Предлагаемое изобретение касается способа получения углерода и водорода.
Получение углерода и водорода из углеводородов или газов, содержащих таковые, например метана и его гомологов, возможно лишь при температуре, превышающей температуру разложения этих соединений. Известно, что, например, метан, распадается на углерод и водород при температуре ниже точки разложения в присутствии катализаторов никеля, кобальта, железа и т. п.
Этот важный технический процесс может быть проводим и ниже температуры разложения углеводородов, если пользоваться катализаторами или смесями таковых, носителями которых являются мелкоразделенная сажа, древесный уголь и т. п. Действительно, если пользоваться смесью измельченной сажи или брикетированной сажи с никелем или сажей с железом и т. п., или же смесью катализаторов с подобными носителями, то имеет место интенсивное расщепление метана или т. п. на мелкораспределенный уголь и водород, притом ниже температуры разложения. Вместо измельченного или брикетированного угля можно также применять соответственно подготовленный кусковой древесный уголь. Отделение вновь полученного углерода не представляет затруднений.
Однако до сих пор техническое получение углерода и водорода из метана или других углеводородов и присутствии катализаторов затрудняется тем обстоятельством, что каталитическая масса во время процесса все время разбавляется вновь образующимся углеродом (сажей).
С целью поддержания оптимальной концентрации катализатора (никеля или железа) на носителе предложено пО мере разбавления каталитической массы подводить новые количества никеля или железа в виде карбонилов этих металлов.
Если пользоваться карбонилами, например железа, никеля и т. п., то соответственно металлические соединения или металлы можно осаждать на носитель, например, сажу, древесный уголь и т. п. и затем разлагать и непрерывна или периодически вводить в газообразном состоянии вместе с метаном.
Можно также в пространстве, где происходит реакция, помещать твердые активированные катализаторы, причем они непрерывно переходят в продукт реакции и противодействуют разбавлению катализатора.
Далее было найдено, что выгодна вести работу с системой аппаратов таким образом, что расщепляемый исходный углеводород сначала пропускают«ад катализатором, сильно разбавленным образовавшимся углем, а затем над катализаторами с большой концентрацией металла.
При этом метан или другие углеводороды целиком разлагаются на углерод и водород, а вместе с тем аппараты используются наиболее -благонриятным образом, не считая того, что конечный продукт содержит минимальное количество катализатора.
В случае необходимости, полученный углерод может быть освобожден от катализатора (никеля или железа) по одному из существующих способов, например действием окиси углерода, лучше всего под давлением, в виде карбонилов вышеупомянутых металлов, обработкой кислотами или же механическим путем. При удалении железа в виде карбонила в углероде иногда остается карбид железа, который лучше всего разложить кислотами.
Пирогенетическому разложению по предлагаемому способу можно подвергать метан, газы с содержанием метана, а также другие алифатические или ароматические углеводороды, например этан, метан или этан с содержанием этилена, пентан, бензол, толуол и т. д. Вместо отдельных катализаторов можно применять и смеси их.
Особенно важным является использование жидких, алифатических или ароматических углеводоров или смесей таковых, как-то керосина и т. п., которые отчасти являются отбросами и .имеются в значительном количестве. Расщепление этих углеводородов происходит весьма энергично, так что даже с небольшими аппаратами можно получать значительные количества сажи и вместе с тем ценный газ-водород.
Необходимо подчеркнуть, что высшие алифатические и ароматические углеводороды легче поддаются расщеплению, нежели метан. Расщепление метана требует чрезвычайно высокой температуры, равно как и чувствительных и активных катализаторов. Наоборот, высшие углеводороды, даже загрязненные серой, напри.мер керосин, могут быть без труда расщеплены при более низкой температуре, нежели метан, при -помощи железа или иных осажденных
на углероде катализаторов, приче.1 получается высококачественная сажа.
Получаемый углерод обладает превосходными качествами. В качестве сажи он может найти себе применение, например, в резиновой промышленности. Кроме того путем последующей специальной обработки углерода можно ему придать некоторые особые свойства. Например, путем обработки углекислотой при повышенной температуре можно получать активный или обесцвечивающий уголь.
Пример 1. 100ч. сажи с.мешивают с концентрированным раствором уксуснокислого никеля, соответствующим 20 ч. металлического никеля, высушивают, разлагают в токе азота в железной трубе с электрическим обогревом и восстанавливают водородом при температуре 250-325. После восстановления каталитической массы через нее пропускают метан или газ, таковой содержащий, при температуре 600-850°, лучше всего при 700--750°.
При этом метан расщепляется на углерод и водород, причем в трубе, где происходит реакция, собирается мелкий углерод. В случае, если газ, выходящий из аппарата, еще содержит метан, то его пропускают по принципу противотока во второй аппарат, пока метан не окажется вполне разложенным, т. е. на ряду с углеродом будет получаться свободный от метана водород.
По мере разбавления каталитической массы вновь образующимся во время процесса углеродом в реакционное пространство вместе с метаном вводят карбонил никеля. Карбонил никеля может быть также непрерывно подводим в незначительных количествах; точно так же могут быть вводимы и твердые катализаторы.
Разгрузку аппарата от углерода производят периодически, хотя удаление образующегося углерода может быть и непрерывным, например, при помощи самих выходящих газов.
Остающийся в углероде катализатор выделяют в виде карбонила, после чего он вновь может быть введен Б процесс.
Вместо метана можно с успехом пользоваться этаном, пентаном, бензолом и т. п.
Предмет патента.
1. Способ получения углерода и водорода путем пирогенетического разложения метана или других углеводородов в присутствии никеля или железа, осажденных на различного рода носителях, отличающийся тем, что, с целью поддержания оптимальной концентрации катализатора-никеля или железа на носителе по мере раздробления каталитической массы выделяющейся сажей, подводят новые количества никеля или
о
железа в виде карбонилов этих металлов.
2.Прием выполнения способа, согласно п. 1, отличающийся тем, что расщепляемый исходный углеводород сначала пропускают над катализатором, сильно разбавленным образовавшийся углем, а затем над катализаторами с большой концентрацией металла.
3.Прием выполнения способа согласно пп. 1 и 2, отличающийся тем, что из отработанных масс удаляют никель или железо в виде карбонилов.
