DE2403701A1 - Regeneration of catalysts in methane prodn. - from hydrocarbons, by substitution of hydrocarbons by methanol during use - Google Patents
Regeneration of catalysts in methane prodn. - from hydrocarbons, by substitution of hydrocarbons by methanol during useInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Erzeugung von methanhaltigen Gasen unter gleichzeitiger Regeneration des Katalysators Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von methanhaltigen Gasen unter gleichzeitiger Regeneration des Katalysators, der für die Tieftemperaturdampfspaltung von Kohlenwasserstoffen zu sogenannten Reichgasen, bzw, von gegen Erdgas austauschbaren Gasen (SOG) verwendet wird.Process for the production of methane-containing gases with simultaneous Regeneration of the catalyst The present invention relates to a method for Generation of methane-containing gases with simultaneous regeneration of the catalyst, that for the low-temperature vapor splitting of hydrocarbons into so-called rich gases, or gas that can be exchanged for natural gas (SOG) is used.
Bei praktisch allen katalytischen Umsetzungen, bei denen das chemische Gleichgewicht eingestellt werden soll und bei denen sich im Katalysatorbett ein Temperaturprofil ausbildet, beobachtet man eine langsame Desaktivierung des Katalysators, erkennbar an einer stetigen Wanderung des Temperaturprofils durch das Katalysatorbett0 Dieses Verhalten kann wie folgt gedeutet werden: Infolge Rekristallisation unter Reaktionsbedingungen nimmt die aktive Oberfläche des Katalysators ab; dieser Inaktivierung ist meist noch eine chemische Inaktivierung des Katalysators überlagert Die chemische Inaktivierung des Katalysators kann verschiedene Ursachen haben. So können z0B durch die Reaktanten eingeschleppte Katalysatorgifte, wie Chlor, Schwefel, Blei, Antimon usw. eine Inaktivierung verursachen. Bei der Tieftemperaturnaphthaspaltung mit Wasserdampf ist jedoch die Kinetik der ablaufenden Reaktion als wesentliche Ursache für den Verlust der Katalysatoraktivität zu betrachten. Die Dampfspaltung höherer Kohlenwasserstoffe ist nämlich eine in Teilschritten ablaufende Reaktion, die über mehr oder weniger reaktionsfähige, relativ kurzlebige Spezies (Molekülionen oder Radikale) verläuft. Diese intermediären Produkte werden im allgemeinen zu H2 und CO weiter gespalten; es können sich aber auch durch Rekombinationsprozesse oder durch Polymerisationsreaktionen stabile C,H-enthaltende Endprodukte ergeben.In practically all catalytic reactions in which the chemical Equilibrium should be set and in which there is a catalyst bed Temperature profile, one observes a slow deactivation of the catalyst, recognizable by a constant migration of the temperature profile through the catalyst bed0 This behavior can be interpreted as follows: As a result of recrystallization under Reaction conditions, the active surface area of the catalyst decreases; this inactivation is usually still a chemical inactivation of the catalyst superimposed The chemical Inactivation of the catalyst can have various causes. So, for example catalyst poisons such as chlorine, sulfur, lead, and antimony that have been introduced into the reactants etc. cause inactivation. In the case of low-temperature naphtha cleavage with steam however, the kinetics of the reaction taking place is the main cause of the Consider loss of catalyst activity. The vapor splitting of higher hydrocarbons is namely a reaction that proceeds in partial steps, which takes place over more or less reactive, relatively short-lived species (molecular ions or radicals). These intermediate products are generally further split into H2 and CO; but it can also be through recombination processes or through polymerization reactions stable C, H-containing end products result.
Verbrauchte Reichgaskatalysatoren enthalten gelegentlich bis zu 15 Gew. % Kohlenstoff; eine Analyse zeigt jedoch, daß diese Kohlenstoffart noch eine gewisse Menge Wasserstoff enthält und es sich eigentlich um hochpolymere Kohlenwasserstoffe mit niedrigem H:C-Verhältnis handelt. Derartige Produkte, die bisher in ihrer Konstitution nicht näher untersucht sind, werden in der Literatur vorwiegend als "Gum" oder als "kinetischer Ruß" bezeichnet. Die Ablagerung solcher Produkte auf dem Katalysator verhindert den Zugang der Reaktanten an die aktiven Zentren der Katalysatoroberfläche, indem sie die Poren des gatalysators verstopfen; aus diesem Grunde erniedrigen sie die Aktivität von Spaltkatalysatoren.Used rich gas catalytic converters occasionally contain up to 15 Wt% carbon; however, analysis shows that this type of carbon is still another contains a certain amount of hydrogen and they are actually high polymer hydrocarbons with a low H: C ratio. Such products so far in their constitution are not examined in more detail, are predominantly called "gum" or as in the literature "Kinetic Soot". The deposition of such products on the catalyst prevents the reactants from accessing the active centers of the catalyst surface, by clogging the pores of the catalyst; for this reason they humiliate the activity of fission catalysts.
Es ist bekannt, daß besonders die höhersiedenden, insbesondere aromaten- und naphthenreiche Kohlenwasserstoffe bei der Tieftemperatur-Naphthaspaltung zu vermehrter Abscheidung von kinetischem Ruß beitragen und damit zur Desaktivierung des bei dieser Reaktion verwendeten Katalysators führen.It is known that especially the higher boiling, especially aromatic and naphthenic hydrocarbons in the low temperature naphtha cleavage contribute to increased deposition of kinetic soot and thus to deactivation lead of the catalyst used in this reaction.
Im Gegensatz zu der chemischen Inaktivierung des Katalysators durch Alterung bzw. durch Katalysatorgifte, kann die Blockierung der aktiven Oberfläche des Katalysators durch Vergasen des gebildeten "Gum" bzw. des "kinetischen Rußes rückgängig gemacht werden.In contrast to the chemical inactivation of the catalyst by Aging or catalyst poisons can block the active surface of the catalyst by gasifying the "gum" or "kinetic soot" formed be reversed.
Für die Regenerierung von durch kinetischen Ruß" desaktivierten Katalysatoren sind bereits eine Reihe von Vorschlägen gemacht worden, z.B. die Regenerierung mit Reichgas oder mit Wasserstoff.For the regeneration of catalysts deactivated by kinetic soot a number of suggestions have already been made, e.g. regeneration with Rich gas or with hydrogen.
