CN104114264A - 用于气体向液体转化的一体化强化生物精炼 - Google Patents

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加利普 阿卡伊
阿尔拉西，韦尔S.S
尼葛尔，艾哈迈德M.A
穆罕默德，阿卜杜勒阿齐兹H
张奎
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Newcastle University of Upon Tyne
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Abstract

本发明公开了一种用于承载选择性渗透膜的支承装置以及从气流中去除长链烃类的装置和方法。该气体净化装置单独地或联合地使用等离子体、催化剂和含有催化剂的电极来执行气体的净化。

Description

用于气体向液体转化的一体化强化生物精炼
技术领域
本发明涉及一种用于净化气体的方法和装置以及一种气体分离装置；具体地但不排他地，本发明涉及合成气生产、净化、和转化成液体燃料(精炼)的工艺。
背景技术
通过将生物质气化或者将废物转变成液体燃料而生产合成气的转化，是用于建立可以被称为“生物炼制”的可再生能源技术的一个重要工艺。在生物炼制与充分确立的精炼、“炼油”、“石油化工炼油”或者大体积化工生产平台(诸如氨厂)之间的重要差异在于:由于原料、“原油”或“天然气”也是集中化的，因而石油化工厂/氨厂如同集中生产平台是在高生产能力下运行。这种集中式生产装置的经济可行性要求“规模经济”。然而，在基于生物质/废物的能量转换/化学品生产装置的情况下，原料可利用性是局部化的，这相应地需要局部化的小规模生产设施。这种生产设施不能得益于规模经济，因此需采用新的方法由分散化原料进行生产从而实现持续性。此方法也可应用于仅在小规模中可利用的不可再生原料，这些不可再生原料常常是作为大规模运行的副产物。这种不可再生的小规模分散化原料包括在油田原油开采中产生的火炬气(或相关的石油气)或者实际上的废化学品。
在生物质的气化中，最重要和困难的合成气净化操作是焦油的去除。理想的是在气化期间防止焦油产生(这可以被描述成一次焦油去除)，因为焦油的热值可以构成合成气的10％。用于去除水溶性组分(包括金属离子)的合成气水洗涤也是重要工艺。这些工艺足以产生可以使用于内燃发动机进行发电的合成气，但在合成气化学转化或燃料电池用途中必须进一步减少焦油。这些操作通常发生在气化器的外部并且可以被描述成二级焦油去除。现有的二级焦油去除系统不提供允许将合成气用于化学转化或燃料电池用途的充分的净化，或者具有非常高的能量需求因而使得它们是低效率且不能实际应用于尤其是小规模厂。
当对用于例如生物质气化器(其中优选地将氧气选择性地提供给正在气化的生物质)的选择性渗透膜进行测试时，重要的是在选择性渗透膜和支承该膜的结构之间形成空气密封。在通常为陶瓷膜与通常为金属支承结构之间形成充分耐热的密封，这在过去是不可能的。
发明内容
本发明的优选实施方式试图克服上述现有技术的缺点。
根据本发明的一个方面，提供一种用于承载选择性渗透元件的支承装置，该装置包括：
包括至少一个支承表面的至少一个支承构件；
被部分地支承在所述支承表面上的至少一个选择性渗透元件；和
用于将所述选择性渗透元件密封到所述表面的至少一个密封部，其中所述密封部包含至少一种玻璃材料。
通过用玻璃将支承装置的支承表面与选择性渗透元件之间的连接加以密封，而提供可以相对于选择性渗透元件将支承装置完全密封的优点，由此允许将支承装置使用于测试装置。结果，可以对不同组成的选择性渗透元件进行测试。
所述装置还可包含至少部分地覆盖所述密封部的至少一种泡沫金属。
通过用金属泡沫覆盖密封部，而提供保护密封部的优点。
在另一个优选实施方式中，泡沫金属覆盖所述选择性渗透元件的所述密封部和暴露部。
通过覆盖选择性渗透元件的密封部和暴露部，而提供对密封和元件两者加以保护的优点，并且对于一些选择性渗透元件而言已证明可提高元件的介电常数。
在又一个优选实施方式中，玻璃包括钠钙玻璃。
在另一个优选实施方式中，选择性渗透元件包括膜。
选择性渗透元件对于氧气和氢气中的至少一种可以是选择性渗透的。
在一个优选实施方式中，支承构件包括至少一种金属。
在另一个优选实施方式中，金属在其表面上可至少部分地氧化。
通过在密封之前将支承构件的表面部分氧化，而提供作为氧化的结果形成更好密封的优点。
在一个优选实施方式中，金属是不锈钢。
在另一个优选实施方式中，支承表面包括在其中延伸经过的多个孔。
根据本发明的另一方面，提供一种利用选择性渗透元件将气体的一个成分与其它成分加以分离的装置，该装置包括具有至少一个输入和入口及至少一个出口的容器，并且所述容器被划分成至少一个第一空间和至少一个第二空间，其中如上所述所述第一与第二空间被支承装置分离。
所述装置还可包括用于将所述容器与所述支承装置之间的连接加以密封的至少一个密封元件。
在另一个优选实施方式中，密封构件包括铜。
根据本发明的另一方面，提供一种形成用于选择性渗透元件的支承装置的方法，该方法包括以下步骤：
将采用至少一种玻璃材料形式的至少一种密封材料放置在支承构件的支承表面与被部分支承在所述支承表面上的支承元件之间的接合中；
将所述支承构件、选择性渗透元件和密封材料加热，从而使所述密封材料熔化。
所述方法还可包括加热所述支承元件从而在所述支承构件的表面上形成与所述密封材料接合的氧化层。
在另一个优选实施方式中，在使用前使玻璃成为粉末并与液体混合以形成浆体。
在另一个优选实施方式中，液体是聚乙二醇。
通过将粉末形态的玻璃与液体(诸如聚乙二醇)混合，而提供如下优点：可以容易地将该混合物涂覆于支承装置或者膜，然后当把该装置加热到充分高温度以使玻璃熔化时驱散液体或使其分解从而仅留下熔融态的玻璃，然后该玻璃在冷却时固化并密封。
根据本发明的一方面，提供一种用于从气流中去除长链烃类的装置，该装置包括：
包括至少一个入口和至少一个出口从而允许气流在这者之间通过的容器；
容纳在所述容器内部的包括至少一个阳极和至少一个阴极的多个电极，使得所述气流在至少一个所述阳极和至少一个所述阴极之间通过，其中至少一个所述电极包含至少一种催化剂。
通过提供其中气流(通常是合成气)在阳极和阴极之间通过并且电极中的一个或两个包含催化剂的装置，而提供以下优点。其电荷使得它们被吸引到电极的任何长链烃类被电极捕集并分解成较短链的烃类，接着与电极中的催化剂相互作用。结果，不从合成气中失去较长链烃的热值，但来自此净化装置的合成气输出对于用于包括氨和生物燃料生产的下游化学反应的合成气而言是足够纯的。
在一个优选实施方式中，至少一个阴极包含至少一种所述催化剂。
通过将催化剂包含在阴极中，阴极提供对催化剂材料的最有效利用。
在一个优选实施方式中，至少一个阳极和至少一个阴极包含至少一种催化剂。
在另一个优选实施方式中，包含所述催化剂的电极还包含至少一种多孔金属。
通过使用由催化剂和多孔金属所构成的电极，而提供在电极的孔内部可有效利用催化剂材料的大表面积的优点。这确保催化剂始终可有效利用于被吸引到电极的任何长链烃类。
在另一个优选实施方式中，金属包括镍。
在又一个优选实施方式，催化剂包括钴基催化剂。
在一个优选实施方式中，催化剂被担载在二氧化硅上。
通过将催化剂担载在二氧化硅上，而提供可有效利用最大催化剂表面积以便能够分解长链烃类的优点。
所述该装置还可包括用于将水喷射入所述容器中的至少一个供水装置。
通过提供将水喷射入容器中的供水装置，而提供将气流中的水溶性污染物从气流中清洗出的优点。而且，当与催化剂电极接合时不被分解的任何长链烃类、或者所留下的不能被进一步分解的残留物从电极中被清洗出以便被收集作为用于处理的废物。
所述装置还可包括至少部分地位于所述电极之间的至少一个固体材料床。
在一个优选实施方式中，床包括固定床。
在另一个优选实施方式中，床包括流化床。
通过在电极之间空间内部使用固体材料的固定床或流化床，而提供一些长链烃类在到达电极之前可以被吸附入床材料中的优点。在与电极和催化剂接触时较不可能发生分解的烃类的情况下，尤其如此。
在一个优选实施方式中，固体材料包含至少一种焦油吸附剂。
在另一个优选实施方式中，固体材料包含至少一种催化剂。
在又一个优选实施方式中，固体材料包含至少一种聚合高内相乳液聚合物(PHP)。
在一个优选实施方式中，固体材料包含至少一种等离子体助催化剂。
通过使用等离子体助催化剂，而提供可以在电极之间形成促进长链烃类分解(甚至在长链烃类到达到电极之前)的等离子体的优点。因为等离子体助催化剂包括等离子体助催化剂和非常靠近该等离子体助催化剂的催化剂，所以在非常靠近催化剂处形成使长链烃类分解的等离子体，从而确保可共同地提供用于长链烃分解的最理想条件。
在一个优选实施方式中，至少一个电极呈环状，从而形成在内电极周围延伸的外电极。
在另一个优选实施方式中，外电极包括阴极并且所述内电极包括阳极。
在又一个优选实施方式中，内电极呈环状。
在再一个优选实施方式中，内电极至少部分地呈圆锥形。
通过提供环状电极，其中一个电极是在另一个电极的内部和最优选地部分圆锥形内电极，而提供通过形成流动气体的强径向速度成分而朝向外电极引导气流的优点。结果，含有催化剂的外电极具有大表面积并且将气流朝向外电极径向地向外压缩，由此促进较大的颗粒和分子朝向外电极运动。外电极的大表面积提供用于长链烃类与催化剂之间接合的最大可能表面积。
在一个优选实施方式中，催化剂是通过如下工艺而获得或可获得的担载在微孔固体担体上的金属催化剂，该工艺包括：
