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DE2831594A1 - CATALYST, METHOD OF MANUFACTURING THEREOF AND ITS USE - Google Patents

CATALYST, METHOD OF MANUFACTURING THEREOF AND ITS USE

Info

Publication number
DE2831594A1
DE2831594A1 DE19782831594 DE2831594A DE2831594A1 DE 2831594 A1 DE2831594 A1 DE 2831594A1 DE 19782831594 DE19782831594 DE 19782831594 DE 2831594 A DE2831594 A DE 2831594A DE 2831594 A1 DE2831594 A1 DE 2831594A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
carbon
iron
gas
hydrogen
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19782831594
Other languages
German (de)
Inventor
Jack Louis Blumenthal
Maksymilian Burk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Original Assignee
TRW Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TRW Inc filed Critical TRW Inc
Publication of DE2831594A1 publication Critical patent/DE2831594A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C9/00Aliphatic saturated hydrocarbons
    • C07C9/02Aliphatic saturated hydrocarbons with one to four carbon atoms
    • C07C9/04Methane
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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Description

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

WUΙΐ STHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOETZWUΙΐ STHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ

PROI I SSIONAI. RE ΓΡ. ESENTATIVES I1KPORF. TII E EUROPEAN PATENT OFFICE MANDATAIRES AGKKES PRES l'oFFICE EUROPtEN DES BREVETSPROI I SSIONAI. RE ΓΡ. ESENTATIVE I1K PORF. TII E EUROPEAN PATENT OFFICE MANDATAIRES AGKKES PRES l'OFFICE EUROPtEN DES BREVETS

UR.-ING. FRAI'Z VUESTHOFFUR.-ING. FRAI'Z VUESTHOFF

DR. PHIL. FREDA TUESTHOFF (1927-I9J6)DR. PHIL. FREDA TUESTHOFF (1927-I9J6)

DIPL.-ING. GERHARD PULS (l9J2-I97r) DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN DR.-ING. DIETER BEHRENS DIFL.-ING.; DIPL.-TCIRTSCH^-ING. RUPERT GOETZDIPL.-ING. GERHARD PULS (l9J2-I97r) DIPL.-CHEM. DR. E. BARBER OF PECHMANN DR.-ING. DIETER BEHRENS DIFL.-ING .; DIPL.-TCIRTSCH ^ -ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN SCHWEIGERSTRASSED-8000 MUNICH SCHWEIGERSTRASSE

telefon: (089)6620 ji TELEGRAMM: PROTECTPATENT telex: j 24 070phone: (089) 6620 ji TELEGRAM: PROTECTPATENT telex: j 24 070

1A-51 1571A-51 157

PatentanmeldungPatent application

Anmelder: T R ¥ Ine.Applicant: T R ¥ Ine.

One Space Park,
Redondo Beach,
California 90 278 U.S.A.
One Space Park,
Redondo Beach,
California 90 278 USA

Titel: Katalysator, Verfahren zu dessen Herstellung und seine VerwendungTitle: Catalyst, process for its manufacture and its use

809885/0870809885/0870

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

WUEoTHOFF-v. PECHMANN-BEHRENS-GOETZWUEoTHOFF-v. PECHMANN-BEHRENS-GOETZ

PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OPFICEPROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OPFICE MANDATAiRES agrees pres l'office europeen des brevetsMANDATAiRES agrees pres l'office europeen des brevets

d...-.ng. fra,jz v uesi hop.·d ...-. ng. fra, jz v uesi hop.

dr. p:-l. p-f.da tu.' stiio1"= (1927-1956)dr. p: -l. pf.da do. ' stiio 1 "= (1927-1956) dipi.-ing. gerhard pui.s (1952-1971)dipi.-ing. gerhard pui.s (1952-1971) dipi..-ciiem. dr. e. freiherr von pechmanndipi ..- ciiem. dr. e. baron von pechmann dr.-ing. dieter behrensdr.-ing. dieter behrens dipi..-ing.; dipl.-^irtsch.-ing. rupert goetzdipi ..- ing .; dipl .- ^ irtsch.-ing. rupert goetz

D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2D-8000 MUNICH 90 SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089) 6620 51 telegramm: protectpatentphone: (089) 6620 51 telegram: protectpatent TELEX: 524070TELEX: 524070

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Beschreibungdescription

Die Erfindung betrifft ein Katalysatormaterial in Form eines hoch reaktiven Kohlenstoffs mit zumindest 0,5 Gew.-% eines Metalls der Eisengruppe, der sich besonders eignet zur Herstellung von Methan aus Synthesegas bzw. von Starkgas. Der Katalysator kann in nicht-aktivierter bzw. mit Wasserstoff aktivierter Form vorliegen. Die nicht-aktivierte Form wird hergestellt, indem man ein CO-haltiges Gas mit einem Disproportionierungs-Initiator unter solchen Bedingungen zusammenbringt, daß die Metalle der Eisengruppe in den Kohlenstoff eindiffundieren und zumindest teilweise auf den freien Kohlenstoff abgeschieden auf dem Initiator gebunden werden. Dieser nicht-aktivierte Katalysator wird mit Wasserstoff aktiviert. Das CO kann aus einem Generatorgas aus der Verbrennung von Kohle stammen. Bei dem erfindungsgemäßen Katalysator liegt freier Kohlenstoff als ununterbrochene Hauptphase vor und ein oder mehrere Metall- der Eisengruppe( Legierungen, oder Carbide davon sind gegebenenfalls gebunden mit dem freien Kohlenstoff als disperse kleinere Phase vorhanden.The invention relates to a catalyst material in the form of a highly reactive carbon with at least 0.5% by weight of a metal of the iron group, which is particularly suitable for the production of methane from synthesis gas or from strong gas. The catalyst can be present in non-activated form or in a form activated with hydrogen. The non-activated form is produced by bringing a CO-containing gas together with a disproportionation initiator under such conditions that the metals of the iron group diffuse into the carbon and are at least partially bound on the free carbon deposited on the initiator. This non-activated catalyst is activated with hydrogen. The CO can come from a generator gas from the combustion of coal. In the case of the catalyst according to the invention, free carbon is present as an uninterrupted main phase and one or more metal or iron groups ( alloys or carbides thereof are optionally bound with the free carbon as a disperse smaller phase.

809885/097 0809885/097 0

Wasserstoff reagiert schnell mit einem kohlenstoffhaltigen Material unter Bildung von methanreichen Gasen, in denen der Methangehalt zumindest 20 Vol.-% ausmachen kann, was eine wirtschaftliche Methode zur Herstellung von methanreichen Gasen darstellt. Das kohlenstoffhaltige Material kann an Kohlenstoff wesentlich erschöpft sein( ohne daß dies auf Kosten der hohen Reaktivität mit Wasserstoff geht. Das an Kohlenstoff verarmte Material kann aufgefrischt werden mit Kohlenstoff, indem man es CO aussetzt. Man kann also abwechselnd methanisieren und Kohlenstoff abscheiden, wodurch man einen sehr wirtschaftlichen Gesamtprozeß zur Herstellung von Methan aus Generatorgas erhält. Während dieses Wechselprozesses mit kohlenstoffreicher und kohlenstoffarmer Stufe unterliegt das kohlenstoffhaltige Material einer Transformation in ein durch Wasserstoff aktiviertes Material, welches eine höhere Abscheidungsgeschwindigkeit und Methan!sierungsgeschwindigkeit besitzt als das nicht-aktivierteMaterial, wie es zu Anfang vorliegt. Fast der gesamte Kohlenstoff sowohl im aktiviert als auch im nicht-aktivierten kohlenstoffhaltigen Material kann mit Wasserstoff reagieren, ohne daß dies zu einer Desaktivierung hinsichtlich Kohlenstoff abscheidung oder Methanisierung führt.Hydrogen reacts rapidly with a carbonaceous material to form methane-rich gases in which the methane content can be at least 20% by volume, which is an economical method for producing methane-rich gases. The carbonaceous material can be substantially depleted of carbon ( without this being at the expense of its high reactivity with hydrogen. The carbon-depleted material can be replenished with carbon by exposing it to CO. So you can alternate methanization and carbon separation, whereby you receives a very economical overall process for the production of methane from generator gas. During this alternation process with high-carbon and low-carbon stage, the carbon-containing material is subject to a transformation into a hydrogen-activated material, which has a higher deposition rate and methanation rate than the non-activated material like it Almost all of the carbon in both the activated and non-activated carbonaceous material can react with hydrogen without causing deactivation in terms of carbon deposition or methanism ation leads.

Die verschiedensten kohlenstoffhaltigen Materialien sind bekannt und werden als Pigmente, Ausgangsmaterial für Koks, für Adsorptionsmittel und dergleichen angewandt. Eine Art von kohlenstoffhaltigem Material bildet sich durch Disproportionierung unter Kohlenstoffabscheidung aus CO in Gegenwart eines Katalysators auf der Basis eines Metalls der Eisengruppe. Unter "Disproportionierung" versteht man hier Reaktionen, die zu einer Kohlenstoffabscheidung aus CO führen entsprechend folgenden Gleichungen:A wide variety of carbonaceous materials are known and used as pigments, raw materials for coke, adsorbents and the like. One type of carbonaceous material is formed by disproportionation with deposition of carbon from CO in the presence of an iron group-based metal catalyst. "Disproportionation" is understood here to mean reactions that lead to carbon deposition from CO according to the following equations:

809885/0970809885/0970

2 CO > C + CO2 2 CO > C + CO 2

CO + H2 ί> C + H2OCO + H 2 ί> C + H 2 O

Bei vielen chemischen Verfahren ist die Bildung derartiger kohlenstoffhaltiger Stoffe durch CO-Disproportionierungsßktionen eine sehr unerwünschte Nebenreaktion, die auch den Katalysator für diese Verfahren durch Kohlenstoffabscheidung darauf desaktivieren können. Das so gebildete kohlenstoffhaltige Material hat nur geringen wirtschaftlichen Wert. Es ist bekannt, daß es mit Wasserstoff unter Bildung von Methan, das der Hauptbestandteil von Erdgas ist, zu reagieren vermag. Die bekannten kohlenstoffhaltigen*Produkte hatten jedoch eine derartig geringe Reaktionsgeschwindigkeit zur Folge, daß sich darauf kein wirtschaftlich interessantes Verfahren aufbauen ließ. Da der Methanverbrauch und -bedarf immer steigt, wurde auch bereits versucht. Methan aus Kohle herzustellen, wofür man bereits viel Entwicklungsarbeit aufgewandt hat. So gibt es bereits ein Syntheseverfahren, bei dem CO + H2 zu Methan führen soll. CO + H2 (Synthesegas) werden erhalten durch Verbrennung von Kohle in Sauerstoff und Dampf. Anstelle von Luft wird im allgemeinen Sauerstoff angewandt, da Synthesegas zur Herstellung von Methan keine größeren Anteile an Stickstoff enthalten soll, weil sich Stickstoff nicht leicht aus dem Synthesegas oder dem Methan abtrennen läßt. Ein Nachteil dieses Verfahrens liegt daher in der Notwendigkeit einer großen und kostspieligen Sauerstofferzeugung. Das bei der Methanisierung gebildete CO2 muß auch noch aus dem CO + H2 -Strom abgeschieden werden, um zu einem Starkgas zu kommen. Dies ist relativ kostspielig.In many chemical processes, the formation of such carbonaceous substances by CO disproportionation reactions is a very undesirable side reaction which can also deactivate the catalyst for these processes by carbon deposition thereon. The carbonaceous material so formed has little economic value. It is known that it can react with hydrogen to form methane, which is the main component of natural gas. The known carbon-containing * products, however, resulted in such a slow reaction rate that no economically interesting process could be based on them. Since the methane consumption and demand is always increasing, attempts have already been made. Producing methane from coal, for which a lot of development work has already been done. There is already a synthesis process in which CO + H 2 is supposed to lead to methane. CO + H 2 (synthesis gas) are obtained by burning coal in oxygen and steam. Oxygen is generally used instead of air, since synthesis gas for the production of methane should not contain any major proportions of nitrogen because nitrogen cannot easily be separated from the synthesis gas or the methane. A disadvantage of this method is therefore the need for a large and expensive generation of oxygen. The CO 2 formed during methanation must also be separated from the CO + H 2 stream in order to produce a strong gas. This is relatively expensive.

Aufgabe der Erfindung ist somit ein insbesondere mit Wasserstoff zur Bildung von Methan hoch reaktionsfähiges kohlenstoffhaltiges Material, welches inaktiviert vorliegenThe object of the invention is therefore a method that is highly reactive, in particular with hydrogen to form methane carbonaceous material which is inactivated

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kann oder "bereits mit Wasserstoff aktiviert ist, indem man über das nicht-aktivierte Material Wasserstoff leitet. Das erfindungsgemäße kohlenstoffhaltige Material ist ein mehrphasiges System, in dem eine kohüenstoffreiche Hauptphase und eine disperse Phase, reich an einem oder mehreren Metallen der Eisengruppe ist, welche zumindest teilweise an den Kohlenstoff gebunden ist. Das Eisenmetall katalysiert die Reaktionen der Kohlenstoffbildung durch die Hydrierung des kohlenstoffhaltigen Materials. Um diese katalytische Wirksamkeit zu erhalten, soll das Eisenmetall in einer Menge von zumindest 0,5 Gew.-^, bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials, vorliegen; bevorzugt wird zumindest 1 Gew.-%. In dem nicht—aktivierten kohlenstoffhaltigen Material soll das Eisenmetall vorzugsweise 1 bis 3,5 Gew.-% ausmachen. Damit kann man eine Geschwindigkeit der Methanbildung von zumindest 0,1 Mol CHr je h und Mol Kohlenstoff erreichen, wenn der Kohlenstoff mit Wasserstoff bei einer Temperatur von 5500C und einem Druck von 1 atm (1 ata) in Berührung steht und die minimale Speisegeschwindigkeit für Wasserstoff 2 Mol je h und Mol Kohlenstoff beträgt. Diese Reaktivität gegenüber Wasserstoff ist eine besondere Eigenschaft des erfindungsgemäßen Materials. Sie liegt wesentlich höher als die anderer Formen von Kohlenstoff. Das erfindungsgemäße Material behält die hohe Reaktivität auch bei, wenn es im wesentlichen verarmt ist oder angereichert ist mit Kohlenstoff. Unter gewissen Bedingungen kann Wasser einen nachteiligen Einfluß auf die Reaktivität, insbesondere die Methanbildungsgeschwindigkeit, haben. Demzufolge soll bei Atmosphärendruck Wasserstoff <1 Vol.-% enthalten.can or "is already activated with hydrogen by passing hydrogen over the non-activated material. The carbonaceous material according to the invention is a multiphase system in which a carbon-rich main phase and a disperse phase is rich in one or more metals of the iron group, which is at least partially bound to the carbon. The ferrous metal catalyzes the reactions of carbon formation by the hydrogenation of the carbonaceous material. To obtain this catalytic effectiveness, the ferrous metal should be in an amount of at least 0.5 wt .- ^, based on the total weight of the At least 1% by weight is preferred. In the non-activated carbonaceous material, the ferrous metal should preferably make up 1 to 3.5% by weight h and moles of carbon reach when the carbon is mixed with hydrogen at a temperature of 550 0 C and a pressure of 1 atm (1 ata) and the minimum feed rate for hydrogen is 2 moles per hour and mole of carbon. This reactivity towards hydrogen is a special property of the material according to the invention. It is much higher than that of other forms of carbon. The material of the invention retains the high reactivity even when it is substantially depleted or enriched in carbon. Under certain conditions, water can have a detrimental effect on reactivity, especially the rate of methane formation. Accordingly, hydrogen should contain <1% by volume at atmospheric pressure.