So ist es z.B. aus der deutschen Auslegeschrift 1 233 090 bekannt, die Bildung von "sogenannten Polymeren" durch Rückführung eines Teils der bei der Wasserdampfspaltung von Kohlenwasserstoffen erhaltenen methanreichen Spaltprodukte (Reichgas) zu verzögern. Durch die Rückführung der Spaltprodukte wird nach den Angaben in dieser Auslegeschrift die Lebensdauer des Katalysators erhöht (val. dazu die Ausführungsbeispiele 1 und 2).For example, it is known from the German Auslegeschrift 1 233 090, the formation of "so-called polymers" by recycling part of the Methane-rich fission products obtained from hydrocarbons in water vapor splitting (Reichgas) to delay. By recirculating the fission products, according to the information in this publication the service life of the catalyst increased (Equivalent to this, the exemplary embodiments 1 and 2).
In der DAS 1 255 847, die von derselben Anmelderin stammt, wird zur Erhöhung der Lebensdauer des Katalysators vorgeschlagen, die zu spaltenden Rohstoffe in zwei oder mehrere aufeinanderfolgende Abschnitte des Katalysatorbettes zu leiten und den gesamten für die Spaltung des Rohstoffes (Kohlenwasserstoffs) erforderlichen Wasserdampf in den ersten Abschnitt zuzuführen Bei den bisher vorgeschlagenen Verfahren wird zwar die Regenerierung des Katalysators bei laufendem Betrieb der Anlage durchgeführt, jedoch wird im ersten Falle wegen der Ruckführung von Reaktionsprodukt ein niedriger Durchsatz erzielt als ohne Rückführung. Im zweiten Fall wird lediglich ein Teil des Katalysators vor der Alterung geschützt.In DAS 1 255 847, which comes from the same applicant, becomes Suggested increase in the life of the catalyst, the raw materials to be cleaved to pass into two or more successive sections of the catalyst bed and all of the necessary for the cleavage of the raw material (hydrocarbon) To supply water vapor in the first section With the previously proposed methods the regeneration of the catalyst is carried out while the system is in operation, however, in the former case, a lower one becomes because of the recycling of reaction product Throughput achieved than without recirculation. In the second case, only a part becomes of the catalytic converter protected from aging.
Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, den Reichgaskatalysator mit Wasserstoff zu regenerieren (vgl. Petroleum und Petrochemical International, Februar-Heft 1973, Seiten 50 ff, insbesondere Seite 57).It has also already been proposed, the rich gas catalyst to regenerate with hydrogen (see Petroleum and Petrochemical International, February issue 1973, pages 50 ff, especially page 57).
Bei einer Regeneration des Reichgaskatalysators mit Wasserstoff muß jedoch die Gaserzeugung unterbrochen werden. Ein Stillstand großer Gaserzeugungsanlagen infolge Regeneration des Spaltkatalysators ist aber in den meisten Fällen indiskutabel, da die Verluste, die durch den Produktionsausfall entstehen, oft größer sind als die Kosten, die durch den Einbau einer neuen Katalysatorcharge entstehen würden.When regenerating the rich gas catalytic converter with hydrogen, however, gas generation can be interrupted. Large gas generation plants come to a standstill as a result of the regeneration of the fission catalyst, however, it is out of the question in most cases, since the losses caused by the loss of production are often greater than the cost of installing a new batch of catalyst.
Es wurde nun gefunden, daß desaktivierte Reichgaskatalysatoren ohne die vorgehend geschilderten Nachteile regeneriert werden können, wenn man die zur Spaltung benutzten Rohstoffe (Kohlenwasserstoffe bzw. Naphtha) ganz oder teilweise durch Methanol ersetzt, nämlich solange, bis das Temperaturprofil im Katalysatorbett zurückgewandert und zum Stillstand gekommen ist0 Auf diese Weise gelingt es beispielsweise, die Hälfte der ursprünglichen Aktivitätsreserve, gemessen in cm der Katalysatorbettlänge, zurückzuerhalten. Die Wanderung des Temperaturprofils durch die regenerierte Katalysatorzone verläuft nach der ersten Regeneration nur unwesentlich schneller als bei frisch eingesetztem Katalysator.It has now been found that deactivated rich gas catalysts without the disadvantages outlined above can be regenerated if the for Splitting used raw materials (hydrocarbons or naphtha) in whole or in part replaced by methanol, namely until the temperature profile in the catalyst bed migrated back and came to a standstill0 In this way it is possible, for example, half of the original Activity reserve, measured in cm the catalyst bed length. The migration of the temperature profile only runs through the regenerated catalyst zone after the first regeneration marginally faster than with a freshly used catalyst.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Erzeugung von methanhaltigen Gasen aus Kohlenwasserstoffen mit einer C-Zahl von C2 bis C30 an Nickelkatalysatoren auf Trägern unter gleichzeitiger Regeneration des Katalysators, wobei die Kohlenwasserstoffe zusammen mit Wasserdampf bei Drucken von über 1 ata und Vorwärmtemperaturen von oberhalb 2500C durch das Bett eines Nickelkatalysators geleitet werden, dessen Temperatur dureh die eintretende Reaktion zwischen 300 und 6OO0C gehalten wird0 Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Regenerierung des zur Reaktionszone Katalysators die Kohlenwasserstoffzufuhr/unterbrochen wird und Methanol zusammen mit Wasserdampf durch das Katalysatorbett geleitet wird und nach erfolgter Regenerierung des Katalysators die Methanolzufuhr unterbrochen wird und erneut Eohlenwasserstoffe zusammen mit Wasserdampf durch das Katalysatorbett geleitet werden0 Eine weitere Ausführungsform der Erfindung bezieht sich darauf, daß zur Regeneration des Katalysators die Kohlenwasserstoffzufuhr lediglich gedrosselt wird und eine der Reduktion der Kohlenwasserstoffmenge entsprechende Menge an Methanol zugesetzt wird0 Das grundlegende Verfahren zur Herstellung von methanreichen Gasen durch Tieftemperaturspaltung von Kohlenwasserstoffen (Naphtha) an Nickelkatalysatoren mit Wasserdampf ist bereits seit Ende der fünfziger Jahre bekannt (vgl. DAS 1 180 481).The invention therefore relates to a method for producing methane-containing Gases from hydrocarbons with a C number from C2 to C30 on nickel catalysts on supports with simultaneous regeneration of the catalyst, the hydrocarbons together with water vapor at pressures of over 1 ata and preheating temperatures of above 2500C are passed through the bed of a nickel catalyst, its temperature by keeping the occurring reaction between 300 and 600 ° C. The procedure is characterized in that for the regeneration of the catalyst for the reaction zone the supply of hydrocarbons / is interrupted and methanol together with water vapor is passed through the catalyst bed and after regeneration of the catalyst the methanol supply is interrupted and again Eohydrocarbons together with Steam can be passed through the catalyst bed0 Another embodiment the invention relates to the fact that for the regeneration of the catalyst, the hydrocarbon feed is only throttled and one corresponding to the reduction in the amount of hydrocarbons Amount of methanol is added0 The basic process for the preparation of methane-rich gases through low-temperature splitting of hydrocarbons (naphtha) on nickel catalysts with steam has been around since the late fifties known (see DAS 1 180 481).
