[go: up one dir, main page]

RU2843003C9 - Adsorbent for extracting hydrogen from hydrogen-containing gas and method for producing adsorbent - Google Patents

Adsorbent for extracting hydrogen from hydrogen-containing gas and method for producing adsorbent

Info

Publication number
RU2843003C9
RU2843003C9 RU2024116715A RU2024116715A RU2843003C9 RU 2843003 C9 RU2843003 C9 RU 2843003C9 RU 2024116715 A RU2024116715 A RU 2024116715A RU 2024116715 A RU2024116715 A RU 2024116715A RU 2843003 C9 RU2843003 C9 RU 2843003C9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
adsorbent
containing gas
extracting
temperature
Prior art date
Application number
RU2024116715A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2843003C1 (en
Inventor
Евгений Петрович Осиненко
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Газпром"
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Газпром" filed Critical Публичное акционерное общество "Газпром"
Application granted granted Critical
Publication of RU2843003C1 publication Critical patent/RU2843003C1/en
Publication of RU2843003C9 publication Critical patent/RU2843003C9/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: group of inventions relates to chemical engineering. Method of producing an adsorbent for extracting hydrogen involves preparation of a finely dispersed catalyst suspension. For this purpose, in a ball mill to one of the compounds: ammonium metavanadate NH4VO3, nickel nitrate, iron nitrate Fe2(NO3)3 or niobium oxide nanopowder Nb2O5, silica sol and titanium powder are added thereto and subjected to homogenization and mechanochemical activation. Obtained suspension is applied on carrier – metal wool with wire diameter of not more than 0.12 mm, and then dried and calcined at temperature 600–700 °C for 20–30 minutes. Resulting adsorbent for extracting hydrogen has porosity of 50–60% and hydrogen adsorption capacity of 102–114 kg per 1 m3 of the adsorbent, is active at temperatures of up to 1100 °C and pressure of up to 4 MPa.
EFFECT: group of inventions enables to obtain an adsorbent for extracting hydrogen from hydrogen-containing mixtures, having high adsorption capacity, high resistance to gas-dynamic loads at high temperatures and pressures.
2 cl, 4 ex

Description

Группа изобретений относится к области получения адсорбентов для извлечения водорода из водородсодержащих газов, которые могут быть использованы для тонкого разделения синтез газа, извлечения водорода из продувочных и танковых сбросных газов, коксового газа.The group of inventions relates to the field of producing adsorbents for extracting hydrogen from hydrogen-containing gases, which can be used for fine separation of synthesis gas, extracting hydrogen from purge and tank waste gases, and coke oven gas.

Более 90% объема водорода в мире производится с помощью процесса паровой конверсии метана. В этом процессе природный газ взаимодействует с паром при повышенной температуре с образованием монооксида углерода и водорода.More than 90% of the world's hydrogen is produced through the steam methane reforming process. This process involves reacting natural gas with steam at elevated temperatures to form carbon monoxide and hydrogen.

Процесс адсорбционного концентрирования водорода из смесей водородсодержащего газа (ВСГ) преимущественно базируется на технологии короткоцикловой адсорбции (КЦА) при переменном давлении. Процесс осуществляется в адсорберах, периодически переключаемых автоматической системой управления, находящихся на различных стадиях рабочего цикла, что позволяет получать очищенный водород с непрерывным расходом и давлением, близким к исходному давлению сырьевого ВСГ.The process of adsorption concentration of hydrogen from hydrogen-containing gas mixtures (HCM) is primarily based on pressure swing adsorption (PSA) technology under variable pressure. The process is carried out in adsorbers periodically switched by an automatic control system at various stages of the operating cycle, enabling the production of purified hydrogen with a continuous flow rate and pressure close to the initial pressure of the HCM feedstock.

В качестве сырья для установок КЦА применительно к установке производства водорода выступает ВСГ с содержанием водорода порядка 75-80% об. Продуктами установок КЦА являются водород с концентрацией выше 99,5% об., а также отдувочный (сбросной) газ, также содержащий часть водорода (10-40% об.). Однако на практике степень извлечения водорода методом КЦА не превышает 75-80% об., поскольку при повышении степени извлечения резко возрастают затраты на проведение операции.The feedstock for PSA units used in hydrogen production plants is hydrogen-rich hydrogen gas with a hydrogen content of approximately 75-80% vol. The products of PSA units are hydrogen with a concentration above 99.5% vol., as well as blowdown (waste) gas, which also contains some hydrogen (10-40% vol.). However, in practice, the hydrogen recovery rate using the PSA method does not exceed 75-80% vol., since increasing the recovery rate dramatically increases the cost of the operation.

