甲烷部分氧化制合成气的钙钛矿型致密透氧膜反应器的数值模拟(英文)

采用等温理论模型,以甲烷催化氧化制合成气为模型反应,模拟非担载钙钛矿型致密透氧膜反应器的性能。分别研究了Ｌａ_０．２Ｂａ_０．８Ｆｅ_０．８Ｃｏ_０．２Ｏ_(３－δ)、Ｌ３０．２Ｓｒ０．８Ｆｅ０．８Ｃｏ０．２Ｏ３－δ和ＳｒＦｅＣｏ０．５Ｏｘ三种透氧速率不同的膜材料、膜反应器的尺寸以及反应工艺条件对ＣＨ４转化率、ＣＯ选择性和Ｈ２／ＣＯ摩尔比的影响,对膜反应实验具有指导意义。     

钙钛矿透氧膜材料中金属离子价态的化学测定

建立了钙钛矿材料中金属离子的碘滴定分析方法,并通过该方法对BaCe0.1CoxFe0.9-xO3-δ和BaZr0.1CoxFe0.9-xO3-δ钙钛矿透氧膜材料中钴铁离子价态进行了测定.研究表明,随着钴含量的增加,钴铁离子的平均价态呈下降趋势,这意味着氧空位浓度也在随之增加.对比发现在相同掺杂比例时(x),BaCe0.1CoxFe0.9-xO3-δ体系中钴铁离子的平均价态要低于BaZr0.1CoxFe0.9-xO3-δ系列中钴铁离子的平均价态,因此BaCe0.1CoxFe0.9-xO3-δ系列比BaZr0.1CoxFe0.9-xO3-δ系列拥有更多氧空位数.     

新型混合导体透氧膜的制备及其在甲烷转化反应中的应用

用EDTA 柠檬酸联合络合法合成了新型混合导体透氧膜材料 ,成功地制备了致密膜片并对其透氧性能进行了考察 .结果发现 ,此新材料具有非常大的透氧能力 ,850℃时在膜一端为干燥的流动空气而另一端为流动的氦气下 ,透氧量高达 0 744μmol/(cm2 ·s) .考察了膜片本身对甲烷的活化性能 ,发现导体膜对甲烷氧化偶联具有催化活性 ,随着甲烷流速的增加 ,甲烷转化率降低 ,而C2 选择性升高 .研究了膜反应器中甲烷部分氧化制合成气反应 ,甲烷转化率约为 90 % ,CO选择性约为 98% ,CO/H2 比约为 2 ;同时 ,膜的透氧量急剧增加到约 6 0 1 μmol/(cm2 ·s) ,这归结于膜反应侧氧分压的急剧降低 .     

钙钛矿型SrxBi1-xFeO3-δ混合导体透氧膜

采用固相反应法合成了Sr     

混合导体透氧膜反应器

综述了混合导体透氧膜反应器中的催化反应.介绍了混合导体透氧膜的氧渗透原理、膜材料的结构、组成以及无机膜反应器的种类和优势.详细讨论了混合导体透氧膜反应器中的甲烷部分氧化反应以及用于该反应的膜材料的发展历程,总结了甲烷氧化偶联和乙烷氧化脱氢等膜反应器中的催化反应,以及混合导体透氧膜用于水分解和二氧化碳分解等受热力学平衡限制的反应.     

(Ba,Ca)(Co,Fe)O3-δ系列混合导电型透氧膜的研究

采用改进的Ｐｅｃｈｉｎｉ法合成了（Ｂａ,Ｃａ）（Ｃｏ,Ｆｅ）Ｏ３－δ系列材料,对其结构,透氧量及透氧稳定性进行了考察,结果表明,材料具有较高的透氧量和透氧稳定性,其中Ｂａ０．９５Ｃａ０．０５Ｄｏ０．８Ｆｅ０．２Ｏ３－δ在９５０℃透氧量高达１．４ｍｌ／（ｃｍ＾２．ｍｉｎ）,８５０℃稳定操作１６０ｈ以上,将其应用于膜反应器,对无催化剂的甲烷氧化偶联反应作了尝试,结果表明,对甲烷氧化偶联反应具有较高的选择,但甲烷转化率较低。     