Es scheint, daß das Eisenmetall in das Netzwerk des teilweise kristallisierten Kohlenstoffs transportiert wird und sich darin regellos verteilt. Zumindest ein Teil des dispergierten Metalls wird an Kohlenstoff gebunden.·It appears that the ferrous metal is transported into the network of the partially crystallized carbon and is distributed randomly in it. At least part of the dispersed metal is bound to carbon.

809885/0970 "5 "809885/0970 " 5 "

Ein Teil des Metalls kann sich zwischen den Kristallebenen des Kohlenstoffs befinden.Some of the metal can move between the crystal planes of carbon.

Die nicht-aktivierte Form des erfindungsgemäßen kohlenstoffhaltigen Materials wird hergestellt, indem man CO über einen Disproportionierungs-Initiator auf Basis eines Eisenmetalls leitet. Das kohlenstoffhaltige Material bildet sich auf der Oberfläche des Disproportionierungs-Initiators, wenn dieser einem CO-haltigen Gas bei 300 bis etwa 7000C, vorzugsweise 400 bis 600°C, ausgesetzt wird. Der Druck kann zwischen etwa 1 und 100 atm liegen, bevorzugt wird jedoch 1 bis 25 atm. Das CO-haltige Gas enthält vorzugsweise etwas Wasserstoff. Anfänglich bilden sich Eisenmetall-Carbide, doch bei Fortschreiten dieser Reaktion beginnt sich das kohlenstoffhaltige Material zu sammeln auf der Oberfläche des Disproportionierungs-Initiators. CO bleibt in Kontakt mit dem Disproportionierungs-Initiator(bis wesentliche Anteile an nicht-aktiviertem kohlenstoffhaltigem Material darauf abgeschieden sind.The non-activated form of the carbonaceous material of the invention is produced by passing CO over a disproportionation initiator based on a ferrous metal. The carbonaceous material is formed on the surface of the dismutation initiator when this gas to a CO-containing is preferably exposed at 300 to 700 0 C, 400 to 600 ° C. The pressure can be between about 1 and 100 atm, but 1 to 25 atm is preferred. The CO-containing gas preferably contains some hydrogen. Iron metal carbides are initially formed, but as this reaction proceeds, the carbonaceous material begins to collect on the surface of the disproportionation initiator. CO remains in contact with the disproportionation initiator ( until substantial amounts of non-activated carbonaceous material are deposited on it.

Als Disproportionierungs-Initiator für CO auf der Basis eines Eisenmetalls kommt Nickel, Kobalt und/oder Eisen in Frage, deren Oxide, Legierungen oder Erze. Dieses Eisenmetall als Disproportionierungs-Initiator für CO ist zu unterscheiden von dem fein dispersen Metall in oder zumindest teilweise gebunden an dem Kohlenstoff, welches die geringere Phase in dem erfindungsgemäßen kohlenstoffhaltigen Material bildet. Bei dem erfindungsgemäßen katalytischen kohlenstoffhaltigen Material ist nur das disperse und gebundene Metall von Interesse.As a disproportionation initiator for CO on the basis of a ferrous metal, nickel, cobalt and / or iron can be used, their oxides, alloys or ores. This ferrous metal as a disproportionation initiator for CO is to be distinguished from the finely dispersed metal in or at least partially bound to the carbon, which is the lower Phase in the carbonaceous material according to the invention forms. In the catalytic carbonaceous one of the present invention Material is only of interest to the dispersed and bound metal.

Beispiele für Eisenmetallinitiatoren, wie sie zur Anwendung gelangen können, sind FepO^-Pulver, Hämatit mit in der Hauptsache Fe2O^, Elektrolyt-Eisenspäne, KugeSn/vonExamples of iron metal initiators as they can be used are FepO ^ powder, hematite with mainly Fe 2 O ^, electrolyte iron filings, KugeSn / von

- 6 809885/0970 - 6 809885/0970

Kohlenstoffstahl, Stahlwolle, Nickeloxid, Kobaltoxid, hochreine Nickelspäne, Kobaltspäne, Abfälle von Eisen-Nickel-Legierungen, Eisen-Kobalt-Legierungen sowie korrosionsbeständiger Stahl. Verschiedene Eisenerze kann man ebenfalls als Ausgangsmaterial anwenden, z.B. Mesabi Range Eisenerz. Die Anwendung solcher Erze ist wünschenswert, da sie billig und leicht verfügbar sind. Das Eisenmetall kann sich aber auch auf einem Träger befinden, wie Silicat oder Tonerde, vorausgesetzt daß dieser keinen nachteiligen Einfluß auf das kohlenstoffhaltige Material ausübt. Ein Vorteil ist jedoch, daß man weder für das nicht— aktivierte als auch für das aktivierte kohlenstoffhaltige Material einen Träger braucht zur Vergrößerung der spezifischen Oberfläche, da das kohlenstoffhaltige Material selbst bereits eine hohe spezifische Oberfläche besitzt. Diese liegtCarbon steel, steel wool, nickel oxide, cobalt oxide, high-purity nickel shavings, cobalt shavings, waste iron-nickel alloys, iron-cobalt alloys as well corrosion-resistant steel. Various iron ores can also be used as starting material, e.g. mesabi Range iron ore. The use of such ores is desirable because they are cheap and readily available. The ferrous metal but can also be on a carrier, such as silicate or alumina, provided that it does not has an adverse effect on the carbonaceous material. One advantage, however, is that you don't activated as well as for the activated carbonaceous material a carrier needs to increase the specific Surface, as the carbonaceous material itself already has a high specific surface. This lies

beispielsweise in der Größenordnung von 50 bis > 500 m /g,for example in the order of 50 to> 500 m / g,

ο normalerweise zwischen etwa 150 und 300 m /g.ο normally between around 150 and 300 m / g.

Damit das' kohlenstoffhaltige Material die gewünschte Reaktivität besitzt, sollte es in situ gebildet werden. Ein einfaches Mischen des Exsenmetalls mit Kohlenstoff führt nicht zu dem angestrebten Ziel. Bei dem erfindungsgemäßen Material scheidet sich der Kohlenstoff in Form von Fasern, möglicherweise Hohlfasern auf der Oberfläche des Schwermetalls ab. Der Durchmesser derartiger Fasern liegt in der Größenordnung von etwa 0,02 bis 2 ,um und das Verhältnis Länge : Durchmesser (1/d) ist MO. Bei der Analyse dieses Fasermaterials wurde festgestellt, daß es winzige Teilchen eines Metalls (disperse Phase) wie f*-Eisen, Eisencarbid oder Eisen-Nickel-Legierungen enthält. Offensichtlich wird Eisenmetall in die Kohlenstoffasern transportiert. Dieses Eisenmetall steht nun nicht mehr in physikalischer Verbindung mit dem ursprünglich eingesetzten Eisenmetall, sondern ist ein wesentlicher Bestandteil des erfindungsgemäßen hochreaktiven kohlenstoffhaltigen Materials. Bei der Methani- In order for the carbonaceous material to have the desired reactivity, it should be formed in situ. Simply mixing the extraneous metal with carbon does not achieve the desired goal. In the case of the material according to the invention, the carbon is deposited in the form of fibers, possibly hollow fibers, on the surface of the heavy metal. The diameter of such fibers is on the order of about 0.02 to 2 µm and the length: diameter ratio (1 / d) is MO. When this fiber material was analyzed, it was found that it contained tiny particles of a metal (disperse phase) such as f * iron, iron carbide or iron-nickel alloys. Obviously, ferrous metal is transported into the carbon fibers. This ferrous metal is no longer in physical connection with the ferrous metal originally used, but is an essential component of the highly reactive carbonaceous material according to the invention. In methani-

809885/0970 " 7 "809885/0970 " 7 "

sierung mit Hilfe des erfindungsgemäßen kohlenstoffhaltigen Materials können mehr als 95% des freien Kohlenstoffs zu Methan umgewandelt werden. Dieses an Kohlenstoff verarmte Material wird dann mit Kohlenstoffpulver gemischt und das Gemisch Wasserstoff unter solchem Druck und Temperatur ausgesetzt, wie sie normalerweise für Methan angewandt werden. Es zeigt sich dabei, daß sich kein Methan bildet. Es wird darauf hingewiesen, daß die Unterscheidung "bzw. Definition des aktiven Eisenmetalls in dem erfindungsgemäßen kohlenstoffhaltigen Material gegenüber dem als Ausgangsprodukt angewandten Eisenmetall schwierig ist, wenn maxi als Ausgangsmaterial ein feines Pulver verwendet. Zur Identifizierung des erfindungsgemäßen Materials wurden Versuchsreihen durchgeführt, in denen als Initiator für die CO-Disproportionierungsreaktion Platten aus Eisen, Nickel, Kobalt oder einer Eisen-Nickel-Legierung angewandt wurden, auf die dann das kohlenstoffhaltige Material abgeschieden worden ist. Dieses bildet auf den Platten eine lockere wellige Abscheidung, welche sich leicht von der Platte entfernen läßt. Dieses kohlenstoffhaltige Material wurde dann den Untersuchungen zugrundegelegt. Ausgehend von einer Eisenplatte enthielt das in situ gebildete kohlenstoffhaltige Material etwa 1 bis 3,5% fein-disperses Eisen, wie sich durch Spektralanalyse und gravimetrisch nach der Veraschung ergab. Der Rest war im wesentlichen Kohlenstoff mit Spuren von Wasserstoff. Der Kohlenstoff war teilweise graphitiert (zu teilweise graphitiertem Kohlenstoff siehe R. E. Franklin, "Acta Cryst", Bd. 4, S. 253 (1951)).ization with the aid of the carbonaceous material according to the invention can increase more than 95% of the free carbon Methane can be converted. This carbon-depleted material is then mixed with carbon powder and that Mixture exposed to hydrogen under such pressure and temperature, as they are normally used for methane. It can be seen that no methane is formed. It will pointed out that the distinction "or definition of the active ferrous metal in the carbon-containing according to the invention Material compared to the ferrous metal used as the starting product is difficult if maxi is used as the starting material a fine powder used. To identify the material according to the invention, test series were carried out, in which as an initiator for the CO disproportionation reaction plates made of iron, nickel, cobalt or a Iron-nickel alloy were applied onto which the carbonaceous material was then deposited. This forms a loose, wavy deposit on the plates, which can be easily removed from the plate. This carbonaceous material was then used as the basis for the investigations. Containing starting from an iron plate the carbonaceous material formed in situ has about 1 to 3.5% finely divided iron, as determined by spectral analysis and obtained gravimetrically after incineration. The remainder was essentially carbon with traces of hydrogen. Of the Carbon was partially graphitized (for partially graphitized carbon, see R. E. Franklin, "Acta Cryst", Vol. 4, p. 253 (1951)).

Fig. 2 zeigt eine Mikroaufnahme aus einem Abtastelektronenmikroskop von Kohlenstoffasern, gebildet auf einer Eisenplatte, bei relativ geringer Vergrößerung und Fig. 1 eine Detailansicht in relativ großer Vergrößerung. Bei dem den Figuren 1 und 2 zugrundeliegenden Fasermaterial handelt es sich um ein nicht-aktiviertes, also nicht mit WasserstoffFig. 2 shows a micrograph from a scanning electron microscope of carbon fibers formed on an iron plate at relatively low magnification and Fig. 1 a detailed view in a relatively large enlargement. The fiber material on which FIGS. 1 and 2 are based is involved it is a non-activated one, i.e. not with hydrogen

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behandeltes Material. In einer Faserprobe konnte in einem Bereich A Eisen in hoher Konzentration festgestellt werden. Im Bereich B wurde mit Hilfe einer Elektronensonde ebenfalls Eisen festgestellt. Dieser Eiseneinschluß ist etwa 300 nm lang und etwa 100 m breit (zur Analysenmethode siehe J. R. Ogren, "Electron Microprobe", Kap. 6, "Systematic Materials Analyses", Bd. 1, Academic Press, Inc., New York 1975). Unter der Annahme, daß die Faser massiv ist und eine Dichte zwischen der von amorphem und vollständig graphitiertem Kohlenstoff besitzt, liegt die Auflösbarkeit der Mikrosonde bei etwa 1,5 Gew.-96 Fe.treated material. In a fiber sample, iron was found in high concentration in area A. In area B, iron was also detected with the help of an electron probe. This iron inclusion is about 300 nm long and about 100 m wide (for the analysis method, see J. R. Ogren, "Electron Microprobe", chap. 6, "Systematic Materials Analyzes", Vol. 1, Academic Press, Inc., New York 1975). Assuming the fiber is solid and has a density between that of amorphous and fully graphitized Carbon, the dissolvability of the microprobe is around 1.5% by weight of Fe.