В качестве адсорбента на установках КЦА применяют углеродные молекулярные сита (УМС) с размером гранул 1,0-1,5 мм. Размер гранул адсорбента оказывает непосредственное влияние на кинетику процесса КЦА, а его уменьшение позволяет увеличивать производительность по ВСГ и степень извлечения Н2. Однако на практике чрезмерное снижение размера гранул УМС приводит к росту аэродинамического сопротивления слоя адсорбента потоку газа.Carbon molecular sieves (CMS) with a granule size of 1.0-1.5 mm are used as the adsorbent in PSA units. The adsorbent granule size directly influences the kinetics of the PSA process, and its reduction allows for an increase in the H2S productivity and H2 recovery. However, in practice, excessive reduction in CMS granule size leads to an increase in the aerodynamic drag of the adsorbent bed to the gas flow.

Известен блочный микропористый углеродный адсорбент и способ его получения (Патент РФ №2744400 на изобретение), в котором адсорбент получают на основе торфа, включая обработку торфяного сырья до получения однородной массы, смешение обработанного сырья с химическим активатором и связующим, гранулирование смеси, сушку, карбонизацию, активацию, отмывку минеральных примесей, обработку щелочным раствором, дополнительной обработкой адсорбента кислотным раствором, промывкой водой до рН не ниже 4, дроблением полученных гранул адсорбента до средней фракции частиц 600-900 мкм, смешением дробленого адсорбента со связующим, формованием при давлениях от 200 до 500 кгс/см2 и сушке при температуре от 110 до 150°С в течение не менее 48 часов.A block microporous carbon adsorbent and a method for producing it are known (RU Patent No. 2744400 for invention), in which the adsorbent is produced on the basis of peat, including processing the peat raw material until a homogeneous mass is obtained, mixing the processed raw material with a chemical activator and a binder, granulating the mixture, drying, carbonization, activation, washing away mineral impurities, processing with an alkaline solution, additionally processing the adsorbent with an acidic solution, washing with water to a pH of at least 4, crushing the resulting adsorbent granules to an average particle fraction of 600-900 μm, mixing the crushed adsorbent with a binder, molding at pressures from 200 to 500 kgf/ cm2 and drying at a temperature from 110 to 150°C for at least 48 hours.

Недостатком известного технического решения является невысокая скорость адсорбции по причине относительно больших размеров его гранул.The disadvantage of the known technical solution is the low adsorption rate due to the relatively large size of its granules.

Известны также углеродные сорбционные волокна (Патент РФ №2109562), полученные пиролизом вискозного волокна, включающие мезо- и макропоры, причем глубина мезо- и макропористого слоя волокна составляет 1000-5000 Å при соотношении мезо- и макропор 1:0,25-0,75, диаметре волокна 5-8 мкм.Carbon sorption fibers are also known (RU Patent No. 2109562), obtained by pyrolysis of viscose fiber, including meso- and macropores, with the depth of the meso- and macroporous layer of the fiber being 1000-5000 Å with a ratio of meso- and macropores of 1:0.25-0.75, and a fiber diameter of 5-8 µm.

Недостатками известного изобретения для практического применения являются высокая стоимость применяемых волокон, высокое аэродинамическое сопротивление газовому потоку ввиду малой толщины волокон и большая степень уноса адсорбента при больших скоростях газового потока, ввиду низкой механической прочности вискозных волокон.The disadvantages of the known invention for practical application are the high cost of the fibers used, high aerodynamic resistance to the gas flow due to the small thickness of the fibers, and a high degree of adsorbent carryover at high gas flow rates due to the low mechanical strength of the viscose fibers.

Известен способ получения углеродного волокна, используемого в качестве сорбционно-активного материала (Патент РФ №2130516, опубл. 20.05.1999), в котором волокна текстильного назначения из сополимера акрилонитрила окисляют при 235-260°С в течение 35-60 мин с вытяжкой 20-30%, затем при 230-260°С в течение 85-140 мин с вытяжкой от -5 до +5%, карбонизуют в среде азота в течение 10 мин при температуре от 350 до 1500°С под натяжением. Диаметр полученного волокна составляет 5-15 мкм.A method for producing carbon fiber used as a sorption-active material is known (RU Patent No. 2130516, published on May 20, 1999), in which textile fibers made from an acrylonitrile copolymer are oxidized at 235-260°C for 35-60 min with an extraction of 20-30%, then at 230-260°C for 85-140 min with an extraction from -5 to +5%, carbonized in a nitrogen atmosphere for 10 min at a temperature of 350 to 1500°C under tension. The diameter of the resulting fiber is 5-15 μm.

Недостатками таких волокон являются их высокая стоимость, высокое аэродинамическое сопротивление газовому потоку ввиду малой толщины волокон, характерная для вытяжного формования продольная деформация пор, приводящая к отсутствию селективности адсорбции по водороду.The disadvantages of such fibers are their high cost, high aerodynamic resistance to gas flow due to the small thickness of the fibers, and longitudinal deformation of pores, which is typical for stretch molding, leading to a lack of selectivity in hydrogen adsorption.

