige Umwandlung der Kohlenwasserstoffe im Bei der Konvertierung im Rahmen der praktischen
Bereich von ungefähr 50 bis ungefähr 85 % und Durchführung des erfindungsgemäß verbesserten Veryorzugsweise
im Bereich zwischen 60 und 75 °/0, so daß fahrens läßt sich eine Reihe von Variationen anwenden,
der dabei gebildete Wasserstoff von ungewöhnlich 45 so etwa die Verwendung von zwei oder mehr vergeringem
Reinheitsgrad ist und beim Arbeiten mit schiedenen Katalysatoren bei verschiedenen Temperadem
bevorzugten Umwandlungsgrad 27,5 bis 14% türen. Von den Reaktionsgasen, die den Konverter 2
an nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffen enthält. verlassen, kann, wie durch einen Dampfkessel 9 und
Um diesen wenig reinen Wasserstoff für die industrielle einen Wärmeaustauscher 10 angedeutet ist, weitere
Verwendung geeignet zu machen, wird nach dem 50 Abwärme zurückgewonnen werden. Der Gasstrom
vorliegenden Verfahren in der Reihe der aufeinander- gelangt dann in die heiße Seite einer Vorrichtung 11
folgenden Verfahrensschritte ein Arbeitsgang ange- zur thermochemischen Wärmerückgewinnung, wo
wandt, der bislang nicht erforderlich war. Dieser kondensierender Überschußdampf die Energie für
Verfahrensschritt ist die Trennung von Wasserstoff die in bekannter Weise vor sich gehende Regenerierung
und Kohlenwasserstoff durch Tiefkühlung, wodurch 55 von verbrauchten Reinigungslösungen, wie etwa
die Reinheit des Wasserstoffgases vorzugsweise bis wäßrige Lösungen von Monoäthanolamin und Kaliumauf
Gehalte von 97,5 bis 99 % gesteigert wird. Es hat carbonat, die zur Entfernung von Kohlendioxid aus
sich — völlig unerwartet — gezeigt, daß bei einer dem Wasserstoff verwendet werden, liefert,
derartigen partiellen Konvertierung des als Ausgangs- Das heiße Kondensat trennt sich bei ungefähr
material verwendeten Kohlenwasserstoffs in Ver- 60 127°C im Abscheider 3 ab, worauf der Gasstrom in
bindung mit einer Trennung durch Tiefkühlung einem Wärmeaustauscher 12 nahezu auf Raumtembeträchtliche
wirtschaftliche Vorteile gegenüber dem peratur abgekühlt wird; dabei wird praktisch die
konventionellen Verfahren zur Herstellung von Wasser- Gesamtmenge des noch verbliebenen Wasserdampfes
stoff erzielt werden können. zur Kondensation gebracht. Nach Entfernung des beilow conversion of the hydrocarbons in the conversion in the practical range of about 50 to about 85% and implementation of the inventive improved Very preferably in the range between 60 and 75 ° / 0 , so that a number of variations can be applied to the resulting drive Unusually 45 hydrogen is about the use of two or more lesser degrees of purity and when working with different catalysts at different temperatures, the preferred conversion is 27.5 to 14%. Of the reaction gases that the converter 2 contains of unconverted hydrocarbons. can be left, as indicated by a steam boiler 9 and in order to make this less pure hydrogen suitable for industrial use, a heat exchanger 10, after which waste heat will be recovered. The gas flow in the present process in the series of process steps then arrives at the hot side of a device 11 following a process step to thermochemical heat recovery, where it was not previously necessary. This condensing excess steam, the energy for the process step, is the separation of hydrogen, the regeneration, which takes place in a known manner, and hydrocarbon by deep freezing, whereby 55 of used cleaning solutions, such as the purity of the hydrogen gas, preferably to aqueous solutions of monoethanolamine and potassium to contents of 97.5 up to 99% is increased. It has shown carbonate, which for the removal of carbon dioxide from itself - completely unexpectedly - that in one of which hydrogen is used provides
