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DE10009059A1 - Use of molecular sieve carbon for separating nitrogen from methane e.g. for purifying natural gas or biogas - Google Patents

Use of molecular sieve carbon for separating nitrogen from methane e.g. for purifying natural gas or biogas

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Publication number
DE10009059A1
DE10009059A1 DE10009059A DE10009059A DE10009059A1 DE 10009059 A1 DE10009059 A1 DE 10009059A1 DE 10009059 A DE10009059 A DE 10009059A DE 10009059 A DE10009059 A DE 10009059A DE 10009059 A1 DE10009059 A1 DE 10009059A1
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DE
Germany
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methane
molecular sieve
nitrogen
minutes
carbon dioxide
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE10009059A
Other languages
German (de)
Inventor
Yoshinori Iwashima
Masanori Tsuji
Yasunori Kunimoto
Tomohiro Sakaihori
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.)
Japan Enviro Chemicals Ltd
Original Assignee
Takeda Chemical Industries Ltd
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
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Abstract

Molecular sieve carbon (I) is used for the large-scale separation of nitrogen from methane. Independent claims are also included for the following: (1) Molecular sieve carbon having: (a) a mean pore diameter of 0.1-1 nm; (b) equilibrium adsorption values for nitrogen, methane, carbon dioxide and ethylene, measured at 25 deg C and 0.1 MPa, of 3-15, 10-40, 30-90 and 30-90 Nl/kg respectively; and (c) adsorption parameters (times required to achieve half equilibrium adsorption value) for nitrogen, methane, carbon dioxide and ethylene, measured at 25 deg C and 0.1 MPa, of 0.01-10, 1-1000, 0.001-1 and 0.1-100 minutes respectively. (2) A process for recovering a methane-enriched gas from a mixture of methane and nitrogen, comprising contacting the mixture with (I) under pressure so that the nitrogen is selectively adsorbed and removed. (3) (I)-equipped apparatus for separating and purifying methane.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine neue Molekularsiebkohle für die Gewinnung von Methan aus Gasgemischen, die Methan als Hauptbe­ standteil enthalten. Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein neues Verfahren zur Abtrennung und Reinigung von Methan unter Ver­ wendung der oben genannten Molekularsiebkohle und auch auf eine Vor­ richtung, die mit der oben genannten Molekularsiebkohle ausgestattet ist, zur Abtrennung oder Reinigung von Methan. Insbesondere bietet die vorlie­ gende Erfindung eine neue Technik für die effiziente Gewinnung und Anrei­ cherung von Methan aus einem Gasgemisch, das neben Methan Stickstoff­ gas (im folgenden als "Stickstoff" bezeichnet) enthält und das weiterhin Kohlendioxid, Ethylen oder/und ein anderes Gas enthalten kann, durch Entfernung der anderen Komponenten als Methan durch Adsorption. The present invention relates to a new molecular sieve for the extraction of methane from gas mixtures, the methane as the main included. The present invention also relates to a new process for the separation and purification of methane under Ver application of the above-mentioned molecular sieve carbon and also on a pre direction equipped with the above-mentioned molecular sieve carbon, for the separation or purification of methane. In particular, the present invention a new technology for efficient extraction and tearing Securing methane from a gas mixture containing nitrogen and methane contains gas (hereinafter referred to as "nitrogen") and that Can contain carbon dioxide, ethylene and / or another gas Removal of components other than methane by adsorption.  

Unterirdisches Erdgas, Abgase aus anaeroben Gärprozessen und Abgase aus der Fermentierung von Müll oder Industrieabfällen enthalten Methan, das brennbar ist und eine ausgezeichnete Energiequelle darstellt, als Hauptbestandteil. Diese Gasressourcen enthalten jedoch häufig neben dem Methan eine große Menge unbrennbarer Gase, wie Stickstoff und Kohlendi­ oxid. Daher ist es unerlässlich, den Methangehalt in diesen Gasen zu erhö­ hen, um ein Gas mit hoher Verbrennungsenergie zu erhalten.Underground natural gas, waste gases from anaerobic fermentation processes and waste gases from the fermentation of waste or industrial waste contains methane, which is flammable and is an excellent source of energy, as Main ingredient. However, these gas resources often contain alongside that Methane a large amount of non-flammable gases, such as nitrogen and coal di oxide. It is therefore essential to increase the methane content in these gases hen to obtain a gas with high combustion energy.

Bisher wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, um eine spezielle Komponente aus Abgasen zu gewinnen, zum Beispiel kryogene Destillation, Membrantrennung und Druckschwankungsadsorption unter Verwendung von Molekularsiebkohle (siehe zum Beispiel Japanische Offenlegungs­ schriften Nr. 216703/1983, 39304/1984, 159830/1983, 101541/1986, 284635/1990, 281096/1990, 127605/1991, 131317/1991, 151013/1991, 299356/1995 und 896/1997). Keines davon hat sich jedoch als ausreichend effizient erwiesen, um Methan in technischem Maßstab durch Abtrennen des Methans von Stickstoff zu gewinnen.So far, various methods have been proposed to create a special one Extract component from exhaust gases, for example cryogenic distillation, Using membrane separation and pressure swing adsorption molecular sieve coal (see for example Japanese Laid-Open publications No. 216703/1983, 39304/1984, 159830/1983, 101541/1986, 284635/1990, 281096/1990, 127605/1991, 131317/1991, 151013/1991, 299356/1995 and 896/1997). However, none of these has proven to be sufficient Efficiently proven to produce methane on an industrial scale by separating the To obtain methane from nitrogen.

Diese bekannten Verfahren haben die folgenden Nachteile:
These known methods have the following disadvantages:

  • 1. Kryogene Destillation, bei der Gase unter Ausnutzung ihrer unterschied­ lichen Siedepunkte getrennt werden, ergibt zuerst Stickstoff und dann Me­ than, da der Siedepunkt von Stickstoff niedriger ist als der von Methan. Wenn das zu behandelnde Gas außerdem auch Kohlendioxid enthält, bleibt das Kohlendioxid bei der Arbeitstemperatur fest und kann einen reibungslo­ sen Betrieb der Anlage verhindern. Die vorherige Entfernung des Kohlendi­ oxids führt zu einer komplexen Ausrüstung mit großen Maßstäben, was ökonomisch nicht zu bevorzugen ist.1. Cryogenic distillation, in which gases using their difference separating boiling points gives first nitrogen and then Me than because the boiling point of nitrogen is lower than that of methane. If the gas to be treated also contains carbon dioxide, remains The carbon dioxide sticks at the working temperature and can be a smooth Prevent the system from operating. The previous removal of the Kohlendi oxides leads to complex equipment on a large scale what is not economically preferable.
  • 2. Das Membrantrennverfahren und das Druckschwankungsadsorptions­ verfahren (pressure swing adsorption, PSA) unter Verwendung einer Mole­ kularsiebkohle haben den Vorteil, dass sie ohne Heiz- und Kühlvorgang bei Raumtemperatur durchgeführt werden können. Die Apparaturen haben einen ziemlich einfachen und kompakten Aufbau. Das PSA-Verfahren wird tatsächlich angewendet, um Methan aus Gemischen von Methan und Koh­ lendioxid abzutrennen.2. The membrane separation process and the pressure fluctuation adsorption pressure swing adsorption (PSA) method using a mole  molecular sieve charcoal has the advantage that it can be used without heating and cooling Room temperature can be carried out. The appliances have a fairly simple and compact structure. The PSA process will actually applied to methane from mixtures of methane and koh to separate out the dioxide.

Bei der Abtrennung von Methan von Stickstoff unter Verwendung des be­ kannten Verfahrens ist es jedoch schwierig, gleichzeitig eine hohe Trenn­ leistung und eine hohe Methanproduktivität zu erreichen.When separating methane from nitrogen using the be Known process, however, it is difficult to achieve a high separation performance and high methane productivity.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben beschriebenen Probleme bei den herkömmlichen Verfahren zu lösen und ein neues Material und Verfahren zur effizienten Gewinnung von Methan aus Abgasen bereit­ zustellen.The aim of the present invention is to describe those described above Solve problems with traditional methods and a new material and methods for efficiently recovering methane from exhaust gases to deliver.