(A)共同地添加金属催化剂前体和微孔固体担体材料的表面改性纳米粒子，以形成担载的催化剂前体水溶液；和
(B)以足以导致在担载的催化剂前体溶液中膜的反复形成和破裂并且促进担载在微孔固体担体上的金属催化剂前体或其分解产物的出现的功率，使担载的催化剂前体水溶液接触能量源。
根据本发明的另一方面，提供一种用于从气流中去除长链烃类的方法，该方法包括使气流在容器至少一个入口和至少一个之间通过；气流在至少包括一个阳极和至少一个阴极的多个电极之间通过，其中所述电极中的至少一个电极包含至少一种催化剂。
在一个优选实施方式中，气体是合成气。
根据本发明的另一方面，提供一种用于从气流中去除长链烃类的装置，该装置包括：
包括至少一个入口和至少一个出口从而允许气流在这两者之间通过的容器；
容纳在所述容器内部的包括至少一个阳极和至少一个阴极的多个电极，在这两个电极之间具有空间，使得所述气流在所述电极之间通过，在垂直于气流通道的方向上所测量的电极之间空间的横截面积在所述入口和所述出口之间的至少一个点处减小。
通过减小两个电极之间的截面空间，而提供朝向电极引导在气流内部的长链烃污染物的优点，由此增加污染物将与电极接合然后将促进污染物的去除或分解的机会。
在一个优选实施方式中，至少一个电极呈环状，从而形成在内电极周围延伸的外电极。
在另一个优选实施方式中，外电极包括阴极并且所述内电极包括阳极。
在又一个优选实施方式中，内电极呈环状。
在另一个优选实施方式中，内电极至少部分地呈圆锥形。
通过提供环状电极(一个电极在另一个电极的内部)和最优选地部分圆锥形内电极，而提供通过增加内电极的横截面积而朝向外电极引导气流的优点。结果，含有催化剂的外电极具有大表面积并且将气流朝外电极径向地向外压缩，由此促进较大的颗粒和分子朝向外电极运动。外电极的大表面积为长链烃类与催化剂之间的接合提供最大可能表面积。
在一个优选实施方式中，至少一个电极包含催化剂。
通过提供其中使气流(通常是合成气)在阳极和阴极之间通过并且电极中的一个或两个包括催化剂的装置，而提供以下优点。其电荷使它们被吸引到电极的任何长链烃类被电极捕集并且在与电极中的催化剂相互作用之后分解成较短链的烃类。结果，不从合成气中失去较长链烃的热值，但来自该净化装置的合成气输出对于被使用于包括氨和生物燃料生产的下游化学反应的合成气而言是足够纯的。
在另一个优选实施方式中，至少一个阴极包含至少一种所述催化剂。
在一个优选实施方式中，至少一个阳极和至少一个阴极包含至少一种催化剂。
在另一个优选实施方式中，包含所述催化剂的电极还包含至少一种多孔金属。
通过使用由催化剂和多孔金属构成的电极，而提供在电极的孔内部可利用催化剂材料的大表面积的优点。这确保催化剂始终可利用于被吸引到电极的任何长链烃类。
在一个优选实施方式中，金属包括镍。
在另一个优选实施方式中，催化剂包括钴基催化剂。
在又一个优选实施方式中，催化剂被担载在二氧化硅上。
通过将催化剂担载在二氧化硅上，而提供最大催化剂表面积可利用于能够使长链烃类分解的优点。
在一个优选实施方式中，催化剂是通过如下工艺而获得或可获得的担载在微孔固体担体上的金属催化剂，该工艺包括：
(A)共同地添加金属催化剂前体和微孔固体担体材料的表面改性纳米粒子，以形成担载的催化剂前体水溶液；和
(B)以足以导致在担载催化剂前体溶液中膜的反复形成和破裂并且促进担载在微孔固体担体上的金属催化剂前体或其分解产物的出现的功率，使担载的催化剂前体水溶液接触能量源。
根据本发明的另一方面，提供一种从气流中去除长链烃类的方法，该方法包括：
在阳极和阴极之间的容器等离子体产生区中产生等离子体，使气流在至少一个入口和至少一个出口之间通过并且通过所述容器的所述等离子体产生区，所述容器在所述等离子体产生区内部含有至少一种催化剂。
在等离子体容器的等离子体产生区中设置至少一种催化剂，提供改善长链烃类在等离子体中分解的优点。
在一个优选实施方式中，容器还容纳至少一种等离子体助催化剂。
通过提供催化剂和非常靠近该催化剂的等离子体催化助，而提供等离子体能够最高效地作用于长链烃类的优点。
在另一个优选实施方式中，等离子体助催化剂包括钛酸钡球和玻璃球中的至少一种。
在再一个优选实施方式中，催化剂包括镍、钴和铁中的至少一种。
在一个优选实施方式中，催化剂是通过如下工艺而获得或可获得的担载在微孔固体担体上的金属催化剂，该工艺包括：
(A)共同地添加金属催化剂前体和微孔固体担体材料的表面改性的纳米粒子，以形成担载的催化剂前体水溶液；和
(B)以足以导致在担载的催化剂前体溶液中膜的反复形成和破裂并且促进担载在微孔固体担体上的金属催化剂前体或其分解产物的出现的功率，使担载的催化剂前体水溶液接触能量源。
本文中提及的任何催化剂可以是在与本申请在同一日期提交的以泰恩河畔纽卡斯尔大学名义的PCT申请编号PCT/GB2013/050122中所概括或具体公开的催化剂。此PCT申请的全部内容以参考的方式并入本文中。
附图说明
现在将仅通过举例并参照附图对本发明的优选实施方式进行描述，这些实施例不具有任何限制性含义，其中：
图1是用于在有或没有氧化烃类的情况下生产费托(Fischer-Tropsch，FT)产品(生物燃料)的一体化强化生物炼制的流程图。
图A-1(a-c)是用于使氧化气化器氧化区模型化并且用于利用在渗透物侧上的放热反应来测量膜透氧性的装置的示意图。(a)流程图；(b)膜测试部的细部；(c)膜夹持器和膜密封的细部；
图A-2在显示膜完整性的放大倍数下示出了氧选择性膜的(a)表面和(b)断裂表面的扫描电子显微镜(SEM)图像；
图A-3示出了(a)陶瓷膜-钠钙玻璃界面和(b)304等级不锈钢(304SS)-钠钙玻璃界面的截面的SEM图像；
图B-1是使用等离子体反应器的转化工艺的示意性工艺流程图；
图B-2是沿A-A'线的等离子体反应器的剖视图，示出了在等离子体反应器中的电极排列，包括a)两个隔离的电极、b)非隔离且与催化剂和等离子体助催化剂(PCP)接触的两个电极、和c)被隔离的高电压电极和不被隔离且与催化剂和等离子体助催化剂(PCP)接触的接地电极；
图C-1是本发明的用于催化合成气净化设备的装置的剖视图；
图D-1(a)是在等离子体处理前的模型合成气的气相色谱；
图D-1(b)是在使用磺化聚高内相乳液(PolyHIPE)聚合物(s-PHP)进行等离子体处理后的模型合成气的气相色谱；
图D-1(c)是在使用PHP-B-30的等离子体处理后的模型合成气的气相色谱；
图D-1(d)是在无任何聚合物的情况下以50W进行等离子体处理后的模型合成气的气相色谱；
图D-1(e)是在使用磺化PHP以50W进行等离子体处理后的模型合成气的气相色谱；
图E-1是在各种阶段的Co-Cu/Al-Si催化剂的X射线衍射图样，包括a)还原前的催化剂、b)还原后的催化剂、和c)在无等离子体情况下在230℃和1巴下费托(Fischer-Tropsch)合成后的催化剂。
具体实施方式
下面陈述的是适合于在用于将生物质转化成有用产品的一体化工艺强化中的包合物的工艺。这种工艺包括在具有过程强化场(诸如电场、等离子体场)或者将反应的化学势作为膜分离驱动力的小容量反应器中进行处理。在下面的图1中，给出了通过气化将生物质转化成用于产生合成气的生物燃料的工艺流程图。与此工艺相关的单元操作包括：
1.利用原位空气分离进行气化；
2.合成气净化；
3.二氧化碳的分离/去除；
4.用于合成气-液态烃转化的等离子体反应器；
5.由氢气和甲烷合成液态烃类；
6.氢气与甲烷的分离；和
7.甲烷直接转化成不含氧烃类。
在图1中，将生物质加入“氧化气化器”(01)，其中将空气分离(02)成氧气流和贫氧气流。在气化器中氧气作为氧化剂被消耗。可替代地，可以将另一种氧化剂(诸如水)用作生物质的氧化剂。气化器的产物是灰渣和被加入合成气净化器(03)中的合成气。这里，将焦油和固体颗粒去除并回收到气化器。将清洁的合成气加入一氧化碳分离器(04)中，剩余的可燃气体进入被表示为等离子体费托(Fischer-Tropsch)(PFT)反应器的第一等离子体反应器(05)，一氧化碳和氢气经过该反应器而产生烃类。将来自PFT反应器的产物加入二氧化碳分离器(06)以去除二氧化碳，接着在下一个分离器(07)中去除烃类。将未反应的氢气和甲烷加入氢分离器(08)中，并将氢气回收入等离子体FT反应器(05)。然后，将甲烷气加入第二等离子体反应器，即，直接甲烷转化等离子体反应器(09)。来自该第二等离子体反应器(09)的产物包括氢气、烃类(没有含氧烃化合物，诸如醇类和酸类)和未反应的甲烷。将此反应混合物加入氢分离器(10)中以便从反应混合物中去除氢气并且回收液态烃类和未反应的甲烷。将来自此反应器的氢气加入等离子体FT反应器(05)中同时在分离器(11)中将烃类与未反应的甲烷分离。将未反应的甲烷加入第二等离子体反应器(09)中，从分离器(11)中回收最终产物。此最终烃产品中无任何含氧烃类，因此具有较高的热值。
正如从此流程图中所见，可以获得两种类型的烃类；一种是含氧烃类(主要是醇类和酸类)，另一种烃流不含有含氧产物。在油田火炬气或天然气的情况下，它们不含有任何氧而甲烷是最大的单一组分。
因此，等离子体转化器(09)可以直接地用于将这种气体转化成液态不含氧的高热值烃类，包括喷气发动机燃料。
实施例A：通过在渗透物侧的反应利用高温膜从空气中分离氧。