The hot condensate separates with approximately the material used hydrocarbon in 60 127 ° C in the separator 3, whereupon the gas flow in connection with a separation by freezing a heat exchanger 12 almost to room temperature considerable economic advantages over the temperature is cooled; practically the conventional process for the production of water - the total amount of still remaining water vapor can be achieved. brought to condensation. After removing the
Die Zeichnung gibt eine bevorzugte Ausführung 65 der Abkühlung gebildeten Kondensats im Abscheider 4The drawing shows a preferred embodiment 65 of the cooling of the condensate formed in the separator 4
wieder und soll dazu dienen, das erfindungsgemäße gelangt das rohe Wasserstoffgas in. den CO2-Ab-again and should serve to ensure that the crude hydrogen gas according to the invention reaches the CO 2 exhaust
Verfahren und die bei seiner Durchführung erzielten scheider 5. Nach der Entfernung des CO2 ist derProcedure and the separators achieved in its implementation 5. After the removal of the CO 2 is the
Vorteile näher zu erläutern. Kohlenwasserstoffgehalt des Wasserstoffs ungewöhn-Explain advantages in more detail. Hydrocarbon content of hydrogen unusual
5 65 6
lieh hoch; er beträgt ungefähr 12°/0, während der in Wasserstoff pro Tag vermindert sich bei Anwendungborrowed high; it is about 12 ° / 0, while in hydrogen per day is reduced upon application
der üblichen Weise hergestellte Wasserstoff an dieser des verbesserten Verfahrens mit einem Druck vonthe usual way produced hydrogen on that of the improved process with a pressure of
Stelle nur noch 2 bis 3 °/0 oder weniger Kohlenwasser- ungefähr 35 atü bei der Reformierungsreaktion derOnly add 2 to 3 per cent. Or less of hydrocarbons to about 35 atmospheres in the reforming reaction
stoffe enthält. Der so gewonnene Wasserstoff ist Energieaufwand für die Komprimierung des Wasser-contains substances. The hydrogen obtained in this way is the energy required to compress the water
infolgedessen für Hydrierungsreaktionen noch nicht 5 Stoffs um ungefähr 1215 PS, verglichen mit demconsequently for hydrogenation reactions not yet 5 substance by about 1215 PS, compared with that
geeignet. entsprechenden Energiebedarf, der erforderlich ist,suitable. corresponding energy demand that is required,
Um die inerten Kohlenwasserstoffe zu entfernen, wenn die Reformierungsreaktion bei ungefähr 8,75 atüTo remove the inert hydrocarbons when the reforming reaction is at about 8.75 atm
wird das teilgereinigte Gas in der Vorrichtung 6 vorgenommen wird. Zieht man davon den Energie-the partially purified gas is made in the device 6. If one draws the energy
einem Tiefkühlprozeß unterworfen, bei welchem der bedarf von ungefähr 507 PS für die Gasreinigungsubjected to a deep-freeze process, in which the requirement of approximately 507 HP for the gas purification
Wasserstoff und die Kohlenwasserstoffe bei einer 10 durch Tiefkühlung ab, so ergibt sich eine echteHydrogen and the hydrocarbons at a 10 by freezing off, so there is a real one
Temperatur von ungefähr-168 bis ungefähr-1790C Ersparnis von ungefähr 708 PS. Außerdem liefertTemperature from about -168 to about -179 ° C. Savings of about 708 hp. Also supplies
in bekannter Weise voneinander getrennt werden. eine nach dem vorliegenden Verfahren mit einembe separated from one another in a known manner. one according to the present process with one
Dieser Tiefkühlprozeß erfordert Energiezufuhr von Druck von ungefähr 35 atü bei der Reformierungs-This deep-freezing process requires the supply of energy at a pressure of about 35 atmospheres during the reforming process.