Die Röntgenanalyse von nicht-aktiviertem kohlenstoffhaltigem Material, abgeschieden auf einer Eisenplatte, zeigte; daß das Eisen als Eisencarbid wie auch als 'X-Eisen vorliegt. Für das Pulverdiagramm nach Debye-Scherrer wurde ein Röntgenspektrometer "General Electric Model XRD-5" angewandt. Die gleiche Analysenmethode zeigte, daß in dem aktivierten Material das röntgenographisch feststellbare Eisen nur in der •~<—Form vorlag.X-ray analysis of non-activated carbonaceous material deposited on an iron plate showed ; that the iron is present as iron carbide as well as' X iron. A "General Electric Model XRD-5" X-ray spectrometer was used for the Debye-Scherrer powder diagram. The same method of analysis showed that the X-ray detectable iron was present in the activated material only in the • ~ <-form.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, ist das Eisen bzw. die Eisenverbindung an den Kohlenstoff gebunden. Es wurde versucht, diese Bindung zu lösen und die Eisenverbindung bzw. das Eisen von dem Kohlenstoff zu lösen, und zwar durch physikalische Maßnahmen wie durch Sieben oder mit Hilfe eines Magnets. Auf diese Weise läßt sich jedoch keine Trennung erreichen. Da sich das Eisen von dem Kohlenstoff durch physikalische Maßnahmen nicht trennen läßt, bedeutet· dies, daß zumindest ein Teil des Eisens innig assoziiert ist mit dem Kohlenstoff und zumindest ein Teil davon mit Kohlenstoff gebunden ist, möglicherweise atomar oder molekular. Auch besteht die Möglichkeit, daß das Eisen als feste Lösung in Kohlenstoff vorliegt. Wenn dies zutrifft, können die Zwischenflächen der Eisen/Kohlenstoff-festen Lösung und Kristalle der Eisenphase aktive Stellen, die die hohe Reaktionsgeschwindigkeit be-As FIG. 1 shows, the iron or the iron compound is bound to the carbon. It has been tried, to loosen this bond and to loosen the iron compound or the iron from the carbon, namely by physical means Measures such as sifting or using a magnet. However, separation cannot be achieved in this way. Since the iron cannot be separated from the carbon by physical means, this means that at least part of the iron is intimately associated with the carbon and at least part of it is bound with carbon, possibly atomic or molecular. There is also the possibility that the iron is present as a solid solution in carbon. If so, the interfaces of the iron / carbon solid solution and crystals of the iron phase active sites that require the high reaction speed

809885/0970 - 9 -809885/0970 - 9 -

günstigen, darstellen. Was immer für eine Bindungsart zwischen Eisen und Kohlenstoff vorliegen mag, so konnte festgestellt werden, daß Eisen, Aktivkohle, handelsüblicher Zementit Fe7C oder ein physikalisches Gemisch von Eisen und Aktivkohle nicht die Eigenschaften besitzen wie das erfindungsgemäße Material. Diese bilden auch kein Methan in Berührung mit Wasserstoff bei erhöhten Temperaturen mit einer Geschwindigkeit, die sich auch nur nähert de:n der er findungsgemäß erreichten Geschwindigkeit. Dies zeigt die folgende Tabelle I.favorable, represent. Whatever the type of bond between iron and carbon, it was found that iron, activated carbon, commercially available cementite Fe 7 C or a physical mixture of iron and activated carbon do not have the properties of the material according to the invention. These form no methane into contact with hydrogen at elevated temperatures at a rate that even approaches de: n which he inventively achieved speed. This is shown in Table I.

C-Material
getrennt von
Fe-Initiator
C material
separate from
Fe initiator
Tabelle ITable I. Methanisierungs-
geschwindigkeit
(Mol CH^/Mol Ch)
Methanation
speed
(Mole CH ^ / mole Ch)
neinno C/Fe
Atom-
Verhältnis
C / Fe
Atom-
relationship
0,100.10
1.1. JaYes 27,3 *27.3 * 0,100.10 2.2. dathere 176176 0,280.28 3.3. jaYes 220220 0,490.49 4.4th neinno 12,612.6 0,240.24 5.5. neinno 7 '*7 '* 0,200.20 6.6th 7 *7 * --0,05
(CH,, nicht fest-
f gestellt)
--0.05
(CH ,, not fixed-
f posed)
7.7th -- 0,330.33 •^ 0,0004• ^ 0.0004 8.8th. -- >1000> 1000 <■ 0,0004<■ 0.0004 9.9. "-"- ^1000^ 1000 <0,0004<0.0004 10.10. 4,7 *4.7 * ~10-7~ 10 -7 11.11. ^■10 000^ ■ 10,000

einschließlich Ausgangs-Eisenincluding starting irons

- 10 -- 10 -

80 9 885/097080 9 885/0970

In dieser Tabelle wurden folgende Ausgangsmaterialien angewandt:The following raw materials were used in this table:

1. C abgeschieden aus CO + H2, 55O0C, 1 atm, auf hoch reinem Eisenblech;1. C deposited from CO + H 2 , 550 0 C, 1 atm, on highly pure iron sheet;

2. wie 1, vom Eisenblech getrennt und mit Wasserstoff behandelt;2. As 1, separated from the iron sheet and with hydrogen treated;

3. C abgeschieden auf einem 3,2 mm Granulat von Kohlenstoffstahl bei 5000C aus C1O + H?, 1 atm;3. C deposited on 3.2 mm granules of carbon steel at 500 0 C from C 1 O + H ? , 1 atm;

4. mehrmals wiederholte C-Abscheidung und Wasserstoff behandlung bei 55O0C, 7 bis 17,5 kg/cm2 auf 4,8 mm Granulat aus Kohlenstoffstahl, von diesem getrennt und C abgeschieden bei 1 atm CO ι H2;4. Repeatedly repeated C deposition and hydrogen treatment at 55O 0 C, 7 to 17.5 kg / cm 2 on 4.8 mm granules of carbon steel, separated from this and C deposited at 1 atm CO ι H 2 ;

5. Mesabi-Eisenerz, reduziert mit Hp, darauf C-Abscheidung aus CO + H2, 500°C, 1 atm;5. Mesabi iron ore, reduced with Hp, then C deposition from CO + H 2 , 500 ° C, 1 atm;

6. wie 5, Jedoch vor der Hydrierung 96 h an der Luft bei6. As for 5, but 96 h in air before hydrogenation

7. handelsüblicher Zementit Fe^C;7. Commercial cementite Fe ^ C;

8. Aktivkohle Norit-A;8. Activated carbon Norit-A;

9. Koks aus der Kohlevergasung;9. coke from coal gasification;

10. Aktivkohle + Elektrolyteisenpulver 1:1;10. Activated carbon + electrolyte iron powder 1: 1;

11. Graphitpulver, spektroskopisch rein.11. Graphite powder, spectroscopically pure.

809885/0970809885/0970

^ 283159Λ^ 283159Λ

Fig. 9 zeigt nun eine Abtast-elektronenmikrdskopische Aufnahme eines kohlenstoffhaltigen Materials nach der Erfindung, erhalten durch CO-Disproportionierung auf einer Nickellegierung mit etwa 50% Ni und 50% Fe. Das von der Legierungsplatte getrennte faserige Material enthielt 98,42% C, 0,58% Fe, 0,73% Ni und 0,94% H (unkorrigierte Analysendaten, so daß die Summe nicht 100% ist). Der in der Mikrofotografie angedeutete Bereich wurde mit einer Elektronenmikrosonde geprüft und enthält in etwa gleichen Teilen Eisen und Nickel in hoher Konzentration. Die Röntgenanalyse ergab ebenfalls die Anwesenheit einer Eisen-Nickel-Legierung. Es erscheint wahrscheinlich, daß der Faden C in Fig. 9 tatsächlich aus einer Eisen-Nickel-Legierung be-9 now shows a scanning electron micrograph of a carbonaceous material according to the invention, obtained by CO disproportionation on a nickel alloy with about 50% Ni and 50% Fe. That from the alloy plate separate fibrous material contained 98.42% C, 0.58% Fe, 0.73% Ni and 0.94% H (uncorrected analysis data, so that the sum is not 100%). The area indicated in the photomicrograph was taken with an electron microprobe tested and contains iron and nickel in high concentrations in roughly equal parts. The X-ray analysis also revealed the presence of an iron-nickel alloy. It appears likely that thread C in Fig. 9 actually made of an iron-nickel alloy

, . ,Unabhängig davon, _ . _. r. ....·,-,.·, . ^j. steht, /ob nun 9er Faden C m Fig. 9 tatsachlich eine feste Lösung der Eisen-Nickel-Legierung ist, so ergibt doch die Untersuchung klar, daß sehr kleine Kristallite, enthaltend sowohl Eisen als auch Nickel( aus der Unterlageplatte in die Kohlenstoffasern transportiert worden sind und mit diesen in inniger Verbindung stehen bzw. möglicherweise sogar mit dem 'Kohlenstoff gebunden sind.,. ,Independently of, _ . _. r. .... ·, - ,. ·,. ^ j. stands / whether 9s thread C m Fig. 9 actually a solid solution of iron-nickel alloy, yet the investigation is clear that very small crystallites containing iron transported into the carbon fibers as well as nickel (from the base plate have been and are in close connection with them or possibly even with the 'carbon are bound.

Das Eisenmetall dispergiert durch die ganze Kohlenstoffmatrix ist möglicherweise ein sehr wirksamer Katalysator. Das Eisenmetall katalysiert die Reaktion von C der Matrix mit anderen Reaktionspartnern. Mit fortschreitender Reaktion verarmt das Material an C, kann jedoch wieder angereichert werden mit C, indem man es einem CO-haltigen Gas aussetzt. Bei erhöhter Temperatur katalysiert nun die aktive Komponente die Disproportionierung des CO.The ferrous metal dispersed throughout the carbon matrix is potentially a very effective catalyst. The ferrous metal catalyzes the reaction of C in the matrix with other reactants. As the reaction progresses If the material becomes depleted in C, it can, however, be enriched again with C by exposing it to a CO-containing gas. At an elevated temperature, the active component catalyzes the disproportionation of the CO.

Es wurde festgestellt, daß selbst das an C weitgehend verarmte Material bei der Reaktion mit Wasserstoff seine spezifische Reaktionsgeschwindigkeit für die Methanisierung beibehält. Überraschenderweise kann man fast den gesamten Kohlenstoff aus dem kohlenstoffhaltigen Material entfernen und noch immer wird die relativ hohe Methanisierungsgeschwin-It was found that even that at C largely depleted material in the reaction with hydrogen its specific reaction rate for methanation maintains. Surprisingly, almost all of the carbon can be removed from the carbonaceous material and the relatively high methanation rate is still

809885/0970 " 12 "809885/0970 " 12 "

digkeit beibehalten. Dies ergibt sich aus der Fig 3, wo die spezifische Methanisierungsgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen kohlenstoffhaltigen Materials aufgetragen ist gegen den Verbrauch an Kohlenstoff durch die Hydrierung. Die den Werten der Fig. 3 zugrundeliegenden Arbeitsbedingungen waren 1 atm und 570 bis 600 C bei 110 cnr/min H-,. Das C-reiche Material (d.h. etwa 96% C) hatte anfänglich eine Reaktivität von etwa 0,3 Mol CH^/h . Mol C, wethe allmählich anstieg auf etwa 0,63 (etwa 88% C verbraucht). Wenn etwa 90% des Kohlenstoffs verbraucht waren oder das Material etwa 25 Gew.-% Eisen enthielt, fiel die Reaktivität schnell ab. Wenn das C-reiche Material anfänglich 95 Gew.-% und 5 Gew.-% Fe enthielt, so war der Eisenanteil nach Verbrauch von etwa 90% C etwa 35 Gew.-%.Maintain dignity. This emerges from FIG. 3, where the specific methanation rate of the invention carbonaceous material is applied against the consumption of carbon by the hydrogenation. The den The values of the working conditions on which FIG. 3 is based were 1 atm and 570 to 600 ° C. at 110 cnr / min H- ,. The C-rich Material (i.e. about 96% C) initially had a reactivity of about 0.3 moles CH 2 / hr. Mol C, which gradually increased to about 0.63 (about 88% C consumed). When about 90% of the When the carbon was consumed or the material contained about 25 wt% iron, the reactivity dropped rapidly. When the C-rich material initially contained 95 wt% and 5 wt% Fe, the iron content after consumption was about 90% C about 35% by weight.

Das erfindungsgemäße Material behält seine wichtigen Eigenschaften während vieler Zyklen von Kohlenstoffverbrauch und Kohlenstoff-Wiederanreicherung. Bei Eisen als Eisenmetall erhielt man auch nach 55· derartiger Zyklen jederzeit dieses mit Wasserstoff aktivierte Material.The material according to the invention retains its important Properties during many cycles of carbon depletion and carbon recharge. For iron as Ferrous metal was obtained even after 55 such cycles this hydrogen activated material at any time.

Das erfindungsgemäße Material behält seine üerragenden Eigenschaften auch nach langer Lagerzeit in C-reichem oder C-armem Zustand. Ist dieses Material jedoch Sauerstoff ausgesetzt, so kann es zu einer Oxidation des Eisenmetalls kommen, was sich nachteilig auf die katalytische Aktivität auswirkt, so daß man bei der Lagerung den Luftzutritt verhindern soll. Ein eisenhaltiges erfindungsgemäßes Material zeigte nach einer Lagerzeit von 24 h bei Raumtemperatur keine Verschlechterung bei der Methanisierung.The material according to the invention retains its outstanding properties Properties even after a long storage time in a C-rich or C-poor state. However, when this material is exposed to oxygen, this can lead to oxidation of the ferrous metal, which has a negative impact on the catalytic activity affects, so that one should prevent the entry of air during storage. A ferrous material according to the invention showed no deterioration in methanation after a storage time of 24 h at room temperature.

Das erfindungsgemäße Material kann hinsichtlich seiner Zusammensetzung über weite Strecken variiert werden, wie dies aus folgender Aufstellung hervorgeht:The material according to the invention can with regard to its Composition can be varied over long distances, as can be seen from the following list:

- 13 809885/0970 - 13 809885/0970

bevorzugtpreferred

teilweise graphitierter C 65-99,5 Gew.-% 75 - 99 Gew.-% disperses Eisenmetall 0,5 - 35 Gew.-% 1-25 Gew.-%partially graphitized C 65 - 99.5% by weight 75 - 99% by weight dispersed ferrous metal 0.5 - 35% by weight 1-25% by weight

Die Prozentangaben beziehen sich auf ein Material nach Entfernen des ursprünglich eingesetzten Eisenmetalls. Wenn das Eisenmetall Eisen ist, so sollte das nicht-aktivierte Material vorzugsweise etwa 1 bis etwa 3,5% Fe neben etwa bis 96,5% C enthalten.The percentages relate to a material after removal of the ferrous metal originally used. if the ferrous metal is iron, so should the non-activated Material preferably contains about 1 to about 3.5% Fe in addition to about 96.5% C.

Es wurde festgestellt, daß manchmal das erfindungsgemäße kohlenstoffhaltige Material bei Behandlung mit Wasserstoff eine Verbesserung der Geschwindigkeit der Kohlenstoffabscheidung und der Methanisierung zeigte. Wenn das Eisenmetall Eisen ist, so beträgt die Abscheidungsgeschwindigkeit von CIt has been found that sometimes the carbonaceous material of the present invention when treated with hydrogen showed an improvement in the rate of carbon deposition and methanation. If the ferrous metal is iron is, the rate of deposition of C is

> 10 g/h.g Fe und die Geschwindigkeit der Methanisierung > 10 g / hg Fe and the rate of methanation

> 0,3 Mol/h.Mol C. Die C-Abscheidung wurde bei 1 atm und .5000C in einem CO-Strom von 10 Mol/h.g Fe mit einem Gasge-> 0.3 mol / h.Mol C. The C deposition was carried out at 1 atm and .500 0 C in a CO stream of 10 mol / hg Fe with a gas

misch von 80 Vol.-% CO und 20 Vol.-% H5 bestimmt, die Methani-a mixture of 80 vol .-% CO and 20 vol .-% H 5 determined, the methani-

o 'o '

sierungsgeschwindigkeit bei 550 C, 1 atm und einer minimalen H2-StrÖmung von 2 Mol/h.MoIC.Conversion rate at 550 C, 1 atm and a minimum H 2 flow of 2 mol / h MoIC.

