CN105692548A - 制备合成氨原料气的系统及方法 - Google Patents

制备合成氨原料气的系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105692548A
CN105692548A CN201410714748.8A CN201410714748A CN105692548A CN 105692548 A CN105692548 A CN 105692548A CN 201410714748 A CN201410714748 A CN 201410714748A CN 105692548 A CN105692548 A CN 105692548A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
catalyst
oxygen permeation
membrane
synthetic ammonia
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410714748.8A
Other languages
English (en)
Inventor
杨维慎
李文平
朱雪峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Original Assignee
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian Institute of Chemical Physics of CAS filed Critical Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority to CN201410714748.8A priority Critical patent/CN105692548A/zh
Publication of CN105692548A publication Critical patent/CN105692548A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明提供了一种制备合成氨原料气的系统及方法。所述系统包括：膜反应器；密封于膜反应器中的透氧膜；分别装填于透氧膜两侧的催化剂模块I和催化剂模块II；用于向透氧膜一侧导入原料气的气体导入装置I，以及向透氧膜的相对侧导入吹扫气的气体导入装置II；作为原料气的水蒸气和空气的混合气，以及作为吹扫气的还原性气体。通过调节通入膜反应器中空气和还原性气体的流速，可得到不同氢氮比的原料气。使用本发明的系统及方法，以水和空气为初始原料在膜反应器中直接制备合成氨原料气。产品中不含有一氧化碳且该方法的操作、装置都十分简单，大大减少了制备合成氨原料气的工序，节省了大量的能源。同时还能获得其它有价值的化工产品。

Description

制备合成氨原料气的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种合成氨原料气的系统及利用该系统制备合成氨原料气的方法，特别涉及以水和空气为原料在透氧膜反应器中直接制备合成氨原料气的系统及方法。
技术背景
合成氨工业是世界上最重要的基础工业之一，在国民经济中占重要地位。目前工业上合成氨主要采用传统的Haber-Bosch法，该方法是在催化剂的作用下以氢气、氮气为原料，在高温(400℃-600℃)、高压(10MPa-60MPa)的条件下合成氨。在合成氨工艺中，其原料氢气主要来自以甲烷为主的天然气。在制备合成氨原料气的过程中甲烷中的碳元素转化为温室气体二氧化碳排放掉，造成了能源的浪费和环境的污染。水作为一种储量丰富、清洁、可持续的理想氢源，通过水分解制得氢气的方式已有不少报道。现有的水分解制氢的方法有电解法、热分解法、光催化法等。
对于合成氨工艺而言，制备出氢氮比合适且纯度高(所含杂质量不会导致合成氨催化剂中毒)的合成氨原料气至关重要。一般来说，在进入合成氨的装置前，要求合成氨原料气的氢氮比在2.8-3.2之间且所含杂质CO+CO2≤10ppm(mol)，水蒸气≤10ppm(mol)。工业合成氨工艺要经过6～7步的单元操作才能制备出符合条件的合成氨原料气。以典型的kellogg合成氨工艺为例。该工艺以天然气为原料，在进入合成氨的装置前，要经历天然气脱硫、一段转化、二段转化、变换单元、脱碳、甲烷化等单元操作。该工艺制备合成氨原料气的过程能耗大、从初始原料到产物的步骤复杂且生成对合成氨无用的惰性组分甲烷。