Die weitere Ausgestaltung dieses Verfahrens ist in der deutschen Auslegeschrift 1 233 090 (recycle des Spaltgases) sowie in den Auslegeschriften 1 240 618 (höhere Vorheiztemperaturen) und 1 255 847 (Kohlenwasserstoff-Aufteilung; hydrogasification) und in der offengelegten deutschen Anmeldung 1 922 182 (Kühlung mit Reaktionsteilnehmer) beschrieben.The further elaboration of this procedure is in the German interpretative document 1 233 090 (recycle of the cracked gas) as well as in the interpretative documents 1 240 618 (higher Preheating temperatures) and 1 255 847 (hydrocarbon split; hydrogasification) and in the laid-open German application 1 922 182 (cooling with reactants) described.
Bezüglich der Entwicklung der Tieftemperatur-Spaltkatalysatoren sei auf die britische Patentschrift 820 257, die deutsche Auslegeschrift 1 227 603 (Alkalisierung) sowie auf die offengelegten Anmeldungen 1 470 700 und 1 545 442 (Zusatz von Erdalkali-Metallen, insbesondere Barium) sowie auf die offengelegte deutsche Anmeldung 1 545 428 (Magnesiumsilikat als Träger) verwiesen, Für das erfindungsgemäße Verfahren kommen ganz allgemein die für die Tieftemperatur-Spaltung von Kohlenwasserstoffen verwendeten Katalysatoren in Betracht. Insbesondere haben sich der in der deutschen offengelegten Anmeldung 1 545 428 beschriebene alkalifreie Nickelkatalysator, der nach der Reduktion Nickel auf amorphem Magnesiumsilikat enthält und durch Zugabe einer Wasserglaslösung zu einer Lösung von Magnesiumsalzen und Auffällen von Nickel erhalten wird, sowie der in der deutschen Patentanmeldung P 23 11 756o8 (O,Z, 29 248) beschriebene alkalifreie Nickel, Magnesium und Aluminium enthaltende Tieftemperaturspalt-Katalysator bewährt0 Bevorzugt wird auch ein magnesiumfreier Katalysator verwendet, dessen Herstellung in der deutschen Patentanmeldung (vgl P 22 55 909o7 - OoZo 29 520) beschrieben ist.Regarding the development of the low-temperature cracking catalysts on the British patent specification 820 257, the German Auslegeschrift 1 227 603 (alkalization) as well as the published applications 1 470 700 and 1 545 442 (addition of alkaline earth metals, especially barium) as well as the published German application 1 545 428 (magnesium silicate referred to as carrier), for the process according to the invention come very generally the catalysts used for the low-temperature cracking of hydrocarbons into consideration. In particular, the German application disclosed 1 545 428 described alkali-free nickel catalyst, which after reduction nickel on amorphous magnesium silicate and by adding a water glass solution a solution of magnesium salts and precipitates of nickel is obtained, as well as the in the German patent application P 23 11 756o8 (O, Z, 29 248) described alkali-free Low-temperature cracking catalyst containing nickel, magnesium and aluminum has been tried and tested0 A magnesium-free catalyst is also preferably used for its preparation in the German patent application (see P 22 55 909o7 - OoZo 29 520) is described.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl in einer als auch in mehreren Reaktionszonen durchgeführt werden. In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens wird sowohl die Strömungsrichtung des Wasserdampfes als auch die des zur Regenerierung angewendeten Regenerierungsmittels, z.B0 des Methanols oder der Kohlenwasserstoff-Methanol-Mischung gegenüber der fur die Durchführung der Spaltung von Kohlenwasserstoffen verwendeten Strömungsrichtung umgekehrt Dies ist bei Verwendung einer Reaktionszone durch Einbau entsprechender Ventile in die Versorgungsleitungen zum Ein- bzw. Ausgang der Reaktionszone bzw0 des Reaktors möglich. Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in zwei Reaktionszonen bzw. zwei Reaktoren sind entsprechende Versorgungs- und Umgehungsleitungen zu den Eingängen bzw. Ausgängen der beiden Reaktoren mit einer entsprechenden Regelmimik vorzusehen. Man kann dann abwechselnd in einer Reaktionszone die Spaltung von Kohlenwasserstoffen durchführen, während man in der anderen Zone regeneriert oder den nicht mehr regenerierbaren Katalysator ausbaut.The method according to the invention can be carried out both in one and in several Reaction zones are carried out. In a particular embodiment of the method becomes both the flow direction of the water vapor and that of the regeneration Regenerating agent used, e.g. the methanol or the hydrocarbon-methanol mixture compared to that used for carrying out the splitting of hydrocarbons Direction of flow reversed This is when a reaction zone is used through installation corresponding valves in the supply lines to the inlet and outlet of the reaction zone or the reactor is possible. When carrying out the method according to the invention in two reaction zones or two reactors are corresponding supply and bypass lines to the Inputs and outputs of the two reactors with a corresponding Provide regular facial expressions. You can then alternate the cleavage in one reaction zone carry out of hydrocarbons while regenerating in the other zone or remove the no longer regenerable catalyst.