Das Problem wird gelöst durch eine speziell gestaltete Molekularsiebkohle, die es ermöglicht, Methan effizient aus einem Gasgemisch abzutrennen, das aus Methan und unbrennbaren Gasen wie Stickstoff und Kohlendioxid be­ steht.The problem is solved by a specially designed molecular sieve carbon, which makes it possible to efficiently separate methane from a gas mixture which from methane and incombustible gases such as nitrogen and carbon dioxide stands.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf:
The present invention relates to:

  • a) eine Molekularsiebkohle zur Verwendung für die großtechnische Abtren­ nung von Methan von Stickstoff in einem Gasgemisch, das Methan und Stickstoff enthält;a) a molecular sieve charcoal for use in large-scale extraction of methane from nitrogen in a gas mixture containing methane and Contains nitrogen;
  • b) eine Molekularsiebkohle gemäß (i), die zur Gewinnung eines methanan­ gereicherten Gases aus einem Gasgemisch, das Methan und Stickstoff ent­ hält, geeignet ist, indem sie den Stickstoff selektiv adsorbiert; b) a molecular sieve according to (i), which is used to obtain a methanane enriched gas from a gas mixture that ent methane and nitrogen holds, is suitable by selectively adsorbing the nitrogen;  
  • c) eine Molekularsiebkohle gemäß (ii), wobei das Gasgemisch neben Me­ than und Stickstoff noch einen bis vier Bestandteile enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Kohlendioxid, Argon, Ethylen und Sauer­ stoff besteht;c) a molecular sieve coal according to (ii), the gas mixture in addition to Me than and nitrogen contains one to four constituents, which from the Group are selected from carbon dioxide, argon, ethylene and acid fabric consists;
  • d) Molekularsiebkohle gemäß (i) bis (iii), deren Adsorptionszeiten, die für die Adsorption der Hälfte der Gleichgewichtsadsorptionsmenge von Stick­ stoff, Methan, Ethylen und Kohlendioxid erforderlich sind, bei 25°C und 0,1 MPa 0,01 bis 10 Minuten, 1 bis 1000 Minuten, 0,1 bis 100 Minuten bzw. 0,001 bis 1 Minute betragen;d) molecular sieve coal according to (i) to (iii), their adsorption times for the adsorption of half of the equilibrium adsorption amount of stick substance, methane, ethylene and carbon dioxide are required at 25 ° C and 0.1 MPa 0.01 to 10 minutes, 1 to 1000 minutes, 0.1 to 100 minutes or 0.001 to 1 minute;
  • e) Molekularsiebkohle gemäß (i) bis (iii), deren Adsorptionszeiten, die für die Adsorption der Hälfte der Gleichgewichtsadsorptionsmenge von Stick­ stoff, Methan, Ethylen und Kohlendioxid erforderlich sind, bei 25°C und 0,1 MPa 0,1 bis 5 Minuten, 10 bis 500 Minuten, 1 bis 50 Minuten bzw. 0,01 bis 0,5 Minuten betragen;e) molecular sieve coal according to (i) to (iii), their adsorption times, which for the adsorption of half of the equilibrium adsorption amount of stick substance, methane, ethylene and carbon dioxide are required at 25 ° C and 0.1 MPa 0.1 to 5 minutes, 10 to 500 minutes, 1 to 50 minutes or 0.01 up to 0.5 minutes;
  • f) Molekularsiebkohle gemäß (i) bis (v), die bei 25°C und 0,1 MPa Gleich­ gewichtsadsorptionsmengen von 3,0 bis 15,0 Normalliter/kg, 10,0 bis 40,0 Normalliter/kg, 30,0 bis 90,0 Normalliter/kg bzw. 30,0 bis 90,0 Nor­ malliter/kg für Stickstoff, Methan, Ethylen bzw. Kohlendioxid aufweist;f) molecular sieve coal according to (i) to (v), the same at 25 ° C and 0.1 MPa weight adsorption amounts from 3.0 to 15.0 normal liters / kg, 10.0 to 40.0 normal liters / kg, 30.0 to 90.0 normal liters / kg or 30.0 to 90.0 nor malliter / kg for nitrogen, methane, ethylene or carbon dioxide;
  • g) Molekularsiebkohle gemäß (i) bis (v), die bei 25°C und 0,1 MPa Gleich­ gewichtsadsorptionsmengen von 6,0 bis 11,0 Normalliter/kg, 15,0 bis 30,0 Normalliter/kg, 35,0 bis 80,0 Normalliter/kg bzw. 35,0 bis 80,0 Nor­ malliter/kg für Stickstoff, Methan, Ethylen bzw. Kohlendioxid aufweist;g) molecular sieve coal according to (i) to (v), the same at 25 ° C and 0.1 MPa weight adsorption amounts from 6.0 to 11.0 normal liters / kg, 15.0 to 30.0 normal liters / kg, 35.0 to 80.0 normal liters / kg or 35.0 to 80.0 nor malliter / kg for nitrogen, methane, ethylene or carbon dioxide;
  • h) Molekularsiebkohle gemäß (i) bis (vii), die in Form von Pellets, Granu­ lat, Pulver, Fasern oder Waben vorliegt; h) molecular sieve coal according to (i) to (vii), in the form of pellets, granules lat, powder, fiber or honeycomb is present;  
  • i) Molekularsiebkohle gemäß (i) bis (viii), wobei der mittlere Mikroporen­ durchmesser der Molekularsiebkohle im Bereich von 0,01 bis 1,0 nm liegt;i) molecular sieve coal according to (i) to (viii), the middle micropores diameter of the molecular sieve carbon is in the range from 0.01 to 1.0 nm;
  • j) Molekularsiebkohle gemäß (i) bis (viii), wobei der mittlere Mikroporen­ durchmesser der Molekularsiebkohle im Bereich von 0,3 bis 0,5 nm liegt;j) molecular sieve carbon according to (i) to (viii), the middle micropores diameter of the molecular sieve carbon is in the range from 0.3 to 0.5 nm;
  • k) Molekularsiebkohle mit den folgenden physikalischen Eigenschaften:
    • a) mittlerer Mikroporendurchmesser: 0,1 bis 1,0 nm
    • b) Gleichgewichtsadsorptionsmenge für die jeweiligen Komponen­ ten bei 25°C und 0,1 MPa:
      Stickstoff: 3,0 bis 15,0 Normalliter/kg
      Methan: 10,0 bis 40,0 Normalliter/kg
      Kohlendioxid: 30,0 bis 90,0 Normalliter/kg
      Ethylen 30,0 bis 90,0 Normalliter/kg;
    • c) Adsorptionsparameter für die jeweiligen Komponenten bei 25°C und 0,1 MPa:
      Stickstoff: 0,01 bis 10,0 Minuten Methan: 1,0 bis 1000,0 Minuten Kohlendioxid: 0,001 bis 1,0 Minuten Ethylen 0,1 bis 100,0 Minuten;
    k) molecular sieve carbon with the following physical properties:
    • a) Average micropore diameter: 0.1 to 1.0 nm
    • b) Equilibrium adsorption amount for the respective components at 25 ° C and 0.1 MPa:
      Nitrogen: 3.0 to 15.0 normal liters / kg
      Methane: 10.0 to 40.0 normal liters / kg
      Carbon dioxide: 30.0 to 90.0 normal liters / kg
      Ethylene 30.0 to 90.0 normal liters / kg;
    • c) Adsorption parameters for the respective components at 25 ° C and 0.1 MPa:
      Nitrogen: 0.01 to 10.0 minutes methane: 1.0 to 1000.0 minutes carbon dioxide: 0.001 to 1.0 minutes ethylene 0.1 to 100.0 minutes;
  • l) Verwendung einer Molekularsiebkohle gemäß (i) bis (xi) für die groß­ technische Abtrennung von Methan von Stickstoff in einem Gasgemisch, das Methan und Stickstoff enthält;l) Use of a molecular sieve according to (i) to (xi) for the large technical separation of methane from nitrogen in a gas mixture, that contains methane and nitrogen;
  • m) Verfahren zur Gewinnung eines methanangereicherten Gases aus ei­ nem Gasgemisch, das Methan und Stickstoff enthält, durch In-Kontakt- Bringen des Gasgemisches mit der Molekularsiebkohle gemäß (i) bis (xi) unter Druck, so das Stickstoff selektiv adsorbiert und entfernt wird;m) Process for obtaining a methane-enriched gas from egg gas mixture containing methane and nitrogen by contact  Bringing the gas mixture with the molecular sieve coal according to (i) to (xi) under pressure so that the nitrogen is selectively adsorbed and removed;
  • n) Vorrichtung zur Abtrennung und Reinigung von Methan, die mit der Molekularsiebkohle gemäß (i) bis (xi) ausgestattet ist.n) Device for the separation and purification of methane with the Molecular sieve coal is equipped according to (i) to (xi).

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben beschriebenen Probleme bei den herkömmlichen Verfahren zu lösen und ein neues Material und Verfahren zur effizienten Gewinnung von Methan aus Abgasen im tech­ nischen Maßstab bereitzustellen.The aim of the present invention is to describe those described above Solve problems with traditional methods and a new material and method for the efficient extraction of methane from exhaust gases in tech African scale to provide.