Obwohl man dem CO zur Abscheidung des erfindungsgemäßen Materials Hp zusetzen kann, erhält man so lang kein durch Wasserstoff aktiviertes Material als eine Abscheidung auf dem ursprünglich angewandten Eisenmetall stattfindet. Wird das C-haltige Material, welches anfänglich gebildet ist, der Hydrierung im Rahmen der Methanherstellung ausgesetzt, dann findet die Aktivierung des Materials nach der Erfindung statt. Es wurde die Bildung dieses Materials festgestellt, wenn etwa 15 Gew.-% des ursprünglich abgeschiedenen C durch Hydrieren entfernt war. Der Wasserstoff soll im allgemeinen nicht mehr als etwa 1 Vol.-% Wasser enthalten.Although the CO for the deposition of the invention Materials Hp can add, you won't get through for so long Hydrogen activated material takes place as a deposit on the originally applied ferrous metal. Will the C-containing material, which is initially formed, is subjected to hydrogenation in the course of methane production, then the activation of the material according to the invention takes place. The formation of this material was found when about 15% by weight of the originally deposited C was removed by hydrogenation. The hydrogen should in general contain no more than about 1% by volume of water.

- 14 8 0 9885/097 0- 14 8 0 9885/097 0

¥enn man das aktivierte Material von dem ursprünglich eingesetzten Eisenmetall abnimmt, so stellt man fest, daß es das gleiche Aussehen hat wie das abgeschiedene Material,If one removes the activated material from the originally used ferrous metal, one finds that it has the same appearance as the deposited material,

daß Fe
jedoch zeigt das Röntgendiagramm, .als o^-Eisen und nicht als Carbid vorliegt. Das aktivierte Material hat nach mehreren Zyklen der Kohlenstoffabscheidung und Methanisierung noch immer eine größere Reaktivität als vor diesen Behandlungen. Bei diesen Wechselbehandlungen kann sich die Zusammensetzung wie folgt ändern:
that Fe
however, the X-ray diagram shows that it is present as o ^ iron and not as carbide. The activated material still has a greater reactivity after several cycles of carbon deposition and methanation than before these treatments. With these alternate treatments, the composition can change as follows:

Gew.-% Weight %

teilweise graphitierter C 65-99,5partially graphitized C 65-99.5

Eisenmetall 0,5 - 35Ferrous metal 0.5 - 35

H2 0,1 - 3,0H 2 0.1-3.0

Wasserstoff ist in dem erfindungsgemäßen Material stark asDziiert. Wird das Eisen enthaltende Material in einem Stickstoffstrom von etwa 200 auf etwa 95O0C erhitzt und das entweichende Trägergas analysiert, so stellt man an desorbierten Gasen in der Hauptsache Hq und CO fest, wobei die H2~Menge im erfindungsgemäßen Material die mehr als 50.00Ofache Menge ist, welche rj -Eisen zu lösen vermag. Mehr als zwei Drittel des IL, entweicht bei Temperaturen über 700 C.Hydrogen is strongly associated in the material according to the invention. If the iron-containing material is heated in a stream of nitrogen from about 200 to about 95O 0 C and the escaping carrier gas is analyzed, the desorbed gases are mainly Hq and CO, the amount of H2 in the material according to the invention being more than 50,000 times Is the amount that rj -iron can solve. More than two thirds of the IL escapes at temperatures above 700 C.

Wenn Eisenoxide, wie Eisenerze, als Disproportionierungs-Initator anfänglich angewandt werden, werden sie zuerst mit CO + Up reduziert und dann beginnt erst sich das kohlenstoffhaltige Material auf dem Eisen zu bilden. Es ist daher die Zeit, in der das Eisen mit CO-haltigem Gas in Berührung steht, von Bedeutung. Bei Fe7O^ und CO-haltigem Gas mit 1 atm und 600 C wird das Eisenoxid zumindest teilweise zu Eisen reduziert. Dies zeigt sich an einem Gewichtsverlust durch Sauerstoff abspaltung. Steht das Eisenoxid mit reinem CO 15 min in Berührung, so stellt man einen Gewichtsverlust von etv/a 22"υWhen iron oxides, such as iron ores, are initially used as disproportionation initiators, they are first reduced with CO + Up and only then does the carbonaceous material begin to form on the iron. The time in which the iron is in contact with CO-containing gas is therefore of importance. In the case of Fe 7 O ^ and CO-containing gas at 1 atm and 600 C, the iron oxide is at least partially reduced to iron. This is shown by weight loss due to the splitting off of oxygen. If the iron oxide is in contact with pure CO for 15 minutes, a weight loss of about 22 ½ is established

- 15 809885/0970 - 15 809885/0970

fest (Sauerstoff macht etwa 27,6 Gew.-% des Eisenkatalysators aus). Es wird etwas Kohlenstoff auf dem Eisen abgeschieden, und zwar in Form von Fe-^C. Nach 30 min betrug der Gewichtsverlust 15% und die Kohlenstoffabscheidung erfolgte in Form des Carbids, in erster Linie Fe^C. Nach 60 min Berührung des Eisenoxids mit CO stellt man noch immer einen geringen Gewichtsverlust von etwa 10% fest und im wesentlichen der gesamte auf dem Eisenoxid abgeschiedene Kohlenstoff fand sich als Carbid in der Hauptsache als Fe^C. Nach 4 h kommt es zu einer Gewichtszunahme von etwa 75% aufgrund der Abscheidung von teilweise graphitiertem Kohlenstoff. Die obigen Proben
nach 1.5, 30 bzw. 60 min zeigten keine geeignete Methanisierungsgeschwindigkeit, wohingegen die Probe nach 4 h bei H2, 1 atm und 55O0C, eine Methanisierungsgeschwindigkeit von
zumindest 0,1 Mol/h.Mol C bei einer Hp-Strömungsgeschwindigkeit von 2 Mol/h.Mol C ergab.
solid (oxygen makes up about 27.6% by weight of the iron catalyst). Some carbon is deposited on the iron in the form of Fe- ^ C. After 30 minutes the weight loss was 15% and the carbon deposition took place in the form of the carbide, primarily Fe ^ C. After 60 minutes of contact of the iron oxide with CO, a slight weight loss of about 10% was still observed and essentially all of the carbon deposited on the iron oxide was found as carbide, mainly as Fe ^ C. After 4 hours there is a weight increase of about 75% due to the deposition of partially graphitized carbon. The above samples
after 1.5, 30 and 60 min did not show a suitable methanation rate, whereas the sample after 4 h at H 2 , 1 atm and 55O 0 C, a methanation rate of
yielded at least 0.1 mole / hr-mole C at an Hp flow rate of 2 mole / hr-mole C.

"[Vi Ώ *l·* Q "V"» Π £3 ~j"[Vi Ώ * l · * Q" V "» Π £ 3 ~ j

Das erfindungsgemäße kohlenstoffhaltige läßt sich
aufgrund seiner besonderen Wirksamkeit zur Methanbildung
auch anwenden'zur Herstellung eines Starkgases, also eines
Gases'hohen Heizwerts)aus Kohle oder einem anderen Brennstoff. Besonders vorteilhaft ist, daß sich Methan bilden läßt ohne der Notwendigkeit,reinen Sauerstoff anzuwenden bzw. Stickstoff, Kohlendioxid oder andere inerte Gase aus dem Ausgangsgas zu entfernen. Aus dem Ausgangsgas kann man unter Bildung des erfindungsgemäßen kohlenstoffhaltigen Materials auf dem Eisenmetall CO und Hp gewinnen. Dann wird ein Hp-haltiges Gas
mit dem erfindungsgemäßen Material bei solchen Arbeitsbedingungen (Temperatur, Druck, Durchsatz) zusammengebracht, daß
sich ein Gas mit zumindest 20 Vol.-% Methan bildet. Durch
die hohe Reaktivität des erfindungsgemäßen Materials mit Hp geht diese Umsetzung außerordentlich schnell. Zur Herstellung eines Gases mit zumindest 75 Vol.-% CHr sind daher nur sehr geringe Kontaktzeiten, z.B. 1 bis 50 s, notwendig, vorzugsweise 5 bis 30 s. Für die Methaninierung benötigt man zumindest 35O0C, bevorzugt wird etwa 400 bis 700OC. Der Druck
The carbonaceous according to the invention can be
due to its particular effectiveness in methane formation
also apply'for the production of a strong gas, i.e. one
Gases'high calorific value) from coal or another fuel. It is particularly advantageous that methane can be formed without the need to use pure oxygen or to remove nitrogen, carbon dioxide or other inert gases from the starting gas. CO and Hp can be obtained from the starting gas with the formation of the carbonaceous material according to the invention on the ferrous metal. Then it becomes a gas containing Hp
brought together with the material according to the invention under such working conditions (temperature, pressure, throughput) that
a gas with at least 20% by volume methane is formed. By
the high reactivity of the material according to the invention with Hp makes this reaction extremely fast. For the production of a gas having at least 75 vol .-% CHr are therefore very low contact times, eg 1 to 50 s, it is necessary, preferably 5 to 30 s. For the Methaninierung one needs at least 35O 0 C, preferably about 400 to 700oC. The pressure

809885/0970 " "809885/0970 " "

kann zwischen Atmosphärendruck und etwa 100 atü, vorzugsweise "bis 25 atü, "betragen.can be between atmospheric pressure and about 100 atmospheres, preferably "to 25 atmospheres".

Zur Herstellung eines methanreichen Starkgases kann man ein "belibiges CO-haltiges Aüsgangsgas anwenden, z.B. aus der Vergasung von Kohle mit Luft oder Luft + Dampf, wodurch man ein Generatorgas mit einem Heizwert bzw. einer Wärmeenergie von 243,25 "bis 521,25 kJ/nr5 (70 bis 150 BTU/ cb.ft) erhält. So gelingt es beispielsweise bei der in situ Vergasung von Kohle ein Gas mit einem Heizwert von 347,5 kJ/nr (100 BTU/cb.ft) zu erhalten. Das Generatorgas enthält CO, H2^ Np und COp. Bevorzugt wird die Kohle mit einem Gasgemisch Luft/Dampf vergast, um ein Generatorgas mit einem hohen Anteil von CO und Hp zu erhalten. Normalerweise enthält ein Generatorgas (trocken) etwa 15 bis 30% CO, etwa 5 bis 30% H2, etwa 40 bis 60% N2 und etwa 2 bis 10% CO2. Alle derartigen CO-haltigen Gase lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Katalysator zu einem methanreichen Gas ähnlich Erdgas mit einem Heizwert von 1737,5 bis 3475 kJ (500 1000 BTU/cb.ft) verwenden.For the production of a methane-rich strong gas one can use any CO-containing starting gas, for example from the gasification of coal with air or air + steam, whereby a generator gas with a calorific value or a thermal energy of 243.25 "to 521.25 kJ can be used / nr 5 (70 to 150 BTU / cb.ft). In the in situ gasification of coal, for example, it is possible to obtain a gas with a calorific value of 347.5 kJ / nr (100 BTU / cb.ft). The generator gas contains CO, H 2 ^ Np and COp. The coal is preferably gasified with an air / steam gas mixture in order to obtain a generator gas with a high proportion of CO and Hp. Normally, a generator gas (dry) contains about 15 to 30% CO, about 5 to 30% H 2 , about 40 to 60% N 2 and about 2 to 10% CO 2 . All such CO-containing gases can be used with the catalyst according to the invention to form a methane-rich gas similar to natural gas with a calorific value of 1737.5 to 3475 kJ (500 1000 BTU / cb.ft).

Im allgemeinen enthält ein derartiges Generatorgas auch Wasserdampf und geringe Mengen anderer Gase wie Methan, H2S, COS und dergleichen. Für Betrieb bei Atmosphärendruck sollte der Wassergehalt daher auf unter etwa 6 Vol.-% und der Schwefelgehalt auf unter etwa 10 ppm gesenkt werden. Enthält das CO-haltige Ausgangsgas Hp, so sollte das Mol-Verhältnis CO : H2 >~ 1 : 2, vorzugsweise i-1 : 1 sein. Das bevorzugte Molverhältnis liegt zwischen etwa 1 : 1 und 100 : 1. Enthält das Ausgangsgas CO2, so sollte das Molverhältnis CO : COp hoch sein, d.h. zumindest 1:1, vorzugsweise 2 : 1 bis 3 : 1 und darüber. Die C-Abscheidung erfolgt mit ausreichender Geschwindigkeit bereits bei einem Verhältnis CO2 : CO von 3.In general, such a generator gas also contains water vapor and small amounts of other gases such as methane, H 2 S, COS and the like. For operation at atmospheric pressure, the water content should therefore be reduced to below about 6% by volume and the sulfur content to below about 10 ppm. If the CO-containing starting gas contains Hp, the molar ratio CO: H 2 should be > ~ 1: 2, preferably i-1: 1. The preferred molar ratio is between about 1: 1 and 100: 1. If the starting gas contains CO 2 , the molar ratio CO: COp should be high, ie at least 1: 1, preferably 2: 1 to 3: 1 and above. The C deposition takes place with sufficient speed at a CO 2 : CO ratio of 3.

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Das CO-haltige Ausgangsgas soll, wenn möglich, keine größeren Schwefelmengen enthalten, d.h. nicht mehr als etwa 20, vorzugsweise nicht mehr als etwa 10 ppm S, berechnet als HpS. Wenn erforderlich, kann man nach üblichen Verfahren den Schwefelgehalt herabsetzen, z.B. mit einem . Amin oder indem man das Ausgangsgas mit einer wässrigen Lösung eines Alkali- oder Erdalkalicarbonats wäscht, z.B. mit einer heißen Kaliumcarbonatlösung. Abgesehen von diesen bekannten Methoden zur Abscheidung von HpS aus den Ausgangsgasen läßt sich diese auch an dem erfindungsgemäßen Material oder einem Gemisch des erfindungsgemäßen Materials mit dem ursprünglich eingesetzten Eisenmetall entfernen. In diesem Fall reagiert das Eisenmetall mit dem Schwefel unter Bildung von Sulfiden innerhalb des Materials. Diese Reaktion desaktiviert das kohlenstoffhaltige Material. In einem solchen Fall eignet sich jedoch das mit Schwefel beladene erfindungsgemäße Material nicht mehr für die Methanherstellung.The CO-containing starting gas should, if possible, no contain larger amounts of sulfur, i.e. no more than about 20, preferably no more than about 10 ppm S, calculated as HpS. If necessary, the sulfur content can be reduced by conventional methods, e.g. with a. Amine or by mixing the starting gas with an aqueous Solution of an alkali or alkaline earth carbonate washes, e.g. with a hot potassium carbonate solution. Apart from these known methods for the separation of HpS from the starting gases this can also be done on the material according to the invention or a mixture of the material according to the invention with the Remove the ferrous metal originally used. In this case the ferrous metal reacts with the sulfur to form of sulfides within the material. This reaction deactivates the carbonaceous material. In such a In this case, however, the sulfur-laden material according to the invention is no longer suitable for methane production.