参照图A-1(a)至(c)，这些图示出了利用惰性/反应性条件在渗透物侧从空气中分离氧的膜反应器。可以对此反应器进行修改并将其并入气化器作为气化器氧化区的一部分(见WO2012/025767A2)，以便增加气化中氧化剂的氧含量，因此提高所产生合成气的热值。可替代地，此系统可以用于使增强氧驱动气化器模型化。在本发明的工作中，将所设计和构造的反应器用于在渗透物侧利用惰性或放热反应从空气中分离出氧。在非反应性(惰性)条件下，将氦气用作吹扫气。尽管在采用此技术的工业规模氧分离中氦气不太可能是吹扫气的选择，但选择氦气是为了易于测量经过膜的氧渗透。
参照图A-1(b)和图A-1(c)，支承装置104包括采用膜夹持器104-1形式的至少一个支承构件，该支承构件包括至少一个支承表面104-11。装置104包括采用选择性渗透膜104-3形式的选择性渗透元件，选择性渗透膜104-3被部分地支承在支承表面104-11上。该装置还包括用于将选择性渗透膜104-3密封到支承表面104-11的密封部104-4。该装置还可包括一种或多种泡沫金属104-5和104-6，这些泡沫金属部分或完全地覆盖密封部104-4或者在膜104-3处覆盖密封部104-4。
支承构件104-1是由金属(例如不锈钢)构成，优选地在用玻璃密封件104-4进行密封之前将支承表面104-11氧化，这是通过在导入玻璃密封件104-4之前将支承构件加热以将表面氧化而实现。
实施例A-1：设备
图A-1中示出了整个反应性膜反应器设备的流程图。可以将该设备用作气化器的氧化区的模型。在此设备的中心是图A-1(b)中所示的膜反应器。该膜反应器是由不锈钢圆柱形壳体(101)组成。顶盖是由圆盘状盖(102)和头部块(103)组成，头部块(103)具有突出部，膜夹持组件(104)被安装在该突出部的中心。经过此顶盖，钻出用于气体管件(105)、热电偶(106)和Watlow筒式加热器(107)的孔，如图所示。用12个(108)螺钉将此盖被固定到壳体，热尤莱辉石垫片(109)是在圆柱形壳(101)和头部垫块(103)之间，另一个热尤莱辉石垫片(110)是在(102)和(103)之间。
在壳体的底部是不锈钢基座(111)，该基座用作其底盖。用热尤莱辉石垫片(112)和螺钉(113)将此底盖密封到圆柱形壳体。经过该基座钻出用于渗透物侧气体管件(114)、点火器系统(115)和热电偶(116)的若干个孔。用四个螺钉(螺栓)(117)和铜垫片(118)和不锈钢间隔件(119)将膜组件(104)密封到头部块(103)。
膜夹持器(104-1)(图A-1(c))(其中用玻璃将膜密封)是由直径35.9mm和厚度12mm的不锈钢小块制成，该不锈钢小块被机械加工成具有仅略大于膜圆盘(25.00mm)的直径的内直径(25.2mm)的杯形件，在基座处有若干个直径2mm的孔(104-2)。这些孔的用途是允许来自膜的渗透物氧气流入渗透物室。然后，在加热炉中在800℃下对膜夹持器进行热处理以便在密封期间促进玻璃-金属结合。该热处理形成一薄层的金属氧化物膜，以便促进与玻璃密封剂的结合。将一薄层的由研磨成细粉末的软玻璃和聚乙二醇(PEG)所制备的软玻璃浆体涂覆到膜夹持器的内壁上，轻轻地将膜(104-3)放置在膜夹持器腔中，注意不要摩擦掉玻璃粉末和PEG浆体。在将膜圆盘固定的状态下，在加热炉中将组件加热到玻璃熔点以便使其流入在膜圆盘边缘和膜夹持器壁之间的间隙中。当温度降低时熔融的玻璃固化并在膜和不锈钢腔壁之间形成玻璃(104-4)的连续层。
任选地，在将膜密封后，可以将金属泡沫通常是镍泡沫(104-5)放置在膜的顶部上并将第二保护性金属泡沫放置在膜的下面。在气体出口设置有钻入膜夹持器底部的若干个孔(104-2)。
上述的此设备是多用途装置，可以用于在不同构造中的化学反应的膜渗透测试、制氧以及结合化学反应的氧分离。该设备也可以用于通过用氢膜代替氧选择性膜而从含氢气体混合物中分离出氢。因为已存在氢选择性金属膜，所以这种膜的密封问题是不重要的。然而，我们发现通过将氢选择性钯基膜夹在镍泡沫之间，而增强其渗透性。
正如在本工作中用于从空气中选择性地分离氧以及惰性/反应性渗透物条件，该设置包括：
具有相关的增压空气瓶(Cyl-1)、质量流量计(MFM-1)的空气进料侧。具有用于一氧化碳(Cyl-2)、甲烷(Cyl-3)、合成气(Cyl-4)、He(Cyl-5)瓶的进料气供给装置和相关的质量流量控制器(MFC-1、MFC-2、MFC-3和MFC-4)的渗透物侧。为安全起见，可燃气体(甲烷和合成气)瓶装备有二级压力调节器。回火防止器(FBA-1、FBA-2和FBA-3)也被安装在燃料气体管线上，作为附加的安全措施。
由筒式加热器(未图示)组成的加热系统将膜温度升高到氧渗透所要求的水平。来自渗透物侧的热流出气体通过热交换器(HX)以便在达到上游热敏系统单元诸如质量流量计(MFM-3)之前使它们冷却下来。
由热电偶TC-1和TC-2组成的分析系统测量并监测膜和渗透物区的温度；质量流量计(MFM-3)和在线气相色谱法(GC-1)对渗透物侧气体进行分析。任选地，可以使用皂泡流量计代替MFM-3测量流出气体的流率。
所述设置中装备有连接到两个室的减压阀(PRV-1和PRV-2)，如果反应器各室中的压力超过安全操作的预定最大值则启用这些减压阀。
对过程、垫片密封和膜完整性进行测试
如图A-1中所示，将膜组件固定在反应器内部。螺钉提供并维持在垫片处密封所需的压缩力。利用具有与实际膜夹持器相同尺寸的胚料不锈钢小块，在室温下对垫片密封完整性进行测试。将空气侧加压到高达5巴，并且对在渗透物侧的任何压力变化进行监测。在室温下，通过渗透物室中压力恢复的存在来确认垫片密封完整性。压力的恢复将会意味着垫片密封是泄漏的。在用玻璃将陶瓷膜密封到不锈钢夹持器的情况下，对于实际膜组件以同样方式在室温下测试密封完整性。在室温下确认密封完整性的情况下，在高温下测试设备的完整性。这是通过将反应器加热至650℃而完成，并且可以将空气进料侧加压到高达10巴。然而，对于空气侧和渗透物侧室，渗透实验是在环境压力下进行。
加热
利用四个200W Watlow220V、安装在头部垫块中的6英寸同心加热器将膜单元加热，如图A-1中所示。这些加热器是由也被安装在头部垫块上的端口中的加热控制器和K-型热电偶所控制，如图A-1中所示。用陶瓷纤维绝缘材料使反应器绝缘，以使加热期间区的热损失最小化。
点火器系统
该点火器系统是用于其它用途，该设备可以使用于对点火系统会存在需求的场合。该点火系统是由用螺丝拧紧在渗透物室底部的远程汽车火花塞[图A-1(115)]组成，如图所示。通过使用串联连接的可调变压器和点火变压器从干线中所产生的高交流电压而将火花塞通电，以便在间隙中产生连续的火花。点火变压器是由Duomo UK pic提供。当施加足够的交流电压时，点火器能够产生连续的火花流。
实验步骤
将空气以受控制的流率加入空气侧室并且用MFM-1进行测量。在渗透物侧以受控制的流率从由BOC提供的气体瓶经过Bronkhorst质量流量控制器(MFC-5)加入惰性吹扫气氦气(用于惰性条件下的氧气渗透)。空气侧和渗透物侧均保持在环境压力。
将相同的步骤用于在渗透物侧的化学反应条件下的渗透测试，但在渗透物侧加入燃料气体，例如用氦气稀释的甲烷。
利用在线Agilent6890N气相色谱仪(GC-1)测量渗透物氧的浓度。
利用Bronkhorst Cori-flow(MFM-3)测量出口气流的流率。利用带热导检测器(TCD)和作为载气的氦气的Agilent6890N气相色谱仪测量出口气流的组成。该气相色谱仪装备有两根柱：Supelco60/80Molseive5A柱(6英尺×1/8英寸)、和80/100Haysep Q柱(8英尺×1/8英寸)。
基于以下方程式由总流率F(ml/min)、氧气浓度c02(％)和膜的有效面积S(cm2)来计算氧渗透通量J0z mL/cm2：
J o 2 = c o 2 × F 100 S
实施例A-2：膜的制备
被选择用于此研究的膜材料是钙钛矿型La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ，该材料采用在文献中经常采用的标记法，在下文中将表示为LSCF6428。在此缩写的标记法中，写下各金属阳离子元素符号的第一个字母接着是对应于各金属阳离子化学配比的一系列数字。在这种情况下，L、S、C和F分别代表La、Sr、Co和Fe，而数字6、4、2和8分别代表这些阳离子的化学配比0.6、0.4、0.2和0.8。
这些实验中使用的LSCF6428粉末是由Praxair(PI-KEM，Tamworth，英国)提供，它们的规格如下：粒径d10＝0.6μm，d50＝0.9μm，d95＝3.9μm。对于各圆盘而言，称量2.0g粉末，利用Specac Atlas T25全自动液压机和直径32mm的模具将粉末压制成圆盘。
在箱式加热炉中以1℃/min的升温速率从室温至1150℃对压制的圆盘进行热处理，在缓慢冷却至室温之前在该温度下停留5小时。圆盘从直径32mm和厚度2mm收缩到直径25mm和厚度1mm。
对表面和断裂表面(图A-2)的扫描电子显微镜(SEM)研究表明膜表面是完全致密的并且无裂缝。然而，截面SEM显示在膜主体中有一些孔隙，但因为这些是闭口孔所以膜可以被认为是气密的。
膜密封