Известен способ формирования твердотелых частиц оксида алюминия, плакированного оксидом титана (Патент РФ №2533822), в котором смешивают водную суспензию твердотелых частиц оксида алюминия с водным раствором сульфата титанила, защелачивают раствор и выдерживают суспензию определенное время, после чего удаляют сульфатные ионы промыванием горячей водой, отфильтровывают осадок, повторно суспендируют осадок добавлением воды, сушат распылением при 100°С и прокаливают при 400-1000°С.A method for forming solid particles of aluminum oxide clad with titanium oxide is known (RU Patent No. 2533822), in which an aqueous suspension of solid particles of aluminum oxide is mixed with an aqueous solution of titanyl sulfate, the solution is alkalized and the suspension is maintained for a certain time, after which sulfate ions are removed by washing with hot water, the precipitate is filtered off, the precipitate is re-suspended by adding water, spray dried at 100°C and calcined at 400-1000°C.

Недостатками известного решения являются получение адсорбента в виде тонкодисперсного микросферического порошка, эффективного при использовании в псевдоожиженном слое, но создающего существенное сопротивление газовому потоку в стационарном слое адсорбента. К тому же предложенный адсорбент имеет отличное от предложенного назначение.The disadvantages of the known solution include producing the adsorbent as a finely dispersed microspherical powder, which is effective when used in a fluidized bed but creates significant resistance to gas flow in a fixed bed. Furthermore, the proposed adsorbent has a different purpose than the one proposed.

Известен поглотитель водорода на основе углерода (Патент РФ №2176981, опубл. 20.12.2001), который выполнен в виде макроразмерного тела. Макроразмерное тело содержит углерод в количестве более 90 мас. % и имеет размеры в интервале 0,1 мкм - 250 мм, а содержание нанопор, имеющих размер 0,8-3 нм, составляет 20-60 об. %. Макроразмерное тело может дополнительно содержать транспортные поры размером 0,05-100 мкм количестве, не превышающем 50 об. %. Поглотитель может содержать, по меньшей мере, один металл из группы, включающей Pd, Pt, Ni, Ti, V, Fe, Co, Nb, Mo, Rh, Та, W и их сплавы.A carbon-based hydrogen absorber is known (RU Patent No. 2176981, published on 20.12.2001), which is made in the form of a macro-sized body. The macro-sized body contains carbon in an amount of more than 90 wt.% and has dimensions in the range of 0.1 μm - 250 mm, and the content of nanopores having a size of 0.8-3 nm is 20-60 vol.%. The macro-sized body may additionally contain transport pores of 0.05-100 μm in a quantity not exceeding 50 vol.%. The absorber may contain at least one metal from the group including Pd, Pt, Ni, Ti, V, Fe, Co, Nb, Mo, Rh, Ta, W and their alloys.

Недостатками известного поглотителя водорода являются: сложность и дороговизна его изготовления, экологически опасная технология приготовления пористого носителя с использованием хлора при высокой температуре, использование драгоценных металлов (Pd, Pt) и невысокая скорость адсорбции и десорбции водорода.The disadvantages of the known hydrogen absorber are: the complexity and high cost of its manufacture, the environmentally hazardous technology of preparing the porous carrier using chlorine at high temperature, the use of precious metals (Pd, Pt) and the low rate of hydrogen adsorption and desorption.

Задачей, решаемой изобретением, является получение адсорбента для извлечения водорода из водородсодержащего газа, обеспечивающего повышение производительности адсорберов при извлечении водорода в процессе разделения водородсодержащих газов при высоких газодинамических нагрузках, а также повышенных температурах и давлениях.The problem solved by the invention is the production of an adsorbent for the extraction of hydrogen from a hydrogen-containing gas, which ensures an increase in the productivity of adsorbers in the extraction of hydrogen in the process of separating hydrogen-containing gases under high gas-dynamic loads, as well as elevated temperatures and pressures.

Техническим результатом, на достижение которого направлена группа изобретений, является получение адсорбента для извлечения водорода из водородсодержащих смесей, обладающего высокой адсорбционной емкостью, повышенной устойчивостью к газодинамическим нагрузкам в условиях высоких температур (до 1000°С) и давлений (до 4 МПа).The technical result, which the group of inventions is aimed at achieving, is the production of an adsorbent for extracting hydrogen from hydrogen-containing mixtures, which has a high adsorption capacity, increased resistance to gas-dynamic loads under conditions of high temperatures (up to 1000°C) and pressures (up to 4 MPa).