Mit den erfindungsgemäßen Materialien lassen sich Gase mit relativ hohen Stickstoffgehalten, d.h. von zumindest 70 Vol.-%, anwenden. Man braucht also das CO-haltige Gas nicht in einer Np-freien Sauerstoffatmosphäre herstellen. Mit anderen Worten kann man Luft für die Vergasung der Kohle verwenden und benötigt nicht reinen Sauerstoff. Dadurch wird die Wirtschaftlichkeit sehr viel erhöht. Ein weiterer wirtschaftlicher Gesichtspunkt liegt darin, daß der brennbare Anteil des Ausgangsgases, d.i. in der Hauptsache CO, mit geringem Aufwand von den permanenten Gasen oder dem nicht brennbaren Anteil getrennt v/erden kann mit Hilfe der Bildung des kohlenstoffhaltigen MaterialsEFiIinLdHer: / Dieses braucht man dann nur noch mit Hp in Berührung zu bringen, um ein methanreiches Gas zu erhalten. Dieses kohlenstoffhaltige Material braucht nun nicht unmittelbar mit Hp umgesetzt werden, denn es behält seine Reaktivität überWith the materials according to the invention, gases with relatively high nitrogen contents, ie of at least 70% by volume, can be used. It is therefore not necessary to produce the CO-containing gas in an Np-free oxygen atmosphere. In other words, air can be used to gasify the coal and not pure oxygen is required. This increases the profitability a lot. Another economic aspect is that the combustible part of the starting gas, i.e. mainly CO, can be separated from the permanent gases or the non-combustible part with little effort with the help of the formation of the carbon-containing material E FiIin Ld Her : / You then only need to bring this into contact with Hp in order to obtain a methane-rich gas. This carbon-containing material does not need to be reacted directly with Hp, because it retains its reactivity

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eine relativ lange Zeit. So wurde eine Probe nach 5 Tagen mit H9 umgesetzt und festgestellt, daß die CH^-Bildung mit der gleichen Geschwindigkeit erfolgte wie frisch hergestelltes Material.a relatively long time. For example, a sample was reacted with H 9 after 5 days and it was found that the CH ^ formation took place at the same rate as freshly produced material.

Mit dem erfindungsgemäßen kohlenstoffhaltigen Material kann man auch mit einem verdünnten oder verbrauchten Generatorgas oder dessen Abgas arbeiten. So kann man z.B. Kohle mit Luft unter geregelten BEdingungen zu Generatorgas umsetzen, dieses mit Eisenoxiden zur Reaktion bringen, wodurch in erster Linie Eisen, aber auch Eisencarbide und Eisenoxide mit niederem Sauerstoffgehalt gebildet werden und ein teilweise verbrauchtes Generatorgas abgeleitet wird. Diese enthält nun etwa die Hälfte des ursprünglich enthaltenen CO und fl·? und wird mit dem Disproportionierungs-Initiator nach der Erfindung in Berührung gebracht, wodurch man das erfindungsgemäße kohlenstoffhaltige Material erhält. H„ erhält man durch Behandeln der reduzierten Eisenoxide mit Dampf und dieser läßt sich nun an dem erfindungsgemäßen Material zu Methan umsetzen.The carbonaceous material according to the invention can also be used with a diluted or used generator gas or work its exhaust gas. For example, coal can be converted into generator gas with air under controlled conditions, bring this to reaction with iron oxides, whereby primarily iron, but also iron carbides and iron oxides are formed with a low oxygen content and a partially used generator gas is discharged. This contains now about half of the originally contained CO and fl ·? and is used with the disproportionation initiator according to the Invention brought into contact, whereby the carbonaceous material of the invention is obtained. H “is obtained by treating the reduced iron oxides with steam and this can now be applied to the material according to the invention Convert methane.

Nach einer Ausführungsform nach der Erfindung wird das C-haltige Material üblicherweise im Gemisch mit dem ursprünglich eingesetzten Eisenmetall zwischen zwei Reaktionszonen hin- und hergeleitet, wobei in der einen das Material mit dem teilweise verbrauchten Generatorgas in Berührung kommt und in der anderen mit dem wasserstoffreichen Gas unter Bildung von Methan. Mit'anderen Worten wechselt das Material zwischen einem kohlenstoffreichen und einem kohlenstoffarmen Zustand. Das für die Methanisierung angewandte Material ist kohlenstoffreich. Bei der Methanbildung wird ein Teil des Kohlenstoffs (zumindest 15 Gew.-%) verbraucht, so daß ein C-armes Material in die andere Zone überführt werden kann, wo es mit Hilfe des Generatorgases wieder zu einem C-reichen Material umgewandelt wird. Das C-arme Material, d.h. das mitAccording to one embodiment of the invention, the C-containing material is usually mixed with the originally used ferrous metal back and forth between two reaction zones, the material coming into contact with the partially consumed generator gas in one and the hydrogen-rich gas in the other with the formation of methane. In other words, the material alternates between a high carbon and a low carbon state. The material used for methanation is rich in carbon. During methane formation, part of the carbon (at least 15 % by weight) is consumed, so that a C-poor material can be transferred to the other zone, where it is converted back to a C-rich material with the help of the generator gas. The low-C material, ie the one with

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Wasserstoff aktivierte Material( enthält in dem ersten Zyklus etwa 5 bis 35 Gew.-% dispergiertes Eisenmetall, etwa 95 Ms 65 Gew.-% C und etwa 0,1 bis 3 Gew.~% H2. Eine Abwandlung dieser Vorgangsweise liegt darin, daß das Material an Ort und Stelle bleibt und die dieser Zone zugeführten Gasströme wechseln, nämlich einmal Generatorgas und einmal wasserstoffreiches Gas.Hydrogen activated material ( in the first cycle contains about 5 to 35% by weight of dispersed ferrous metal, about 95 Ms of 65% by weight of C and about 0.1 to 3% by weight of H 2. A modification of this procedure is to that the material remains in place and the gas flows supplied to this zone change, namely one generator gas and one hydrogen-rich gas.

Ein besonderer Vorteil liegt darin, daß das von den Gasströmen mitgerissene C-haltige Material im Magnetfeld abgeschieden werden kann, da das Eisenmetall innerhalb des C-haltigen Materials ferromagnetisch ist und bleibt.A particular advantage is that the C-containing material carried along by the gas streams is in the magnetic field can be deposited, since the ferrous metal is and remains ferromagnetic within the C-containing material.

Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit der Energiegewinnung aus dem teilweise verbrauchten Generatorgas oder anderen Gasen, die als Quelle für CO dienen können. Nach Bildung des erfindungsgemäßen C-haltigen Materials und der Wasserstoffherstellung nach dem Dampf-Eisen-Verfahren wird das Generatorgas mit Luft abgebrannt, um die restlichen brennbaren Anteile zu oxidieren,und das verbleibende Gas wird dann in einer Gasturbine zur Elektrizitätsgewinnung entspannt.Another advantage is the possibility of generating energy from the partially consumed generator gas or other gases that can serve as a source of CO. After the formation of the C-containing material according to the invention and the Hydrogen production by the steam iron process is the generator gas burned off with air to oxidize the remaining combustibles, and the remaining gas is then expanded in a gas turbine to generate electricity.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung ist in Fig. 8 gezeigt. Es wird ausgegangen von einem entschwefelten Generatorgas 100, welches z.B. 50% N2, 25% CO, 18% H2, 6% CO2 und 1% CH^ (trocken) enthält. Der Schwefelgehalt muß unter etwa 20 ppm liegen.A particularly advantageous application of the invention is shown in FIG. The starting point is a desulphurized generator gas 100 which, for example, contains 50% N 2 , 25% CO, 18% H 2 , 6% CO 2 and 1% CH ^ (dry). The sulfur content must be below about 20 ppm.

Dieses Generatorgas gelangt über 101 in den Wirbelschichtreaktor 102 zur Kohlenstoffabscheidung auf C-armem Material, dessen Eisenmetall Eisen ist. In diesem erfolgt die Disproportionierung von CO des Generatorgases bei etwa 65O°C und einem Druck von 10,5 bis 17,5 kg/cm2.This generator gas reaches the fluidized bed reactor 102 via 101 for carbon deposition on low-carbon material, the ferrous metal of which is iron. In this, the CO of the generator gas is disproportionated at around 650 ° C. and a pressure of 10.5 to 17.5 kg / cm 2 .

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Das so gebildete erfindungsgemäße Material wird überThe material according to the invention thus formed is over

103 zur Methanisierung 104 geführt, welche bei 525 bis 7000C stattfindet, indem C des erfindungsgemäßen Materials mit H2 reagiert, welcher über 106 zugeführt wird. Da die Methanisierung stark exotherm ist und niedere Temperaturen höhere Methankonzentrationen begünstigen, erfolgt die Methanisierung zweckmäßigerweise stufenweisen, wobei Feststoffe und Gase zwischen den Stufen gekühlt werden. Je nach Wunsch können ein oder mehrere Kühler dafür benötigt werden. Nach diesem Fließschema wird die Methanisierung 104 mit Hilfe einer Kühlschlange vorgenommen, in die bei 107 Wasser eintritt und bei 108 Dampf austritt. Das CH//Hp-Gasgemisch gelangt aus103 led to methanation 104, which takes place at 525 to 700 ° C., in that C of the material according to the invention reacts with H 2 , which is fed in via 106. Since methanation is strongly exothermic and lower temperatures favor higher methane concentrations, methanation is expediently carried out in stages, with solids and gases being cooled between the stages. Depending on your requirements, one or more coolers can be required for this. According to this flow diagram, methanation 104 is carried out with the aid of a cooling coil, into which water enters at 107 and steam exits at 108. The CH // Hp gas mixture comes out

104 über 109 in den Kühler 110 und kann bei 111 zur weiteren Verwertung abgelassen werden.104 via 109 in the cooler 110 and can at 111 for further Recovery to be drained.

Das teilweise verbrauchte Generatorgas aus 102 wird über 112 in einen Wärmeaustauscher 113 geführt, in dem es z.B. von 670 auf 9200C gebracht wird. Dabei wird restliches CH^ zu H2O, CO und CO2 konvertiert. Aus 113 tritt das teilweise verbrauchte Generatorgas mit einem niederen Verhältnis CO : CO2, enthaltend in der Hauptsache W2, CO, H2, H2O und CO2, bei 114 aus und gelangt zur Reduktion der Eisenoxide 115|für die das niedere C0/C02-Verhältnis noch ausreicht. Aus Fe2O^ erhält man FeO, aus CO CO2 und aus H2 H2O. Die reduzierten Eisenoxide werden über 116 in den Wasserstoffgenerator 117 geleitet, dem über 118 Dampf zugeführt wird und in dem FeO zu Fe2O^ und H2 reagiert. Fe2O^ geht zurück über 119 in 115, H2 und Dampf werden über 120 dem Wärmeaustauscher 121 und 123 dem Konensator 122 zugeführt, in dem der Dampfgehalt des Wasserstoffs auf ^ etwa 1% verringert wird. Dieser trockene Wasserstoff wird nun über 124 und in die Methanisierung 104 geführt.The partially consumed generator gas from 102 is fed via 112 into a heat exchanger 113, in which it is brought from 670 to 920 ° C., for example. The remaining CH ^ is converted to H 2 O, CO and CO 2 . The partially consumed generator gas with a low ratio of CO: CO 2 , containing mainly W 2 , CO, H 2 , H 2 O and CO 2 , emerges from 113 at 114 and leads to the reduction of the iron oxides 115 | for the lower C0 / C0 2 ratio is still sufficient. Of Fe 2 O ^ obtained FeO, from CO CO 2 and of H 2 H 2 O. The reduced iron oxides are routed via 116 in the hydrogen generator 117, which is supplied with 118 D a mpf and in the FeO to Fe 2 O ^ and H 2 reacts. Fe 2 O ^ goes back via 119 in 115, H 2 and steam are fed via 120 to the heat exchangers 121 and 123 to the condenser 122, in which the steam content of the hydrogen is reduced to about 1%. This dry hydrogen is now passed through 124 and into the methanation 104.

Das verbrauchte Genratorgas aus 115 wird zur Gewinnung des restlichen Energieinhalts über 125 dem Ofen· 126 zugeführt, der über 127 und den Kompressor 128 Druckluft (10 bisThe used generator gas from 115 is fed to the furnace 126 via 125 to recover the remaining energy content, the compressed air via 127 and the compressor 128 (10 to

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17,5 atü) erhält; die im Ofen 126 erzeugte Wärmeenergie wird teilweise durch den Wärmeaustauscher 113 verbraucht, in dem die Aufheizung des Generatorgases stattfindet. Die Restwärme wird nutzbar gemacht, indem die den Wärmeaustauscher 113 verlassenden Ofengase über 129 einer Turbine 130 zugeführt und dort unter Bildung von elektrischem Strom 131 entspannt werden. Das Abgas wird bei 133 gekühlt und bei 134- an die Atmosphäre abgeblasen.17.5 atü); the thermal energy generated in furnace 126 is partly consumed by the heat exchanger 113, in which the heating of the generator gas takes place. the Residual heat is made usable by the furnace gases leaving the heat exchanger 113 via 129 of a turbine 130 supplied and relaxed there with the formation of electric current 131. The exhaust gas is cooled at 133 and at 134- blown to the atmosphere.

Dieses Verfahren hat einige wesentliche Vorteile. 1. Ein sehr hoher Anteil des Energieinhalts des Generatorgases dient zur Herstellung von wertvollen Produkten, Methan und Strom; 2. man benötigt keinen kostspieligen Sauerstoff; 3. die bei der Methanisierung freigesetzte Wärmeenergie und die fühlbare Wärme des ausgebrauchten Generators stehen bei hohen Temperaturen zu einer sehr wirksamen Stromgewinnung zur Verfügung, so daß die Verluste sehr gering sind.This method has several major advantages. 1. A very high proportion of the energy content of the generator gas is used to produce valuable products, methane and electricity; 2. No need for expensive oxygen; 3. The heat energy released during methanation and the sensible heat from the exhausted generator help high temperatures for a very efficient power generation available, so that the losses are very low.

Eine andere VerfahrensVariante ist in der Fig. 4 gezeigt. Entschwefeltes Generatorgas aus 1 (50% N2, 25% CO, 18% H2, 6% CO2, 1% CH^ (trocken)) dient als Ausgangsgas und stammt beispielsweise aus einer üblichen Vergasung von Kohle mit Dampf und Luft, einer in situ Vergasung von Kohle oder dergleichen. Die Entschwefelung wird vorgenommen bis auf unter etwa 10 ppm HpS.Another variant of the method is shown in FIG. Desulfurized generator gas from 1 (50% N 2 , 25% CO, 18% H 2 , 6% CO 2 , 1% CH ^ (dry)) serves as the starting gas and comes, for example, from a conventional gasification of coal with steam and air, a in situ gasification of coal or the like. The desulphurisation is carried out down to below about 10 ppm HpS.