außen, die durch das durch die Zuleitung 13 zugeführte reaktion arbeitende Anlage im Abwärmedampfkesseloutside, the system operating in the waste heat steam boiler through the reaction supplied through the feed line 13
komprimierte Kühlmittel erfolgt, welches in ent- 15 der Reformierung so viel Wasserdampf als Neben-compressed refrigerant occurs, which corresponds to 15 of the reforming as much water vapor as a by
spanntem Zustand durch die Leitung 14 wieder produkt, daß damit die Kompressoren der Anlagestretched state through line 14 again product that thus the compressors of the system
abgeführt wird. Das durch Tiefkühlung bei ungefähr betrieben werden können, auch wenn der Wasserstoffis discharged. That can be operated by freezing at approximately, even if the hydrogen
-1730C gewonnene technische Wasserstoffgas ent- anschließend für eine Hochdruckhydrierung bei unge--173 0 C obtained technical hydrogen gas then for a high pressure hydrogenation at un-
hält ungefähr 98,5 °/0 Wasserstoff und ist nunmehr für fähr 210 atü oder höher verwendet wird. Wird in einerholds approximately 98.5 ° / 0 hydrogen and is now atm for ferry 210 or higher is used. Will be in a
Hydrierprozesse geeignet. Der vom Wasserstoff ab- 20 Anlage der gleichen Größe die Reformierung inSuitable for hydrogenation processes. From the hydrogen from 20 plant of the same size the reforming in
geschiedene Kohlenwasserstoff wird aus der Tiefkühl- üblicher Weise bei einem Druck von ungefähr 8,75 atüThe separated hydrocarbon is released from the freezer at a pressure of approximately 8.75 atmospheres
anlage unter einem verhältnismäßig niedrigen Druck bei weitgehender Umsetzung der Reaktionspartnerplant under a relatively low pressure with extensive conversion of the reactants
durch eine Leitung 15 abgezogen. durchgeführt, so ergibt sich in der Wasserdampf-withdrawn through a line 15. carried out, then results in the water vapor
Ein zusätzlicher Vorteiltes vorliegenden Verfahrens erzeugung ein Defizit, so daß die gesamte Energie fürAn additional advantage of the present process creates a deficit so that all of the energy is used for
besteht darin, daß in der Tiefkühlanlage auch Kohlen- a5 die Kompressoren zusätzlich aufgewandt werdenis that the compressors are additionally expended in the freezing plant also carbon a5
monoxid abgeschieden werden kann, so daß der muß.monoxide can be deposited, so that must.
Kohienmonoxidanteil im erzeugten Wasserstoff dabei Das vorliegende verbesserte Verfahren ist weiterhin
auf 0,1 Promille oder noch weniger herabgesetzt wird. in folgenden Punkten der bisher üblichen Verfahrens-Auf
diese Weise entfällt die Notwendigkeit, den weise überlegen:
Wasserstoff, der für Hydrierverfahren verwendet Qn N „ .... .... ,„„, . ., ,Carbon monoxide content in the hydrogen produced here. The present improved process is further reduced to 0.1 per thousand or even less. In the following points of the previously usual procedure, there is no need to think wisely:
Hydrogen used for hydrogenation processes Qn N ".... ....,"",. .,,
werden soll, welche mit einem Katalysator arbeiten, 3 a> g5 glbt u^efahr 50 /» wemger Abgas von der which should work with a catalytic converter, 3 a > g 5 glbt u ^ efahr 50 / » wemger exhaust gas from the
der gegen Kohlenmonoxid empfindlich ist, in einem Hydrieran age,who is sensitive to carbon monoxide, in a hydration system,
besonderen Arbeitsgang zur Überführung des Kohlen- b) es liefert Wasserstoff, der weniger als 0,1 Promillespecial process for transferring the carbon b) it delivers hydrogen that is less than 0.1 per mille
monoxids in Methan weiterzureinigen. Kohlenmonoxid enthält, undto further purify monoxides in methane. Contains carbon monoxide, and
Ein anderer Vorzug des verbesserten Verfahrens 35 c) erIaubt das Auf konzentrieren des WasserstoffsAnother benefit of the improved process 35 c) allows the hydrogen to be concentrated
besteht darm, daß es sich auch zur gleichzeitigen aus den Abgasen und die Verwendung vonthere is darm that there is also to be the simultaneous from the exhaust gases and the use of
Verarbeitung von anderweitig erzeugtem Wasserstoff weni reinem Wasserstoff fremder HerkunftProcessing of otherwise generated hydrogen, little pure hydrogen of foreign origin
geringen Reinheitsgrades oder zur Auffrischung von als Teü der Beschickung der Hydrieranlage. Abgasen oder im Kreislauf geführten Gasen vonlow degree of purity or to freshen up as part of the charge to the hydrogenation plant. Exhaust gases or circulated gases from
Hydrieranlagen eignet. In der Abbildung ist dargestellt, 40 Um die Vorteile des vorliegenden Verfahrens imHydrogenation plants are suitable. In the figure it is shown 40 In order to take advantage of the present procedure in
daß diese Gase durch eine Leitung 16 dem System vollen Umfang zu erreichen, müssen die folgendenIn order for these gases to reach the system to the full extent through a line 16, the following must be observed
vor dem CO2-Abscheider 5 zugeführt werden, damit Arbeitsbedingungen eingehalten werden:upstream of the CO 2 separator 5 so that working conditions are met:
etwa vorhandene saure Bestandteile wie CO2 oder i. Bei der Reformierung soll die Umwandlung derany acidic constituents present such as CO 2 or i. When reforming, the conversion of the