水是理想的氢源，水分解生成氢气和氧气；空气中富含78％的氮气，若将水和空气的混合气中的氧除去，剩余气体经冷却液化干燥则可得到合成氨原料气。混合导体透氧膜材料是一类能够同时传导电子和氧离子的由氧化物组成的只渗透氧气的致密陶瓷膜，只要膜的两侧存在氧化学势梯度，膜中的氧离子就会定向地从高氧化学势侧迁移至低氧化学势侧。混合导体透氧膜的这种只能透过氧气的特性使得以水和空气为原料来直接制备合成氨原料气的想法得以实现。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种用于制备合成氨原料气的系统，包括：
膜反应器；
密封于膜反应器中的透氧膜；
分别装填于透氧膜两侧的催化剂模块I和催化剂模块II；
作为原料气的水蒸气和空气的混合气，以及作为吹扫气的还原性气体；
用于向透氧膜一侧导入原料气的气体导入装置I，以及向透氧膜的相对侧导入吹扫气的气体导入装置II；
其中，催化剂模块I为水分解催化剂，与气体导入装置I同侧设置；催化剂模块II为还原性气体氧化或部分氧化催化剂，与气体导入装置II同侧设置；
所述原料气是水蒸气和空气的混合气；所述吹扫气是还原性气体。
本发明另一方面的目的在于提供一种制备合成氨原料气的方法，使用上述本发明的制备合成氨原料气的系统，包括如下步骤：
①将两侧分别装填了催化剂模块I和催化剂模块II的透氧膜密封在膜反应器中；所述催化剂模块I为水分解催化剂，催化剂模块II为还原性气体氧化或部分氧化催化剂；
②由气体导入装置I向透氧膜的一侧通入原料气，同时，由气体导入装置II向透氧膜的对侧通入吹扫气；所述原料气是水蒸气和空气的混合气；所述吹扫气是还原性气体。
③原料气中的水蒸气在催化剂模块I的作用下高温分解生成氧气与氢气，其中氧气与原料气中空气所提供的氧气经透氧膜到达对侧与吹扫气反应；未能通过透氧膜的氢气与原料气中空气所提供的氮气则混合成为合成氨原料气。
上述本发明的制备合成氨原料气的方法中步骤③所述的高温是400℃-950℃。
使用本发明的系统及方法来制备合成氨原料气，其积极效果是显著的：本发明是提供一种以清洁、丰富的水和空气为原料，在混合导体透氧膜反应器中直接制备合成氨原料气的方法。本方法通过调节通入膜反应器中的空气和还原性气体的流速，得到不同氢氮比的原料气。因所用的氢气源为水而不是天然气，本方法所制备的合成氨原料气中不含会致合成氨催化剂中毒的一氧化碳和含硫化合物。此外，亦不含对合成氨无用的惰性组分甲烷，甲烷的存在会增加合成氨驰放气的量，造成能源的浪费。本方法所制得的合成氨原料气只需除去原料气中微量的二氧化碳(来自原料空气)和水，就可得到高品质的可直接进入合成氨装置的原料气。此外，该方法的操作、装置都十分简单，大大减少了制备合成氨原料气的工序，节省了大量的能源。同时，水分解反应与甲烷部分氧化等反应的耦合，使得本发明更具意义。
附图说明
本发明附图2幅，其中：
图1是本发明的制备合成氨原料气的系统示意图；
图2是本发明制备合成氨原料气的方法过程示意图。
具体实施方式
本发明首先提供一种制备合成氨原料气的系统，包括：
膜反应器1；
密封于膜反应器1中的透氧膜2；
分别装填于透氧膜(2)两侧的催化剂模块I7和催化剂模块II8；
作为原料气的水蒸气和空气的混合气，以及作为吹扫气的还原性气体；
用于向透氧膜2一侧导入原料气的气体导入装置I3，以及向透氧膜2的相对侧导入吹扫气的气体导入装置II5；
其中，催化剂模块I7为水分解催化剂，与气体导入装置I3同侧设置；催化剂模块II8为还原性气体氧化或部分氧化催化剂，与气体导入装置II5同侧设置；
所述原料气是水蒸气和空气的混合气；所述吹扫气是还原性气体。
具体实施方式之一，所述的透氧膜2为同时传导电子和氧离子的混合导体透氧膜。进一步考虑到本发明中透氧膜工作所处的苛刻环境，优选稳定性很好的双相膜。另一方面，就相同材料来说，负载膜的透氧量是自支撑膜的好几倍，因此优选负载型透氧膜，以提高合成氨原料气的产量。所述透氧膜2的形状可根据生产需求设计为片状膜或管状膜。关于将透氧膜2密封安装于膜反应器中的方法，本领域技术人员可根据现有技术中的记载完成，本发明优选使用银圈密封或金圈密封的密封方法，这两种密封方法的密封成功率高且密封好的膜反应器可在高温水蒸气的环境中长期运行而不会出现因密封问题导致的泄露。