Das entschwefelte Generatorgas und z.B. Eisenoxide wie ein Gemisch von Fe2O-*, Fe^OA und FeO( werden in einem Fließbettreaktor oder einem Wirbelstromreaktor mit pneumatischer Förderung 2 bei 550 bis 8500C und 1 bis 100, vorzugsweise 1 bis 20 atm,zugeführt. Temperatur und Druck hängen von der Wärmebilanz und der angestrebten Methankonzentration ab. Die Kontaktzeit muß ausreichen, um eine teilweise Reduktion der Eisenoxide zu FeO, Fe und Fe^C mit Hilfe von H2 und CO desThe desulphurized generator gas and, for example, iron oxides such as a mixture of Fe 2 O- *, Fe ^ OA and FeO ( are in a fluidized bed reactor or an eddy current reactor with pneumatic conveying 2 at 550 to 850 0 C and 1 to 100, preferably 1 to 20 atm, The temperature and pressure depend on the heat balance and the desired methane concentration.The contact time must be sufficient for a partial reduction of the iron oxides to FeO, Fe and Fe ^ C with the help of H 2 and CO des

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Generatorgases zu ermöglichen. Dabei wird ein Teil von H2 und CO verbraucht, was insbesondere für Hp gut.To enable generator gas. Some of the H 2 and CO are consumed, which is especially good for Hp.

Das teilweise verbrauchte Generatorgas nimmt die reduzierten Eisenverbindungen mit und gelangt in einen Zyklon oder einen ähnlichen Staubabscheider 3. Die daraus ausgetragenen Feststoffe gelangen über 4 unten in einen zweiten pneumatischen Förderreaktor 5, wo sie mit Dampf aus 6 mit einer Temperatur von 500 bis 000 C unter einem Druck von 1 bis 100 atm in Berührung kommen. Durch die Reaktion des Dampfs mit den reduzierten Eisenfeststoffen erhält man ein wasserstoffreiches Gas, welches neben Hp und Dampf noch etwas CHa CO und COp enthält.The partially used generator gas takes the reduced iron compounds with it and gets into a Cyclone or a similar dust separator 3. The solids discharged from it reach one below via 4 second pneumatic conveyor reactor 5, where it is supplied with steam from 6 at a temperature of 500 to 000 C under a Pressure of 1 to 100 atm. Obtained by the reaction of the steam with the reduced iron solids a hydrogen-rich gas, which in addition to Hp and Steam still contains some CHa CO and COp.

Dieses wasserstoffreiche Gas mit mitgeschleppten, wieder aufoxidierten Eisenteilchen verläßt den Reaktor 5 über 7 und gelangt wieder in einen Zyklon oder dergleichen 8. Die darin abgeschiedenen Feststoffe werden über 9 rückgeführt in den ersten Reaktor 2, wodurch der Feststoff-Kreislauf zwischen den Reaktoren 2 und 5 geschlossen ist.This hydrogen-rich gas with entrained, re-oxidized iron particles leaves the reactor 5 via 7 and again enters a cyclone or the like 8. The solids separated therein are returned via 9 into the first reactor 2, whereby the solids cycle between the reactors 2 and 5 is closed.

Nach Abscheidung der Feststoffe wird das teilweise verbrauchte Genratorgas, welches noch z.B. 15% CO, 6% Hp, 16% CO2. 1% CHZf und 62% N? (trocken) enthält, im Wärmeaustauscher 10 bei gleichzeitiger Dampferzeugung abgekühlt und gelangt über 11 unten in den pneumatischen Förderreaktor 12 zur C-Abscheidung auf dem mitgenommenen C-armen Feststoff. Die Kontaktzeit kann unterschiedlich sein, die Temperatur beträgt 300 bis 600°C und der Druck 1 bis 100 atm. Das nunmehr mit C angereicherte Material aufgrund der Disproportionierung von CO wird erhalten aus dem CO-Gehalt des teilweise ausgebrauchten Generatorgases, durch Umsetzung von CO und H2 oder durch Reduktion von CO mit Hilfe anderer vorhandener Reduktionsmittel.After the solids have been separated off, the partially consumed generator gas, which still contains, for example, 15% CO, 6% Hp, 16% CO 2 . 1% CH Zf and 62% N ? (dry), cooled in the heat exchanger 10 with simultaneous steam generation and arrives via 11 at the bottom of the pneumatic conveying reactor 12 for C deposition on the entrained C-poor solids. The contact time can be different, the temperature is 300 to 600 ° C and the pressure 1 to 100 atm. The material now enriched with C due to the disproportionation of CO is obtained from the CO content of the partially used generator gas, by converting CO and H 2 or by reducing CO with the help of other available reducing agents.

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Die C-reichen Feststoffe werden mit dem Gas zu dem Zyklon oder dergleichen 13 mitgenommen und gelangen dann unten in den Reaktor 14 zur Methanisierung, in dem sie von wasserstoffreichem Gas aus dem Reaktor 5 nach Passieren des Wärmeaustauschers 8a und des Kühlers ob mitgenommen worden sind. Sie reagieren dann mit Hp in der ersten Stufe 15 unter MethanMldung in erster Linie durch direkte Reaktion von C und Ho. Diese Reaktion ist exotherm, so daß zwischen den Stufen, wenn höhere Methankonzentrationen wünschenswert sind, gekühlt werden muß. In der hier gezeigten Ausführungsform geschieht dies mit Hilfe des Kühlers 16, worauf dann die zweite Methanisierungsstufe 17 folgt. Abhängig von dem angestrebten Verhältnis CH^ : H2 variiert der Arbeitsdruck bei der Methanisierung bis 100 atü und liegt vorzugsweise nicht über 20 atü. Je nach dem angestrebten Produkt wird man eine oder mehrere Zwischenkühlung'-·:..-',, vorsehen. Die Arbeitstemperatur in den ersten Stufen der Methanisierung kann bei 700 bis 75O0C liegen, jedoch muß in den späteren Stufen der Methanisierung eine tiefere Temperatur eingehalten werden, um zu einem hohen Verhältnis CH^ : H2 zu kommen.The C-rich solids are entrained with the gas to the cyclone or the like 13 and then reach the bottom of the reactor 14 for methanation, in which they have been entrained by hydrogen-rich gas from the reactor 5 after passing through the heat exchanger 8a and the cooler ob. They then react with Hp in the first stage 15 to form methane, primarily through direct reaction of C and Ho. This reaction is exothermic, so that cooling must be carried out between the stages if higher methane concentrations are desirable. In the embodiment shown here, this is done with the aid of the cooler 16, which is then followed by the second methanation stage 17. Depending on the desired ratio CH ^: H 2 , the working pressure in the methanation varies up to 100 atm and is preferably not more than 20 atm. Depending on the desired product, one or more intermediate cooling'- ·: ..- ',, will be provided. The working temperature in the first stage methanation can be from 700 to 75O 0 C, but in the later stages of the methanation a lower temperature must be maintained to a high ratio CH ^: to come H 2.

Das die Methanisierung verlassende Gemisch von Gas und kohlenstoffarmen Feststoffen wird zuerst im Zyklon 18 getrennt und die kohlenstoffarmen Feststoffe über 19 in den Reaktor 12 rückgeleitet. Das Rohgas enthält noch etwas Staub, der im Abscheider 20 - gegebenenfalls einem Magnetscheider, da der Staub im wesentlichen ferromagnetisch ist entfernt wird. Man kann aber auch Sandfilter, Sackfilter oder dergleichen anwenden. Das von Schwebstoffen befreite Gas wird im Wärmeaustauscher 21 abgekühlt und gleichzeitig Dampf erzeugt, gelangt dann zur weiteren Kühlung und Trocknung in den Kühler 22, von woagereinigte Gas zur Verwendung bereit steht.The mixture of gas and low-carbon solids leaving the methanation is first separated in cyclone 18 and the low-carbon solids are returned to reactor 12 via 19. The raw gas still contains some dust, which is removed in the separator 20 - possibly a magnetic separator, since the dust is essentially ferromagnetic. But you can also use sand filters, bag filters or the like. The gas freed from suspended matter is cooled in the heat exchanger 21 and at the same time steam is generated, then passes for further cooling and drying in the cooler 22, from where a purified gas is available for use.

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Das heiße verbrauchte Generatorgas verläßt den Zyklon 13 und gelangt in den Staubabscheider 23 für den Schwebstoff anteil, der nicht im Zyklon 13 zurückgehalten worden ist. Auch hier kann es sich um einen Magnetscheider handeln, da die Feststoffe im allgemeinen ferromagnetisch sind. Es sind aber auch Sandfilter oder Sackfilter brauchbar. Das heiße schwebstofffreie verbrauchte Generatorgas enthält noch immer etwas Hn und CO und wird mit Überschußluft abgebrannt, so daß man ein Abgas, enthaltend Np, COp und HpO bekommt. Dieses heiße Abgas wird in der Gasturbine 24 entspannt, um auf diese- Weise für die Anlage benötigte Energie und/oder elektrischen Strom zu gewinnen. Durch Abkühlen des Abgases kann man weiteren Prozeßdampf erzeugen.The hot, used generator gas leaves the cyclone 13 and enters the dust separator 23 for the suspended matter proportion that was not retained in cyclone 13 is. Here, too, it can be a magnetic separator, since the solids are generally ferromagnetic. It sand filters or bag filters can also be used. The hot, particulate-free, used generator gas still contains always some Hn and CO and is burned off with excess air, so that you get an exhaust gas containing Np, COp and HpO. This hot exhaust gas is expanded in the gas turbine 24 in order to generate the energy and / or energy required for the system in this way to generate electricity. Further process steam can be generated by cooling the exhaust gas.

Diese Verfahrensvariante hat zwei große Vorteile, nämlich die Abscheidung von unerwünschtem Wp und COp aus dem Methan und Wasserstoff enthaltenden Gas erfolgt durch eine relativ einfache Abscheidung von Feststoffen und Gasen und nicht durch eine komplizierte Trennung von Np und Op.wie dies bisher üblich war und das Generatorgas wird weitgehender ausgenützt,als dies -bei den üblichen Dampf-Eisen-Verfahren der Fall war, da das Generatorgas zuerst teilweise für die Reduktion der Eisenoxide (Dampf-Eisen-Verfahren) dient und dann vollständig die Abscheidung des Kohlenstoffs für die Reaktion bewirkt.This process variant has two major advantages, namely the separation of unwanted Wp and COp from the Methane and hydrogen containing gas occurs through a relatively simple separation of solids and gases and not through a complicated separation of Np and Op. like this was customary up to now and the generator gas is used to a greater extent than it is with the usual steam-iron processes was the case, because the generator gas is first used partially for the reduction of iron oxides (steam-iron process) and then completely causes the deposition of the carbon for the reaction.

Eine weitere Möglichkeit ist in der Fig. 5 gezeigt; hier wird Generatorgas zuerst mit Hilfe des Kompressors 1 auf 3 bis 4 atü verdichtet und dann zur C-Abscheidung mit Hilfe von Eisenmetall-Oxid, z.B. Eisenoxid^in den ReaktorAnother possibility is shown in FIG. 5; here generator gas is first generated with the help of compressor 1 compressed to 3 to 4 atmospheres and then for C deposition with the help of ferrous metal oxide, e.g. iron oxide ^ in the reactor

2 geleitet. Die dort befindlichen Eisenoxide werden reduziert und auf den reduzierten Oxiden gleichzeitig C-haltiges Material abgeschieden. Der Reaktor 2 wird auf einer Temperatur von etwa 350 bis 50O0C bei einem Arbeitsdruck von etwa2 headed. The iron oxides located there are reduced and at the same time C-containing material is deposited on the reduced oxides. The reactor 2 is at a temperature of about 350 to 50O 0 C at a working pressure of about

3 bis 4 atü gehalten. Dabei werden etwa 70% des CO- und H2-3 to 4 atmospheres. About 70% of the CO and H 2 -

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asas

Gehaltes des Generatorgases unter Bildung von Eisenverbindungen mit den Eisenoxiden verbraucht und C-haltiges Material nach der Erfindung abgeschieden. Das verbrauchte Generatorgas mit einer Temperatur von etwa 350 bis 5000C wird mit Luft versetzt und in der Verbrennungszone 3 abgebrannt. Dieses Abgas kann entweder direkt in den Kompressor oder in eine Turbine zur Stromgewinnung durch Expansion geführt werden, ohne daß ein Dampfkessel für die Abwärme benötigt wird. Mitgerissener Staub wird zweckmäßigerweise in einem Magnetscheider entfernt.The content of the generator gas is consumed with the formation of iron compounds with the iron oxides and C-containing material is deposited according to the invention. The used generator gas with a temperature of approximately 350 to 500 ° C. is mixed with air and burned off in the combustion zone 3. This exhaust gas can either be fed directly into the compressor or into a turbine for generating electricity by expansion without the need for a steam boiler for the waste heat. Entrained dust is expediently removed in a magnetic separator.

Das C-haltige Material einschließlich des ursprünglich angewandten Eisens gelangt über eine pneumatische Förderung in einen Fließbettreaktor 5 zur Methanisierung mit Hp bei einer Temperatur von etwa 480 bis 535°C und einem Arbeitsdruck von etwa 3 bis 4 atü unter Bildung eines methanreichen Gases. Dieses wird in dem Abhitzekessel 6 unter Erzeugung von Dampf abgekühlt) das C-arme Material aus der Methanisierung 3 wird über eine pneumatische Förderung einem Wirbelschichtr'eaktor 4 zur Wasserstofferzeugung mit Hilfe von Dampf bei 535 bis 6500C unter einem Druck von 3 bis 4 atü zugeführt. Man erhält dampfhaltigen Wasserstoff. Die rückgebildeten Eisenoxide werden in den Reaktor 2 zurückgeführt, der feuchte Wasserstoff im Kühler 7 abgekühlt, das Kondensat abgeführt und der trockene Wasserstoff zur Methanisierung 5 geleitet.The C-containing material, including the iron originally used, is pneumatically conveyed into a fluidized bed reactor 5 for methanation with Hp at a temperature of about 480 to 535 ° C and a working pressure of about 3 to 4 atmospheres with formation of a methane-rich gas. This is cooled in the waste heat boiler 6 with the generation of steam) the low-carbon material from the methanation 3 is pneumatically conveyed to a fluidized bed reactor 4 for hydrogen generation with the aid of steam at 535 to 650 ° C. under a pressure of 3 to 4 atü supplied. Vapor-containing hydrogen is obtained. The re-formed iron oxides are returned to the reactor 2, the moist hydrogen is cooled in the cooler 7, the condensate is discharged and the dry hydrogen is sent to the methanation 5.