H2S entfernt werden. Enthält der anderweitig erzeugte Kohlenwasserstoffe in Wasserstoff und Oxide desH 2 S are removed. Contains the otherwise produced hydrocarbons in hydrogen and oxides of the
Wasserstoff jedoch keine derartigen Verunreinigungen, 45 Kohlenstoffs zwischen ungefähr 50 und ungefähr 85°/0 However, no such impurities hydrogen, carbon 45 between about 50 and about 85 ° / 0
so kann er unmittelbar dem Tiefkühlprozeß zugeführt und vorzugsweise zwischen 60 und 75 °/0 gehaltenso it can be fed directly to the freezing process and preferably kept between 60 and 75 ° / 0
werden. werden. Wenn die Umwandlung unter 50% absinkt,will. will. If the conversion drops below 50%,
Nach den durchgeführten Berechnungen ist das so wjrd bei der Tiefkühlung ein KohlenwasserstoffgasAccording to the calculations carried out which is so j w ll in the deep-freezing is a hydrocarbon gas
Arbeiten nach dem vorliegenden verbesserten Ver- m;t zu geringem Druck erzeugt, was zur Folge hat,Working according to the present improved ver m ; t generated too little pressure, which has the consequence,
fahren unter den oben angegebenen Bedingungen erheb- 50 daß bei der dann erforderlichen Komprimierung fürdriving under the above conditions considerably since ß 50 at which then the necessary compression for
lieh wirtschaftlicher als der Betrieb einer konventio- dje Rückführung des mit niedrigem Druck anfallendenborrowed as the operation of a conven- d j e recirculation of the resulting economic low pressure
nellen Anlage, die mit einem Druck von ungefähr Gases die meisten Vorzüge des vorliegenden Verfahrensnelle plant which with a pressure of about gas most of the benefits of the present process
8,75 atü arbeitet. zunichte gemacht werden. Im bevorzugten Bereich8.75 atm works. be nullified. In the preferred area
Bei einer Anlage zur Herstellung von technischem entspricht die bei der Tiefkühlung mit niedrigem DruckIn the case of a plant for the production of technical equipment, that corresponds to that in the case of deep-freezing with low pressure
Wasserstoff mit einer Tagesproduktion von ungefähr 55 anfallende Menge von Kohlenwasserstoffgas ungefährHydrogen with a daily production of about 55 resulting amount of hydrocarbon gas about
325 000 Nm3 benötigt die Reinigung des Gases durch dem Brennstoff bedarf für die Reformierung oder ist325 000 Nm 3 required the purification of the gas by the fuel required for the reforming or is
Tiefkühlung einen zusätzlichen Energieaufwand von etwas geringer als dieser; infolgedessen besteht prak-Deep freezing requires slightly less energy than this; as a result, there is practically
ungefähr 507 PS zur Kompression des Kühlmittels und t[sc^ j^ine Notwendigkeit, dieses Gas erneut zuabout 507 hp to compress the coolant and t [ sc ^ j ^ ine need to re-add this gas
•eine Kapitalinvestition von einer Million U.S.-Dollar komprimieren, da es mit dem geringen Druck, mit• Compress a capital investment of one million US dollars as it comes with the low pressure of
für die Erstellung der Tiefkühlanlage. Bei dem neu- 5o welchem es unmittelbar zur Verfügung steht, alsfor the creation of the freezer system. With the new 5o whoever it is immediately available as
artigen verbesserten Verfahren der vorliegenden Brennstoff zum Beheizen . des Reformierungsofenslike improved method of heating the present fuel. of the reforming furnace
Erfindung werden jedoch weniger umfangreiche Ein- verwendet werden kann. Wenn die UmwandlungInvention, however, less extensive inputs can be used. When the conversion
richtungen zum Komprimieren des Wasserstoffs ungefähr 85 °/0 übersteigt, so muß der bei der Refor-directions for compressing the hydrogen exceeds about 85 ° / 0 , then the
benötigt; außerdem kann in den Dampfkesseln, welche mierung angewandte Druck so weit vermindert werden,needed; In addition, the pressure applied in the steam boilers can be reduced to such an extent that
die Abwärme der Reformierungsreaktion aufnehmen, g5 bis die Einsparungen wieder den zusätzlichen Aufwandabsorb the waste heat of the reforming reaction, g 5 until the savings return the additional effort
genügend Dampf als Nebenprodukt erzeugt werden, um für dje Tiefkühlung ausgleichen,sufficient steam are produced as by-product, to compensate f or d j e freezing,
damit alle Kompressoren der Anlage zu betreiben. 2. Der Druck bei der Reformierung sollte zwischento operate all compressors in the system. 2. The pressure in reforming should be between
Bei einer Anlage zur Erzeugung von 325 000 Nm3 ungefähr 20 und ungefähr 50 ata und vorzugsweiseFor a plant producing 325,000 Nm 3 approximately 20 and approximately 50 ata and preferably
i 255 641i 255 641
zwischen ungefähr 25 und ungefähr 42 ata gehalten wurden! Diese Grenzen für den Druck werden von der thermpchernischen Eigenart der Kohlenwasserstoffkonvertierung bestimmt und stehen in einer gewissen, nicht unmittelbaren Beziehung zu den oben angeführten Grenzen djer Umwandlung und den unten beschriebenen Grenzen des Wasserdämpf-Kohlenstoff-Verhältnisses. between about 25 and about 42 ata! These limits for printing are determined by the thermal peculiarity of hydrocarbon conversion determined and are in a certain, not immediate relationship to the above Limits of the conversion and the limits of the water vapor to carbon ratio described below.