Auch bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in zwei Reaktionszonen bzw. zwei Reaktoren werden zur Regenerierung die Strömungsrichtungen von Wasserdampf und Regenerierungsmittel gegenüber der während der Spaltung eingehaltenen Strömungsrichtung (in der die Profilwanderung erfolgt) bevorzugt umgekehrt.Even when carrying out the method according to the invention in two The flow directions for regeneration are the reaction zones or two reactors of water vapor and regenerant compared to that observed during the cleavage The direction of flow (in which the profile migration takes place) is preferably reversed.
Zur Regeneration des Katalysators wird die Kohlenwasserstoffzufuhr zu der Reaktionszone unterbrochen. Die Wasserdampfzugabe zur Reaktionszone muß jedoch gewährleistet sein, da sonst bei der Umstellung auf den zur Regeneration erforderlichen Rohstoff (Methanol) eine Schädigung des Katalysators eintreten könnte. Bevorzugt wird die bei der Spaltung des Kohlenwasserstoffes angewendete Wassermenge während der Regeneration weiterhin über den Katalysator geleitet. (Der Vorerhitzer ist ohnehin auf eine bestimmte Leistung ausgelegt; ohne besondere Vorkehrungen zur Regelung zu treffen, kann daher die für die eigentliche Spaltung des Rohstoffes (Naphtha) verwendete Wasserdampfmenge nicht wesentlich erhöht oder gesenkt werden, obwohl dies technisch durchaus realisierbar wäre.) In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden jedoch nur 50 % der Kohlenwasserstoffe durch Methanol ersetzt. Bei der letztgenannten Ausführungsform ergeben sich naturgemäß etwas längere Regenerationszeiten. The hydrocarbon feed is used to regenerate the catalyst interrupted to the reaction zone. The addition of steam to the reaction zone must, however must be guaranteed, otherwise when changing over to the one required for regeneration Raw material (methanol) could damage the catalyst. Preferred the amount of water used in the splitting of the hydrocarbon during the regeneration continues to be passed over the catalyst. (The preheater is on anyway designed for a specific performance; without special arrangements for regulation to meet, therefore the actual splitting of the raw material (naphtha) amount of water vapor used cannot be increased or decreased significantly, though this would be technically feasible.) In a special embodiment of the process according to the invention, however, only 50% of the hydrocarbons are through Replaced methanol. In the case of the last-mentioned embodiment, this naturally results slightly longer regeneration times.
Die Regeneration des Reichgaskatalysators kann mehrmals wiederholt werden. Der dabei jeweils erzielte Reaktivierungseffekt wird jedoch immer geringer. Es gelingt bei 2- bis 3-maliger Regeneration des bevorzugt verwendeten Reichgaskatalysators dessen Lebensdauer z.B. auf das zweifache zu verlängern. Ein Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, bei der Regeneration des Katalysators die gleiche Gasausbeute zu erzielen, wie sie bei der eigentlichen Spaltung der Kohlenwasserstoffe erreicht wird. Dies kann man dadurch erreichen, daß die Belastung des Katalysators während der Regeneration mit Methanol entsprechend erhöht wird. Es können Belastungen von 0,5 bis 5 kg Methanol/l Katalysator/h gewährt werden. Üblicherweise werden Belastungen im Bereich zwischen 1 und 3 kg Methanol Katalysator/h verwendet. Wird während der Regeneration lediglich ein Teil des Kohlenwasserstoffes durch Methanol ersetzt, so werden, bezogen auf den Anteil an Methanol an der Gesamtmenge des umzusetzenden Rohstoffes, entsprechend den vorgenannten Bereichen niedrigere Belastungen gewählt.The regeneration of the rich gas catalytic converter can be repeated several times will. However, the reactivation effect achieved in each case is getting smaller and smaller. It is possible to regenerate the rich gas catalyst preferably used 2 to 3 times to extend its service life e.g. by twice. One goal of the invention Procedure is when regeneration of the catalyst the same To achieve gas yield, as in the actual splitting of the hydrocarbons is achieved. This can be achieved by reducing the load on the catalyst is increased accordingly during the regeneration with methanol. There can be loads from 0.5 to 5 kg of methanol / l of catalyst / h can be granted. Usually there are loads used in the range between 1 and 3 kg of methanol catalyst / h. Will be used during the Regeneration only replaces part of the hydrocarbon with methanol, so, based on the proportion of methanol in the total amount to be converted Raw material, selected lower loads in accordance with the aforementioned areas.
Die maximale Reaktionstemperatur in der Kontaktschüttung ist von der Art des verwendeten Rohstoffes abhängig. Bei der Regenerierung mit Methanol muß ein höherer Temperaturanstieg erwartet werden. Es ist daher das Verhältnis Wasserdampf : Methanol so zu wählen, daß zwar die Temperaturen genügend hoch sind, um den "kinetischen Ruß" zu vergasen, andererseits jedoch die obere Temperaturgrenze, bis zu der der Katalysator thermisch stabil ist, nicht überschritten wird. Diese obere Grenze dürfte bei den verschiedenen Katalysatoren zwischen 530 und 6000C liegen.The maximum reaction temperature in the contact bed is of the Depending on the type of raw material used. Must be used for regeneration with methanol a higher temperature rise can be expected. It is therefore the ratio of water vapor : To choose methanol so that the temperatures are high enough to avoid the "kinetic Soot "to gasify, on the other hand, however, the upper temperature limit, up to that of the Catalyst is thermally stable, is not exceeded. This upper limit is likely between 530 and 6000C for the various catalysts.