Schwefelverbindungen, wie HpS, COS, CSp oder SOp, können aus dem Generatorgas mit Hilfe des im Reaktor 2 gebildeten erfindungsgemäßen Materials abgeschieden werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, einen Teil des C-haltigen hydrierten Materials aus der Methanisierung 5 direkt zur Entfernung der Schwefelverbindungen des Generatorgases zu verwenden.Sulfur compounds such as HpS, COS, CSp or SOp can from the generator gas with the aid of that formed in reactor 2 Material according to the invention are deposited. It exists but also the possibility of some of the C-containing hydrogenated To use material from the methanation 5 directly to remove the sulfur compounds of the generator gas.

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Eine weitere Möglichkeit der Anwendung des erfindungsgemäßen Materials ist in Fig. 6 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform verbleiben die Feststoffe in den einzelnen Reaktoren entweder in Form eines Festbetts oder einer Wirbelschicht und die Gasströme werden periodisch umgeschlatet, nämlich die Reaktoren einmal an Generatorgas und einmal an Dampf ange-Die Reaktoren können in einer von zwei Arten arbeiten; dieAnother possibility of using the material according to the invention is shown in FIG. In this embodiment the solids remain in the individual reactors either in the form of a fixed bed or a fluidized bed and the gas flows are switched periodically, namely the reactors are supplied with generator gas once and steam once Reactors can operate in one of two ways; the

ist
erste in der Fig. 6 durch die ausgezogene Linie, die zweite durch die unterbrochenen Linien angedeutet. Bei der ersten Art wird in den Reduktionsreaktor 6 Generatorgas geleitet, worin dieses auf Eisenoxide trifft. Das teilweise verbrauchte Generatorgas gelangt dann durch einen Kessel in den Reaktor 2, in dem an einem eisenhaltigen Ausgangsmaterial das erfindungsgemäße C-haltige Material gebildet wird. Gleichzeitig wird in den Wasserstoffgenerator 4 Dampf eingeleitet, der durch Reduktion an Eisen Wasserstoff bildet. Wasserstoff geht in den Reaktor 3 zur Methanisierung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Materials, welches vorher darin gebildet worden ist, um nun Methan zu bilden. Nach einem vorbestimmten Programm werden die GasZuführungen zu den Reaktoren 2, 3» 4 und 6 umgeschaltet. Entsprechend den unterbrochenen Linien wird nun Wasserstoff im Reaktor 6 gebildet und in Reaktor 2 geleitet, wo die Methanbildung an dem C-haltigen Material stattfindet. Das ausgebrauchte Generatorgas gelangt aus dem Reaktor 4 in den Reaktor 3, wo es das C-haltige Material wieder bildet.
is
the first indicated in FIG. 6 by the solid line, the second by the broken lines. In the first type, generator gas is passed into the reduction reactor 6, in which it encounters iron oxides. The partially consumed generator gas then passes through a boiler into the reactor 2, in which the C-containing material according to the invention is formed from an iron-containing starting material. At the same time, steam is introduced into the hydrogen generator 4, which forms hydrogen by reducing it to iron. Hydrogen goes into the reactor 3 for methanation with the aid of the material according to the invention, which has previously been formed therein in order to now form methane. The gas feeds to reactors 2, 3, 4 and 6 are switched over according to a predetermined program. According to the broken lines, hydrogen is now formed in reactor 6 and passed into reactor 2, where methane formation takes place on the C-containing material. The exhausted generator gas passes from the reactor 4 into the reactor 3, where it forms the C-containing material again.

Bei der VerfahrensVariante nach Fig. 5 wird ein teilweise verbrauchtes Generatorgas für die Herstellung eines methanreichen Gases in einem einzigen Reaktor angewandt. Die Reaktionszylinder haben poröse Wände, die einen Gasdurchgang gestatten, wobei die Porosität jedoch so gering ist, daß die erfindungsgemäßen Materialien und das für dessen Herstellung verwendete Ausgangsmaterial zurückgehalten werden. Hier bevorzugt man als Ausgangsmaterial und Disproportionie-In the variant of the method according to FIG. 5, a partial used generator gas for the production of a methane-rich gas in a single reactor. the Reaction cylinders have porous walls that allow gas to pass through, but the porosity is so low that that the materials according to the invention and the starting material used for its preparation are retained. Here one prefers as starting material and disproportionate

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rungs-Initiator ein Eisengranulat.The initiator is an iron granulate.

Das Eisengranulat "befindet sich anfänglich in dem Trichter 1, aus dem das Granulat unter der Einwirkung der Schwerkraft über 2 und 3 in den mit porösen Wänden versehenen Reaktor zur C-Abscheidung 4 mit einem Innenraum 5 gelangt. In den Innenraum 5 wird oben bei 6 teilweise verbrauchtes Generatorgas zugeleitet. Dieses gelangt durch die inneren porösen Wände in den Reaktor 4 und steht mit dem Katalysator ausreichend lang in Berührung bei entsprechendem Druck und Temperatur, so daß sich aus den Granulat das erfindungsgemäße C-haltige Material bildet. Das vollständig ausgebrauchte Generatorgas verläßt den Reaktor 4 dann über die poröse Außenwand 8.The iron granulate "is initially in the funnel 1, from which the granulate under the action of the Gravity via 2 and 3 in the porous-walled reactor for carbon deposition 4 with an interior space 5 got. In the interior 5 partially consumed generator gas is fed at the top at 6. This gets through the inner porous walls into the reactor 4 and is in contact with the catalyst for a sufficient period of time Pressure and temperature, so that the C-containing material according to the invention is formed from the granules. That completely spent generator gas then leaves the reactor 4 via the porous outer wall 8.

Aus dem Reaktor 4 sinkt das Granulat mit dem C-haltigen Material über 9 in den Methanisierungsreaktor 10, der begrenzt wird durch eine poröse Außenwand 11 und eine poröse Innenwand 12 und coaxial umgeben ist von einer undurchlässigenThe granulate with the C-containing material sinks from the reactor 4 Material via 9 into the methanation reactor 10, which is delimited by a porous outer wall 11 and a porous one Inner wall 12 and coaxially surrounded by an impermeable

Wand 13 unter Bildung eines Ringraums 14. Über 16 wird Wasserstoff in den Innenraum 15 eingeführt, durchdringt die poröse Innenwand 12 und setzt sich in dem Reaktor 10 an dem C-haltigen Material zu einem methanreichen Gas um. Dieses verläßt den Reaktor 10 über die poröse Außenwand 11, sammelt sich in dem Ringraum 14, wird von diesem über 16 und 17 in den mittleren Raum 18 innerhalb eines zweiten Methanisierungsreaktors 19 geleitet. Auch hier liegt wieder zwischen 18 und 19 eine poröse Innenwand 20 vor.Wall 13 with the formation of an annular space 14. Hydrogen is introduced into the interior 15 via 16, penetrates the porous inner wall 12 and is converted into a methane-rich gas in the reactor 10 on the C-containing material. This leaves the R e actuator 10 via the porous outer wall 11, collects in the annular space 14, is passed therefrom via 16 and 17 in the central space 18 within a second methanization reactor 19th Here, too, there is again a porous inner wall 20 between 18 and 19.

Das C-arme Material aus dem Reaktor TO verläßt diesen über 21, wird in 22 mit Wasser gekühlt, welches über 23 zugeführt wird und aus dem bei 24 Dampf abgelassen wird. Die abgekühlten Feststoffe fallen in den zweiten Methanisierungsreaktor 19, aus dem ein C-armes, eisenhaltiges Material überThe C-poor material from the reactor TO leaves this above 21, is cooled in 22 with water, which is supplied via 23 and from which steam is released at 24. the Cooled solids fall into the second methanation reactor 19, from which a low-carbon, iron-containing material over

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die Förderleitung 27 wieder zur Aufgabe 1 gelangt. Methanreiches Gas verläßt den zweiten Reaktor 19 über die äußere poröse Wand 24 und die Gasableitung 26.the delivery line 27 reaches task 1 again. Methane-rich gas leaves the second reactor 19 via the outer one porous wall 24 and the gas discharge line 26.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläutert. The invention is further illustrated by the following examples.

Beispiel 1example 1

Auf einem Weichstahlgranulat mit einer Größe von 2,3 mm in einer Menge von 5 g wurde Kohlenstoff abgeschieden durch Zersetzung von CO bei 55O0C aus einem Gasgemisch CO + H9 inOn a mild steel granulate with a size of 2.3 mm in an amount of 5 g carbon was deposited by decomposition of CO at 55O 0 C from a gas mixture CO + H 9 in

von ~z einem Rohrofen; Strömungsgeschwindigkeit CO: 100 cm /min, von H2: 20 cnr/min. Nach etwa 4 h wurden 2,7 g C-haltiges Material mit einem Gehalt von 3,7 Gew.-% Fe vom Granlat abgenommen und 0,27 g dieses C-haltigen Materials dem gleichen Gasgemisch bei 500°C und 1 atm ausgesetzt. Die C-Abscheidungsgeschwindigkeit war 8,8 g C/h.g dispergiertes Eisen.from ~ z a tube furnace; Flow rate CO: 100 cm / min, of H 2 : 20 cnr / min. After about 4 hours, 2.7 g of C-containing material with a content of 3.7% by weight Fe were removed from the granulate and 0.27 g of this C-containing material were exposed to the same gas mixture at 500 ° C. and 1 atm. The C deposition rate was 8.8 g C / hg dispersed iron.

Dieses C-haltige Material erbrachte eine Methanieierungsgeschwindigkeit von 0,52 Mol CH^/h.Mol C.This C-containing material produced a methanation rate of 0.52 mol CH ^ / h. mol C.

Auf dieses hydrierte Material wurde nochmals Kohlenstoff abgeschieden in dem gleichen Gasgemisch unter obigen Bedingungen. Die C-Abscheidungsgeschwindigkeit war 39,4 g C/h.g dis pergiertes Eisen.Carbon was again deposited on this hydrogenated material in the same gas mixture under the above conditions. The C deposition rate was 39.4 g C / h.g dispersed iron.

Diese Wechselbehandlung für Disproportionierung von CO unter C-Abscheidung und Hydrierung zum Verbrauch des Kohlenstoffs wurde einige Male wiederholt und die Ergebnisse in der Tabelle II zusammengefaßt.This alternating treatment for disproportionation of CO with C deposition and hydrogenation to consume the carbon was repeated a few times and the results are summarized in Table II.

809885/0970809885/0970

&- · 2831534 & - 2831534

!ft! ft

Tabelle IITable II

g C/h.g Fe Mol CH^/h.Mol Cg C / h.g Fe mol CH ^ / h.Mol C

1.C-Abscheidung 8,81.C deposition 8.8

1.Methanisierung 0,521st methanation 0.52

2.C-Abscheidung 39,4 '.. _' 2.C deposition 39.4 '.. _'

2.Methanisierung 0,532nd methanation 0.53

3.C-Abscheidung 47,83. C deposition 47.8

3.Methanisierung 1,123. Methanation 1.12

4.C-Abscheidung 41,54.C deposition 41.5

4.Methanisierung 1,334th methanation 1.33

Das mit Wasserstoff aktivierte Material hatte eine C-Abscheidungsgeschwindigkeit >10 g C/h.g dispergiertes Eisen. Nach einigen Zyklen der C-Abscheidung und Methanisierung stieg "die Methanisierungsgeschwindigkeit auf über 1The hydrogen activated material had a C deposition rate> 10 g C / h.g dispersed Iron. After a few cycles of carbon capture and methanation, the rate of methanation rose to over 1

Beispiel 2Example 2

600 g Mesabi-Eisenerz (hämatitisch , enthaltend 55,3% Fe, 8,1% Si, 0,8% Al), 0,10 bis 0,25 mm, 1,91 g/cm3, wurden in einen vertikalen Rohrautoklav aus korrosionsbeständigem Stahl, lichte Weite 830 mm, Höhe ca. 2,4 m, eingebracht und mit Wasserstoff bei einem Durchsatz von 2300 nr/m .h reduziert. Das reduzierte Erz wurde einer Reihe von Wechselbehandlungen zur C-Abscheidung und Methanisierung unterworfen, wobei die C-Abscheidung mit einem Gasgemisch, enthaltend Np, CO und Hp, unterschiedlicher Zusammensetzung und die Methanisierung mit reinem Hp erfolgten. Die eingespeisten Gasvolumina und die auf Normalbedingungen gebrachten Reaktionsgase wurden mit Hilfe eines Strömungsmessers naß600 g of mesabi iron ore (hematitic, containing 55.3% Fe, 8.1% Si, 0.8% Al), 0.10 to 0.25 mm, 1.91 g / cm 3 , were placed in a vertical tubular autoclave Made of corrosion-resistant steel, clear width 830 mm, height approx. 2.4 m, introduced and reduced with hydrogen at a throughput of 2300 nr / m .h. The reduced ore was subjected to a series of alternating treatments for carbon deposition and methanation, the carbon deposition taking place with a gas mixture containing Np, CO and Hp of different compositions and the methanation with pure Hp. The gas volumes fed in and the reaction gases brought to normal conditions became wet with the aid of a flow meter

809885/0970 - 30 -809885/0970 - 30 -

- 3Θ--- 3Θ--

gemessen. Die Gaszusammensetzung wurde gaschromatographisch bestimmt.measured. The gas composition was determined by gas chromatography.

Ausgangsgas
N2 H2
Output gas
N 2 H 2
11 rr Tabelle IIITable III W
CO
W.
CO
Verweil-
0C ata zeit s
Stay-
0 C ata time s
1,1, 99 CH4 CH 4 minmin danach
C : Fe
thereafter
C: Fe
46,6 8,46.6 8, 99 C-AbscheidungC deposition 45,345.3 456 6,1456 6.1 1,1, 77th 5353 6565 1,291.29 42,5 6,42.5 6, 99 50,650.6 440 3,4440 3.4 1,1, 66th 6363 7575 0,880.88 AA. 44,2 6,44.2 6, 44th 48,948.9 435 3,5435 3.5 1,1, 88th 6262 9090 0,800.80 BB. 44,2 7,44.2 7, 48,448.4 416 4,7416 4.7 7070 110110 1,121.12 CC. Me thani sie rungMe thani she tion DD. 0C 0 C ataata s mins min max. % max. % danach
C : Fe
thereafter
C: Fe
540-673540-673 6,86.8 4,9 1744.9 174 ,5, 5 0,080.08 500-700500-700 11,611.6 9,1 1209.1 120 ,0, 0 0,040.04 AA. 500-672500-672 11,611.6 11,0 14011.0 140 ,0, 0 0,010.01 BB. 500-635500-635 13,613.6 15,0 16515.0 165 ,o1 , o 1 0,150.15 CC. DD.

Die Methanisierung ist stark exotherm und die Temperatur wurde bei diesem Versuch lediglich durch Einstellung des WasiErstoffdurchsatzes geregelt.The methanation is strongly exothermic and the temperature was only set in this experiment by setting the WasiErstoff throughput regulated.