一个重要挑战是在膜与在膜中所组装金属结构之间实现密闭密封。除了在高温下操作外，该密封必须同时耐受氧化性和还原性环境、以及在膜空气侧的氧化和在渗透物侧的还原(对于反应性膜反应器构造)。另一个大障碍是开发出用于连接具有不同理化特性的两种不同材料(陶瓷和金属)的技术。陶瓷-金属界面在电子结构方面具有结构不连续性。陶瓷通常具有共价键合或离子键合，而金属具有金属键合。此化学中的差异抑制在界面处形成强结合。为解决这个问题，选择钠钙玻璃组合物提供金属与陶瓷之间的气密性结合。然而，玻璃的电子结构仍然不同于金属的电子结构。玻璃的结构通常是在网络形成体诸如SiO2、B2O3和P2O5，网络改性剂诸如Na2O、CaO和BaO，中间体氧化物诸如Al2O3，和添加剂诸如ZnO和NiO之间的结合的网络。具体地，钠钙玻璃中含有SiO2作为主要网络形成体，并且含有Na2O和CaO作为主要网络改性剂。
为了金属与玻璃之间的架桥并促进强化学键的形成以提供所需的气体密封，而在800℃下在空气中对不锈钢膜夹持器进行数小时热处理。由此能够在金属表面上形成薄的金属氧化物。由此使熔融玻璃能够与金属氧化物发生化学反应。因此，该氧化物层提供过渡区，其中金属主体中的金属键合逐渐地被玻璃中的离子-共价键合代替。
另一方面，陶瓷膜是由复合金属氧化物钙钛矿型材料构成，该材料可容易地与熔融玻璃发生化学反应以便在这两者之间形成气密的界面层。通过实验对此加以验证并且用已在空气中在800℃进行热处理的钠钙玻璃与不锈钢之间界面的SEM、和钠钙玻璃与氧膜中所使用LSCF6468致密陶瓷体之间的SEM来显示结果。应注意，为了进行比较，在类似实验中使事先未经过热处理的不锈钢与钠钙玻璃接触，这两者根本不结合。
在较高放大倍数下在界面附近的检验中不显示明显的连续孔隙。此结果表明一方面在钠钙玻璃与陶瓷膜表面之间有非常好的粘接，另一方面在钠钙玻璃与经预先热处理的304SS表面之间有非常好的粘接。较大放大倍数的显微图像(未图示)显示在所采用的具体条件下，304SS-钠钙玻璃连接具有平均2μm的厚度，而陶瓷膜-钠钙玻璃的连接具有约20μm的厚度。在不锈钢情况下中间层的深度可能会受在预氧化过程期间所形成金属氧化物层厚度的限制，而玻璃和陶瓷体之间中间层的深度会受到它们在高温下停留时间长度的限制。
实施例A-3：氧渗透
利用图A-1中所示的装置，以实施例A-1中描述的步骤，使用平面型LSCF6428膜测量氧渗透率。入口气体流量是由Bronkhorst质量流量控制器控制。以30mL/min将空气导入膜反应器的空气侧室。以30mL/min的总合计流率，将渗透物侧吹扫气导入渗透物侧。这些渗透实验是在环境压力和最高650℃的温度下进行，用于空气侧室和渗透物侧室。利用插入头部块的四个Watlow筒式加热器来供热，在头部块上安装有膜组件，如前所述且如图A-1中所示。此实验的关键目的是在如下的不同条件下测试经过这些膜的氧气渗透：
(a)将氦气用作惰性气体的惰性条件，
(b)将氦气稀释甲烷用作吹扫气的反应性条件，
(c)将氦气稀释一氧化碳用作吹扫气的反应性条件。
利用装备有TCD检测器的Agilent6890N对来自反应器的流出气体进行分析，并对H2、CO2、O2、N2、CH4和CO进行校准。将氦气作为载气的分子筛柱是用于O2、N2、CH4和CO的定量，而将氦气作为移动载体的Haysep柱是用于H2和CO2的检测和定量。
尽管对膜及膜对不锈钢的密封的检验显示空气泄漏入渗透物侧的可能性很小，如前所示，但在流出气流中检测出相当量(高达约5％)的氮气。这也许是由于在进行测量前难以驱赶渗透物室中的全部空气。另外，存在经过其它结构的膜反应器泄漏入渗透物侧的其它若干可能性，诸如在将反应器组装在一起中所使用的热尤莱辉石。然而，考虑泄漏入渗透物室中的氧气，如下所述。
假设泄漏的氧气与由BOC所提供合成空气瓶中的氮气是相同比例，合成空气瓶被规定与大气空气具有大致相同的组成。因此利用下式来估算泄漏的氧气：
cO2-泄漏＝21/79×cN2-泄漏
其中c02_泄漏是泄漏入渗透物侧的氧气的计算摩尔浓度，cNz_泄漏是泄漏入渗透物侧的氧气的摩尔浓度。氮气，假设是惰性的，可以利用GC进行测量，因此在从空气侧渗透到渗透物侧的电化学选择性分离氧气的计算中可以考虑泄漏的氧气。
在将氦气稀释甲烷作为渗透物侧吹扫气的实验中，被检测的流出气体是由二氧化碳、氮气、未反应的甲烷和小痕量的氧组成。不对氦气进行检测，因为试验中采用的GC使用氦气作为移动相。该流出气体的组成表明：
(a)经转化的甲烷被全部氧化成二氧化碳和水，因为未检测出痕量的氢气，
(b)远低于计算泄漏氧气量的小痕量的氧气表明部分的泄漏氧气可能也已与甲烷反应形成二氧化碳和水。
基于以下考虑来估计渗透物侧的氧：
假设的最简单氧化机理是由下式给出的甲烷深度氧化的化学计量反应：
CH4+2O2→CO2+2H2O
假设甲烷氧化的仅有产物是CO2和H2O。基于此方程式，可以从测量的CO2浓度直接得出使用的氧气量。所做的基本假设是CO2仅来自甲烷氧化而不是来自任何其它来源。此假设是合理的，假定从空气侧或从大气中泄漏的任何CO2的量是可忽略的，假定空气中CO2的浓度为0.03％。因此，通过简单地将测量的流出气体中的CO2浓度加倍，而获得甲烷深度氧化中消耗的氧气。可以从消耗的氧气中减去泄漏氧气，而得到经过膜的电化学渗透氧。
用于此计算的公式是：
cO2-渗透＝cCO2-测量-cO2-泄漏+cO2-测量
其中cO2_渗透是渗透氧的当量浓度，c02_测量是利用GC测量的CO2浓度，cO2_测量是测量的未反应02的浓度，cO2-泄漏是如前定义。利用下式计算经过膜的氧通量cO2-泄漏，单位为mLmin-1cm-2：
JO2＝(Fout×cO2-渗透)/A
其中J0z是氧通量单位为mLmin-1cm-2，Fout是流出气体流率单位为mLmin-1，A是膜面积单位为cm2。
就使用氦气稀释的CO作为吹扫气的实验而言，假设渗透物侧反应是：
CO+1/2O2→CO2
类似于上述的甲烷，假设通过GC测量的流出气体中的CO2仅仅来自于CO氧化成CO2。在此实验中，被检测的流出气体是CO2、未反应的CO、N2和痕量的02。由以上方程式通过将测量的CO2浓度减半而得出反应中消耗的氧，并基于下式计算电化学渗透氧：
cO2-渗透＝1/2cCO2-测量-cO2-泄漏+cO2-测量
对于非反应性吹扫气(仅氦气)，基于下式得出氧通量：
JO2＝(Fout×cO2-测量)/A
其中cOz_测量是利用气相色谱法直接测量的氧浓度，其它变量是如前定义。利用质量流量计以及气泡流量计测量Fout。在所有的情况下，观察到它并非不同于输入吹扫气流率。所有的反应性实验都是在富燃料条件下进行，这是由流出气体中存在大比例的燃料(CH4或CO)得到证明。
如前所述，在流出物中存在N2意味着有部分的空气经过膜、膜密封泄漏入渗透物室中，或者经过反应器壳体结构泄漏入反应器。对膜形态以及LSCF6428膜与钠钙玻璃之间和304等级不锈钢与钠钙玻璃之间密封的SEM检验已显示良好的气密性。因此，氮气的存在可以归因于经过其它结构的膜反应器的泄漏，该反应器的气密完整性可以不进行确定。
将基于利用密封剂钠钙玻璃而密封在不锈钢壳体中的厚度1mm直径25mm的LSCF6428陶瓷膜的氧渗透实验结果示于表A1。在各步骤的稳态条件下即He、(CH4+He混合物)、仅有He，然后最终(He+CO混合物)，利用装备有TCD检测器的在线Agilent6890N GC以大约10分钟间隔对流出气体进行测试并进行校准以便对H2、CO2、O2、N2、CH4和CO进行检测和定量。基于流出气流中含氧物质的浓度，可以以如前所述方式计算出氧气渗透。
表A1.在600℃下反应1小时后在发热化学反应存在下渗透物侧的氧通量的变化。
*注：代表背景氧泄漏
实施例B：等离子体反应器
已开发出了一般性的基于低温低压等离子体的强化工艺，用于执行对于生物精炼技术所必需的所有反应。图B1中示出了该一般性工艺的流程图。图B2中进一步示出的等离子体反应器(201)是由石英管制成的两个圆柱形管所组成。从装备有质量流量控制器(203)的气体瓶(202)中提供反应气体。在被加入反应器入口之前，将这些气体在混合器单元(204)中混合。反应器的入口和出口均含有玻璃棉(205)以防止催化剂逸出。在该图示中，采用金属网形式的接地电极(206)包围在外圆筒的周围，而采用不锈钢棒形式的高电压电极(207)占据内圆筒中的空间。两个电极都连接到高电压源(208)。石英管(209)之间的空间容纳催化剂和采用玻璃球或钛酸钡球形式的等离子体助催化剂PCP(210)。
利用在线气相色谱法GC(211)对来自反应器(201)的反应产物进行分析，最终将反应产物吸入通风柜。将来自在线GC的数据存储于计算机(212)随后进行分析。以恒定的质量流量从储气罐(213)经由质量流量控制器(214)提供输入在线GC的参比气体。在两个阶段也使用两个相继的冷阱，在使用冰冷水的0℃下或者在使用干冰的-78℃下将反应产物回收。也可以利用GC对这些产物进行离线分析。
等离子体反应器的剖视图示于图B1的插图中以及图B2中(其中示出了3种不同的电极排列)。外管(215)具有32mm的内直径(ID)和300mm的长度。内管(216)具有17mm的外径(OD)，因此在外管与内管之间留出7.5mm的间隙。用催化剂、或者采用玻璃球或钛酸钡球形式的等离子体助催化剂(PCP)(210)(图B-2)或催化剂(217)与PCP(210)的混合物填充此间隙。接地电极(206)是采用围绕在同心管中部的外管周围的金属网的形式。高电压电极(207)是金属网或不锈钢棒(如图B-2中所示)。接地电极的长度为17.3cm，从而提供100ml的有效反应器容积。用玻璃球和玻璃棉填充不被催化剂/pcp占据的剩余容积。仅在较短长度的电极(即，具有17.3cm长度的接地电极)所存在的区域中产生等离子体。