Im allgemeinen wählt man daher Wasserdampf : Methanolverhältnisse von 1,5 bis 4 kg Wasserdampf pro kg Methanol; insbesondere werden Verhältnisse von 1,5 bis 3,0 kg Wasserdampf pro kg Methanol angewendet. Für die Vorwärmtemperaturen der Wasserdampf:Methanol-Gemische gelten ebenfalls limitierende Grenzen wie für die Belastung. Im allgemeinen wählt man bei Verwendung von reinem Methanol als Regenerationsmittel Vorwärmtemperaturen von 200 bis 400°C, insbesondere werden solche im Bereich zwischen 300 und 380°C verwendet. Diese Vorwärmtemperaturen liegen im allgemeinen etwas niedriger als diejenigen für die Spaltung von Kohlenwasserstoffgemischen. Für kleine Verhältnisse von Dampf : Methanol werden in den vorgenannten Bereichen die niederen Vorwärmtemperaturen, für große Verhältnisse von Wasserdampf : Methanol dagegen die in diesem Bereich gelegenen höheren Vorwärmtemperaturen angewendet.In general, water vapor: methanol ratios are therefore chosen from 1.5 to 4 kg of water vapor per kg of methanol; in particular, ratios of 1.5 to 3.0 kg of water vapor per kg of methanol applied. For the preheating temperatures the water vapor: methanol mixtures also apply limiting limits as for the load. In general, when using pure methanol, one chooses as the regeneration agent Preheating temperatures of 200 to 400 ° C, in particular those in the range between 300 and 380 ° C used. These preheating temperatures are generally somewhat lower than those for the cracking of hydrocarbon mixtures. For small circumstances of steam: In the above-mentioned areas, methanol is the lower preheating temperatures, for large ratios of water vapor : Methanol on the other hand the in higher preheating temperatures are applied in this area.
Die für die Regenerierung erforderliche Zeit ist im wesentlichen abhängig von dem Zustand des desaktivierten Katalysators.The time required for regeneration is essentially dependent on the state of the deactivated catalyst.
Sie kann wenige Stunden, bis zu mehreren Tagen betragen. Üblicherweise sind für eine einmalige Regenerierung 3 bis 40 Stunden erforderlich.It can be a few hours to several days. Usually 3 to 40 hours are required for a single regeneration.
Die während der Regenerierung des Katalysators erzeugten methanreichen Gase können in üblicher Weise, z.B. durch eine Nachmethanisierung, C02-Wäsche etc. zu heizwertreichen Gasen (Erdgas, SNG) weiterverarbeitet werden.The methane-rich produced during the regeneration of the catalyst Gases can be released in the usual way, e.g. through post-methanation, C02 scrubbing, etc. processed into gases with a high calorific value (natural gas, SNG).
In den nachfolgenden Beispielen ist das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.The process of the invention is shown in the examples below explained in more detail.
In Beispiel 1 werden Katalysatoren, die nach den Lehren der deutschen Auslegeschrift 1 227 603unter offengelegten deutschen Anmeldung 1 545 428 hergestellt worden sind, beschrieben. Es ist ferner ein Beispiel für die Herstellung eines Katalysators enthalten, der erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist. Es handelt sich um den aus dem Katalysatorverläufer Ni5 Mg A12(OH)16 CO3 4 rC H20 durch Kalzinierung und Reduktion erhältlichen besonders aktiven Tieftemperatur-Spaltkatalysator. In Beispiel 2 sind Vergleichsversuche enthalten. In diesem Beispiel wird die Regenerierung mit Wasserdampf, methanreichem Gas (Reichgas) und Wasserstoff der erfindungsgemäßen Regenerierung mit Methanol gegenübergestellt. Aus diesen Versuchen geht hervor, daß das erfindungsgemäße Verfahren zur Regenerierung von Tieftemperatur-Spaltkatalysatoren den bekannten Verfahren überlegen ist.In Example 1 are catalysts that are based on the teachings of the German Auslegeschrift 1,227,603 under laid-open German application 1,545,428 have been described. It is also an example of the manufacture of a catalyst contain, which is particularly preferred according to the invention. It is the one from the catalyst runner Ni5 Mg A12 (OH) 16 CO3 4 rC H20 through calcination and reduction available particularly active low-temperature cracking catalyst. In example 2 are Comparative tests included. In this example the regeneration with steam, methane-rich gas (rich gas) and hydrogen of the regeneration according to the invention contrasted with methanol. From these experiments it is evident that the inventive Process for the regeneration of low-temperature cracking catalysts the known Procedure is superior.
In Beispiel 3 und 4 sird die Regenerierung der Katalysatoren A und B beschrieben; in Beispiel 5 ist die Mehrfschregenerierung dargelegt.In Examples 3 and 4, the regeneration of catalysts A and B described; Example 5 shows the multiple regeneration.
Beispiel 1 Nachfolgend wird die Herstellung der Katalysatoren A, B und C beschrieben. Example 1 The following is the preparation of the catalysts A, B and C.
A) Es werden ca. 7,5 1 voll entsalztes Wasser in einem Gefäß vorgelegt, dazu läßt man unter Rühren bei 20 bis 4OOC innerhalb von ca. 1 Stunde und bei einem pH-Wert von 7 bis 7,5 nachstehende Lösungen zufließen: 1. 0,218 kg SiO2 in ca. 1,45 1 verdünnter Wasserglaslösung mit einem SiO2-Gehalt von 15 Gewichtsprozent; 2. 0,146 kg MgO in ca. 2,5 1 verdünnter Magnesiumnitratlösung mit einem Mg(N03)2-Gehalt von ca. 20 Gewichtsprozent; 30 0,718 kg NaOH als 25-gewichtsprozentige Natronlauge.A) Approx. 7.5 l of fully demineralized water are placed in a vessel, to this one leaves with stirring at 20 to 40OC within about 1 hour and at one The following solutions flow in with a pH value of 7 to 7.5: 1. 0.218 kg SiO2 in approx. 1.45 1 dilute water glass solution with an SiO2 content of 15 percent by weight; 2. 0.146 kg MgO in approx. 2.5 1 dilute magnesium nitrate solution with a Mg (N03) 2 content of about 20 percent by weight; 30 0.718 kg NaOH as 25 percent strength by weight sodium hydroxide solution.
Unter Rühren werden die nachstehend angegebenen weiteren Lösungen zu dem ausgefallenen, suspendierten, amorphen Magnesiumsilikat (Träger) zugegeben: a) 0,637 kg NiO in ca. 4,0 1 ca. 15-gewichtsprozentiger Nickelnitratlösung; b) 1,25 kg Na2CO3 in ca. 1,250 1 H20 gelöst. The further solutions given below are added with stirring added to the precipitated, suspended, amorphous magnesium silicate (carrier): a) 0.637 kg NiO in approx. 4.0 1 approx. 15 weight percent nickel nitrate solution; b) 1.25 kg Na2CO3 dissolved in approx. 1.250 1 H20.