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе получения адсорбента для извлечения водорода из водородсодержащего газа, в котором на первой стадии готовят тонкодисперсную суспензию катализатора процесса гидрирования- дегидрирования, для чего в шаровой мельнице к одному из соединений переходных металлов из ряда: метаванадат аммония NH4VO3, азотнокислый никель Ni(NO3)2, азотнокислое железо Fe2(NO3)3 или нанопорошок оксида ниобия Nb2O5, добавляют кремнезоль концентрацией 500-550 г/л SiO2 и порошок титана с размером частиц 0,63-1,0 мм, проводят гомогенизацию и механохимическую активацию полученной суспензии при нормальных условиях в течение 10-20 часов со скоростью вращения барабана 30-60 об/мин до достижения размера частиц не более 20 мкм, а на второй стадии наносят активированную суспензию на носитель, в качестве которого используют металлическую вату с диаметром проволоки не более 0,12 мм, после чего полученную композицию сушат при температуре 100-120°С в течение 30-40 минут и прокаливают при температуре 600-700°С в течение 20-30 минут, далее вторую стадию повторяют 3-5 раз до образования толщины слоя наносимых на носитель компонентов суспензии, равной 0,1-0,12 мм, и достижения активности готового адсорбента для извлечения водорода из водородсодержащего газа при температуре до 1100°С и давлении до 4 МПа, пористости 50-60% и адсорбционной емкостью по водороду 102-114 кг на 1 м3 адсорбента.The said technical result is achieved due to the fact that in the method for producing an adsorbent for extracting hydrogen from a hydrogen-containing gas, in which at the first stage a finely dispersed suspension of a catalyst for the hydrogenation-dehydrogenation process is prepared, for which purpose in a ball mill to one of the compounds of transition metals from the series: ammonium metavanadate NH 4 VO 3 , nickel nitrate Ni(NO 3 ) 2 , iron nitrate Fe 2 (NO 3 ) 3 or niobium oxide nanopowder Nb 2 O 5 , silica sol with a concentration of 500-550 g / l SiO 2 and titanium powder with a particle size of 0.63-1.0 mm are added, homogenization and mechanochemical activation of the resulting suspension are carried out under normal conditions for 10-20 hours with a drum rotation speed of 30-60 rpm until a particle size of no more than 20 μm is achieved, and at the second stage activated suspension on a carrier, which is metal wool with a wire diameter of no more than 0.12 mm, after which the resulting composition is dried at a temperature of 100-120 ° C for 30-40 minutes and calcined at a temperature of 600-700 ° C for 20-30 minutes, then the second stage is repeated 3-5 times until the thickness of the layer of suspension components applied to the carrier is 0.1-0.12 mm, and the activity of the finished adsorbent for extracting hydrogen from hydrogen-containing gas at a temperature of up to 1100 ° C and a pressure of up to 4 MPa, a porosity of 50-60% and an adsorption capacity for hydrogen of 102-114 kg per 1 m 3 of adsorbent is achieved.

При этом полученный вышеуказанным способом активный при температуре до 1100°С и давлении до 4 МПа адсорбент для извлечения водорода из водородсодержащего газа на носителе из металлической ваты с диаметром проволоки не более 0,12 мм обладает пористостью 50-60% и адсорбционной емкостью по водороду 102-114 кг на 1 м3 адсорбента.Moreover, the adsorbent obtained by the above method, which is active at a temperature of up to 1100°C and a pressure of up to 4 MPa, for extracting hydrogen from a hydrogen-containing gas on a carrier made of metal wool with a wire diameter of no more than 0.12 mm, has a porosity of 50-60% and an adsorption capacity for hydrogen of 102-114 kg per 1 m3 of adsorbent.

Адсорбент для извлечения водорода из водородсодержащего газа получают в две стадии следующим образом.An adsorbent for extracting hydrogen from hydrogen-containing gas is obtained in two stages as follows.

На первой стадии готовят тонкодисперсную суспензию катализатора процесса гидрирования-дегидрирования для пропитки носителя адсорбента. Для этого к катализатору процесса гидрирования-дегидрирования, в качестве которого используют одно из соединений переходных металлов из ряда: метаванадат аммония NH4VO3, азотнокислый никель Ni(NO3)2, азотнокислое железо Fe2(NO3)3, нанопорошок оксида ниобия Nb2O5, добавляют кремнезоль концентрацией 500-550 г/л SiO2 и порошок титана с размером частиц 0,63-1,0 мм, проводят гомогенизацию и механохимическую активацию исходных компонентов с помощью шаровой мельницы. Гомогенизацию и механохимическую активацию проводят в течение 10-20 часов при интенсивном перемешивании со скоростью вращения барабана 60 об/мин, до достижения размера частиц не более 20 мкм.At the first stage, a finely dispersed suspension of the hydrogenation-dehydrogenation catalyst is prepared for impregnating the adsorbent carrier. For this purpose, silica sol with a concentration of 500-550 g/l SiO 2 and titanium powder with a particle size of 0.63-1.0 mm are added to the hydrogenation-dehydrogenation catalyst, which is one of the transition metal compounds from the series: ammonium metavanadate NH 4 VO 3 , nickel nitrate Ni(NO 3 ) 2 , iron nitrate Fe 2 (NO 3 ) 3 , niobium oxide nanopowder Nb 2 O 5 , and homogenization and mechanochemical activation of the initial components are carried out using a ball mill. Homogenization and mechanochemical activation are carried out for 10-20 hours with intensive mixing at a drum rotation speed of 60 rpm, until the particle size reaches no more than 20 µm.