在图B-2a中，利用起介电阻隔作用的石英壁将两个电极与反应器空间隔离。也可以将接地电极置于外圆柱体的内部，以提供更大的导电效率，尤其是当使用PCP球时。
实施例C：电场增强焦油去除设备
图C1中示出了此设备的图示。
用于去除气流中长链烃类的装置包括容器(300)，该容器是由顶板和底板(318)和(319)及环状外壳(320)构成。该容器具有入口或气体进口(304)和出口(306)，气流在这两者之间通过。该容器在其内部容纳包括采用高电压电极(301)的阳极、和采用接地电极(311)形式的阴极的多个电极。接地电极(311)采用环状管的形式并且高电压电极(301)位于该管内部，以便当气流从入口(304)行进到出口(308)时气流在高电压电极301和接地电极311之间通过。电极(301)和(311)中的一个或两个，尽管优选地是接地电极(311)，包含催化剂。
电极(301)和(311)中的一个或两个，尽管优选地是接地电极(311)，是由多孔金属(例如镍)构成，并且在多孔电极的孔内部含有催化剂。合适电极的实例包括包含由二氧化硅担载的钴和硝酸钴的钴基催化剂。催化剂可包括镍或铁中的一种或多种，并且也可以是从如下工艺中获得或可获得的担载在微孔固体担体上的金属催化剂，该工艺包括：
(A)共同地添加金属催化剂前体和微孔固体担体的材料纳米粒子的表面改性，以形成担载的催化剂前体水溶液；和
(B)以足以导致在担载的催化剂前体溶液中膜的反复形成和破裂并且促进担载在微孔固体担体上的金属催化剂前体或其分解产物的出现的功率，使担载的催化剂前体水溶液接触能量源。
所述装置中设置有一个或多个喷嘴。在图示的实施例中，当气流进入装置时，底部喷嘴(303)在垂直于装置轴线(321)的方向上向接地电极(311)喷射水。类似地，上喷嘴(305)在垂直于轴线(321)的方向上向接地电极(311)喷射水。此水有助于从接地电极中清洗出未反应的长链烃类和焦油。
可用采用固定床或流化床形式的固体材料填充电极(301)和(311)之间的空间(322)。合适的材料包括焦油吸附材料，包括微孔PolyHIPE聚合物并且可包括一种或多种催化剂。而且，如果将该装置用作等离子体反应器(因此不包括水)，则可使用等离子体助催化剂诸如玻璃球或钛酸钡球，并且玻璃球或钛酸钡球优选地与催化剂结合使用，由此形成等离子体助催化剂。
在图示的实施方式中，两个电极均呈环状，并且内电极(在此实施例中是高电压电极(301))形成于两个截头圆锥形部(301a)和(301b)中。第一部(301a)在气体流动的行进方向上具有朝向气体入口(304)的其最窄部和朝向气体出口(306)的其最宽部，以便在气体流动方向上迫使气体从装置的轴线(321)径向地向外移动。这促进气体的移动，特别是气体中所含颗粒朝向含催化剂接地电极的移动。
更详细地观看图C1中所示的装置，至少在以下工艺条件下可以使用此设备：
1.使用在设备进口或出口处的水喷射器进行水洗涤，
2.流场和电场与隔离或部分隔离的异形电极的组合应用，用于产生径向流，
3.水洗涤与电场的组合，
4.焦油吸附剂固定床与电场的组合，
5.焦油吸附剂流化床与电场的组合，
6.具有同心电极的介质阻挡放电等离子体场，
7.具有固定床等离子体助催化剂的介质阻挡放电等离子体场，在固定床中有/或无催化剂，
8.具有流化床等离子体助催化剂(PCP)的介质的阻挡放电等离子体场，流化床中有/或无催化剂。
图C1中示出了电场增强焦油去除设备的图示。该设备是由3个同心区域组成。中心区包括采用支撑在电隔离平台(302)上的截头双锥(301a)和(301b)形式的高电压电极(301)。存在两个水喷射器，这两个水喷射器产生气体所通过的水平面。底部喷嘴(303)位于气体进口(304)的正上方，顶部喷嘴(305)位于气体出口(306)的正下方。将水分别提供至在位置(307)和(308)处的底部喷嘴和顶部喷嘴。气体入口和出口分别同心地位于向底部和顶部喷嘴提供水的供水装置中。出口(309)和(310)被用作为设备提供物料的通道。出口(309)是用于绝缘高电压电缆(图中未示出)。
圆柱形多孔镍接地电极(311)将此中心区与外区分离，接地电极连接在(312)处形成第二同心区。利用无电沉积技术(PCT WO/2010/041014)或者优选地通过用催化剂前体诸如Co(N03)2(有或无催化剂担体)涂覆此泡沫而将催化剂插入此镍电极(311)中，随后以实施例E(催化剂制备)中所描述方式对该系统进行热处理。分别在接地电极的任一侧上，将多孔催化电极限制在两个金属筛网(313)和(314)之间。利用彼此成120°的3个连接杆(315)将此组件机械固定。
利用最近的专利申请(英国专利申请1201305.8)中所描述的方法，通过担载在二氧化硅上的钴催化剂的插入而进一步减小此电极的孔隙。此电极的功能是当在电场和流场的联合作用下径向地向外排斥焦油的情况下捕集并保留焦油。电极的形状是用于促进气体/焦油流速场的径向分量。一旦被“捕集电极”捕集，焦油则被降解或者形成粘性材料，该粘性材料逐渐地经由出口(317)从外同心区(316)中排出处。在出口(323)处设置有用于焦油/液体的另一个出口。利用两个电隔离的底板(318)和顶板(319)将这三个同心区围合以便使该反应器是气密性的。当在流化床或固定床模式中操作时，将流化床或固定床中的催化剂或焦油裂解/吸附材料放置在固定有中心电极(301)的托盘上的两个穿孔板与位于反应器顶盖板(319)正下方的另一个穿孔板之间。图C1中未示出这些装置。
中心高电压电极当用于水喷射时被完全绝缘，或者当没有导电材料存在于气流中或者存在于流化床或固定床中时中心高电压电极被部分地隔离。在高电压电极的部分电极隔离中，仅大圆锥形部件(301a)被暴露并且剩余的部件仍然利用烧结在不锈钢电极上的高密度聚乙烯被电隔离。
此中心电极也可以用于通过使用用介电阻隔材料诸如钛酸钡或玻璃涂覆的圆柱形高电压电极而产生等离子体。再次将多孔的捕集电极用作接地电极。电极之间的同心环状间隙被保持恒定在10mm。尽管当在其中高电压电极被隔离的电极之间施加电场时可以使用水，但在等离子体辅助焦油去除的情况下可以不使用水喷射器。
实施例D：催化合成气净化
参照图B1和图B2，等离子体反应器容器(201)被用于从气流中去除长链烃类的方法。在采用高电压电极(207)形式的阳极和采用接地电极(206)形式的阴极之间的容器(201)的等离子体产生区(220)中产生等离子体。气流在反应器容器(201)的入口(218)和出口(219)之间通过，由此通过在(220)处所标记的等离子体产生区。反应器容器(201)包括容纳在等离子体产生区(220)内的催化剂(207)。等离子体容器(201)还包括等离子体助催化剂材料诸如玻璃球或钛酸钡球(210)、以及优选地催化剂与采用等离子体助催化剂形式的等离子体助剂的组合。催化剂可包括镍、钴或铁中的任意一种或多种，并且也可以是由如下工艺获得或可获得的担载在微孔固体担体上的金属催化剂，该工艺包括：
(A)共同地添加金属催化剂前体和微孔固体担体的材料的表面改性纳米粒子，以形成担载的催化剂前体水溶液；和
(B)以足以导致在担载的催化剂前体溶液中膜的反复形成和破裂并且促进担载在微孔固体担体上的金属催化剂前体或其分解产物的出现的功率，使担载的催化剂前体水溶液接触能量源。
更详细地，该工艺是在合成气产生后所采用的相继的一级-二级焦油去除方法。该工艺可以去除99％的焦油并将它们转变成较短链不可冷凝组分，因此保持合成气的热值。可以用二级焦油去除方法补充此方法，以增强合成气中的焦油消耗。
在对技术的揭示中，我们在实验室条件下使用模型焦油和模型合成气。我们使用原油(由BP Amoco公司提供)作为模型焦油，我们使用二氧化碳作为模型合成气。将来自气体瓶的二氧化碳在80℃下鼓泡经过新鲜原油。然后将所产生的模型焦油/合成气混合物加入气体净化设备。利用标准焦油分析方法对进入气体净化设备之前和之后的模型焦油的浓度进行了分析，其中利用一系列的使用玻璃珠、硅胶和玻璃棉的捕集器使焦油沉积(见CA Jordan和G Akay，在下吸式气化器中燃料甘蔗渣的气化期间产生的焦油的出现、组成和露点，生物质和生物能(Occurrence,composition and dew point of tars produced during gasification of fuelcane bagasess in down draft gadofier,Biomass and Bioenergy)，第32卷，第51-58页，2012)。将这些捕集器中的重量增加记录为可冷凝焦油。
填充床实验：作为用于去除焦油的填充材料，我们使用多孔的PolyHIPE聚合物(PHPs)。利用G Akay，B Calkan，H Hasan和R Mohamed(2010)所描述的方法(纳米结构微孔复合泡沫的制备，国际专利专利申请PCT WO/2010/041014)来制备该材料。
通过高内相乳液(HIPE)聚合制备PolyHIPE聚合物。通过将内(水性介质)相与连续(可聚合油介质)相加以混合而形成HIPE(见G.Akay等人，纳米结构微孔材料的开发及它们在生物工艺和化学工艺强化中的应用：化学工程中的新趋势(Development of nano-strucuredmicro-porous materails and their application in bioprocess and chemical processintensification,in:New Trends in Chemical Engineering)，MA Galan和EM Del Valle编著，第7章，第172-197页，Wiley，2005)。我们采用与PCT WO/2010/041014中所描述相同的技术制备了4种不同的PHPs。这些聚合物在它们的组成中是不同的，因此它们具有不同的物理和化学性质。在填充床形成时用于合成气去除的材料具有以下的连续的油相和分散的水相组成。在所有情况下，各组成是用重量百分率表示。水相的体积分数为80vol％。