Der ausgefallene Niederschlag wird auf der Filterpresse sorgfältig alkalifrei gewaschen. Der Filterkuchen wird getrocknet, gemahlen, mit 2 Graphit vermengt und zu 5 x 5 mm Tabletten verpreßt. The deposited precipitate is carefully on the filter press Washed alkali-free. The filter cake is dried, ground, with 2 graphite blended and compressed to 5 x 5 mm tablets.
Der tablettierte Katalysator wurde bei 45000 calciniert und wies einen Nickelgehalt von 40 Gewichtsprozent, bezogen auf den oxidischen Kontakt, auf. Der Rest ist amorphes Mg-Silikat. Die Schüttdichte betrug 0,92 g pro cm3. The tableted catalyst was calcined at 45,000 and exhibited a nickel content of 40 percent by weight, based on the oxidic contact. The rest is amorphous Mg-silicate. The bulk density was 0.92 g per cm3.
B) Der Katalysator B wurde nach den Angaben in der deutschen Patentanmeldung P 23 11 756.8 - O.Z. 29 248 hergestellt.B) The catalyst B was according to the information in the German patent application P 23 11 756.8 - O.Z. 29 248 manufactured.
Zur Herstellung des Katalysatorvorläufers Ni5MgAl2(OH)16 003.4 H20 wurden die folgenden 2-molaren Lösungen bereitet: lo 0,463 kg MgNO3(20)Q6 H20 wurden in einer solchen Menge H20 gelöst, daß eine Lösung von insgesamt 0,9 1 entstand. For the production of the catalyst precursor Ni5MgAl2 (OH) 16 003.4 H20 the following 2 molar solutions were prepared: lo 0.463 kg MgNO3 (20) Q6 H20 were dissolved in such an amount of H 2 O that a total solution of 0.9 1 resulted.
2. 2,845 kg Nun03(2.). 6 H20 und 1,45 kg Al(N03)3.9 H20 wurden in H20 gelöst, so daß eine Lösung von 7,0 1 entstand. 2. 2.845 kg Nun03 (2nd). 6 H20 and 1.45 kg Al (N03) 3.9 H20 were in H20 dissolved, so that a solution of 7.0 1 was formed.
3. 1,85 kg Na2C03 wurden in 9 1 H20 gelöst. 3. 1.85 kg of Na2CO3 were dissolved in 9 l of H2O.
In einem Rührkessel, der mit einer Glaselektrode zur kontinuierlichen pH-Messung versehen war, wurden 2,5 1 H20 vorgelegt, auf 500G erhitzt und mit Lösung 3 auf den pH-Wert von 10 eingestellt. In a stirred tank with a glass electrode for continuous pH measurement was provided, 2.5 l of H2O were submitted, heated to 500G and with solution 3 adjusted to pH 10.
Bei konstantem pH-Wert und gleichbleibender Temperatur wurde Magnesium als Hydroxid bzw. als basisches Carbonat durch kontinuierliches Vereinigen von Lösungen 1 und 3 ausgefällt. At constant pH and constant temperature, magnesium became as a hydroxide or as a basic carbonate by continuously combining solutions 1 and 3 failed.
Nachdem Lösung 1 vollständig zugelaufen war, wurde die weitere Zugabe von Lösung 3 eingestellt0 Mit einer kleinen Menge der Lösung 2 wurde nun der pH-Wert in der Vorlage auf 8 eingestellt und bei diesem pH-Wert und einer Temperatur von 50 0C Lösung 2 und 3 kontinuierlich innerhalb von 40 Minuten vereinigt. Der ausgefallene, teilweise kristalline Niederschlag wurde abfiltriert, der Filterkuchen in 12 1 Wasser bei 500C suspendiert und über einen längeren Zeitraum gerührt. Nach etwa 4 bis 5 Stunden wurde der Niederschlag abgesaugt, 5 Stunden bei 95 0C, 5 Stunden bei rund 11000 getrocknet und anschließend 4 Stunden bei 5000C calciniert, wobei von der rocknungs- zur Calcinierungstemperatur innerhalb von 2 Stunden hochgeheizt wurde. After solution 1 had run in completely, the further addition was made set by solution 30 With a small amount of solution 2, the pH was now set in the template to 8 and at this pH and a temperature of 50 0C solution 2 and 3 continuously combined within 40 minutes. The fancy, partially crystalline precipitate was filtered off, the filter cake in 12 l of water suspended at 500C and stirred for a longer period of time. After about 4 to 5 The precipitate was filtered off with suction for hours, 5 hours at 95 ° C., 5 hours at around 11000 dried and then calcined for 4 hours at 5000C, with the drying temperature was heated up to the calcination temperature within 2 hours.
Die Analyse ergab 50,3 Gewichtsprozent Ni, berechnet als Metall und bezogen auf den oxidischen Kontakt. Die Schüttdichte des oxidischen Katalysators betrug 0,96 g pro cm3. The analysis showed 50.3 percent by weight Ni, calculated as metal and based on the oxidic contact. The bulk density of the oxide catalyst was 0.96 g per cm3.
C) Es wurde ein Katalysator nach der Lehre von Beispiel 1 der deutschen Auslegeschrift 1 227 603 hergestellt, der 1,65 Gewichtsprozent Kalium, berechnet als Metall und bezogen auf das gemeinsame Gewicht von metallischem Nickel und Aluminiumoxid, enthielt. (Vergleiche Katalysator E des Beispiels der zitierten Auslegeschrift.) Dieser Katalysator (oxidisch) wies eine Schüttdichte von 1,05 g pro cm3 auf.C) It was a catalyst according to the teaching of Example 1 of the German Auslegeschrift 1 227 603 produced, which calculated 1.65 percent by weight potassium as metal and based on the combined weight of metallic nickel and aluminum oxide, contained. (Compare catalyst E of the example of the cited patent application.) This catalyst (oxidic) had a bulk density of 1.05 g per cm3.
Beispiel 2 Es wurden jeweils ca. 200 ml der Katalysatoren A, B und 3 in ein vertikal angeordnetes Reaktionsrohr mit einer lichten Weite von 2-4 mm eingefüllt, so daß sich eine Kontaktbetthöhe von ca. Example 2 Approx. 200 ml of each of the catalysts A, B and 3 into a vertically arranged reaction tube with a clear width of 2-4 mm filled in so that a contact bed height of approx.