На второй стадии наносят активированную тонкодисперсную суспензию катализатора процесса гидрирования-дегидрирования на носитель, в качестве которого используют металлическую вату с диаметром проволоки не более 0,12 мм. Полученную композицию из нанесенной на носитель активированной тонкодисперсной суспензии катализатора процесса гидрирования-дегидрирования дополнительно активируют посредством сушки при температуре 100-120°С в течение 30-40 минут и прокаливания при температуре 600-700°С в течение 20-30 минут. Вторую стадию повторяют 3-5 раз до образования толщины слоя наносимых компонентов суспензии на нитях металлической ваты, равной 0,1-0,12 мм.In the second stage, an activated finely dispersed suspension of the hydrogenation-dehydrogenation catalyst is applied to a support, which is metal wool with a wire diameter of no more than 0.12 mm. The resulting composition, consisting of the activated finely dispersed suspension of the hydrogenation-dehydrogenation catalyst applied to the support, is further activated by drying at 100-120°C for 30-40 minutes and calcining at 600-700°C for 20-30 minutes. This second stage is repeated 3-5 times until the layer thickness of the applied suspension components on the metal wool threads reaches 0.1-0.12 mm.

Полученный активированный адсорбент представляет собой носитель из металлической ваты с плотным слоем металлического титана, катализатора гидрирования-дегидрирования (оксида переходного металла, например, из ряда Ni, Fe, V, Nb) общим содержанием до 90%, а также кремнезоля общим содержанием до 10%, в качестве связующего, прочно удерживающего на носителе металлический титан и катализатор гидрирования-дегидрирования.The resulting activated adsorbent is a carrier made of metal wool with a dense layer of metallic titanium, a hydrogenation-dehydrogenation catalyst (an oxide of a transition metal, for example, from the series Ni, Fe, V, Nb) with a total content of up to 90%, as well as silica sol with a total content of up to 10%, as a binder that firmly holds metallic titanium and a hydrogenation-dehydrogenation catalyst on the carrier.

Ниже представлены примеры, раскрывающие, но не ограничивающие описываемый способ получения адсорбента для извлечения водорода из водородсодержащих смесей.Below are examples that disclose, but do not limit, the described method for producing an adsorbent for extracting hydrogen from hydrogen-containing mixtures.

Пример 1. Гомогенизацию и механохимическую активацию исходных компонентов проводят с помощью шаровой мельницы, объем барабана которой может составлять 10 л, количество шаров - 50 шт. при весе каждого шара 200 г. Барабан и шары могут быть изготовлены из нержавеющей стали. В барабан загружают исходные компоненты и формируют из них тонкодисперсную суспензию. В качестве исходных компонентов использовали: кремнезоль объемом 4 л концентрацией 520 г/л SiO2, титановый порошок марки ПТН-2, размером зерен 0,63-1,0 мм в количестве 1 кг, жидкий катализатор ускорения процесса гидрирования-дегидрирования металла -азотнокислый никель Ni(NO3)2 концентрацией 200 г/л по Ni объемом 0,2 л.Example 1. Homogenization and mechanochemical activation of the starting components are carried out using a ball mill, the drum volume of which can be 10 l, the number of balls is 50 pcs., with each ball weighing 200 g. The drum and balls can be made of stainless steel. The starting components are loaded into the drum and formed into a finely dispersed suspension. The following were used as starting components: 4 liters of silica sol with a concentration of 520 g / l SiO 2 , titanium powder of the PTN-2 brand, grain size of 0.63-1.0 mm in an amount of 1 kg, a liquid catalyst for accelerating the process of hydrogenation-dehydrogenation of metal - nickel nitrate Ni (NO 3 ) 2 with a concentration of 200 g / l based on Ni in a volume of 0.2 l.

Гомогенизацию и механохимическую активацию проводили в течение 20 часов.Homogenization and mechanochemical activation were carried out for 20 hours.