钙钛矿型SrxBi1-xFeO3-δ混合导体透氧膜

采用固相反应法合成了SrxBi1-xFeO3 -δ系列混合导体透氧膜材料 ,对其透氧性能进行了测定 .应用XRD ,O2 TPD等技术对材料的晶体学结构与性质进行了表征 .解释了SrxBi1-xFeO3 -δ系列材料异常的晶体学规律 ,并将其与透氧规律进行了关联 .通过对关口尺寸、晶胞自由体积及金属 氧平均键能的计算与分析 ,提出了当1 -x≤ 0 .5时 ,透氧量的大小取决于氧在体相中的迁移速率 ;当 1 -x≥ 0 .5时 ,透氧量取决于氧空穴的浓度 .同时对Sr0 .5 Bi0 .5 FeO3 -δ的相稳定性进行了研究 ,指出其高化学稳定性的原因主要归结于稳定的BO6八面体基本骨架形式 .     

钙钛矿型复合氧化物材料

从钙钛矿复合氧化物独特的电子结构及晶体结构出发，分析归纳了其作为功能材料的理论规律，综述了它在导体透氧膜、气敏传感器、固体燃料电池、磁制冷和氧化还原催化剂等领域的研究新成果和应用进展，提出进一步研究的策略方案。     

Ba,Fe掺杂La-Co-O系列混合导电型透氧膜研究

采用改进的Ｐｅｃｈｉｎｉ法合成了Ｌａ（Ｂａ）Ｃｏ（Ｆｅ）Ｏ３－δ系列透氧膜材料,考察了Ｂａ和Ｆｅ掺和量对材料的结构、氧脱附性能及透氧性能等的影响的提高;Ｆｅ的引入使材料在较高Ｂａ掺杂量时也能保持稳定的钙钛矿结构,同时使材料的密封性能较好,稳定操作时间加长,氧在低温区的脱附量增大。     

混合导电型陶瓷透氧膜材料的化学稳定性

考察了Sr-Co -Fe -O系列和Bi-Sr-Fe -O系列混合导电型无机透氧膜材料在氧分压小于 1.0 13Pa的气氛中 ,在 850℃和 950℃高温下加热 2 4～ 10 0h前后结构的变化。发现Bi -Sr -Fe-O系列透氧膜材料具有良好的化学稳定型 ,可以用于还原气氛下的催化反应。     

在透氧膜反应器中进行甲烷氧化偶联反应的研究

 混合导体透氧膜是一类同时具有电子和氧离子两类导电性的陶瓷膜．在高温下，氧会以氧离子的形式透过透氧膜，因此在膜表面存在丰富的氧物种（O－，O－2，O2－2和O2－），这些氧物种能够提高甲烷氧化偶联（OCM）反应的C2选择性．采用挤压的方法制备出致密的Ba0．5Sr0．5Co0．8Fe0．2O3－δ（BSCFO）透氧膜管，并考察了此透氧膜管对OCM反应的催化性能．发现BSCFO的C2生成速率比La0．6Sr0．4Co0．8Fe0．2O3－δ（LSCFO）和La－Ba－Co－Fe－O（LBCFO）要高得多，其原因主要是由于BSCFO中的氧空缺浓度比较高．高的氧空缺浓度不仅能够加速氧离子的传输，而且能够提高甲烷分子的活化速度，所以BSCFO具有比LSCFO和LBCFO更好的催化性能．C2生成速率随着反应温度及原料气中甲烷浓度的升高而升高，C2选择性取决于氧离子结合与OCM反应竞争的结果，高的氧离子结合速率会降低C2选择性．甲烷转化率随着富氧侧氧分压的升高而升高，但C2选择性则随着氧分压的升高而降低．这说\r\n明在OCM过程中气相反应起着重要的作用．     

