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.     

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.     

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．     

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。     

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。     

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     

焦炉煤气甲烷重整制氢热力学分析和实验研究(英文)

对焦炉煤气甲烷部分氧化重整热力学进行分析,考察反应温度、CH4/O2摩尔比及水蒸气加入量等因素对重整性能的影响,并分析焦炉煤气原始氢含量对其部分氧化重整性能的影响.分析结果表明甲烷转化率均随CH4/O2摩尔比和水蒸气加入量的增大以及反应温度的升高而增大.在CH4/O2摩尔比1.7-2.1,温度825-900℃及压力1.01×105Pa的反应条件下,可得较好重整性能;甲烷转化率,氢及一氧化碳的选择性分别为91.0%-99.9%,87.0%-93.4%和100%-107%,重整后得到的氢量增大到原始氢量的1.95-2.05倍,每摩尔焦炉煤气消耗的热量仅为2.94J,同时得出在CH4/O2摩尔比2,温度825-900℃及1.01×105Pa条件下,往焦炉煤气内添加体积分数为2%-4%的水蒸气时重整性能得到较大提高;重整后甲烷转化率、氢及一氧化碳选择性分别由92.6%、87.2%、104%增大到98.6%、96.4%、107%.并在BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ透氧膜反应器上研究NiO/MgO固溶体催化剂焦炉煤气部分氧化重整性能.结果表明该重整反应效果较好,于875℃下获得16.3mL.cm-2.min-1透氧量,95%甲烷转化率及80.5%氢和106%一氧化碳选择性.且所得实验结果与热力学分析结果符合较好,表明NiO/MgO固溶体催化剂有较好的催化重整性能.     

生物乙醇重整制氢反应器

生物乙醇重整制氢是一种具有良好应用前景的制氢技术,是当前低碳能源领域的研究热点.发展生物乙醇重整制氢技术的关键是研发在低温下具有高活性和高选择性的新型重整催化剂,以及开发新式高效的催化反应器.本文着眼于反应器对生物乙醇重整制氢过程的影响,综述了国内外固定床反应器、微通道反应器和膜反应器等生物乙醇重整制氢反应器的研究现状...     

氧泵型催化膜反应器中甲烷氧化偶联反应—SEM和XPS研究

氧泵型催化膜反应器中甲烷氧化偶联反应—ＳＥＭ和ＸＰＳ研究国秀梅，陈洪钫（天津大学化工系，天津３０００７２）关键词甲烷氧化偶联，氧泵型催化膜反应器，ＳＥＭ，ＸＰＳ由于氧泵型催化膜反应器具有可简化分离过程，改变催化剂性质，控制传递氧量，避免副反应发生等优...     

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。     

Ni/MgO/Al2O3催化剂上以1-甲基萘为模型化合物高温焦炉煤气焦油的催化转化

采用共浸渍薄水铝石(AlOOH)方法制备了一系列Ni/MgO/Al₂O₃催化剂, 并采用N₂气吸附及Ｘ射线衍射等手段进行了表征. 选择1-甲基萘作为焦油模型化合物, 研究了该催化剂催化转化具有较低水蒸气/碳摩尔比(n_H2O/n_C) 的高温焦炉煤气(COG)中焦油催化反应性能. 考察了催化剂中MgO含量及反应条件等对催化剂性能的影响. 实验结果表明, 在775 ℃和n_H2O/n_C=0.7条件下, MgO改性的Ni/MgO/Al₂O₃催化剂对1-甲基萘催化转化为小分子气体反应具有较好的催化活性和稳定性; 热重分析表明, MgO的加入能显著提高催化剂的抗积炭能力. 在Ni/MgO/Al₂O₃催化剂上, 反应气中高浓度H₂S气体(0.25%, 体积分数)能够促进焦油催化转化为小分子气体, 这可能是由于H₂S在Ni表面的可逆吸附形成更适合于重整反应的活性位, 同时抑制了烷烃裂解吸附形成的碳在金属中的溶解、扩散并最终形成积炭过程.     

Ni/MgO-Al2O3催化剂上高温焦油组分的催化转化

采用分步浸渍法制备了MgO-Al2O3负载的Ni基催化剂, 并运用N2吸附、载射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等手段进行表征. 该催化剂用于甲苯或萘为焦油模拟化合物的高温焦炉煤气(COG)的常压加氢裂解反应, 并考察了H2浓度、H2S对催化剂活性的影响. 结果表明: 催化剂还原后, 表面形成均匀分散、直径为8-14 nm的金属Ni纳米颗粒; 在较低的水碳摩尔比(nH2O/nC=0.28)时, 甲苯就能完全转化并选择性地加氢裂解形成CH4, 测试的时间内(480 min), 催化剂没有明显的失活和积炭现象, 显示出好的反应活性、稳定性和耐硫能力. 制得的Ni/MgO-Al2O3催化剂有望应用于较低水含量(10%-15%(φ, 体积分数))的高温焦炉煤气中焦油的直接转化.     