Es wurde gefunden, dass die Verwendung einer speziell gestalteten Moleku­ larsiebkohle es ermöglicht, Methan effizient aus einem Gemisch von Gasen wie Methan, Stickstoff und Kohlendioxid abzutrennen, das zum Beispiel als Abgas von anaeroben Gärprozessen erhalten wurde.It has been found that the use of a specially designed molecule Carbon sieve enables methane to be efficiently extracted from a mixture of gases like separating methane, nitrogen and carbon dioxide, for example as Exhaust gas from anaerobic fermentation processes was obtained.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auf eine neue Molekularsiebkoh­ le und auf ein Verfahren zur Gewinnung von Methan aus Abgasgemischen, wie Erdgas aus unterirdischen Ressourcen, Abgase aus einem anaeroben Gärvorgang und Abgase aus der Fermentierung von Müll oder Industrieab­ fällen. Das Verfahren dieser Erfindung zur Gewinnung von Methan ist da­ durch gekennzeichnet, dass man die methanhaltigen Abgase unter Druck mit der neuen Molekularsiebkohle in Kontakt bringt, so dass der Stickstoff und das Kohlendioxid durch Adsorption selektiv entfernt werden, wobei das methanangereicherte Gas als ausströmendes Gas kontinuierlich gewonnen wird.The present invention thus relates to a new molecular sieve le and on a process for the production of methane from exhaust gas mixtures, like natural gas from underground resources, exhaust gases from an anaerobic Fermentation process and exhaust gases from the fermentation of waste or industrial waste fall. The method of this invention for recovering methane is there characterized in that the methane-containing exhaust gases under pressure in contact with the new molecular sieve carbon so that the nitrogen and selectively removing the carbon dioxide by adsorption, the methane-enriched gas continuously extracted as an outflowing gas becomes.

In der vorliegenden Erfindung lässt man Abgase (im folgenden als "Roh­ stoffgas(e)" bezeichnet) wie Erdgas aus unterirdischen Ressourcen, Abgase aus einem anaeroben Gärvorgang und Abgase aus der Fermentierung von Müll oder Industrieabfällen, bei denen es sich um ein Gemisch von Methan (als Hauptkomponente) und unbrennbaren Gasen wie Stickstoff und Koh­ lendioxid handelt, zunächst unter Druck mit der Molekularsiebkohle der vorliegenden Erfindung in Kontakt treten (im folgenden als "Adsorptions­ schritt" bezeichnet). Das Rohstoffgas, das mit dem Verfahren der vorlie­ genden Erfindung behandelt werden kann, kann neben Methan noch Stick­ stoff oder Stickstoff und Kohlendioxid oder eins bis vier der Gase Kohlendi­ oxid, Argon, Ethylen und Sauerstoff enthalten.In the present invention, exhaust gases (hereinafter referred to as "raw Substance gas (s) "referred to) as natural gas from underground resources, exhaust gases from an anaerobic fermentation process and waste gases from the fermentation of Garbage or industrial waste, which is a mixture of methane  (as the main component) and incombustible gases such as nitrogen and Koh Lendioxide acts, initially under pressure with the molecular sieve the present invention (hereinafter referred to as "adsorption step "). The raw material gas that is available with the process of Invention can be treated, can stick in addition to methane substance or nitrogen and carbon dioxide or one to four of the gases carbon dioxide contain oxide, argon, ethylene and oxygen.

Die in der vorliegenden Erfindung zu verwendende Molekularsiebkohle, die auch "Kohlemolekularsieb", "Molekülsiebkohle", "Molekularsiebaktivkohle" usw. genannt wird, besteht wie Aktivkohle aus mikrokristallinem Kohlen­ stoff. Daher sind ihre Eigenschaften, z. B. Elementarzusammensetzung, chemische Eigenschaften, Adsorptionsselektivität gegenüber polaren Mole­ külen usw., denen von Aktivkohle fast gleich. Die in der vorliegenden Erfin­ dung zu verwendende Molekularsiebkohle hat jedoch fast gleichmäßige Ultramikroporen von nicht mehr als 1 nm (z. B. 0,3 bis 0,5 nm) mittlerem Mikroporendurchmesser, insbesondere 0,01 bis 1,0 nm oder vorzugsweise 0,05 bis 0,8 nm oder am meisten bevorzugt 0,1 bis 0,6 nm mittlerer Mikro­ porendurchmesser, und weist Molekularsiebeigenschaften auf.The molecular sieve carbon to be used in the present invention, the also "carbon molecular sieve", "molecular sieve carbon", "molecular sieve activated carbon" etc. is called, like activated carbon consists of microcrystalline carbon material. Therefore, their properties, e.g. B. elementary composition, chemical properties, adsorption selectivity towards polar moles cool etc., almost the same as activated carbon. The in the present inven However, molecular sieve carbon to be used has almost uniform Ultramicropores of no more than 1 nm (e.g. 0.3 to 0.5 nm) medium Micropore diameter, in particular 0.01 to 1.0 nm or preferably 0.05 to 0.8 nm or most preferably 0.1 to 0.6 nm middle micro pore diameter, and has molecular sieve properties.

Molekularsiebkohle kann zum Beispiel gemäß dem Verfahren hergestellt werden, das im Japanischen Patent Veröffentlichungs-Nr. 18675/1977 of­ fenbart ist. Ein Kohlenwasserstoff, der Kohlenstoff freisetzen kann, wenn er pyrolysiert wird, wird zu Koks gegeben, der einen Gehalt von flüchtigem Material von bis zu 5 Gew.-% hat, und gleichzeitig wird der Koks 1 bis 60 min lang auf 600 bis 900°C erhitzt. Während dieser Wärmebehandlung füllt der freigesetzte Kohlenstoff teilweise die Mikroporen des Kokses auf und bildet so die aus Koks hergestellte Molekularsiebkohle. Molekularsiebkohlen können auch gemäß den Verfahren hergestellt werden, die im Japanischen Patent Veröffentlichungs-Nr. 37036/1974, in der Japanischen Offenlegungs­ schrift Nr. 45914/1984 usw. offenbart sind.For example, molecular sieve charcoal can be made according to the method disclosed in Japanese Patent Publication No. 18675/1977 of fenbt is. A hydrocarbon that can release carbon if it does pyrolyzed is added to coke, which contains volatile Has material of up to 5 wt .-%, and at the same time the coke is 1 to 60 min heated to 600 to 900 ° C for a long time. Fills up during this heat treatment the released carbon partially on the micropores of the coke and thus forms the molecular sieve coal made from coke. Molecular sieve coals can also be made according to the procedures described in Japanese  Patent Publication No. 37036/1974, in Japanese Disclosure No. 45914/1984, etc. are disclosed.

Als Molekularsiebkohle, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden soll, werden vorzugsweise solche mit den folgenden physikalischen Eigen­ schaften verwendet:
As the molecular sieve coal to be used in the present invention, those having the following physical properties are preferably used:

  • a) mittlerer Mikroporendurchmesser: 0,3 bis 0,5 nm oder alternativ dazu 0,01 bis 1,0 nm, besonders bevorzugt 0,05 bis 0,8 nm, am meisten bevorzugt 0,1 bis 0,6 nm;a) average micropore diameter: 0.3 to 0.5 nm or alternatively 0.01 to 1.0 nm, most preferably 0.05 to 0.8 nm, most preferably 0.1 to 0.6 nm;
  • b) Gleichgewichtsadsorptionsmenge (bei 25°C und 0,1 MPa):
    Die Gleichgewichtsadsorptionsmengen für jede Verbindung sind wie folgt:
    Stickstoff: 3,0 bis 15,0 Normalliter/kg, vorzugsweise 5,0 bis 12,0 Normalliter/kg, am meisten bevorzugt 6,0 bis 11,0 Nor­ malliter/kg;
    Methan: 10,0 bis 40,0 Normalliter/kg, vorzugsweise 12,0 bis 35,0 Normalliter/kg, am meisten bevorzugt 15,0 bis 30,0 Nor­ malliter/kg;
    Kohlendioxid: 30,0 bis 90,0 Normalliter/kg, vorzugsweise 32,0 bis 85,0 Normalliter/kg, am meisten bevorzugt 35,0 bis 80,0 Nor­ malliter/kg;
    Ethylen 30,0 bis 90,0 Normalliter/kg; vorzugsweise 32,0 bis 85,0 Normalliter/kg, am meisten bevorzugt 35,0 bis 80,0 Nor­ malliter/kg
    b) Equilibrium adsorption amount (at 25 ° C and 0.1 MPa):
    The equilibrium adsorption amounts for each compound are as follows:
    Nitrogen: 3.0 to 15.0 normal liters / kg, preferably 5.0 to 12.0 normal liters / kg, most preferably 6.0 to 11.0 normal liters / kg;
    Methane: 10.0 to 40.0 normal liters / kg, preferably 12.0 to 35.0 normal liters / kg, most preferably 15.0 to 30.0 normal liters / kg;
    Carbon dioxide: 30.0 to 90.0 normal liters / kg, preferably 32.0 to 85.0 normal liters / kg, most preferably 35.0 to 80.0 normal liters / kg;
    Ethylene 30.0 to 90.0 normal liters / kg; preferably 32.0 to 85.0 normal liters / kg, most preferably 35.0 to 80.0 normal malliters / kg
  • c) Adsorptionsparameter:
    Der hier verwendete Ausdruck "Adsorptionsparameter" bedeutet einen Wert, der als die Zeit bestimmt wird, die für die Adsorption der jeweiligen Gaskomponente bis zur Hälfte ihrer Gleichgewichtsadsorptionsmenge erfor­ derlich ist. Der Adsorptionsparameter für die jeweilige Verbindung bei 25°C und 0,1 MPa ist wie folgt:
    Stickstoff: 0,01 bis 10,0 min, vorzugsweise 0,05 bis 8,0 min, am meisten bevorzugt 0,1 bis 5,0 min
    Methan: 1,0 bis 1000,0 min, vorzugsweise 5,0 bis 800,0 min, am meisten bevorzugt 10 bis 500,0 min
    Kohlendioxid: 0,001 bis 1,0 min, vorzugsweise 0,005 bis 0,8 min, am meisten bevorzugt 0,01 bis 0,5 min
    Ethylen 0,1 bis 100,0 min, vorzugsweise 0,5 bis 80,0 min, am meisten bevorzugt 1,0 bis 50,0 min.
    c) Adsorption parameters:
    The term "adsorption parameter" used here means a value which is determined as the time which is necessary for the adsorption of the respective gas component up to half of its equilibrium adsorption amount. The adsorption parameter for the respective compound at 25 ° C and 0.1 MPa is as follows:
    Nitrogen: 0.01 to 10.0 minutes, preferably 0.05 to 8.0 minutes, most preferably 0.1 to 5.0 minutes
    Methane: 1.0 to 1000.0 minutes, preferably 5.0 to 800.0 minutes, most preferably 10 to 500.0 minutes
    Carbon dioxide: 0.001 to 1.0 min, preferably 0.005 to 0.8 min, most preferably 0.01 to 0.5 min
    Ethylene 0.1 to 100.0 minutes, preferably 0.5 to 80.0 minutes, most preferably 1.0 to 50.0 minutes.

Eine Molekularsiebkohle mit diesen physikalischen Eigenschaften kann ge­ mäß den oben beschriebenen Verfahren durch geeignete Auswahl der Ver­ fahrensbedingungen hergestellt werden.A molecular sieve coal with these physical properties can according to the methods described above by appropriate selection of ver driving conditions are established.

In der vorliegenden Erfindung kann die Molekularsiebkohle in verschiedenen Formen vorliegen und eingesetzt werden; dazu gehören Pellet-, Granulat-, Pulver-, Faser/Textil- oder Wabenform. Von diesen sind die Pellet- und die Granulatform für die Molekularsiebkohle zu bevorzugen. Die Pellets oder Körnchen der Molekularsiebkohle haben vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 4 mm, besonders bevorzugt 0,2 mm bis 3 mm, am meisten bevorzugt 0,3 mm bis 2 mm. Eine zu geringe Größe der Pellets oder Körnchen ist technisch nicht zu bevorzugen, da sie zu einem größeren Druckverlust führen kann. Die Fülldichte der Pellets liegt vorzugsweise im Bereich von 500 g/l, bis 900 g/l, besonders bevorzugt von 600 g/l, bis 800 g/l und ganz besonders bevorzugt von 650 g/l bis 750 g/l. Eine zu ge­ ringe Fülldichte ist nicht zu bevorzugen, da sie zu einer geringen Gasad­ sorptionskapazität pro Säulenvolumen und auch zu einer Zerstörung des Adsorbens im Betriebszustand aufgrund einer geringen mechanischen Fes­ tigkeit des Adsorbens führen kann.In the present invention, the molecular sieve carbon can be various Forms are available and used; these include pellet, granulate, Powder, fiber / textile or honeycomb form. Of these, the pellet and the Granular form to be preferred for molecular sieve coal. The pellets or Granules of molecular sieve carbon preferably have a diameter in the range from 0.1 mm to 4 mm, particularly preferably 0.2 mm to 3 mm, most preferably 0.3 mm to 2 mm. Pellet size too small or granules is technically not preferable because they become larger Loss of pressure. The filling density of the pellets is preferably in Range from 500 g / l to 900 g / l, particularly preferably from 600 g / l to  800 g / l and very particularly preferably from 650 g / l to 750 g / l. One too Rings filling density is not preferable as it leads to a low gasad sorption capacity per column volume and also to the destruction of the Adsorbent in the operating state due to a low mechanical solids activity of the adsorbent.

Das zu behandelnde Rohstoffgas enthält gewöhnlich etwa 40 bis etwa 90 Vol.-% Methan und etwa 5 bis etwa 50 Vol.-% Stickstoff sowie etwa 1 bis etwa 50 Vol.-% Kohlendioxid. Außerdem kann es noch jeweils 0,01 bis 5 Vol.-% Ethan, Ethylen, Sauerstoff und Argon enthalten. In der vorliegenden Erfindung wird das Rohstoffgas mit der Molekularsiebkohle in Kontakt ge­ bracht, so dass Stickstoff, Kohlendioxid und Sauerstoff durch selektive Ad­ sorption vorzugsweise entfernt werden. Methan wird jedoch nicht selektiv adsorbiert. Die anderen Gase, zum Beispiel Argon und Ethylen, können ebenfalls adsorbiert und entfernt werden. Wenn die Konzentrationen dieser Gase niedrig sind, zum Beispiel 0,01 bis 5 Vol.-%, kann das Methanreini­ gungsverfahren unter Bedingungen durchgeführt werden, bei denen die Gase außer Stickstoff nicht adsorbiert und entfernt werden.The raw material gas to be treated usually contains about 40 to about 90% by volume Methane and about 5 to about 50 volume percent nitrogen and about 1 to about 50 vol .-% carbon dioxide. It can also contain 0.01 to 5% by volume Contain ethane, ethylene, oxygen and argon. In the present Invention, the raw material gas is in contact with the molecular sieve coal brings so that nitrogen, carbon dioxide and oxygen through selective ad sorption are preferably removed. However, methane does not become selective adsorbed. The other gases, for example argon and ethylene, can are also adsorbed and removed. If the concentrations of this Gases are low, for example 0.01 to 5 vol .-%, the methane can be carried out under conditions in which the Gases other than nitrogen cannot be adsorbed and removed.

Weiterhin enthält das Rohstoffgas zuweilen kleine Mengen an Schwefelver­ bindungen, wie Schwefelwasserstoff, Methylsulfid, Methyldisulfid, Mercap­ tanderivate, Schwefeldioxid usw., Stickstoffoxide, wie Stickstoffdioxid, so­ wie hochsiedende organische Verbindungen, wie Ölnebel. Die Konzentratio­ nen dieser Verunreinigungen betragen gewöhnlich etwa 0,01 ppm bis 1 Vol.-%.Furthermore, the raw material gas sometimes contains small amounts of sulfur bonds such as hydrogen sulfide, methyl sulfide, methyl disulfide, mercap tane derivatives, sulfur dioxide, etc., nitrogen oxides, such as nitrogen dioxide, so like high-boiling organic compounds, like oil mist. The concentration These impurities are usually from about 0.01 ppm to 1 vol%.

Vorzugsweise sollten diese Verunreinigungen im voraus, vor dem Methan­ reinigungsschritt, aus dem Rohstoffgas entfernt werden, da diese Verunrei­ nigungen, obwohl sie nur in geringen Mengen vorhanden sind, durch die Molekularsiebkohle adsorbiert und in derselben akkumuliert werden und die Methanabtrennungskapazität der Molekularsiebkohle reduzieren können. Preferably, these contaminants should be pre-methane purification step, from which raw material gas is removed, as this contains impurities attitudes, although they are only available in small quantities, by the Molecular sieve charcoal adsorbed and accumulated in the same Can reduce methane separation capacity of molecular sieve coal.  

Sobald diese Schwefelverbindungen, Stickstoffoxide und Ölnebel auf der Molekularsiebkohle adsorbiert sind, sind sowohl ihre Desorption als auch die Regeneration der Molekularsiebkohle nur noch sehr schwierig durchzufüh­ ren.Once these sulfur compounds, nitrogen oxides and oil mist on the Molecular sieves are adsorbed, both their desorption and the Regeneration of molecular sieve coal is very difficult to carry out ren.