В качестве носителя использовали вату из нержавеющей стали марки 20Х25Н20С2 массой 200 г, объемом 2 л, с диаметром проволоки 0,12 мм. Полученный адсорбент поглощает водород из водородсодержащего газа при температуре до 1100°С и давлении до 4 МПа. При этом количество поглощенного водорода составило 114 кг на 1 м3 адсорбента.The carrier was 200 g of 20Kh25N20S2 stainless steel wool, with a volume of 2 liters and a wire diameter of 0.12 mm. The resulting adsorbent absorbs hydrogen from hydrogen-containing gas at temperatures up to 1100°C and pressures up to 4 MPa. The amount of hydrogen absorbed was 114 kg per 1 of adsorbent.

Пример 2. Отличается от примера 1 тем, что в качестве исходных компонентов использовали: кремнезоль объемом 4 л концентрацией 500 г/л SiO2, титановый порошок марки ПТН-2, размером зерен 0,63-1,0 мм в количестве 1 кг, жидкий катализатор ускорения процесса гидрирования-дегидрирования металла - азотнокислое железо Fe2(NO3)3 концентрацией 200 г/л по Fe объемом 0,2 л. Измельчение и механохимическую активацию проводили в течение 20 часов. В качестве носителя использовали металлическую вату из нержавеющей стали марки 20Х25Н20С2 весом 200 г, объемом 2 л, с диаметром проволоки 0,12 мм. Полученный адсорбент поглощает водород из водородсодержащего газа при температуре до 1100°С и давлении до 4 МПа. Количество поглощенного водорода составило 103,2 кг на 1 м3 адсорбента.Example 2. Differs from Example 1 in that the following were used as initial components: 4 liters of silica sol with a concentration of 500 g/l SiO 2 , titanium powder of the PTN-2 brand, with a grain size of 0.63-1.0 mm in an amount of 1 kg, a liquid catalyst for accelerating the process of metal hydrogenation-dehydrogenation - ferric nitrate Fe 2 (NO 3 ) 3 with a concentration of 200 g/l by Fe in a volume of 0.2 l. Grinding and mechanochemical activation were carried out for 20 hours. Metal wool made of stainless steel grade 20X25N20S2 weighing 200 g, with a volume of 2 liters, with a wire diameter of 0.12 mm was used as a carrier. The resulting adsorbent absorbs hydrogen from a hydrogen-containing gas at a temperature of up to 1100 ° C and a pressure of up to 4 MPa. The amount of absorbed hydrogen was 103.2 kg per 1 m3 of adsorbent.

Пример 3. Отличается от примера 1 тем, что в качестве исходных компонентов использовали: кремнезоль объемом 4 л концентрацией 520 г/л SiO2, титановый порошок марки ПТН-2, размером зерен 0,63-1,0 мм в количестве 1 кг, жидкий катализатор ускорения процесса гидрирования-дегидрирования металла - метаванадат аммония NH4VO3 концентрацией 100 г/л по V, объемом 0,25 л. Измельчение и механохимическую активацию проводили в течение 20 часов. В качестве носителя использовали металлическую вату из нержавеющей стали марки 20Х20Н14С2 весом 300 г, объемом 3 л, с диаметром проволоки 0,12 мм. Такой адсорбент поглощает водород из водородсодержащего газа при температуре до 800°С и давлении до 4 МПа. Количество поглощенного водорода составило 102 кг на 1 м3 адсорбента.Example 3. Differs from Example 1 in that the following were used as initial components: 4 liters of silica sol with a concentration of 520 g/l SiO 2 , titanium powder of the PTN-2 brand, with a grain size of 0.63-1.0 mm in an amount of 1 kg, a liquid catalyst for accelerating the process of metal hydrogenation-dehydrogenation - ammonium metavanadate NH 4 VO 3 with a concentration of 100 g/l by V, in a volume of 0.25 l. Grinding and mechanochemical activation were carried out for 20 hours. Metal wool made of stainless steel grade 20X20N14S2 weighing 300 g, with a volume of 3 liters, with a wire diameter of 0.12 mm was used as a carrier. This adsorbent absorbs hydrogen from a hydrogen-containing gas at a temperature of up to 800 °C and a pressure of up to 4 MPa. The amount of absorbed hydrogen was 102 kg per 1 m3 of adsorbent.