紫外荧光光谱法测定焦炉气中的痕量总硫

采用紫外荧光光谱法测定焦炉气制取液化天然气的原料气中痕量总硫,考察了样品引入速率、进样量、气体流量、燃烧温度、取样方式和进样方式等条件对分析结果的影响。总硫检出限为15μL·m-3,测定结果与气相色谱法和微库仑法的结果相吻合,测定值的相对标准偏差(n=7)小于10%。     

焦炉烟气中有机污染物的GC-MS测定

以玻璃纤维滤膜采集焦炉烟气样品,比较了索氏提取和超声波提取两种前处理方法效果,用ＧＣ－ＭＳ法进行分析研究,检出苯并「ａ」芘等多种多环芳烃类有机污染物,并对部分化合物进行了定量分析。     

Ni/MgAl(O) 催化剂上高温焦炉煤气中焦油组分的催化转化

 采用共沉淀-水热法合成了一系列 Ni/MgAl(O) 催化剂. 用甲苯和萘的混合物作为焦油模型化合物, 在固定床反应器上研究了该催化剂直接催化转化具有较低水蒸气/碳摩尔比的高温焦炉煤气中焦油为小分子气体的反应. 考察了催化剂组成、水蒸气/碳摩尔比和反应条件等对催化剂性能的影响. 结果表明, Mg/Al 摩尔比为 3 时 Ni/MgAl(O) 催化剂表现出最优的催化性能. 在 700~800 oC 和水蒸气/碳摩尔比为 0.68 的反应条件下, 15%Ni/Mg3Al(O) 催化剂能将甲苯和萘完全转化为 CO 和 CH4 等小分子气体. 在反应气中引入 0.05% H2S(摩尔分数) 气体的实验表明, 该催化剂在焦油催化转化反应中具有较好的抗硫能力. 另外, 在催化剂中加入少量 Pt 助剂能显著提高催化剂活性.     

乙醇水汽重整制氢反应中钯铜合金膜的透氢性能

 采用真空化学镀技术制备了厚度较薄的具有 fcc 结构的 Pd0.9Cu0.1/Al2O3 合金复合膜, 在 250~500 °C, 160~310 kPa 的乙醇水汽重整制氢模拟反应条件下, 考察了不同醇/水比的 H2-Ar-C2H5OH-H2O 混合气体系中该膜的透氢性能. 结果表明, 乙醇和水的存在均相同程度地降低了膜的透氢性能, 但测试条件下 Pd-Cu 合金膜仍保持完整的膜致密性和稳定的相结构. 在 500 °C, 310 kPa, H2-Ar-C2H5OH-H2O (H2:Ar:(C2H5OH+H2O) 体积比为 60:30:10) 混合气中, 膜的最大透氢量为 11.3 m3/(m2?h), H2 回收率大于 62.5%. Pd-Cu 合金膜在乙醇水汽重整制氢反应中具有潜在的应用前景.     

Studies of the Methane Steam Reforming Reaction at High Pressure in a Ceramic Membrane Reactor

The effects of temperature and pressure on the steam reforming of methane 3H2+CO) were investigated in a membrane reactor (MR) with a hydrogen permeable membrane. The studies used a novel silica-based membrane prepared by using the chemical vapor deposition (CVD) technique with a permeance for H2 of 6.0×l0-8 mol·m-2·s-1·Pa-1 at 923 K. The results in a packed-bed reactor (PBR) were compared to those of the membrane reactor at various temperatures (773-923 K) and pressures (1-20 atm, 101.3-2026.5 kPa) using a commercial Ni/MgAl2O4 catalyst. The conversion of methane was improved significantly in the MR by the countercurrent removal of hydrogen at all temperatures and allowed product yields higher than the equilibrium to be obtained. Pressure had a positive effect on the hydrogen yield because of the increase in driving force for the permeance of hydrogen. The yield of hydrogen increased with pressure and reached a value of 73×10-6 mol·g-1·s-1 at 2026.5 kPa and 923 K which was higher by 108% than the value of 35×10-6 mol·g-1·s-1 obtained for the equilibrium yield. The results obtained with the silica-based membrane were similar to those obtained with various other membranes as reported in the literature.     

A New Type of Silicone Rubber Membrane for Amperometric Oxygen Gas Sensor

IntroductionC1ark[l]wasthefirsttocoupleanelectrochemicalsensorwithgaspermeablemembrane,e.g.,polyethylenemembraneforbloodanalysis'Thistypeofmem-brane-coveredsensoLshasfoundwideapplications.TheoxygenpermeabilityofthemembraneandgeometryofthecathodearegenerallyconsideredtobethemainfactorsincontrollingthecharacteristicsofClark-typesensors[2j.Sawyeretal.[3Jdevelopedquantitativemethodsfortheanalysisofoxygenandsulfurdiox-ideinthegasphaseaswellasinsolutionusingeitherpolyethyleneorTeflonmembranes.Them…     

共沉淀镍催化剂用于膜反应器中高碳烃类燃料水蒸气重整反应

 采用共沉淀法制备了NiO/La-Al2O3催化剂,利用低温N2物理吸附、程序升温还原、 H2-O2化学吸附和X射线衍射对催化剂进行了表征,并将该催化剂应用于Pd膜反应器中高碳烃类燃料水蒸气重整反应. 结果表明,催化剂中NiO与载体间存在较强的相互作用. 与常规固定床反应器相比,在膜反应器中,由于高渗透性能的Pd金属复合膜能选择分离氢气,结果氢气产率得到了明显的提高,甲烷的生成得到了有效抑制,并且在接近实用的反应条件下,依然能够得到高的氢气产率和回收率. 高碳烃类燃料水蒸气重整反应制氢的过程可以在一个膜反应器中,利用一种催化剂在反应温度低于823 K的温和条件下实现.