3. Das. Atomverhältnis Sauerstoff (aus Wasserdampf) zu Kohlenstoff (aus Kohlenwasserstoff) soll bei der Reforniierung zwischen ungefähr 3,0 und ungefähr 7,Q und vorzugsweise zwischen 3,5 und 6,0 gehalten w.erd'en. Diese Grenzen werden von den Gieichgewichtsbedingungen bestimmt, die sich für das Gas bei dem Austritt aus dem Reformierungsofen ergeben, wenn der Umwandlungsgrad und der Druck innerhalb der angegebenen Grenzen gehalten wird.3. That. The atomic ratio of oxygen (from water vapor) to carbon (from hydrocarbon) should in the case of reforming, between about 3.0 and about 7, Q and preferably between 3.5 and 6.0 being held. These limits are determined by the equilibrium conditions that apply to the gas at the exit from the reforming furnace, if the degree of conversion and the pressure is kept within the specified limits.
4, Die, Temperaturen bei der Tiefkühlung sollten so gewählt werden, daß der Kohlenwasserstoffgehalt des aus der .Tiefkühlanlage abziehenden Wasserstoffs auf einen Wert zwischen ungefähr 0,5 und ungefähr 4 °/0 Und vorzugsweise zwischen 1 und 2,5 % erniedrigt wird. Wenn die Reinheit des Wasserstoffs über 99,5 °/o hinaus gesteigert werden soll, so wird die Anlage des Tiefkühlsystems zu kompliziert, und die Kosten für ihre Einrichtung werden für die technische Wasserstoffgewinnung zu hoch. Bei Reinheitsgraden unter 96% ergeben sich nur unwesentliche Vorteile gegenüber den gegenwärtig angewandten Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff mit hohen Umwandlungsgraden, da die Menge der Abgase bei der anschließenden Hydrierung dann nicht mehr erniedrigt wird. Innerhalb des bevorzugten Bereichs der Reinheit des Wasserstoffs von 99 bis 97,5 % ist die Tiefkühlanlage, die für die Abkühlung einen Stickstoffkreislauf verwendet, verhältnismäßig einfach. Innerhalb dieses Bereiches halten sich die Abgasverluste bei der Hydrierung in mäßigen Grenzen.4, the temperatures in the freezing should be selected so that the hydrocarbon content of withdrawing from the .Tiefkühlanlage hydrogen to a value between about 0.5 and about 4 ° / 0 and preferably between 1 and 2.5% lower. If the purity of the hydrogen is to be increased above 99.5%, the installation of the deep-freeze system becomes too complicated and the costs for its installation become too high for the technical production of hydrogen. With degrees of purity below 96%, there are only insignificant advantages over the currently used processes for the production of hydrogen with high degrees of conversion, since the amount of exhaust gases is then no longer reduced in the subsequent hydrogenation. Within the preferred range of hydrogen purity of 99 to 97.5%, the freezer, which uses a nitrogen cycle for cooling, is relatively simple. Within this range, the exhaust gas losses during the hydrogenation are kept within moderate limits.
Unter bestimmten Umständen, wenn nämlich eine Hochdruckhydrierung durchgeführt werden soll, kann es angezeigt sein, das Gas schon vor der Tiefkühlreinigung zu komprimieren. In einem solchen Fall kann der Arbeitsdruck in der Tiefkühlanlage zwischen ungefähr 45 und ungefähr 105 ata liegen. Im Normalfall jedoch werden bei der Trennung durch Tiefkühlung Drücke zwischen ungefähr 17,5 und ungefähr 45 ata und vorzugsweise zwischen 20 und ungefähr 39 ata angewandt.Under certain circumstances, namely when high pressure hydrogenation is to be carried out, can it should be indicated to use the gas before the freezer cleaning to compress. In such a case, the working pressure in the freezer can be between about 45 and about 105 ata. Normally, however, the separation is done by freezing Pressures between about 17.5 and about 45 ata and preferably applied between 20 and about 39 ata.