作为二氧化硅源的Bindzil CC30是由AkzoNobel(Eka Chemicals，芬兰)提供。它含有30wt％的平均直径7nm的经涂覆二氧化硅颗粒。
聚合物生产的第一阶段是乳化阶段，该乳化阶段是利用带加热套的搅拌器不锈钢容器(直径12cm)在25℃下进行。将油相保持在混合容器中，在加料时间期间以恒定的速率添加水相。使用两个彼此成90度的平直搅拌桨进行混合，使得乳液的最终高度在顶部搅拌桨上方约1cm。搅拌器轴上的最低搅拌桨尽可能地接近容器的底面。在各实验中，内相的量通常为225ml。
处理条件为：水相的加料时间为10分钟，搅拌桨转速(Ω)＝300rpm，总混合时间(包括加料时间)为40分钟。在乳化后，将乳液转移到圆柱形容器(内直径26mm)中，使该溶液在60℃下聚合24小时。在聚合期间将含有二氧化硅颗粒的乳液振摇以防止沉降。在4小时的聚合后，当乳液的凝胶化开始时停止此工艺。
在聚合后，以4mm圆盘的形式将样品切出，将它们在Soxhlet装置中清洗以去除表面活性剂和未反应的单体。首先，用异丙醇进行3小时清洗，接着用重蒸馏水清洗3小时以去除孔和互连中的任何残留物。最初在通风柜中将它们干燥，接着进一步在烘箱中于60℃干燥一夜。然后将这些样品用于测定它们的表面积以及用于焦油去除实验。
1-磺化聚高内相乳液(PolyHIPE)聚合物：s-PHP
连续的/可聚合油相：苯乙烯(单体)＝76％；二乙烯基苯(交联剂)＝10％；失水山梨醇单油酸酯(Span80；表面活性剂)＝14％。
分散的/水相：浓硫酸(作为纳米结构化剂)＝5wt％；过硫酸钾(聚合引发剂)＝1wt％；重蒸馏水＝94％。
在清洗后，将这些圆盘状样品在浓硫酸(98％)中浸泡150分钟。去除过量的酸，将样品在厨房微波烘箱进行30秒辐射接着是1分钟冷却期。重复此工艺5次。作为磺化的结果，样品变得膨胀和亲水性。随后清洗这些样品以去除任何过量的酸，接着在使用于实验前进行干燥。将此样品编码成s-PHP(磺化PolyHIPE聚合物)。通常，它具有10m2/g的表面积。
2-含有二氧化硅的苯乙烯PolyHIPE聚合物：B30
连续的/可聚合油相：苯乙烯(单体)＝67％；二乙烯基苯(交联剂)＝20％；失水山梨醇单油酸酯(Span80，表面活性剂＝12％；过氧化十二酰(聚合引发剂)＝1％。
分散的/水相：Bindzil CC30(涂覆的二氧化硅含量为30wt％)。
3-交联的苯乙烯-乙烯基硅烷高内相乳液共聚物：S30
连续的/可聚合油相：苯乙烯(单体)＝38％；VTMS(乙烯基三甲氧基硅烷，共聚单体)＝30％；二乙烯基苯(交联剂)＝20％；失水山梨醇单油酸酯(Span80，表面活性剂)＝12％。
分散的/水相：含有1％过硫酸钾的蒸馏水。
4-交联的填充二氧化硅的苯乙烯-乙烯基硅烷高内相乳液共聚物：S30B10
连续的/可聚合油相：苯乙烯(单体)＝38％；VTMS(乙烯基三甲氧基硅烷，共聚单体)＝30％；二乙烯基苯(交联剂)＝20％；失水山梨醇单油酸酯(Span80，表面活性剂)＝12％。
分散的/水相：
将Bindzil CC30用重蒸馏水稀释，以获得含有1％过硫酸钾的10％二氧化硅。
实施例D-1：使用催化等离子体的一级焦油去除
在此实施例中使用实施例B中描述的等离子体反应器，因为实施例C中描述的设备具有用于催化剂评估测试的非常大的容积。
将实施例B中所示的等离子体设备连接到模型合成气发生器。在此情况下，接地电极的长度为130mm并且它从距离气体入口区2cm处开始。因此，在反应器的前130mm中产生等离子体。用作为等离子体助催化剂的3mm玻璃球填充等离子体区。用PolyHIPE聚合物颗粒填充反应器的后130mm区域(其中不产生等离子体)，尺寸约为2-3mm(总重量＝20g)。通过在反应器的剩余区域和在出口处使用其它玻璃球，而将这些颗粒捕集在此区域。模型合成气的流率为1升/min。这些实验进行达3小时。将入口气体的温度保持在43±3℃。等离子体功率为50W。对经等离子体处理的合成气执行焦油评估步骤，通过该步骤确定存在于模型合成气中的焦油量。在反应器的入口和出口处取出少量气体样品并对焦油成分进行分析，以确定等离子体焦油净化的效果。
基于下式计算焦油去除效率(X)
X＝[(Cin-Cout)/Cin]×100
其中，Cin和Cout分别是在设备入口和出口处的焦油浓度。
将结果总结于表D-1。
表D-1.作为等离子体功率和焦油吸附剂多孔PolyHIPE聚合物类型的函数的焦油去除效率(X)的变化。连同参考气相色谱结果也给出了焦油吸附剂的表面积。
显然，由于高表面以及由于二氧化硅的存在，在含二氧化硅的PHP(B-30)中获得最佳结果。然而，等离子体自身也导致焦油减少，s-PHP与等离子体的组合增强此工艺。最有效的组合似乎将是等离子体与PHP(B-30)的组合。
上面给出的焦油减少结果也可通过气相色谱法实验加以确认。图D1(a-e)是在表D1中列出的各种聚合物和等离子体条件下进行处理后在反应器进口处(图D-1a)和等离子体反应器出口处的模型合成气的气相色谱。
实施例D2：在电场作用下的催化焦油去除
此实施例中使用实施例C中所描述的电场增强焦油去除设备。在焦油去除后，在设备的进口处和出口处测量模型焦油的浓度Cin、Cout。
实验条件的总结：在全部的这些实施例中，采用以下处理条件：
模型合成气流率＝1升/min；Cin＝22.0±2.1g/Nm3；
气体入口温度＝43±3℃；气体出口温度＝20±2℃
洗涤水(自来水)流率＝1.66升/min；
洗涤水入口温度＝20±2℃
设备的温度＝20±2℃
绝缘高电压电极的总表面积＝812cm2
部分绝缘电极暴露部分的总表面积＝298cm2
施加的高电压＝10kV或25kV
实验的持续时间＝3小时
用作填充材料的磺化PolyHIPE HIPE聚合物的量(采用直径约3cm、厚度5mm的圆盘的形式)＝76g。
结果：将设备的性能总结于表D2。作为参比，我们采用干式运行。由于设备中的温度下降(从40℃下降至20℃)，在合成气净化设备中发生一些模型焦油冷凝。因此，通过在无任何焦油去除设备的情况下(即，干式运行)执行该实验来评价此参比气体净化效率(表D1中的实验1)。干式运行实验延伸到利用高电压电极(301)施加电场(以10kV或25kV)时使高电压电极完全电绝缘(实施例1)或使高电压电极部分绝缘(实施例6)的情况。
通过在底部(303)或顶部(305)形成平面型水喷射而完成水洗涤或者实际上可以采用这两种喷射。由于高电压电极的总电绝缘，因而能够以10或25kV电压施加电场。将这些结果示于表D2(实施例2-4)。
通过使用填充入高电压电极和接地电极之间空间内的多孔PolyHIPE聚合物，而进一步增强焦油去除。填充材料只在水洗涤不存在的情况下使用。将这些结果示于表D2(实施例5、7)。
表D2中表明当在25kV下使用部分绝缘高电压电极时获得最有效的焦油去除(97.5％)。将PolyHIPE聚合物用作填料材料仅略微提高焦油去除效率。
表D-2.在电场作用下的焦油去除结果
在所有情况下，我们利用气相色谱法(GC)对入口和出口气体成分进行了监测。图D1中示出了在6种不同条件下的GC数据：
a)在焦油去除前[1a；X＝19.1％]，也显示存在于模型合成气中的烃类的范围。
b)在以25kV、使用完全绝缘电极、无水洗涤或磺化PolyHIPE聚合物情况下的焦油去除之后(1c；X＝30.1％)。
c)在无电场的情况下，在顶部和顶部喷射下利用水洗涤的焦油去除之后(4a；45.9％)。
d)在以25kV、使用完全绝缘电极、有使用顶部和顶部喷射的水洗涤的焦油去除之后(4c；X＝72.3％)。
e)在无电场的情况下，利用PolyHIPE聚合物去除焦油之后(5a；X＝61.8％)。
f)在无水洗涤或PolyHIPE聚合物的情况下，在25kV下使用部分绝缘电极去除焦油之后(6c；X＝97.5％)。
以上结果表明各种焦油去除方法的选择性是不同的，利用部分隔离电极的干式焦油去除(无水洗涤)是最高效和简单的技术。通过增加催化电极的表面积，可以提高此效率。也可以用用于焦油降解的含多孔金属催化剂覆盖高电压电极，因此有助于提高合成气的热值。具有电场的微孔焦油吸附剂填充床的使用表明超过99％的焦油去除是可能的。
实施例E：用于气体-液体转化的费托合成
我们使用实施例B中描述的等离子体反应器设备来揭示通过所谓的费托(FT)合成将一氧化碳与氢气的混合物转化成液态烃类(即，气体向液体的转化)。简化的转化可以通过烷烃的形成来表示。
(2n+1)H2+nCO→CnH(2n+2)+nH2O
在此实施例中，我们证明了低温介质阻挡放电等离子体在非常高表面积二氧化硅担载的高度多孔化剂存在下在FT合成中的用途。
催化剂的制备：使用两种类型的担载催化剂。第一催化剂是担载在二氧化硅上的钴，第二类型的催化剂是担载在硅酸铝上的钴-铜催化剂。