Zur Entfernung dieser Verunreinigungen im voraus stehen Vorfilter zur Ver­ fügung, die mit herkömmlichen Entschwefelungsmitteln, Adsorbentien, Aktivkohle und Katalysatoren der Aktivkohle-, Zinkoxid- oder Eisenklasse gefüllt sind. Beispiele für die Füllstoffe sind SHIRASAGI G2x, SHIRASAGI GS1x, SHIRASAGI GS2x, SHIRASAGI SRCx, SHIRASAGI NCC, NIONON 202 HR, NIONON 202 SN und NIONON 202P (alle hergestellt von Takeda Che­ mical Industries, Ltd.).Pre-filters are available to remove these contaminants in advance with conventional desulfurization agents, adsorbents, Activated carbon and activated carbon, zinc oxide or iron class catalysts are filled. Examples of the fillers are SHIRASAGI G2x, SHIRASAGI GS1x, SHIRASAGI GS2x, SHIRASAGI SRCx, SHIRASAGI NCC, NIONON 202 HR, NIONON 202 SN and NIONON 202P (all manufactured by Takeda Che mical Industries, Ltd.).

Der Adsorptionsvorgang erfolgt unter Druck, vorzugsweise unter einem Druck von etwa 0,3 bis 5,0 MPa. Das Rohstoffgas, z. B. Erdgas aus unterir­ dischen Ressourcen, Abgase aus einem anaeroben Gärvorgang und Abgase aus der Fermentierung von Müll oder Industrieabfällen, das Methan als Hauptbestandteil enthält, wird gewöhnlich auf 0,5 bis 3,5 MPa komprimiert. Vorzugsweise sollte in dem Gas vorhandene Feuchtigkeit während dieses Kompressionsschritts kondensiert und entfernt werden. Es ist ökonomisch, den Adsorptionsvorgang unter einem Druck innerhalb dieses Bereichs durchzuführen.The adsorption process takes place under pressure, preferably under one Pressure from about 0.3 to 5.0 MPa. The raw material gas, e.g. B. natural gas from Unterir resources, waste gases from an anaerobic fermentation process and waste gases from the fermentation of waste or industrial waste, the methane as Main ingredient is usually compressed to 0.5 to 3.5 MPa. Preferably, moisture should be present in the gas during this Compression step are condensed and removed. It's economical the adsorption process under a pressure within this range perform.

Die für den Adsorptionsvorgang benötigte Zeit beträgt 1 bis 10 min, vor­ zugsweise 2 bis 5 min. Bei diesem Schritt wird die Strömungsgeschwindig­ keit des zugeführten Gases günstigerweise aus einem Bereich vom etwa 10- bis etwa 200fachen des Volumens des Adsorbens in der Säule (SV = 10 bis 200/h), vorzugsweise des 20- bis 150fachen (SV = 20 bis 150/h), be­ sonders bevorzugt des 40- bis 120fachen (SV = 40 bis 120/h), ausgewählt. Eine hohe Methanausbeute wird bei einer Strömungsgeschwindigkeit vom etwa 60- bis 100fachen des Volumens des Adsorbens in der Säule erreicht. The time required for the adsorption process is 1 to 10 minutes before preferably 2 to 5 min. At this step, the flow rate becomes high speed of the supplied gas advantageously from a range of about 10 to about 200 times the volume of the adsorbent in the column (SV = 10 to 200 / h), preferably 20 to 150 times (SV = 20 to 150 / h), be particularly preferably 40 to 120 times (SV = 40 to 120 / h). A high methane yield is achieved at a flow rate from reached about 60 to 100 times the volume of the adsorbent in the column.  

Die während der Adsorption einzusetzende Temperatur ist anfangs eine gewöhnliche Temperatur, zum Beispiel etwa 20 bis etwa 30°C. Obwohl die Temperatur aufgrund der bei der Adsorptionsreaktion erzeugten Wärme allmählich ansteigt, ist eine besondere Steuerung der Temperatur nicht notwendig. Die Molekularsiebkohle kann zur Wiederverwendung regeneriert werden, indem man die darauf adsorbierten Gase, wie Stickstoff, Kohlendi­ oxid, Ethylen, Sauerstoff, Argon und Ethan, nach an sich bekannten Verfah­ ren entfernt, oder sie kann nach dem unten angegebenen Verfahren rege­ neriert werden, das in der vorliegenden Erfindung übernommen wird.The temperature to be used during the adsorption is initially one ordinary temperature, for example about 20 to about 30 ° C. Although the Temperature due to the heat generated in the adsorption reaction gradually increases, special temperature control is not necessary. The molecular sieve carbon can be regenerated for reuse by the gases adsorbed thereon, such as nitrogen, carbon di oxide, ethylene, oxygen, argon and ethane, according to known procedures Removed, or it can become brisk using the procedure below be neriert, which is adopted in the present invention.

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgende Zeich­ nung näher erläutert.The present invention will be described with reference to the following drawing tion explained in more detail.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines typischen Methanreini­ gungssystems gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zusam­ men mit der Strömung des Gases. Fig. 1 shows a schematic diagram of a typical methane purification system according to the method of the present invention together with the flow of the gas.

In Fig. 1 ist eine Apparatur gezeigt, die mit drei Adsorptionstürmen A, B und C ausgestattet ist. Die Zahl der Türme kann jedoch erhöht oder ge­ senkt werden, falls es notwendig ist. Jeder Adsorptionsturm ist mit einem Adsorbens, der Molekularsiebkohle, gefüllt.In Fig. 1 an apparatus is shown which is equipped with three adsorption towers A, B and C. However, the number of towers can be increased or decreased if necessary. Each adsorption tower is filled with an adsorbent, molecular sieve coal.

Das Rohstoffgas, z. B. ein Abgas, das Methan, Stickstoff und Kohlendioxid als Hauptbestandteile enthält, wird Turm A über Gaszufuhrleitung 1 zuge­ führt und mit dem Adsorbens in dem Turm in Kontakt gebracht, wobei der Stickstoff und das Kohlendioxid auf dem Adsorbens adsorbiert werden. Bei diesem Adsorptionsschritt kann der größte Teil, zum Beispiel wenigstens 90 Vol.-%, des im Rohstoffgas enthaltenen Stickstoffs und Kohlendioxids adsorbiert werden. Obwohl auch Methan zum Teil adsorbiert wird, kann die adsorbierte Menge auf weniger als 1 Vol.-% gehalten werden. The raw material gas, e.g. B. an exhaust gas containing methane, nitrogen and carbon dioxide as main components, tower A is supplied via gas supply line 1 and brought into contact with the adsorbent in the tower, the nitrogen and carbon dioxide being adsorbed on the adsorbent. In this adsorption step, the largest part, for example at least 90% by volume, of the nitrogen and carbon dioxide contained in the raw material gas can be adsorbed. Although methane is also partially adsorbed, the amount adsorbed can be kept below 1% by volume.

Das aus dem Adsorptionsturm entnommene Gas, d. h. das Produktgas, be­ steht hauptsächlich aus Methan und enthält Methan sowie nur Spuren der anderen Gase. Das Produktgas wird über die Produktleitung 2, die sich über dem Adsorptionsturm befindet, entnommen und vorzugsweise in einem Produktpuffertank gelagert, um zeitliche Schwankungen des Drucks und der Strömungsgeschwindigkeit des Produktgases zu vermeiden.The gas removed from the adsorption tower, ie the product gas, consists mainly of methane and contains methane and only traces of the other gases. The product gas is removed via the product line 2 , which is located above the adsorption tower, and is preferably stored in a product buffer tank in order to avoid temporal fluctuations in the pressure and the flow rate of the product gas.

Dann erfolgt in Adsorptionsturm A die Desorption des Stickstoffs und des Kohlendioxids von dem Adsorbens. Gleichzeitig wird das Rohstoffgas wäh­ rend der Zeit, in der im Adsorptionsturm A der Desorptionsvorgang im Gange ist, das Rohstoffgas Adsorptionsturm C zugeführt, wo dieselben Ad­ sorptionsvorgänge durchgeführt werden, wie sie oben beschrieben sind. Da der Adsorptionsturm im Adsorptionsschritt gewöhnlich unter Druck gehalten wurde, kann eine partielle Desorption der auf dem Adsorbens adsorbierten Gaskomponenten dadurch erfolgen, dass man den Druck entspannt, bis er Umgebungsdruck erreicht.Then the desorption of nitrogen and of takes place in adsorption tower A. Carbon dioxide from the adsorbent. At the same time, the raw material gas is selected rend the time in which the desorption process in the adsorption tower Is underway, the raw material gas adsorption tower C is fed, where the same Ad sorption operations are carried out as described above. There the adsorption tower is usually kept under pressure in the adsorption step partial desorption of the adsorbed onto the adsorbent Gas components are made by releasing the pressure until it Ambient pressure reached.