双相致密透氧膜

混合导体透氧材料由于在高温下具有氧离子导电特性,在纯氧制备、膜反应器及富氧燃烧等方面显示出广阔的应用前景。单相混合导体材料用作透氧材料时存在稳定性不足、机械性能差等问题,限制了其在生产中的实际应用。在离子导体相中掺入电子导体相形成双相导体膜可以提高透氧材料在高温下和高氧浓度梯度下的工作稳定性和化学稳定性。本文详细论述了双相透氧材料的透氧机理和研究进展,包括氧离子导体/贵金属电子导体和氧离子导体/氧化物电子导体和氧离子导体/混合导体等的复合形式。重点分析了材料的组成、结构以及两相之间的化学相容性和混合比例对材料透氧率和工作稳定性的影响。介绍了双相材料在甲烷部分氧化制合成气(POM)膜反应过程及富氧燃烧中的应用,分析了目前有待解决的问题并提出了今后的研究方向。     

混合导体透氧膜反应器中水分解反应研究进展

混合导体透氧膜反应器可以将供氧反应、氧分离和耗氧反应耦合在一个单元,实现反应和分离一体化,简化化工过程.水分解反应参与的混合导体透氧膜反应器能够实现氢气的制备和分离,近年来受到越来越多的关注.这篇文章综述了混合导体透氧膜反应器中水分解反应领域的研究进展,总结了包括膜材料、催化剂、操作条件等对透氧膜反应器中水分解反应的影响,分析了目前存在的问题,同时展望了该领域在膜材料、膜结构和催化剂开发等方面的未来发展方向,希望有助于促进膜反应器中水分解反应的研究.     

CO_2气氛中La掺杂BaCo_(0.88)Nb_(0.12)O_(3-δ)膜的透氧性能及结构稳定性

利用固相合成法制备了A位La掺杂Ba Co0.88Nb0.12O3-δ[BLCN-x,x为La的掺杂量(摩尔分数)]钙钛矿透氧膜材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TG)及程序升温脱附-质谱(TPD-MS)等方法研究了CO2气氛静态处理及动态透氧条件BLCN-x系列材料的结构稳定性.研究结果表明,随着La掺杂量的增加,BLCN-x膜片材料抗CO2腐蚀的性能明显提高.当La含量高于0.5时,在850℃纯CO2气氛静态处理或透氧条件下均未观察到碳酸盐衍射峰.尽管La掺杂会降低BLCN-x膜片的初始透氧量,但在CO2气氛吹扫时透氧量的降低速率明显减慢,其中BLCN-0.5膜片在纯CO2气氛下10 h后的透氧量仍可达到0.46 m L·cm-2·min-1.通过容差因子和平均金属-氧键能计算可知,良好的结构稳定性和增强的金属-氧键能是导致La掺杂样品抗CO2腐蚀的主要因素.     

SrFeCo0.5O3.25+δ粉体的合成和透氧膜的制备及其性能研究

采用甘氨酸－硝酸盐法合成Ｓｒ－Ｃｏ－Ｆｅ复合氧化物超细粉体,用以制备组成为ＳｒＦｅＣｏ０．５Ｏ３。２５＋δ（ＳＦＣ）致密透氧陶瓷膜,结果表明粉体分散性和烧结性能好,残碳量可忽略,组成符合给定的化学计量比。对ＳｒＦｅＣ０．５Ｏ３．２５＋δ陶瓷膜材料进行了相结构、微结构、电导和氧渗透性能的研究,所获得的ＳＦＣ透氧膜材料有较高的氧渗透率,并与传统的固相反应法制得的样品进行了比较。     