50 cm ergab. Das Reaktionsrohr war von einem beheizbaren Aluminiumblock umschlossen, so daß adiabatische Reaktionsbedingungen simuliert werden konnten.50 cm. The reaction tube was made of a heatable aluminum block enclosed so that adiabatic reaction conditions could be simulated.
Alle Katalysatoren wurden im Reaktionsrohr bei einer Temperatur von 4500C und bei einem Druck von 30 ata 12 Stunden lang mit 600 1 Wasserstoff pro Liter Katalysator und Stunde reduziert.All catalysts were in the reaction tube at a temperature of 4500C and at a pressure of 30 ata for 12 hours with 600 liters of hydrogen per liter Catalyst and hour reduced.
Über die so reduzierten Katalysatoren wurde ein Wasserdampf/ Naphthagemisch (Siedebereich Naphtha 80 bis 155OC, Dichte 0,727 kg/l) mit einer Belastung von 5 kg Naphtha pro Liter Katalysator und Stunde bei einer Vorwärmtemperatur von 3800C, einer Temperatur des Aluminiumblockes von 4500C, einem Druck von 30 ata und mit einem Gewichtsverhältnis von Wasserdampf zu Naphtha von 1,6 kg/kg geleitet. Dabei wandert das Maximum der Temperatur im Reaktionsrohr, das ursprünglich bei 32 cm Katalysatorhöhe liegt, im Verlauf von 210 Stunden auf 48 cm und es treten nicht umgesetzte Kohlenwasserstoffe im Spaltgas auf.A steam / naphtha mixture was poured over the catalysts reduced in this way (Boiling range naphtha 80 to 155OC, density 0.727 kg / l) with a load of 5 kg naphtha per liter of catalyst and hour at a preheating temperature of 3800C, a temperature of the aluminum block of 4500C, a pressure of 30 ata and with a weight ratio of water vapor to naphtha of 1.6 kg / kg. Included moves the maximum of the temperature in the reaction tube, which was originally at 32 cm Catalyst height is 48 cm in the course of 210 hours and it does not occur converted hydrocarbons in the cracked gas.
a) Regenerierung des Katalysators B mit Dampf Über den, wie vorstehend beschrieben, desaktivierten Katalysator wurde 5 Stunden lang Wasserdampf mit einer Vorwärmtemperatur von 4500C und einer Belastung von insgesamt 10 kg Dampf pro Liter Katalysator und Stunde geleitet. Durch.diese Behandlung wandert das Temperaturprofilmaximum von 48 auf 46 cm zurück und gelangt bei der erneuten Benzinspaltung unter den vorstehend genannten Bedingungen innerhalb von 10 Stunden erneut auf die 48 cm-Marke.a) Regeneration of the catalyst B with steam via the, as above described, deactivated catalyst was steam with a for 5 hours Preheating temperature of 4500C and a total load of 10 kg steam per liter Catalyst and hour passed. The temperature profile maximum moves through this treatment from 48 to 46 cm and comes under the above when the gasoline is split again again to the 48 cm mark within 10 hours.
b) Regenerierung mit Spaltgas (Reichgas) Zur Feststellung der Wirkung von Reichgas bei der Regenerierung wurde 5 Stunden lang ca. 8000 1 Reichgas folgender Zusammensetzung (alle Angaben in Volumenprozent): Methan 65; CO2 23; H2 11,2; CO 0,8 zusammen mit 10 kg Wasserdampf pro Liter Katalysator und Stunde mit einer Vorwärmtemperatur von 460°C durch den Reaktor geleitet. Hierbei war das Temperaturprofilmaximum von ursprünglich 48 auf 45 cm zurUckgewandert und war nach erneuter Benzinspaltung innerhalb von 22 Stunden wieder auf der 48 cm-Marke angelangt.b) Regeneration with cracked gas (rich gas) To determine the effect of rich gas during regeneration became about 8000 for 5 hours 1 rich gas of the following composition (all data in percent by volume): methane 65; CO2 23; H2 11.2; CO 0.8 together with 10 kg of water vapor per liter of catalyst and Passed hour with a preheating temperature of 460 ° C through the reactor. Here the temperature profile maximum had migrated back from the original 48 to 45 cm and was again at the 48 cm mark within 22 hours after the gasoline was split again arrived.
c) mit Wasserstoff Es wurden 5 Stunden lang 300 1 Wasserstoff pro Liter Katalysator und Stunde bei einem Druck von 30 ata durch das Kontaktbett geleitet. Das Temperaturmaximum wanderte dabei um 6 cm auf die 42 cm-Marke zurück und war innerhalb von 56 Stunden wieder bei der alten Marke von 48 cm angelangt.c) with hydrogen There were 300 liters of hydrogen per for 5 hours Liters of catalyst and hour passed through the contact bed at a pressure of 30 ata. The temperature maximum moved back 6 cm to the 42 cm mark and was returned to the old 48 cm mark within 56 hours.
d) mit Methanol-Kohlenwasserstoff-Mischungen Es wurde 5 Stunden lang mit einer Mischung aus 2 kg Naphtha, 2 kg Wasser und 4 kg Methanol pro Liter Katalysator und Stunde (Vorheiztemperatur der Mischung 2500C) regeneriert. Die in der Katalysatorschicht maximal auftretende Temperatur betrug 509°C. Dabei wanderte das emperaturmaximum von 48 auf 44 cm zurück und war bei erneuter Benzinspaltung innerhalb von 28 Stunden wieder an der alten Marke angelangt. In diesem und dem nachfolgenden Versuch wurde bei der Regeneration die Strömungsrichtung gegenüber der bei der Desaktivierung verwendeten Richtung umgekehrt.d) with methanol-hydrocarbon mixtures it was for 5 hours with a mixture of 2 kg of naphtha, 2 kg of water and 4 kg of methanol per liter of catalyst and hour (preheating temperature of the mixture 2500C) regenerated. The one in the catalyst layer the maximum temperature occurring was 509 ° C. The maximum temperature moved from 48 to 44 cm and was within 28 hours when the gasoline was split again back to the old mark. In this and the following experiment the direction of flow during regeneration compared to that during deactivation used direction reversed.
e) mit Methanol-Wasser-Gemischen Die Regeneration erfolgte mit 3 kg Methanol und 9 1 Wasser pro Liter Katalysator und Stunde. Dieses Gemisch wurde mit einer Vorwärmtemperatur von 380 0C fünf Stunden lang durch das Kontaktbett geleitet. Dabei wanderte das Temperaturprofilmaximum von 48 auf 42 cm zurück und lag bei erneuter Benzinspaltung nach 68 Stunden wieder auf der alten Marke.e) with methanol-water mixtures. The regeneration was carried out with 3 kg Methanol and 9 l of water per liter of catalyst per hour. This mixture was with a preheating temperature of 380 0C passed through the contact bed for five hours. The temperature profile maximum moved back from 48 to 42 cm and was again Gasoline splitting back to the old mark after 68 hours.