Wenn der Innendruck des Adsorptionsturms auf einen normalen Druck re­ duziert worden ist, wird der Adsorptionsturm mittels einer Saugpumpe, z. B. einer Vakuumpumpe, auf einen Innendruck von etwa 0,005 bis etwa 0,07 MPa evakuiert. Dieser Vorgang führt zu einer ausreichenden Desorption der auf dem Adsorbens adsorbierten Komponenten. Die desorbierten Gase wer­ den über die Abgasleitung 3 abgelassen. Die Desorptionstemperatur kann je nach der erforderlichen Desorptionsgeschwindigkeit und der Menge des desorbierten Materials bestimmt werden, liegt jedoch im allgemeinen im Bereich von etwa -5°C bis etwa 30°C.When the internal pressure of the adsorption tower has been reduced to a normal pressure, the adsorption tower is operated by means of a suction pump, e.g. B. a vacuum pump, evacuated to an internal pressure of about 0.005 to about 0.07 MPa. This process leads to a sufficient desorption of the components adsorbed on the adsorbent. The desorbed gases are discharged via the exhaust pipe 3 . The desorption temperature can be determined depending on the desorption rate required and the amount of material desorbed, but is generally in the range from about -5 ° C to about 30 ° C.

Alternativ dazu kann die Desorption nach der vollständigen Entnahme des Produktgases, das Methan als Hauptkomponente enthält, aus der Produkt­ leitung 2 an der Oberseite des Adsorptionsturms auch dadurch erfolgen, dass man das desorbierte Gas, das Stickstoff und Kohlendioxid als Haupt­ bestandteile enthält, entweichen lässt und über die Abgasleitung 3 an der Unterseite desselben Adsorptionsturms zurückgewinnt.Alternatively, after complete removal of the product gas containing methane as the main component, the desorption can also be carried out from the product line 2 at the top of the adsorption tower by letting the desorbed gas, which contains nitrogen and carbon dioxide as the main components, escape recovered via the exhaust pipe 3 at the bottom of the same adsorption tower.

Um eine gründlichere Desorption zu erreichen, kann von der Oberseite des Adsorptionsturms her ein Spülgas eingeleitet werden. Ein Gas, das als Spülgas verwendet werden kann, ist das hauptsächlich aus Methan beste­ hende. Es ist vorteilhaft, einen kleinen Teil des Produktgases als Spülgas zu verwenden.To achieve more thorough desorption, the top of the Adsorption tower ago a purge gas can be introduced. A gas that as Purge gas can be used, which is mainly made of methane hende. It is advantageous to add a small part of the product gas as a purge gas use.

Das so erhaltene Produktgas besteht hauptsächlich aus Methan und enthält Stickstoff und Kohlendioxid in sehr niedrigen Konzentrationen, aber im we­ sentlichen keinen Sauerstoff und kein Argon. Das bedeutet, dass der Hauptanteil des Produktgases brennbar ist und dass der Gehalt an un­ brennbaren Komponenten, wie Stickstoff oder Kohlendioxid, sehr stark re­ duziert ist. Folglich hat das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erhaltene Produktgas einen hohen Gehalt an Verbrennungsenergie und kann als Rohstoffgas für die Herstellung von künstlichem Erdgas usw. ver­ wendet werden.The product gas thus obtained consists mainly of methane and contains Nitrogen and carbon dioxide in very low concentrations, but in the we substantial no oxygen and no argon. That means the Most of the product gas is flammable and that the content of un flammable components, such as nitrogen or carbon dioxide, very strong is induced. Accordingly, this has been done according to the method of the present invention product gas obtained has a high content of combustion energy and can be used as a raw material gas for the production of artificial natural gas etc. be applied.

Wenn der Desorptionsschritt beendet ist, wird der Adsorptionsturm A an­ schließend als vorbereitender Schritt für die nächste Adsorption wieder un­ ter Druck gesetzt. Bei diesem Schritt wird vorzugsweise das Rohstoffgas verwendet, um den Turm wieder unter Druck zu setzen. Alternativ dazu kann auch ein Druckausgleichsvorgang angewendet werden, falls es not­ wendig ist. Bei diesem Vorgang werden zwei Tanks, von denen einer den Adsorptionsschritt beendet hat und der andere den Desorptionsschritt be­ endet hat, miteinander verbunden, und das Gas im ersteren Turm wird in den letzteren übertragen, so dass der Verlust von Gasmaterial vermieden wird. Dieser Schritt kann in kurzer Zeit (z. B. 1 bis 10 Sekunden) beendet sein. When the desorption step is finished, the adsorption tower A turns on closing as a preparatory step for the next adsorption ter pressure. In this step, the raw material gas is preferred used to pressurize the tower again. Alternatively a pressure equalization process can also be used if necessary is agile. In this process, two tanks, one of which is the Adsorption step has ended and the other be the desorption step has ended, joined together, and the gas in the former tower is in transfer the latter so that the loss of gas material is avoided becomes. This step can be completed in a short time (e.g. 1 to 10 seconds) his.  

BeispieleExamples Beispiel 1example 1

100 Gewichtsteile Kohlepulver, wovon 100 Gew.-% eine Teilchengröße von nicht mehr als 0,05 mm hat, wurden in einem Drehofen in einem Luftstrom von 250°C mit Sauerstoff behandelt, bis sein Sauerstoffgehalt 10 Gew.-% erreichte, und dann mit 25 Gewichtsteilen Hartpech und 15 Gewichtsteilen Steinkohlenteer gemischt und geknetet, während Wasser zu dem Gemisch gegeben wurde. Die Außenwand des Ofens wurde auf 80°C erhitzt, um eine homogene Durchmischung zu gewährleisten. Das resultierende Gemisch wurde in einen Extruder gegeben und zu Pellets mit einem Durchmesser von 2,0 mm geformt. Die so erhaltenen Pellets wurden in einen Drehofen gegeben und unter Ausschluss von Luft erhitzt. Die Temperatur wurde wäh­ rend etwa 5 Stunden allmählich gesteigert, bis eine Endtemperatur von 800°C erreicht wurde. Dann wurde das Produkt nacheinander 30 Minuten lang mit Wasserdampf, der dem Stickstoffgasstrom zugeführt wurde, und dann 20 Minuten fang mit einem Gemisch von Benzol und Furfurylalkohol (50/50 w/w), das dem Stickstoffgasstrom mit einer Geschwindigkeit von 100 g/Normalkubikmeter zugeführt wurde, behandelt. Schließlich wurde das Produkt unter einem Strom von reinem Stickstoff auf normale Tempe­ ratur abgekühlt.100 parts by weight of carbon powder, of which 100% by weight has a particle size of has not been more than 0.05 mm in a rotary kiln in an air stream treated with oxygen at 250 ° C. until its oxygen content is 10% by weight reached, and then with 25 parts by weight of hard pitch and 15 parts by weight Coal tar mixed and kneaded while adding water to the mixture was given. The outer wall of the oven was heated to 80 ° C to a to ensure homogeneous mixing. The resulting mixture was put into an extruder and into pellets with a diameter molded of 2.0 mm. The pellets thus obtained were placed in a rotary kiln given and heated in the absence of air. The temperature grew gradually increased to a final temperature of 800 ° C was reached. Then the product was consecutively for 30 minutes long with steam supplied to the nitrogen gas stream, and then catch for 20 minutes with a mixture of benzene and furfuryl alcohol (50/50 w / w), which the nitrogen gas flow at a rate of 100 g / normal cubic meter was treated. Finally was the product under a stream of pure nitrogen to normal temp cooled down.

Jeder kleine Teil der wie oben beschrieben erhaltenen Produkte wurde einer Reihe von Tests unterzogen, um die physikalischen Eigenschaften zu über­ prüfen, uns es wurde die Molekularsiebkohle (Handelsname: "Molsievon 3K Type M-183", Takeda Chemical Industries, Ltd.) mit den folgenden physika­ lischen Eigenschaften erhalten und in dem folgenden Arbeitsbeispiel ver­ wendet. Every small part of the products obtained as described above became one Subjected to series of tests to determine the physical properties check, it became molecular sieve charcoal (trade name: "Molsievon 3K Type M-183 ", Takeda Chemical Industries, Ltd.) with the following physika preserved properties and ver in the following working example turns.  