具体实施方式中，所述的水分解催化剂为钌基催化剂、镍基催化剂、铂基催化剂或铑基催化剂。优选钌基催化剂或镍基催化剂。
具体实施方式中，所述的还原性气体为合成气、甲烷、乙烷或乙醇。优选甲烷或乙烷。
另一具体的实施方式中，本发明所述的系统中的气体导入装置I3包括：
至少1个用于储存原料气的原料气容器；
用于连接原料气容器和膜反应器的原料气管道；
用于控制原料气流量的流量控制设备，该设备有助于在生产中实现量化调节。
又一具体的实施方式中，本发明所述的系统中的气体导入装置II5包括：
至少1个用于储存吹扫气的吹扫气容器；
用于连接吹扫气容器和膜反应器的吹扫气管道；
用于控制吹扫气流量的流量控制设备，该设备有助于在生产中实现量化调节。
本发明所述的系统在生产中，原料气中的水蒸气在催化剂模块I7的作用下高温分解生成氧气与氢气，其中氧气与原料气中空气所提供的氧气经透氧膜2到达对侧与吹扫气反应；未能通过透氧膜2的氢气与原料气中空气所提供的氮气则混合成为合成氨原料气。上述氧气透过透氧膜2达到对侧与吹扫气反应后所得的产品常常也是具有相当高的工业生产价值，与目标制备的合成氨原料气一样，需要适当地采集。例如，在具体的实施方式中选用甲烷或乙烷为还原性气体，做吹扫气。甲烷或乙烷与从膜的另一侧渗透过来的氧反应生成用于F-T合成的合成气或更有价值的乙烯。
鉴于此，本发明的具体实施方式之一提供的系统还包括：
与气体导入装置I3同侧设置的用于收集合成氨原料气的产品采集装置I4，以及
与气体导入装置II4同侧设置的用于收集副产品的产品采集装置II5。
结合上述制备合成氨原料气的系统，本发明进一步提供一种制备合成氨原料气的方法，使用上述本发明的系统，包括如下步骤：
①将两侧分别装填了催化剂模块I7和催化剂模块II8的透氧膜2密封在膜反应器1中；所述催化剂模块I7为水分解催化剂，催化剂模块II8为还原性气体氧化或部分氧化催化剂；
②由气体导入装置I3向透氧膜2的一侧通入原料气，同时，由气体导入装置II5向透氧膜2的对侧通入吹扫气；所述原料气是水蒸气和空气的混合气；所述吹扫气是还原性气体。
③原料气中的水蒸气在催化剂模块I7的作用下高温分解生成氧气与氢气，其中氧气与原料气中空气所提供的氧气经透氧膜2到达对侧与吹扫气反应；未能通过透氧膜2的氢气与原料气中空气所提供的氮气则混合成为合成氨原料气。其中所述的高温是400℃-950℃。
具体实施方式中，通过控制原料气流量及吹扫气流量获得不同氢氮比的合成氨原料气。
以下具体实施例为进一步说明本发明的内容，不应理解为对本发明的任何形式的限定。
系统实施例
制备合成氨原料气的系统，如图1，包括：
膜反应器1；
密封于膜反应器1中的透氧膜2；
作为原料气的水蒸气和空气的混合气，以及作为吹扫气的还原性气体；
气体导入装置I3，包括：1)原料气容器：空气和水蒸气的预混罐；2)连接原料气容器和膜反应器的原料气管道，预混的空气和水蒸气经由此管道进入膜反应器；3)用于分别控制原料气中水蒸气和空气流量的流量控制设备。
气体导入装置II5，包括：1)吹扫气容器：储存吹扫气的气罐；2)连接吹扫气气罐和膜反应器的吹扫气管道，作为吹扫气的还原性气体经由此管道进入膜反应器；3)用于控制吹扫气流量的流量控制设备。
分别装填于透氧膜2两侧的催化剂模块I7和催化剂模块II8：催化剂模块I7为水分解催化剂，与气体导入装置I3同侧设置，用以催化原料气进行水分解反应而产生氢气和氧气；催化剂模块II8为还原性气体氧化或部分氧化催化剂，与气体导入装置II5同侧设置，用以催化经透氧膜透过的氧气与还原性气体的反应；
与气体导入装置I3同侧设置的用于收集合成氨原料气的产品采集装置I4，以及
与气体导入装置II4同侧设置的用于收集副产品的产品采集装置II5。
如无特殊说明，在本发明的实施例中，分别通入原料气和吹扫气后，原料气在水分解催化剂的作用下，高温分解成为氢气和氧气。其中的氧气与空气中的氧气透过透氧膜，与膜相对侧的吹扫气接触，并在还原性气体氧化或部分氧化催化剂的作用下，与吹扫气反应生成副产品，并被产品采集装置II5及时导出系统。而透氧膜原料气侧氢气和空气中的氮气则不能通过透氧膜，它们由产品采集装置I4导出，经过冷却液化、干燥后得到合成氨原料气产品。以甲烷作吹扫气为例的反应过程如附图2所示。
本发明实施例中：