Co/Si催化剂：由将Bindzil CC30作为二氧化硅前体且将Co(NO3)2作为催化剂前体的前体溶液，制备具有[Co]/[Si]＝1:4摩尔比的二氧化硅(SiO2)担载钴催化剂。将充分量的Co(NO3)2溶解于Bindzil CC30以获得期望的钴/二氧化硅摩尔比。将10ml此混合前体溶液置于直径19cm的表面皿中，使用厨房微波炉烘箱以1kW功率输入进行4分钟辐射。结果，Co(NO3)2被分解成氧化钴(Co3O4)。将此样品编码为BB-9A。在空气中于600℃对此担载的催化剂氧化物进行2小时热处理，以便去除在二氧化硅颗粒周围的涂层材料。将此样品编码为BB-9B，随后将其用于一氧化碳与氢气混合物转化(以[H2]/[CO]＝2/1的摩尔比)的等离子体反应器。
在反应前，必须将此担载的氧化钴还原成钴。在无任何等离子体的情况下在两种不同温度(400和550℃)下，在置于使用50ml/min流率氢气的管状加热炉中的等离子体反应器中进行24小时该还原。将在400℃下直接地从未经热处理的最初二氧化硅担载氧化钴(BB-9A)还原的样品编码为(BB-9C)。将利用热处理材料BB-9B在400℃下被还原的样品编码为BB-9C1，同时将在550℃下由经热处理的材料BB-9B所还原的样品编码为BB-9C2。
在还原后，取出少量样品用于X射线衍射分析，基于我们使用最强衍射线的该分析确定晶粒尺寸。表E1中总结了在各种阶段这些样品的氧化态和晶粒尺寸。显然，在热处理下Co3O4的晶粒尺寸增加，以及在400℃下的还原不产生任何可检测的金属钴。Co的晶粒尺寸显著大于CoO或Co3O4的晶粒尺寸。
表E1.作为由XRD图形所评估的处理历史的函数的二氧化硅担载催化剂的特性
注：N/D*：未检测
Co-Cu/Al-Si催化剂：
通过使用金属硝酸盐溶液的初湿含浸法(incipient wetness method)制备催化剂。依照以下步骤制备Co-Cu催化剂：
1.将陶瓷整块(硅酸铝，Al2SiO5，由美国SELEE Ceramics公司提供)浸渍于40ml含有9.9g硝酸钴的溶液中；
2.在100℃下蒸发溶液；
3.在100℃下干燥3小时；
4.在350℃下在空气中烘烤；
5.在步骤2-4后，将陶瓷整体块浸渍于40ml含有7.5g硝酸铜的溶液中。
6.重复步骤1-5以获得期望的催化剂负载量。
7.Co/Cu的重量比＝1且金属的量为8g，这代表35wt％的催化剂系统中的金属负载量。
8.一旦金属沉积在陶瓷基材表面上，则将催化剂在烘箱中于100℃干燥3小时。然后，在加热炉中在空气中于350℃下烘烤催化剂。然后在流动的氢气中以100ml/min的恒定流率于350℃温度下将催化剂还原12小时。通过透射电子显微镜术评估的催化剂尺寸约为10nm。将整体的担体粉碎，以获得尺寸约为2-3mm的用作等离子体反应器中填料的颗粒。图E-1中示出了这些催化剂在各种阶段的X射线衍射图形。
使用Co/Si催化剂的费托合成：将实施例B中描述的等离子体反应器系统使用于FT合成。不使用等离子体助催化剂(PCP)。将20g催化剂BB-9C或BB-9C1或BB-9C2放置在容积100ml反应器的等离子体区中。催化剂颗粒的尺寸为1-3mm。在等离子体区的外侧，填充直径3mm的玻璃球。将玻璃棉放置在反应器的入口和出口。在通风柜中使用未绝缘的反应器，以便允许由等离子体以及FT合成所产生的散热。将反应器的表面温度控制在150±5℃，而在反应器的中心催化剂床的温度为240±10℃，正如在各实验结束时所测量。在各种位置进行温度测量并求出平均值，以获得标称平均反应器温度。
利用插入式功率计测量被等离子体系统消耗的壁功率。通过对电压与电流的乘积进行积分，而计算在放电中被消耗的等离子体功率。在20kHz频率下施加的电压为10kV，功率消耗为90W。将两个电极隔离，用厚度1.5mm的反应器的石英介电阻隔材料使这两个电极与催化剂分离。
以[H2]/[CO]＝2的摩尔比向此反应器中加入一氧化碳与氢气的混合物。我们将原料气、CO和H2从高压瓶经由质量流量控制器导入反应器，从而允许获得25.2ml/min的总气体流量。利用气相色谱法(Varian450-GC)对反应产物进行在线分析，由此确定一氧化碳转化率。
利用Varian450-GC对反应产物进行在线分析。气相色谱(GC)中装备有2个烘箱、5根柱和3个检测器(2个TCD和1个FID)。一个烘箱中容纳用于检测永久气体的3根柱(hayesepT0.5m×l/8"多金属、hayesep Q0.5m×l/8"多金属、和molsieve13×l.5m×1/8"多金属)。第二个较大烘箱中容纳用于烃类的CP-SIL5CB FS25X.25(.4)柱、和用于醇类的CP-WAX52CB FS25X.32(1.2)。通过向反应器出口加入流量控制的参比气体氮气(20ml/min)以监测由于反应所造成的体积流量变化，而获得反应的质量平衡。所有结果是以摩尔百分比为单位加以报告。
CO的转化率被定义为
CO转化率(摩尔％)＝100×(CO(摩尔输入)-CO(摩尔输出)/CO(摩尔输入))
H2的转化率被定义为
H2转化率(摩尔％)＝100×(H2(摩尔输入)-H2(摩尔输出))/H2(摩尔输入)
产品选择性被定义为
选择性(产品)i＝100×((产品i中的碳原子数)×(产品i的摩尔数))/经转换的碳原子数
这里，i＝CO2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H10、C4H8、C4H10。基于反应的碳平衡计算C5+烃类的选择性。
结果
表E-2示出了在相同条件下在100小时240℃下连续FT合成之后编码为BB-9C、BB-9C1和BB-9C2的3种催化剂的一氧化碳和氢气转化率。已发现，当使用催化剂BB-9C2时获得100％的转化率，甚至在150小时的连续反应后。在催化剂BB-9C1的情况下，最初观察到100％的转化率(在前15小时内)，但转化率逐渐衰减并在100小时后变稳定。催化剂BB-9C最初显示一些活性(在30分钟后一氧化碳转化率为30％)但在24小时后迅速衰减到零。因此，在此情况下，将17小时后获得的结果列表于表E-2中。
当反应温度为240℃且等离子体功率为90W时，也对两种催化剂BB-9C和BB-9C1的产物分布进行了评估。
表E-2：当使用表E-1中所描述催化剂的反应器温度为240℃时作为等离子体功率和时间的函数的一氧化碳和氢气转化率。
在Co基多孔催化剂上的等离子体辅助费托(Fischer-Tropsch)反应中，我们对出口气流中的甲烷、一氧化碳、和高碳烃类(包括乙烯、丙烯、丙烷、丁烯、丁烷和其它高碳烃类)进行了检测。当反应温度为240℃且等离子体功率为90W时，也对两种催化剂BB-9C和BB-9C1的产物分布进行了评估。这些结果指代在等离子体存在下100小时的反应和在等离子体不存在下17小时的反应，因为转化率在等离子体不存在下在24小时内衰减到零。将结果列表于表E-2。
使用Co-Cu/Al-Si催化剂的FT合成：在这些实施例中使用与实施例B中所描述相同的等离子体反应器系统。CO+H2气体混合物的流率恒定在100ml/min。Co-Cu/Al-Si的量为23g，其中含有8g金属催化剂。[H2]/[CO]比＝0.5、1.0或2.0。不同于前面的情况，平均压力为1、3或6巴。在50小时的连续试验后，获得表E-3、4、5中所列出的结果。这些结果表明就Co-Cu/Al-Si催化剂而言，在等离子体条件下不形成甲烷。而且，在等离子体条件下随着压力增加转化率降低，而对于无等离子体条件则是相反的情况。
表E-3.在1巴下等离子体辅助FT合成的产品选择性(Co-Cu/Al-Si催化剂)
表E-4.在3巴下等离子体辅助FT合成的产品选择性(Co-Cu/Al-Si催化剂)
表E-5：在6巴下等离子体辅助FT合成的产品选择性(Co-Cu/Al-Si催化剂)
在以上各表中，烃(HC)选择性包括烃类以及醇类。水不能被定性或定量，因此不能用于下面节中的数据分析和讨论。在各表中醇选择性是非常低的并且不进行单独处理，因为标准值为总烃类的1-3％。
实施例F：将甲烷转化成烃类和氢气
如实施例E(表E-3)中所示，CO+H2的FT合成产生大量的甲烷和二氧化碳以及碳数为5或更大的液态烃类。此转化也导致100％的一氧化碳转化率。因此，通过在大气压和低反应温度下利用采用众所周知技术的催化等离子体反应器和二氧化碳分离的等离子体FT合成，能够去除所有的碳氧化物(即，CO和CO2)。从本质上讲，将所有碳氧化物从合成气中去除的此方法，可以被描述成合成气的去氧化和氢的强化(作为游离氢气(H2)或者作为采用甲烷(CH4)形式的化学结合氢)。氢气自身对于FT合成是必不可少的，因为合成气中的[H2]/[CO]比不足以实现最佳反应条件。
氢气的另一个重要性质是可以容易地将其与其它气体分离。因此，费托(FT)合成所需的氢气可以由其它氢源(诸如甲烷)提供，或者通过二氧化碳和/或一氧化碳的水蒸气重整或者实际上通过水的电解而提供。
我们已发现当甲烷经历催化等离子体反应时，甲烷被转化成氢气和不含氧烃类。在此实施例中，我们使用实施例B中描述的等离子体反应器。该反应器的构造是使得将两个电极隔离。在此实施例中，我们在电极之间的等离子体空间(容积为100ml，长度为17.3cm，占据反应器的中心空间)中仅使用等离子体助催化剂(PCP)。用起等离子体助催化剂作用的5mm钠钙玻璃球填充此空间。以25ml/min的恒定流率将甲烷气(CH4)加入反应器。利用气相色谱法对产生的气体进行了分析。通过质量平衡计算出碳数等于或大于5的烃类的浓度，从而获得产品选择性。将结果示于表F-1，其中甲烷转化率以及氢气及C2、C3、C4和C5+的选择性的变化被显示为等离子体功率的函数。显然，随着等离子体功率的增加，甲烷转化率增加并且C5+烃类的选择性也增加。