Die physikalischen Eigenschaften der verwendeten Molekularsiebkohle wa­ ren wie folgt:
mittlere Mikroporengröße: 0,41 nm
Gleichgewichtsadsorptionsmenge (bei 25°C und 0,1 MPa):
Methan: 5-20,3 Normalliter/kg
Stickstoff: 8,1 Normalliter/kg
Kohlendioxid: 40,1 Normalliter/kg
Ethylen 47,5 Normalliter/kg;
Adsorptionsparameter (bei 25°C und 0,1 MPa):
Methan: 21,19 min Stickstoff: 0,29 min Kohlendioxid: 0,025 min Ethylen 2,01 min
The physical properties of the molecular sieve carbon used were as follows:
average micropore size: 0.41 nm
Equilibrium adsorption amount (at 25 ° C and 0.1 MPa):
Methane: 5-20.3 normal liters / kg
Nitrogen: 8.1 normal liters / kg
Carbon dioxide: 40.1 normal liters / kg
Ethylene 47.5 normal liters / kg;
Adsorption parameters (at 25 ° C and 0.1 MPa):
Methane: 21.19 min nitrogen: 0.29 min carbon dioxide: 0.025 min ethylene 2.01 min

Beispiel 2Example 2

Bei dem Experiment wurde ein System mit drei Adsorptionstürmen verwen­ det, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Alle Adsorptionstürme hatten ähnliche Strukturen und waren mit der Molekularsiebkohle ("Molsievon 3K Type M- 183", ein Handelsname der Takeda Chemical Industries, Ltd.) gefüllt. Das Adsorbens wurde mit Hilfe eines Vibrators so dicht wie möglich gepackt, um zu verhindern, dass die Adsorbensteilchen sich bewegen oder rieseln.In the experiment, a system with three adsorption towers as shown in Fig. 1 was used. All adsorption towers had similar structures and were filled with molecular sieve coal ("Molsie von 3K Type M-183", a trade name of Takeda Chemical Industries, Ltd.). The adsorbent was packed as close as possible using a vibrator to prevent the adsorbent particles from moving or trickling.

Als zu verarbeitendes Rohstoffgas wurde ein Gasgemisch der in der linken Spalte von Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung verwendet, mit dem das Abgas aus einem anaeroben Gärvorgang nachgebildet werden sollte. As the raw material gas to be processed, a gas mixture was used in the one on the left Column shown in Table 1 used with which the Exhaust gas from an anaerobic fermentation process should be simulated.  

AdsorptionsschrittAdsorption step

Das Rohstoffgas wurde über das Zuleitungsrohr 1, das sich am unteren Teil des Adsorptionsturms befindet, bei 25°C unter einem Druck von 0,8 MPa mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 0,31 m3/h (SV = 50/h) dem Adsorptionsturm A zugeführt und mit dem Adsorbens in Kontakt gebracht, und anschließend wurde das Produktgas über das Produktrohr 2 aus dem Turm herausgeleitet (mit einer Austrittsgeschwindigkeit von 0,16 m3/h, Behandlungszeit 3 min). Als Ergebnis wurde ein methanangereichertes Pro­ duktgas mit der in der mittleren Spalte von Tabelle 1 gezeigten Zusammen­ setzung erhalten.The raw material gas was fed through the feed pipe 1 , which is located at the lower part of the adsorption tower, to the adsorption tower at 25 ° C. under a pressure of 0.8 MPa with a flow rate of about 0.31 m 3 / h (SV = 50 / h) A fed and brought into contact with the adsorbent, and then the product gas was led out of the tower via the product tube 2 (with an exit speed of 0.16 m 3 / h, treatment time 3 min). As a result, a methane-enriched product gas was obtained with the composition shown in the middle column of Table 1.

DesorptionsschrittDesorption step

In diesem Schritt wurde die Zufuhr des Rohstoffgases unterbrochen, und das Gas innerhalb des Adsorptionsturms wurde mit Hilfe des Restdrucks durch die Abgasleitung 3 abgelassen. Dann wurde der Turm mit Hilfe einer Vakuumpumpe auf 0,013 MPa evakuiert, um die auf der Molekularsiebkohle adsorbierten Gase abzulösen und zurückzugewinnen. Während dieser Ope­ ration fiel die Temperatur an der Unterseite des Adsorptionsturms auf 15°C ab. Das so erhaltene zurückgewonnene Gas hatte die in der rechten Spalte von Tabelle 1 gezeigte Zusammensetzung, Bei diesem Experiment betrug die Gesamtausbeute an Methan 76%.In this step, the supply of the raw material gas was interrupted, and the gas inside the adsorption tower was discharged through the exhaust pipe 3 by means of the residual pressure. The tower was then evacuated to 0.013 MPa using a vacuum pump to detach and recover the gases adsorbed on the molecular sieve carbon. During this operation, the temperature at the bottom of the adsorption tower dropped to 15 ° C. The recovered gas thus obtained had the composition shown in the right column of Table 1. In this experiment, the total yield of methane was 76%.

RekompressionsschrittRecompression step

Um zum nächsten Adsorptionsschritt überzugehen wurde ein Teil des Pro­ duktsgases über die Gaszufuhrleitung am Boden des Turms zum Adsorpti­ onsturm zurückgeführt, bis der Druck innerhalb des Turms 0,8 MPa er­ reichte. In order to proceed to the next adsorption step, part of the Pro Duct gas via the gas supply line at the bottom of the tower to the adsorpti onsturm returned until the pressure inside the tower is 0.8 MPa was enough.  

Tabelle 1 Table 1

Die oben beschriebenen Verfahren, d. h. die Adsorption, Desorption und Rekompression sind in den drei Adsorptionstürmen nacheinander auszufüh­ ren. Die Abfolge der in jedem einzelnen Turm durchgeführten Operationen ist zum Beispiel wie folgt:
Adsorptionsturm A: Adsorption - Desorption - Rekompression
Adsorptionsturm B: Desorption - Rekompression - Adsorption
Adsorptionsturm C: Rekompression - Adsorption - Desorption.
The processes described above, ie the adsorption, desorption and recompression, are to be carried out in succession in the three adsorption towers. The sequence of the operations carried out in each individual tower is, for example, as follows:
Adsorption tower A: adsorption - desorption - recompression
Adsorption tower B: desorption - recompression - adsorption
Adsorption tower C: recompression - adsorption - desorption.

Wie oben beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung ein neues Material und Verfahren zur effizienten Gewinnung eines methanangereicherten Ga­ ses bereit, das nur extrem geringe Mengen von Verunreinigungen, z. B. Stickstoff, Kohlendioxid usw., enthält, aus einem Gasgemisch, zum Beispiel Erdgas aus unterirdischen Ressourcen, Abgase aus einem anaeroben Gär­ vorgang und Abgase aus der Fermentierung von Müll oder Industrieabfäl­ len. Diese Gasgemische enthalten im allgemeinen Methan als Hauptbe­ standteil, das jedoch zugleich erheblich mit Inertgasen wie Stickstoff und Kohlendioxid verunreinigt ist. As described above, the present invention provides a new material and methods for efficiently obtaining a methane enriched Ga ses ready that only extremely small amounts of contaminants, eg. B. Contains nitrogen, carbon dioxide, etc. from a gas mixture, for example Natural gas from underground resources, waste gases from anaerobic fermentation process and exhaust gases from the fermentation of waste or industrial waste len. These gas mixtures generally contain methane as the main component component, which, however, at the same time considerably with inert gases such as nitrogen and Carbon dioxide is contaminated.  

Das so erhaltene Produktgas besteht hauptsächlich aus Methan und enthält nur geringfügige Mengen an nicht brennbaren Gasen wie Stickstoff und Kohlendioxid, aber im wesentlichen keinen Sauerstoff und kein Argon. Dementsprechend hat das Produktgas einen hohen Gehalt an Verbren­ nungsenergie und kann als Rohstoffgas für die Herstellung von künstlichem Erdgas usw. verwendet werden.The product gas thus obtained consists mainly of methane and contains only minor amounts of non-combustible gases such as nitrogen and Carbon dioxide, but essentially no oxygen and no argon. Accordingly, the product gas has a high content of burning energy and can be used as a raw material gas for the production of artificial Natural gas, etc. can be used.

Außerdem hat das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung den Vorteil, dass es bei normalen Temperaturen ohne zusätzliche Heizung oder Kühlung durchgeführt werden kann und dass es in einer einfach aufgebauten Anlage durchgeführt werden kann, so dass es sich lohnt, vorhandene Anlagen ähn­ licher Art zu verkleinern.In addition, the method according to the present invention has the advantage that it is at normal temperatures without additional heating or cooling can be done and that it is in a simply constructed facility can be carried out so that it is worthwhile to resemble existing plants of a smaller size.

Daher ist das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ausgezeichnet bezüglich Sicherheit und gewerblicher Anwendbarkeit.Therefore, the method according to the present invention is excellent regarding safety and industrial applicability.