Beispiel 3 Katalysator C wird, wie im vorstehenden Beispiel 2 beschrieben, desaktiviert. Zur Regeneration werden die gleiche Wasserdampfmenge und 3 kg Methanol pro Liter Katalysator und Stunde mit einer Vorheiztemperatur von 350°C fünf Stunden lang durch das Katalysatorbett geleitet (Anordnung wie Beispiel 2 d). Das Temperaturmaximum wandert auf die Marke von 42 cm und war bei erneuter Benzinspaltung unter den vorstehend genannten Bedingungen nach 44 Stunden wieder auf der ursprünglichen Marke (48 cm) angelangt. Example 3 Catalyst C is, as described in Example 2 above, deactivated. The same amount of water vapor and 3 kg of methanol are used for regeneration per liter of catalyst and hour with a preheating temperature of 350 ° C for five hours passed through the catalyst bed for a long time (arrangement as in Example 2 d). The temperature maximum moves to the mark of 42 cm and was among the above when the gasoline was split again the above-mentioned conditions return to the original mark (48 cm) after 44 hours arrived.
Beispiel 4 Der Katalysator A wurde, wie in Beispiel 2 beschrieben, desaktiviert. Unter Beibehaltung der Wasserdampfmenge wurde anstelle von Naphtha 3 kg Methanol pro Liter Katalysator und Stunde bei einer Vorwärmtemperatur von 350 0C fünf Stunden lang durch das Katalysatorbett geleitet (Umkehr der Strömungsrichtung). Dabei wanderte das Temperaturprofilmaximum von der ursprünglichen 48 cm-Marke auf die 44 cm-Marke zurück und war bei erneuter Naphthaspaltung nach 42 Stunden wieder auf der 48 cm-Marke angelangt. Example 4 The catalyst A was, as described in Example 2, deactivated. While maintaining the amount of water vapor, instead of naphtha 3 kg of methanol per liter of catalyst per hour at a preheating temperature of 350 0C passed through the catalyst bed for five hours (reversal of the direction of flow). The temperature profile maximum moved up from the original 48 cm mark the 44 cm mark and was again with renewed naphtha cleavage after 42 hours reached the 48 cm mark.
Beispiel 5 Mehrfach-Regeneration mit Methanol. Example 5 Multiple regeneration with methanol.
Der Katalysator B wurde wie vorstehend angegeben durch Spaltung von Naphtha desaktiviert. Anstelle von Naphtha wurden dann 3 kg Methanol pro Liter Katalysator und Stunde mit einer auf 3500C erniedrigten Vorwärmtemperatur durch das Kontaktbett geleitet.The catalyst B was prepared as indicated above by cleavage of Deactivated naphtha. Instead of naphtha, 3 kg of methanol per liter of catalyst were then used and hour with a preheating temperature lowered to 3500C through the contact bed directed.
Der ursprünglich gewählte Wasserdampfanteil wurde beibehalten.The originally selected proportion of water vapor was retained.
Das Temperaturmaximum (das in diesem Fall 51100 betrug) wanderte innerhalb von 6 Stunden bis auf 32 cm zurück. Danach wurde die Naphthaspaltung wieder aufgenommen. Nach der ersten Stunde lag das Temperaturmaximum bei 40 cm. Innerhalb von 86 Stunden war es erneut auf 48 cm vorgewandert. Die zweite Regeneration mit Methanol unter den vorstehend genannten Bedingungen ergibt eine Rückwanderung des Temperaturprofilmaximums auf die 42 cm-Marke.The temperature maximum (which in this case was 51,100) moved within from 6 hours back to 32 cm. The naphtha cleavage was then resumed. After the first hour, the maximum temperature was 40 cm. Within 86 hours it had moved forward again to 48 cm. The second regeneration with Methanol under the above-mentioned conditions there is a back migration of the temperature profile maximum to the 42 cm mark.
Die erneute Naphthaspaltung ergab nach 62 Stunden einen Durch bruch an nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffen. Die dritte Regeneration mit Methanol unter den vorgenannten Bedingungen ergab eine Vorverschiebung des Temperaturprofilmaximums auf die 45 cm-Marke. Bei der anschließenden Wiederaufnahme der Naphthaspaltung konnte noch keine Verlängerung der Laufzeit um 44 Stunden erzielt werden (Regeneration mit Umkehr der Strömungsrichtung).The renewed splitting of naphtha gave a breakthrough after 62 hours of unreacted hydrocarbons. The third regeneration with methanol under The aforementioned conditions resulted in a forward shift in the temperature profile maximum to the 45 cm mark. With the subsequent resumption of the naphtha fission could the running time has not yet been extended by 44 hours (regeneration with reversal of the direction of flow).
Durch die 3malige Regeneration konnte somit die Betriebszeit des Katalysators von ursprünglich 210 Stunden um 172 Stunden auf insgesamt 382 Stunden verlängert werden.The 3-time regeneration thus reduced the operating time of the catalytic converter extended by 172 hours from the original 210 hours to a total of 382 hours will.
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WO2001000524A1 (en) * | 1999-06-24 | 2001-01-04 | Johnson Matthey Public Limited Company | Process for the regeneration of reforming catalysts |
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1974
- 1974-01-26 DE DE2403701A patent/DE2403701A1/en active Pending
Cited By (2)
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WO2001000524A1 (en) * | 1999-06-24 | 2001-01-04 | Johnson Matthey Public Limited Company | Process for the regeneration of reforming catalysts |
US6878471B1 (en) | 1999-06-24 | 2005-04-12 | Johnson Matthey Public Limited Company | Process for the regeneration of reforming catalysts |
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