Пример 4. Отличается от примера 1 тем, что в качестве исходных компонентов использовали: кремнезоль объемом 4 л концентрацией 550 г/л SiO2, титановый порошок марки ПТН-2 размером зерен 0,63-1,0 мм в количестве 1,5 кг, твердый катализатор ускорения процесса гидрирования-дегидрирования металла - нано порошок Nb2O5 в количестве 0,1 кг. Измельчение и механохимическую активацию проводили в течение 20 часов. В качестве носителя использовали металлическую вату из нержавеющей стали марки 20Х20Н14С2 массой 200 г, объемом 2 л, с диаметром проволоки 0,12 мм. Полученный адсорбент поглощает водород из водородсодержащего газа при температуре до 250°С и давлении до 4 МПа. Количество поглощенного водорода составило 112,8 кг на 1 м3 адсорбента.Example 4. Differs from Example 1 in that the following initial components were used: 4 L of silica sol with a concentration of 550 g/L SiO 2 , 1.5 kg of PTN-2 titanium powder with a grain size of 0.63-1.0 mm, and 0.1 kg of Nb 2 O 5 nanopowder, a solid catalyst for accelerating the metal hydrogenation-dehydrogenation process. Grinding and mechanochemical activation were carried out for 20 hours. The carrier was 2 L of 20Kh20N14S2 stainless steel metal wool weighing 200 g and having a wire diameter of 0.12 mm. The resulting adsorbent absorbs hydrogen from a hydrogen-containing gas at temperatures up to 250°C and pressures up to 4 MPa. The amount of absorbed hydrogen was 112.8 kg per 1 m 3 of adsorbent.

Полученный адсорбент для извлечения водорода из смесей водородсодержащего газа обладает низким газодинамическим сопротивлением благодаря высокой пористости, составляющей 50-60%, высокой адсорбционной емкостью по водороду (102-114 кг водорода на 1 м3 адсорбента) и стабильностью под воздействием высоких температур (до 1100°С) и давлений (до 4 МПа). Такие показатели достижимы за счет высокой термодинамической устойчивости компонентов адсорбента. Таким образом, заявленный технический результат достигнут полностью.The resulting adsorbent for extracting hydrogen from hydrogen-containing gas mixtures exhibits low gas-dynamic resistance due to its high porosity (50-60%), high hydrogen adsorption capacity (102-114 kg of hydrogen per 1 of adsorbent), and stability under high temperatures (up to 1100°C) and pressures (up to 4 MPa). These characteristics are achievable due to the high thermodynamic stability of the adsorbent components. Thus, the stated technical result has been fully achieved.

Claims (2)

1. Способ получения адсорбента для извлечения водорода из водородсодержащего газа, в котором на первой стадии готовят тонкодисперсную суспензию катализатора процесса гидрирования-дегидрирования, для чего в шаровой мельнице к одному из соединений переходных металлов из ряда: метаванадат аммония NH4VO3, азотнокислый никель Ni(NO3)2, азотнокислое железо Fe2(NO3)3 или нанопорошок оксида ниобия Nb2O5, добавляют кремнезоль концентрацией 500-550 г/л SiO2 и порошок титана с размером частиц 0,63-1,0 мм, проводят гомогенизацию и механохимическую активацию полученной суспензии при нормальных условиях в течение 10-20 часов со скоростью вращения барабана 30-60 об/мин до достижения размера частиц не более 20 мкм, а на второй стадии наносят активированную суспензию на носитель, в качестве которого используют металлическую вату с диаметром проволоки не более 0,12 мм, после чего полученную композицию сушат при температуре 100-120°С в течение 30-40 минут и прокаливают при температуре 600-700°С в течение 20-30 минут, далее вторую стадию повторяют 3-5 раз до образования толщины слоя наносимых на нити металлической ваты компонентов суспензии, равной 0,1-0,12 мм, и достижения активности готового адсорбента для извлечения водорода из водородсодержащего газа при температуре до 1100°С, давлении до 4 МПа, пористости 50-60% и адсорбционной емкости по водороду 102-114 кг на 1 м3 адсорбента.1. A method for producing an adsorbent for extracting hydrogen from a hydrogen-containing gas, in which, at the first stage, a finely dispersed suspension of a catalyst for the hydrogenation-dehydrogenation process is prepared, for which purpose, in a ball mill, silica sol with a concentration of 500-550 g/l SiO 2 and titanium powder with a particle size of 0.63-1.0 mm are added to one of the compounds of transition metals from the series: ammonium metavanadate NH 4 VO 3 , nickel nitrate Ni(NO 3 ) 2 , iron nitrate Fe 2 (NO 3 ) 3 or niobium oxide nanopowder Nb 2 O 5 , the resulting suspension is homogenized and subjected to mechanochemical activation under normal conditions for 10-20 hours with a drum rotation speed of 30-60 rpm until a particle size of no more than 20 μm is achieved, and at the second stage, the activated suspension is applied to a carrier, as which uses metal wool with a wire diameter of no more than 0.12 mm, after which the resulting composition is dried at a temperature of 100-120 ° C for 30-40 minutes and calcined at a temperature of 600-700 ° C for 20-30 minutes, then the second stage is repeated 3-5 times until the thickness of the layer of suspension components applied to the threads of metal wool is 0.1-0.12 mm, and the activity of the finished adsorbent for extracting hydrogen from hydrogen-containing gas is achieved at a temperature of up to 1100 ° C, a pressure of up to 4 MPa, a porosity of 50-60% and an adsorption capacity for hydrogen of 102-114 kg per 1 m 3 of adsorbent. 2. Адсорбент для извлечения водорода из водородсодержащего газа на носителе из металлической ваты с диаметром проволоки не более 0,12 мм, полученный способом по п. 1, активный при температуре до 1100°С, давлении до 4 МПа, обладающий пористостью 50-60% и адсорбционной емкостью по водороду 102-114 кг на 1 м3 адсорбента.2. An adsorbent for extracting hydrogen from a hydrogen-containing gas on a carrier made of metal wool with a wire diameter of no more than 0.12 mm, obtained by the method according to paragraph 1, active at a temperature of up to 1100°C, a pressure of up to 4 MPa, having a porosity of 50-60% and an adsorption capacity for hydrogen of 102-114 kg per 1 m3 of adsorbent.
RU2024116715A 2024-06-17 Adsorbent for extracting hydrogen from hydrogen-containing gas and method for producing adsorbent RU2843003C9 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2843003C1 RU2843003C1 (en) 2025-07-07
RU2843003C9 true RU2843003C9 (en) 2025-10-09