透氧膜反应器内NiO/MgO催化焦炉煤气重整反应途径

对透氧膜反应器内焦炉煤气(COG)重整反应模型进行分析.通过H2+N2、CH4+N2、CO+N2和H2+CH4+N2混合气在透氧膜反应器内重整反应,以及有无催化剂下重整反应和催化剂床层厚度重整反应实验,推测焦炉煤气重整反应模型:首先焦炉煤气中H2在催化剂活性金属镍颗粒上吸附解离,解离后的氢向高活性位迁移"(三相界面")并与膜表面侧晶格氧(或O2-)反应生成H2O.同时CH4也可能在活性镍颗粒上裂解生成CH3*和H*,反应生成的H2O与膜表面催化剂上裂解的碳反应生成H2和CO.未反应完的H2O在催化剂床层内与剩余CH4反应生成H2和CO.     

混合导体透氧膜及其在甲烷部分氧化制合成气反应中的应用

本文介绍了混合导体透氧膜材料的种类及最新研究进展, 对透氧机理进行了阐述, 对氧透量的理论公式进行了推导, 并对其在甲烷部分氧化制合成气(POM ) 膜反应过程中的应用、材料的要求及膜反应器的构造进行了概述与讨论。     

钙钛矿型氧化物催化剂SrTiO3的甲烷氧化偶联反应性能的研究

碱土元素氧化物是一类具有较好催化活性和选择性的甲烷氧化偶联(OCM)催化剂[1,2]。Filkova[3]等研究了不同的碱土金属氧化物促进的Nd2O3催化剂的OCM催化性能,发现在所有碱土金属氧化物-Nd2O3催化剂中,SrO-Nd2O3催化剂具有最高的生成C2烃的选择性,这可能因为SrO较强的碱性以及Sr     

钙钛矿型La0.8Sr0.2FeO3中的晶格氧用于甲烷选择氧化制取合成气

 用自燃烧法制备了钙钛矿型La0．8Sr0．2FeO3催化剂．用H2－TPR考察了催化剂表面的氧消耗过程，用程序升温表面反应（TPSR）研究了甲烷与催化剂表面氧物种的反应，用在线质谱脉冲反应和甲烷／氧切换反应研究了催化剂的晶格氧选择氧化甲烷制合成气．结果表明，催化剂上存在两种氧物种，无气相氧存在时，强氧化性氧物种首先将甲烷氧化为CO2和H2O；而后提供的氧化性较弱的晶格氧具有良好的甲烷部分氧化选择性，可将甲烷氧化为合成气CO和H2（选择性可达95％以上）．在900℃下的CH4／O2切换反应结果表明，甲烷能与La0．8Sr0．2FeO3中的晶格氧反应选择性地生成CO和H2，失去晶格氧的La0．8－Sr0．2FeO3能与气相氧反应恢复其晶格氧．在合适的反应条件下，用La0．8Sr0．2FeO3催化剂的晶格氧代替分子氧按Redox模式实现甲烷选择氧化制合成气是可能的．     

SrTi0.9M0.1O3-δ钙钛矿型氧化物催化剂甲烷氧化偶联反应性能的研究

The structure and catalytic properties of SrTi_0.9M_0.1O_3-δ (M=Mg，Al， Zr) perovskite-type catalysts for ox-idative coupling of methane (OCM) have been studied by using X-ray diffraction (XRD)，X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and temperature-programmed desorption of oxygen(O₂-TPD) methods. It has been shown that doping the cations of lower valence (e.g. Mg²⁺， Al³⁺) to the B site of SrTi_0.9M_0.1O_3-δ perovskite-type catalysts results in the higher content of adsorbed oxygen species on the surface of catalysts and thus higher C₂-selectivity for OCM reaction. It is suggested that the oxygen vacancies of SrTi_0.9M_0.1O_3-δ (M=Mg， Al， Zr) perovskite-type catalysts are the sites responsible for oxygen activation， and the adsorbed oxygen species on the surface of SrTi_0.9M_0.1O_3-δ catalysts are the main active species for OCM reaction.