Kurze Anmerkungen zur ZeichnungBrief comments on the drawing Fig. 1 Fig. 1

Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines typischen Prozeßablaufs gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von drei Adsorptions­ türmen. Fig. 1 shows a schematic diagram of a typical process flow according to the present invention using three adsorption towers.

Erklärungen der SymboleExplanations of the symbols

A, B, C Adsorptionstürme
A, B, C adsorption towers

11

Rohstoffgaszufuhrleitung
Raw material gas supply line

22nd

Produktgasleitung
Product gas line

33rd

Abgasleitung
Exhaust pipe

Claims (14)

1. Molekularsiebkohle zur Verwendung für die großtechnische Abtren­ nung von Methan von Stickstoff in einem Gasgemisch, das Methan und Stickstoff enthält.1. Molecular sieve coal for use in large-scale extraction tion of methane from nitrogen in a gas mixture, the methane and contains nitrogen. 2. Molekularsiebkohle gemäß Anspruch 1, die zur Gewinnung eines me­ thanangereicherten Gases aus einem Gasgemisch, das Methan und Stickstoff enthält, geeignet ist, indem sie den Stickstoff selektiv ad­ sorbiert.2. molecular sieve coal according to claim 1, which is used to obtain a me than enriched gas from a gas mixture containing methane and Contains nitrogen is suitable by selectively ad sorbed. 3. Molekularsiebkohle gemäß Anspruch 2, wobei das Gasgemisch neben Methan und Stickstoff noch einen bis vier Bestandteile enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Kohlendioxid, Argon, Ethy­ len und Sauerstoff besteht.3. molecular sieve coal according to claim 2, wherein the gas mixture in addition Methane and nitrogen still contains one to four components are selected from the group consisting of carbon dioxide, argon, ethyl len and oxygen exists. 4. Molekularsiebkohle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, deren Ad­ sorptionszeiten, die für die Adsorption der Hälfte der Gleichgewichts­ adsorptionsmenge von Stickstoff, Methan, Ethylen und Kohlendioxid erforderlich sind, bei 25°C und 0,1 MPa 0,01 bis 10 Minuten, 1 bis 1000 Minuten, 0,1 bis 100 Minuten bzw. 0,001 bis 1 Minute betragen.4. molecular sieve coal according to any one of claims 1 to 3, the ad sorption times for the adsorption of half the equilibrium Adsorption amount of nitrogen, methane, ethylene and carbon dioxide are required at 25 ° C and 0.1 MPa 0.01 to 10 minutes, 1 to 1000 minutes, 0.1 to 100 minutes or 0.001 to 1 minute. 5. Molekularsiebkohle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, deren Ad­ sorptionszeiten, die für die Adsorption der Hälfte der Gleichgewichts­ adsorptionsmenge von Stickstoff, Methan, Ethylen und Kohlendioxid erforderlich sind, bei 25°C und 0,1 MPa 0,1 bis 5 Minuten, 10 bis 500 Minuten, 1 bis 50 Minuten bzw. 0,01 bis 0,5 Minuten betragen. 5. molecular sieve coal according to any one of claims 1 to 3, the ad sorption times for the adsorption of half the equilibrium Adsorption amount of nitrogen, methane, ethylene and carbon dioxide are required at 25 ° C and 0.1 MPa 0.1 to 5 minutes, 10 to 500 minutes, 1 to 50 minutes or 0.01 to 0.5 minutes.   6. Molekularsiebkohle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die bei 25°C und 0,1 MPa Gleichgewichtsadsorptionsmengen von 3,0 bis 15,0 Nor­ malliter/kg, 10,0 bis 40,0 Normalliter/kg, 30,0 bis 90,0 Normalliter/kg bzw. 30,0 bis 90,0 Normalliter/kg für Stickstoff, Methan, Ethylen bzw. Kohlendioxid aufweist.6. molecular sieve coal according to any one of claims 1 to 5, which at 25 ° C. and 0.1 MPa equilibrium adsorption amounts from 3.0 to 15.0 nor malliter / kg, 10.0 to 40.0 normal liters / kg, 30.0 to 90.0 normal liters / kg or 30.0 to 90.0 normal liters / kg for nitrogen, methane, ethylene or Has carbon dioxide. 7. Molekularsiebkohle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die bei 25°C und 0,1 MPa Gleichgewichtsadsorptionsmengen von 6,0 bis 11,0 Nor­ malliter/kg, 15,0 bis 30,0 Normalliter/kg, 35,0 bis 80,0 Normalliter/kg bzw. 35,0 bis 80,0 Normalliter/kg für Stickstoff, Methan, Ethylen bzw. Kohlendioxid aufweist.7. molecular sieve coal according to any one of claims 1 to 5, which at 25 ° C. and 0.1 MPa equilibrium adsorption amounts from 6.0 to 11.0 nor malliter / kg, 15.0 to 30.0 normal liters / kg, 35.0 to 80.0 normal liters / kg or 35.0 to 80.0 normal liters / kg for nitrogen, methane, ethylene or Has carbon dioxide. 8. Molekularsiebkohle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, die in Form von Pellets, Granulat, Pulver, Fasern oder Waben vorliegt.8. molecular sieve coal according to any one of claims 1 to 7, which in the form of pellets, granules, powder, fibers or honeycombs. 9. Molekularsiebkohle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der mittlere Mikroporendurchmesser der Molekularsiebkohle im Bereich von 0,01 bis 1,0 nm liegt.9. molecular sieve coal according to any one of claims 1 to 8, wherein the average micropore diameter of molecular sieve carbon in the range from 0.01 to 1.0 nm. 10. Molekularsiebkohle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der mittlere Mikroporendurchmesser der Molekularsiebkohle im Bereich von 0,3 bis 0,5 nm liegt.10. molecular sieve coal according to any one of claims 1 to 8, wherein the average micropore diameter of molecular sieve carbon in the range from 0.3 to 0.5 nm. 11. Molekularsiebkohle mit den folgenden physikalischen Eigenschaften:
  • a) mittlerer Mikroporendurchmesser: 0,1 bis 1,0 nm
  • b) Gleichgewichtsadsorptionsmenge für die jeweiligen Komponen­ ten bei 25°C und 0,1 MPa:
    Stickstoff: 3,0 bis 15,0 Normalliter/kg
    Methan: 10,0 bis 40,0 Normalliter/kg
    Kohlendioxid: 30,0 bis 90,0 Normalliter/kg
    Ethylen 30,0 bis 90,0 Normalliter/kg;
  • c) Adsorptionsparameter für die jeweiligen Komponenten bei 25°C und 0,1 MPa:
    Stickstoff: 0,01 bis 10,0 Minuten
    Methan: 1,0 bis 1000,0 Minuten
    Kohlendioxid: 0,001 bis 1,0 Minuten Ethylen 0,1 bis 100,0 Minuten.
11. Molecular sieve carbon with the following physical properties:
  • a) Average micropore diameter: 0.1 to 1.0 nm
  • b) Equilibrium adsorption amount for the respective components at 25 ° C and 0.1 MPa:
    Nitrogen: 3.0 to 15.0 normal liters / kg
    Methane: 10.0 to 40.0 normal liters / kg
    Carbon dioxide: 30.0 to 90.0 normal liters / kg
    Ethylene 30.0 to 90.0 normal liters / kg;
  • c) Adsorption parameters for the respective components at 25 ° C and 0.1 MPa:
    Nitrogen: 0.01 to 10.0 minutes
    Methane: 1.0 to 1000.0 minutes
    Carbon dioxide: 0.001 to 1.0 minutes ethylene 0.1 to 100.0 minutes.
12. Verwendung einer Molekularsiebkohle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 für die großtechnische Abtrennung von Methan von Stickstoff in einem Gasgemisch, das Methan und Stickstoff enthält.12. Use of a molecular sieve coal according to one of claims 1 to 11 for the large-scale separation of methane from nitrogen in a gas mixture containing methane and nitrogen. 13. Verfahren zur Gewinnung eines methanangereicherten Gases aus einem Gasgemisch, das Methan und Stickstoff enthält, durch In- Kontakt-Bringen des Gasgemisches mit der Molekularsiebkohle ge­ mäß einem der Ansprüche 1 bis 11 unter Druck, so das Stickstoff se­ lektiv adsorbiert und entfernt wird.13. Process for obtaining a methane-enriched gas from a gas mixture containing methane and nitrogen by in- Bringing the gas mixture into contact with the molecular sieve coal according to one of claims 1 to 11 under pressure, so the nitrogen se is selectively adsorbed and removed. 14. Vorrichtung zur Abtrennung und Reinigung von Methan, die mit der Molekularsiebkohle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgestattet ist.14. Device for the separation and purification of methane with the Molecular sieve coal according to one of claims 1 to 11 is.
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