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4433063A (en) * 1981-01-19 1984-02-21 Mpd Technology Corporation Hydrogen sorbent composition
RU2064889C1 (en) * 1993-02-11 1996-08-10 Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН Method of hydrogen and carbon material producing
RU2176981C2 (en) * 1999-11-09 2001-12-20 Акционерное общество закрытого типа "Карбид" Carbon-based hydrogen absorber
RU2536616C1 (en) * 2013-12-20 2014-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" Alloy accumulating hydrogen

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4433063A (en) * 1981-01-19 1984-02-21 Mpd Technology Corporation Hydrogen sorbent composition
RU2064889C1 (en) * 1993-02-11 1996-08-10 Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН Method of hydrogen and carbon material producing
RU2176981C2 (en) * 1999-11-09 2001-12-20 Акционерное общество закрытого типа "Карбид" Carbon-based hydrogen absorber
RU2536616C1 (en) * 2013-12-20 2014-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" Alloy accumulating hydrogen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГРЕБЕННИКОВА Н.В. и др. Перспективы применения нанокомпозитов на основе углерода, содержащих Mg, Ni, Ti для хранения водорода, Журнал Сибирского федерального университета, Химия, 2012, Т. 5, N4, с. 411-416. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0204700B1 (en) Activated carbon adsorbent with increased heat capacity and the production thereof
Hu et al. Porous extruded-spheronized Li4SiO4 pellets for cyclic CO2 capture
US7670408B2 (en) Method of separating nitrogen gas and molecular sieve carbon
US5540759A (en) Transition metal salt impregnated carbon
CA2141491C (en) Fluidizable sulfur sorbent and fluidized sorption
US20070129243A1 (en) Catalyst and sorbent material for the production of hydrogen
CN110711584B (en) Semicoke-loaded coke oil steam reforming catalyst and preparation method and application thereof
CN111699036A (en) Excellent carbon adsorbent
CN101119796B (en) Zinc oxide-based adsorbents and methods for their preparation and use
CN115196590B (en) Process for co-production of hydrogen by capturing carbon in blast furnace gas
JP2012512018A (en) Method for removing contaminants from a water-containing gas stream
RU2843003C9 (en) Adsorbent for extracting hydrogen from hydrogen-containing gas and method for producing adsorbent
RU2843003C1 (en) Adsorbent for extracting hydrogen from hydrogen-containing gas and method for producing adsorbent
JPH10501174A (en) Air purification in enclosed space
EP3805149B1 (en) Fluidizable steam reforming catalyst and use of a catalyst in methane steam reforming
CN116408138A (en) Catalyst for synthesizing aromatic hydrocarbons and its preparation method and application
Jin et al. Study of the Porous Structure and High Adsorption Capacity of Biomass-Based Activated Carbon Prepared from Aspen Wood by Ferric Nitrate III Activation
CN115093886B (en) Circulating moving bed process method and device for desulfurizing and dedusting gasified synthetic gas
US20220401914A1 (en) Binderless adsorbent for separation of a gaseous stream
CN120662270A (en) Modified gangue carbon adsorption material and preparation method and application thereof
CN117963843A (en) Method for removing carbon monoxide from hydrogen for fuel cells and hydrogen purified by the method
CN117920184A (en) CaGa-LDH-biochar composite catalyst and preparation method and application thereof
CN120191916A (en) A method for preparing a biomass-based carbon molecular sieve and its application in separating refinery dry gas
CN120571629A (en) A dual-carbon recovery molecular sieve catalyst for coal-to-hydrogen production and its preparation method
EP0684931A1 (en) Method for desulfurizing a gas