Beispiel 3Example 3

2,88 g einer 1:1-Nickel-Eisen-Legierung wurden 10 min bei 982°C in einem Muffelofen oxidiert und dann bei 5000C einem Gasgemisch von 85 Vol.-9o CO und 15 Vol.-% H9 bei einem Durchsatz von 200 cm /min 9,33 h ausgesetzt; anschließend2.88 g of a 1: 1-nickel-iron alloy were 10 minutes at 982 ° C in a muffle furnace and then oxidized at 500 0 C a gas mixture of 85 parts by volume CO and 15 vol 9o - 9% H at a. Throughput of 200 cm / min exposed to 9.33 h; afterward

809885/0970809885/0970

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wurde das C-haltige Material von der Legierung entfernt und festgestellt, daß aufgrund der Elementaranalyse dieses 98,06% C, 0,54% Fe, 0,53% Ni und 0,16% H2 enthielt.the C-containing material was removed from the alloy and found, based on elemental analysis, to contain 98.06% C, 0.54% Fe, 0.53% Ni and 0.16% H 2 .

Dieses C-haltige Material wurde dreimal der Wechserbehandlung Methanisieren und C-Abscheiden unterworfen. Die Bedingungen und Ergebnisse sind in Tabelle IV zusammengefaßt. Die Geschwindigkeiten der C-Abscheidung und der Methanisierung steigen, wie die Tabelle zeigt, an bei fortschreitender Betriebstemperatur.This C-containing material was subjected to the alternating treatment methanation and C deposition three times. The conditions and results are summarized in Table IV. The rates of carbon capture and methanation increase, as the table shows, as the operating temperature increases.

Tabelle IVTable IV

g C / h . g Fe Mol CH4 / h . Mol Cg C / h. g Fe mol CH 4 / h. Mole C

1. Methanisierung 0,101. Methanation 0.10

1. C-Abscheidung 35,21. C deposition 35.2

2. Methanisierung 0,122. Methanation 0.12

2. C-Abscheidung 38,82. C deposition 38.8

3. Methanisierung 0,20 3. C-Abscheidung 45,33. methanation 0.20 3. carbon deposition 45.3

Beispiel 4Example 4

Es wurden Proben von C-haltigem Material, enthaltend freien Kohlenstoff, durch Disproportionierung von CO an Platten oder Granalien aus Eisen, Nickel, Kobalt und einer 1:1-Nickel-Eisen-Legierung hergestellt, das faserige Material von dem Grundmetall abgenommen und bei 5500C und 1 ata einem Strom von trockenem H2 mit einer Geschwindigkeit von etwa 2 Mol H2/h.Mol C ausgesetzt. In der Tabelle V sind für die verschiedenen Ausgangsmetalle die Methanbildungsgeschwindigkeit en angegeben.Samples of C-containing material containing free carbon were prepared by disproportionation of CO on plates or granules of iron, nickel, cobalt and a 1: 1 nickel-iron alloy, the fibrous material removed from the base metal and at 550 0 C and 1 ata exposed to a stream of dry H 2 at a rate of about 2 mol H 2 / h. Mol C. Table V shows the methane formation rates for the various starting metals.

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Tabelle VTable V

Mol CH^/h.Mol CMoles CH ^ / h. Moles C.

Eisen 0,10Iron 0.10

Nickel 0,19Nickel 0.19

Kobalt 0,34Cobalt 0.34

Eisen-Wickel-Legierung 0,10Iron-wrap alloy 0.10

Beispiel 5Example 5

10 g eines Granulat aus Kohlenstoffstahl, 3,175 mm 0, wurden in ein Tonerdeschiffchen gegeben, welches in der Mitte eines keramischen Reaktionsrohres gehalten wurde. Über das Granulat wurde bei 5100C und Atmosphärendruck während 5 h ein Gasgemisch von 100 crrr/min CO und 20 cm /min EU gleitet. Es wurden insgesamt 1,94 g Kohlenstoff abgeschieden. Das C-haltige Material wurde sorgfältig von den Stahlkugeln befreit. Es enthielt 2,08% Fe; 0,992 g dieses Materials wurden in ein Aluminiumschiffchen gebracht und dieses wieder in den Reaktor gestellt und neuerlich über 2 h bei 408°C das obige Gasgemisch durchgeleitet,, Es wurden noch zusätzlich 0,2 g C abgeschieden, wie sich durch Bestimmung der COp-Konzentration des austretenden Gases feststellen ließ.10 g of carbon steel granules, 3.175 mm in diameter, were placed in an alumina boat which was held in the center of a ceramic reaction tube. On the granules was carried out at 510 0 C and atmospheric pressure for 5 h, a gas mixture of 100 CRRR / min CO and 20 cm / min EU slides. A total of 1.94 g of carbon was deposited. The carbon-containing material was carefully freed from the steel balls. It contained 2.08% Fe; 0.992 g of this material were placed in an aluminum boat and this was placed back in the reactor and the above gas mixture was again passed through for 2 hours at 408 ° C., 0.2 g of C was also deposited, as can be seen by determining the COp concentration of the escaping gas could be determined.

110 cmJ/min reiner Wasserstoff wurden nun bei 56O°C über die Probe geleitet und die Methanisierung unter Wasserstoff zufuhr weitergeführt,bis etwa 0,2 g C<sich?aus der Methankonzentration und der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases ermitteln ließen und vergast waren. Die mittlere Methanisierungsgeschwindigkeit betrug 0,2 Mol/h.Mol C.110 cm J / min of pure hydrogen were then passed over the sample at 56O ° C and the methanation continued with the addition of hydrogen until about 0.2 g C <could be determined from the methane concentration and the flow rate of the exhaust gas and had been gasified. The mean methanation rate was 0.2 mol / h. Mol C.

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Nun wurde über die Probe 40 cm /min reiner Np geleitet und die Probe langsam auf 865°C erhitzt, unter dieser Temperatur etwa 1 h gehalten und dann unter Stickstoffstrom auf 5600C abgekühlt.It has now been on the sample 40 cm / min pure Np passed and the sample heated slowly to 865 ° C, held at this temperature for about 1 h and then cooled under a nitrogen stream to 560 0 C.

Bei dieser Temperatur wurde wieder 110 cm·^ reiner Wasserstoff für die Methanisierung durchgeleiet,bis wieder 0,2 g C vergast waren. Die mittlere Methanisierungsgeschwindigkeit betrug nun 0,26 Mol CH^/h.g Atom C.At this temperature it became 110 cm * ^ purer again Hydrogen for methanation passed through until again 0.2 g of C were gassed. The mean methanation rate was now 0.26 mol CH ^ / h.g atom C.

o gehalten o held

Es wurde nochmals auf 865 C unter Stickstoff/und dannIt was again to 865 C under nitrogen / and then

bei 560°C methanisiert. In diesem Fall war die mittlere Mette nisierungsgeschwindigkeit unverändert geblieben.Methanized at 560 ° C. In this case it was the middle one Mettling speed remained unchanged.

Daraus ergibt sich, daß ein kurzer Aufheizen des erfindungsgemäßen Materials auf hohe Temperatur nicht dessen Reaktivität gegenüber Wasserstoff beeinträchtigt. Auch wird nicht die katalytische Aktivität hinsichtlich der Umsetzung von CO und Hp zu Methan herabgesetzt.It follows that a brief heating of the invention Material at high temperature does not affect its reactivity to hydrogen. Also will the catalytic activity with regard to the conversion of CO and Hp to methane is not reduced.

Nach der gleichen Wärmebehandlung wurde das restliche C-haltige Material bei 4500C einem Strom von 110 cm^ EU/min und 30 cmr C0/min ausgesetzt. Das austretende Gas ergab eine mittlere Methanbildungsgeschwindigkeit von 0,24 Mol/h.Mol Katalysator.According to the same heat treatment, the remaining carbon-containing material at 450 0 C was added a stream of 110 cm ^ EU / min and 30 cmr C0 / min exposed. The emerging gas gave an average methane formation rate of 0.24 mol / h.Mol catalyst.

809885/0970809885/0970

3?3?

L e e r s eR e r s e

\e\ e

Claims (16)

PatentansprücheClaims 1 . Kohlenstoffhaltiges, katalytisch wirksames Material, enthaltend zumindest 0,5 Gew.-% eines Metalls der Eisengruppe oder dessen Verbindung, diepergiert innerhalb des Kohlenstoffs, innigst assoziiert mit ihm bzw. zumindest teilweise gebunden an ihn.1 . Carbon-containing, catalytically active material, containing at least 0.5 % by weight of a metal of the iron group or its compound, dispersed within the carbon, closely associated with it or at least partially bound to it. 2. Kohlenstoffhaltiges Material nach Anspruch 1, in dem das Metall der Eisengruppe Eisen, Nickel, Kobalt, deren Legierungen und/oder Carbide ist.2. Carbon-containing material according to claim 1, in which the metal of the iron group iron, nickel, cobalt, their Alloys and / or carbides. 3- Kohlenstoffhaltiges Material nach Anspruch 1 oder 2, daß es zusätzlich Wasserstoff enthält.3- carbon-containing material according to claim 1 or 2, that it also contains hydrogen. 4. Kohlenstoffhaltiges Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Metall der Eisengruppe Λ -Eisen ist..4. Carbon-containing material according to claim 2, characterized in that the metal of the iron group Λ -iron is .. 5. Kohlenstoffhaltiges Material nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Wasserstoff gehalt 0,1 bis 3 Gew.-% beträgt.5. carbon-containing material according to claim 3 or 4, characterized in that the hydrogen content is 0.1 to 3 wt .-%. 809885/0970809885/0970 INSPECTEDINSPECTED 6. Kohlenstoffhaltiges Material nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß es 65 bis 99,5 Gew. -% C, 0,5 bis 35 Gew.-96 1^-Fe und 0,1 bis 3 Gew.-^ H2 enthält.6. A carbonaceous material according to claim 1 to 5, characterized in that it 65 to 99.5 wt -.% C, 0.5 to 35 parts by weight 96 1 ^ Fe and 0.1 to 3 wt .- ^ H 2 contains. 7. Kohlenstoffhaltiges Material nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet ,. daß es 96,5 bis 99 Gew.-% C und 1 bis 3,5 Gew.-?u Metall der Eisengruppe enthält.7. carbon-containing material according to claim 6, characterized in that. that it is 96.5 to 99% by weight C and 1 to 3.5 wt .-? U metal of the iron group contains. ei. Kohlenstoffhaltiges Material nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß es 65 bis 99 Gew.-% teilweise graphitierten Kohlenstoff und 1 bis 35 Gew.-% CX--Eisen und gegebenenfalls V/asserstoff enthält.egg. Carbon-containing material according to claims 1 to 7, characterized in that it contains 65 to 99% by weight of partially graphitized carbon and 1 to 35% by weight % By weight of CX iron and optionally hydrogen. 9. Verfahren zur Herstellung des kohlenstoffhaltigen Materials nach Anspruch 1 bis V>, dadurch gekennzeichnet , daß man ein CO-haltiges Gas mit einem Disproportionierungs-Initiator auf der Basis eines Metalls der Eisengruppe in Berührung bringt zur Abscheidung von Kohlenstoff auf dem Initiatormetall und gegebenenfalls das erhaltene kohlenstoffhaltige Material mit Wasserstoff aktiviert„9. A method for producing the carbon-containing material according to claim 1 to V>, characterized in that a CO-containing gas is brought into contact with a disproportionation initiator based on a metal of the iron group for the deposition of carbon on the initiator metal and optionally the obtained carbonaceous material activated with hydrogen " 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet , daß man als Initiator Eisen, Kobalt, Nickel, deren Oxide, deren Legierungen, deren Erze und/oder Gemische verwendet.10. The method according to claim 9, characterized in that g e k e η η that the initiator iron, cobalt, nickel, their oxides, their alloys, their ores and / or Mixtures used. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß man die Kohlenstoffabscheidung bei 300 bis 8000C, vorzugsweise bei 350 bis 700°C, durchführt.11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that the carbon deposition at 300 to 800 0 C, preferably at 350 to 700 ° C, is carried out. 12. Verfahren nach Anspruch 9 bis 11, dadurch g e kennzeichnet , daß man die Kohlenstoffabscheidung unter einem Druck von 1 bis 100 ata durchführt.12. The method according to claim 9 to 11, characterized in g e that the carbon deposition is carried out under a pressure of 1 to 100 ata. - 3 809885/0970 - 3 809885/0970 ~3~ 283 Ί~ 3 ~ 283 Ί 13. Verfahren nach Anspruch 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß man das auf dem Initiator gebildete kohlenstoffhaltige Material von dem Initiator abnimmt, gegebenenfalls vor oder nach der Aktivierung mit Wasserstoff.13. The method according to claim 9 to 12, characterized in that the on the initiator formed carbonaceous material decreases from the initiator, optionally before or after the activation with Hydrogen. 14. Verwendung des Materials nach Anspruch 1 bis 8 zur Herstellung eines insbesondere methanreichen Starkgases durch Überleiten von Wasserstoff unter Verbrauch eines Teils des Kohlenstoffs.14. Use of the material according to claim 1 to 8 for the production of a particularly methane-rich strong gas by passing hydrogen over it, consuming part of the carbon. 15. Kombiniertes Verfahren zur Herstellung des Materials15. Combined process for the production of the material lung nach Anspruch 1 bis 8 und Herstel- eines methanreichen Gases ausgehend von einem Generatorgas, dadurch g e k e η η -treatment according to claim 1 to 8 and production of a methane-rich gas starting from a generator gas, thereby g e k e η η - ζ e i chnet , daß man
auf
ζ ei chnet that one
on
(a) dem Disproportionierungs-Initiator auf der Basis eines(a) the disproportionation initiator based on a Metalls der Eisengruppe Kohlenstoff abscheidet, der zumindest 0,5 Gew.-% des Metalls der Eisengruppe enthält, undMetal of the iron group separates carbon which contains at least 0.5% by weight of the metal of the iron group, and (b) dieses kohlenstoffhaltige Material bei erhöhter Temperatur mit Wasserstoff unter Verbrauch eines Teils des Kohlenstoffs und Bildung von Methan umsetzt und die Verfahrensstufen (a) und (b) abwechselnd wiederholt.(b) this carbonaceous material at elevated temperature with hydrogen, consuming part of the Carbon and formation of methane and the process stages (a) and (b) repeated alternately.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch g e k e η η zeichn et, daß man die Verfahrens stufe (a) bei 5000C mit einem Gasgemisch aus 80 Vo 1.-96 CO und 20 Vol.-% Hp un(i die Verfahrensstufe (b) bei 55O0C durchführt.16. The method according to claim 15, characterized geke η η et draws that the process stage (a) at 500 0 C with a gas mixture of 80 Vo 1.-96 CO and 20 vol .-% Hp un ( i the process stage ( b) at 55O 0 C carried out. 809885/097 0809885/097 0
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