表F-1.当总流率为25ml/min时等离子体功率对甲烷转化率和非氧化烃选择性的影响
C5+*：基于碳数平衡计算。
表F-2.当等离子体功率为100或120W时甲烷的总流率对转化率和选择性的影响。
本领域技术人员应当理解的是，仅仅通过举例描述了以上实施方式且这些实例不具有任何限制性意义，并且在不背离由所附权利要求所限定保护范围的前提下可作出各种变更和修改。

Claims (62)

1.一种用于承载选择性渗透元件的支承装置，所述装置包括：
包括至少一个支承表面的至少一个支承构件；
被部分支承在所述支承表面上的至少一个选择性渗透元件；和
用于将所述选择性渗透元件密封到所述表面的至少一个密封部，其中所述密封部包含至少一种玻璃材料。
2.如权利要求1所述的支承装置，还包括至少部分地覆盖所述密封部的至少一种泡沫金属。
3.如权利要求2所述的支承装置，其中所述泡沫金属覆盖所述选择性渗透元件的所述密封部和暴露部。
4.如权利要求1至3中任一项所述的支承装置，其中所述玻璃包括钠钙玻璃。
5.如权利要求1至4中任一项所述的支承装置，其中所述选择性渗透元件包括膜。
6.如权利要求1至5中任一项所述的支承装置，其中所述元件对于氧气和氢气中的至少一种是选择性渗透的。
7.如权利要求1至6中任一项所述的支承装置，其中所述支承构件包括至少一种金属。
8.如权利要求7所述的支承装置，其中所述金属在其表面上可至少部分地氧化。
9.如权利要求8所述的支承装置，其中所述金属是不锈钢。
10.如权利要求1至9中任一项所述的支承装置，其中所述支承表面包括在其中延伸经过的多个孔。
11.一种利用选择性渗透元件将一种气体成分与其它成分加以分离的装置，所述装置包括具有至少一个输入和入口及至少一个出口的容器，并且所述容器被划分成至少一个第一空间和至少一个第二空间，其中如权利要求1至10中任一项所述的的支承装置将所述第一空间与第二空间分离。
12.如权利要求11所述的装置，还包括用于将所述容器与所述支承装置之间的连接加以密封的至少一个密封元件。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述密封构件包含铜。
14.一种形成用于选择性渗透元件的支承装置的方法，包括以下步骤：
将采用至少一种玻璃材料形式的至少一种密封材料放置入在支承构件的支承表面与被部分支承在所述支承表面上的支承元件之间的接合中；
将所述支承构件、选择性渗透元件和密封材料加热从而使所述密封材料熔化。
15.如权利要求15所述的方法，还包括加热所述支承元件从而在所述支承构件的表面上形成与所述密封材料接合的氧化层。
16.如权利要求15或16所述的方法，其中在使用前使所述玻璃成为粉末并与液体混合以形成浆体。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述液体是聚乙二醇。
18.一种用于从气流中去除长链烃类的装置，所述装置包括：
包括至少一个入口和至少一个出口从而允许气流在这两者之间通过的容器；
容纳在所述容器内部的包括至少一个阳极和至少一个阴极的多个电极，使得所述气流在至少一个所述阳极和至少一个所述阴极之间通过，其中至少一个所述电极包含至少一种催化剂。
19.如权利要求18所述的装置，其中至少一个阴极包含至少一种所述催化剂。
20.如权利要求18所述的装置，其中至少一个阳极和至少一个阴极包含至少一种催化剂。
21.如权利要求18至20中任一项所述的装置，其中包含所述催化剂的所述电极还包含至少一种多孔金属。
22.如权利要求21所述的装置，其中所述金属包括镍。
23.如权利要求18至22中任一项所述的装置，其中所述催化剂包括钴基催化剂。
24.如权利要求23所述的装置，其中所述催化剂被担载在二氧化硅上。
25.如权利要求18至24中任一项所述的装置，还包括用于将水喷射入所述容器中的至少一个供水装置。
26.如权利要求18至25中任一项所述的装置，还包括至少部分地位于所述电极之间的至少一个固体材料的床。
27.如权利要求26所述的装置，其中所述床包括固定床。
28.如权利要求26所述的装置，其中所述床包括流化床。
29.如权利要求26至28中任一项所述的装置，其中所述固体材料包含至少一种焦油吸附剂。
30.如权利要求26至29中任一项所述的装置，其中所述固体材料包含至少一种催化剂。
31.如权利要求26至30中任一项所述的装置，其中所述固体材料包含至少一种聚合高内相乳液聚合物(PolyHIPE polymer)。
32.如权利要求26至31中一项所述的装置，其中所述固体材料包含至少一种等离子体助催化剂。
33.如权利要求18至32中任一项所述的装置，其中至少一个电极呈环状，从而形成在内电极周围延伸的外电极。
34.如权利要求33所述的装置，其中所述外电极包括阴极并且所述内电极包括阳极。
35.如权利要求33或34所述的装置，其中所述内电极呈环状。
36.如权利要求35所述的装置，其中所述内电极至少部分地呈圆锥形。
37.如权利要求18至36中任一项所述的装置，其中所述催化剂是从如下工艺中获得或可获得的担载在微孔固体担体上的金属催化剂，所述工艺包括：
(A)同时添加金属催化剂前体和微孔固体担体材料的表面改性纳米粒子，以形成担载的催化剂前体水溶液；和
(B)以足以在担载的催化剂前体溶液中导致膜的反复形成和破裂并且促进担载在所述微孔固体担体上的所述金属催化剂前体或其分解产物的出现的功率，使所述担载的催化剂前体水溶液接触能量源。
38.一种用于从气流中去除长链烃类的方法，包括使气流在容器的至少一个入口和至少一个出口之间通过；
所述气流在包括至少一个阳极和至少一个阴极的多个电极之间通过，其中所述电极中的至少一个电极包含至少一种催化剂。
39.如权利要求37或38所述的方法，其中所述气体是合成气。
40.一种用于从气流中去除长链烃类的装置，所述装置包括：
包括至少一个入口和至少一个出口从而允许气流在这两者之间通过的容器；
容纳在所述容器内部的包括至少一个阳极和至少一个阴极的多个电极，在所述多个电极之间具有空间，使得所述气流在所述电极之间通过，其中在垂直于所述气流通道的方向上所测量的所述电极之间的空间的横截面积在所述入口和所述出口之间的至少一个点处减小。
41.如权利要求40所述的装置，其中至少一个电极呈环状，从而形成在内电极周围延伸的外电极。
42.如权利要求40所述的装置，其中所述外电极包括阴极并且所述内电极包括阳极。
43.如权利要求40所述的装置，其中所述内电极呈环状。
44.如权利要求40所述的装置，其中所述内电极至少部分地呈圆锥形。
45.如权利要求40至44中任一项所述的装置，其中至少一个电极包含催化剂。
46.如权利要求40所述的装置，其中至少一个阴极包含至少一种所述催化剂。
47.如权利要求40所述的装置，其中至少一个阳极和至少一个阴极包含至少一种催化剂。
48.如权利要求46至47中任一项所述的装置，其中包含所述催化剂的所述电极还包含至少一种多孔金属。
49.如权利要求48所述的装置，其中所述金属包括镍。
50.如权利要求46至49中任一项所述的装置，其中所述催化剂包括钴基催化剂。
51.如权利要求50所述的装置，其中所述催化剂被担载在二氧化硅上。
52.如权利要求45至51中任一项所述的装置，其中所述催化剂是从如下工艺中获得或可获得的担载在微孔固体担体上的金属催化剂，所述工艺包括：
(A)共同地添加金属催化剂前体和微孔固体担体材料的表面改性纳米粒子，以形成担载的催化剂前体水溶液；和
(B)以足以导致在所述担载的催化剂前体溶液中膜的反复形成和破裂并且促进担载在所述微孔固体担体上的所述金属催化剂前体或其分解产物的出现的功率，使所述担载的催化剂前体水溶液接触能量源。
53.一种从气流中去除长链烃类的方法，包括：
在阳极和阴极之间的容器等离子体产生区中产生等离子体，使气流在至少一个入口和至少一个出口之间通过并且通过所述容器的等离子体产生区，所述容器在所述等离子体产生区内部含有至少一种催化剂。
54.如权利要求53所述的方法，其中所述容器还容纳至少一种等离子体助催化剂。
55.如权利要求54所述的方法，其中所述等离子体助催化剂包括钛酸钡球和玻璃球中的至少一种。
56.如权利要求53至55中任一项所述的方法，其中所述催化剂包括镍、钴和铁中的至少一种。
57.如权利要求53至56中任一项所述的方法，其中所述催化剂是从如下工艺中获得或可获得的担载在微孔固体担体上金属催化剂的，所述工艺包括：
(A)共同地添加金属催化剂前体和微孔固体担体材料的表面改性纳米粒子，以形成担载的催化剂前体水溶液；和
(B)以足以导致在担载的催化剂前体溶液中膜的反复形成和破裂并且促进担载在微孔固体担体上的金属催化剂前体或其分解产物的出现的功率，使所述担载的催化剂前体水溶液接触能量源。
58.一种基本上参照附图如上文中描述的用于承载选择性渗透元件的支承装置。
59.一种基本上参照附图如上文中描述的利用选择性渗透元件将一种气体成分与其它成分加以分离的装置。
60.一种基本上参照附图如上文中描述的形成用于选择性渗透元件的支承装置的方法。
61.一种基本上参照附图如上文中描述的用于从气流中去除长链烃类的装置。
62.一种基本上参照附图如上文中描述的用于从气流中去除长链烃类的方法。
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