Die beim Verfahren nach der Konvertierung der Gase anfallenden Kondensate, die in der Abbildung als Abläufe 17 und 18 am Boden der Abscheider 3 und 4 angedeutet sind, enthalten Verunreinigungen, in erster Linie gelöstes CO2, H2 und Kohlenwasserstoffe. Wenn das Kondensat abgestoßen wird, so können diese Verunreinigungen zu Verschmutzungsproblemen in der Vorfiut führen. Um eine solche Verschmutzung zu vermeiden, wird das Kondensat üblicherweise einer ausgiebigen Entgasungsbehandlung unterworfen, um die Verschmutzungsstoffe zu entfernen. Es wurde nun gefunden, daß dies dadurch vermieden werden kann, daß das verunreinigte Kondensat yerdämpft und in die Reformierungszone zurückgeführt wird. Innerhalb der angegebenen Bereiche, der Betriebsbedingungen des vorliegenden Verfahrens kann die Hauptmenge des verunreigten Kondensats in dieser Weise verdampft und zurückgeführt werden; bei Einhaltung der bevorzugten Bedingungen kann sogar die Gesamtmenge des verunreinigten Kondensats verdampft und in die Reformierungszone zurückgeführt werden. Die hauptsächlichste Wärmequelle für das erneute Verdampfen des Kondensats kann das Reformierungsprodukt sein, das eine beträchtliche Wärmemenge hohen Wirkungsgrades zum Verdampfen des Kondensats oder von anderem Wasser enthält. Eine andere WärmequelleThe condensates produced in the process after the conversion of the gases, which are indicated in the figure as outlets 17 and 18 at the bottom of the separators 3 and 4, contain impurities, primarily dissolved CO 2 , H 2 and hydrocarbons. If the condensate is discharged, these contaminants can lead to pollution problems in the forefluid. In order to avoid such pollution, the condensate is usually subjected to an extensive degassing treatment in order to remove the pollutants. It has now been found that this can be avoided by steaming the contaminated condensate and returning it to the reforming zone. Within the specified ranges, the operating conditions of the present process, the majority of the contaminated condensate can be evaporated and recycled in this way; If the preferred conditions are observed, even the entire amount of the contaminated condensate can be evaporated and returned to the reforming zone. The primary heat source for re-evaporation of the condensate may be the reformate which contains a substantial amount of high efficiency heat for evaporation of the condensate or other water. Another source of heat
ίο kann das Konvertierungsprodukt sein. Wenn die bevorzugten Bedingungen des vorliegenden Verfahrens eingehalten werden und wenn die Gesamtmenge des verunreinigten Kondensats erneut verdampft und der Reformierungszone zugeführt werden soll, so wird der größere Teil des Kondensats vorzugsweise durch Wärmeaustausch mit dem Reformierungsprodukt und der kleinere Teil durch Wärmeaustausch mit dem Konvertierungsprodukt, z. B. in den in der Abbildung wiedergegebenen Dampfkesseln 8 und 9, zum Ver-ίο can be the conversion product. If the preferred conditions of the present process are met and if the total amount of the contaminated condensate is evaporated again and the reforming zone is to be fed, so the larger part of the condensate preferably by heat exchange with the reformed product and the smaller part by heat exchange with the conversion product, e.g. B. in the in the figure reproduced steam boilers 8 and 9, for
ao dampfen gebracht. Diese Möglichkeit, die Verunreinigung des Vorfluters zu vermeiden oder die Kosten der erwähnten Entgasung einzusparen, ist ein weiterer Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens.ao vaping brought. This possibility of pollution Avoiding the receiving water or saving the costs of the aforementioned degassing is another Advantage of the method according to the invention.
Claims (6)
Deutsche Patentschrift Nr. 745 069;
französische Patentschrift Nr. 1158 617;
britische Patentschrift Nr. 635 493;
USA.-Patentschriften Nr. 1 904 592, 1 957 744.Considered publications:
German Patent No. 745 069;
French Patent No. 1158 617;
British Patent No. 635,493;
U.S. Patent Nos. 1,904,592, 1,957,744.
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