以气相色谱(GC)检测产品中各组分含量，包括生成的合成氨原料气中氢气的含量x(H2)，用甲烷、乙烷或乙醇和水作为吹扫气时，吹扫气侧流出气体中各个组分的含量。进色谱前，被检测气体要经过冷凝干燥以除去水蒸气。
以皂泡流量计分别测量膜两侧流入的空气、吹扫气的流速Fair和FII5，以及流出气体经冷却干燥后的流速FI4以及FII6。并通过以下公式计算所得合成氨原料气中的氢氮比n(H2/N2)、合成氨原料气的生成速率r以及用甲烷或乙烷作为吹扫气时，各自的转化率和选择性：
n(H2/N2)＝[x(H2)*FI4]/[Fair*0.78]r＝FI4/S
X(CH4)＝[1-FII6*x(CH4)/FII5]*100％
S(CO)＝[FII6*x(CO)/(FII5-FII6*x(CH4))]*100％
X(C2H6)＝[1-FII6*x(C2H6)/FII5]*100％
S(C2H4)＝[FII6*x(C2H4)/(FII5-FII6*x(C2H6))]*100％
上述公式中：
S—膜片的有效面积，cm2；
x(CH4)、x(CO)—甲烷做吹扫气时，GC所检测的吹扫气尾气中甲烷和一氧化碳的含量；
x(C2H6)、x(C2H4)—乙烷做吹扫气时，GC所检测的吹扫气尾气中乙烷和乙烯的含量；
X(CH4)、S(CO)—甲烷做吹扫气时，甲烷的转化率和一氧化碳的选择性，％；
X(C2H6)、S(C2H4)—乙烷做吹扫气时，乙烷的转化率和乙烯的选择性，％；
皂泡流量计所测得气体流速的单位为mLmin-1；
合成氨原料气单位膜面积的生成速率r的单位为mLcm-2min-1。
实施例1
将烧结致密的透氧膜BaZr0.1Fe0.9O3-δ(BZF)(BalachandranU,etal.Acobalt-freeoxygentransportmembrane,BaFe0.9Zr0.1O3-δ,anditsapplicationforproducinghydrogen.IntJHydrogenEnergy2013；38:6450-9.)用砂纸打磨到厚度0.5mm并在膜两侧装填Ru/Ce0.85Sm0.15O1.925(SDC)催化剂，装填有催化剂的膜用银圈于961℃密封在膜反应器中。膜的有效面积为1cm2。
缓慢降温至950℃后，膜的一侧通入60mLmin-1的H2O和5.1mLmin-1的空气的混合原料气，另一侧用20mLmin-1的合成气(n(H2)/n(CO)＝1)作为吹扫气。该生产条件下，检测得：生成的合成氨原料气的氢氮比为2.8，此时合成氨原料气的生成速率为15.1mLcm-2min-1。进行100h的稳定性试验，氢氮比稳定于2.78～2.82。
实施例2
将烧结致密的GDC-Ni双相透氧膜(BalachandranU,etal.Useofmixedconductingmembranestoproducehydrogenbywaterdissociation.IntJHydrogenEnergy2004；29:291-6)用砂纸打磨到0.2mm并在膜原料气侧装填Ru-GDC催化剂，吹扫气侧装填Ni/GDC催化剂，装填有催化剂的膜用银圈于961℃密封在膜反应器中。膜的有效面积为1cm2。
缓慢降温至900℃后，膜的一侧通入60mLmin-1的H2O和7.13mLmin-1的空气的混合气，另一侧用20mLmin-1的甲烷作为吹扫气与渗透过来的氧反应。该生产条件下，检测得：生成的合成氨原料气的氢氮比为2.9，此时合成氨原料气的生成速率为21.7mLcm-2min-1。吹扫气侧，甲烷的转化率和一氧化碳的选择性均达到95％以上。进行100h的稳定性试验，氢氮比稳定于2.88～2.92。
实施例3
将中空纤维膜BaZr0.2Co0.4Fe0.4O3-δ(透氧膜粉体由文献TongJH,etal.Novelandidealzirconium-baseddensemembranereactorsforpartialoxidationofmethanetosyngas.CatalLett2002；78:129-137.报道的方法合成，中空纤维膜由文献SchiestelT,etal.Hollowfibreperovskitemembranesforoxygenseparation.JMembrSci2005；258:1-4.报道的方法制备。)反应器内装填Ru/Ce0.9Pr0.1O2-δ催化剂，因膜材料BaZr0.2Co0.4Fe0.4O3-δ本身对乙烷氧化脱氢反应有很好的催化活性，故只需在中空纤维膜的外侧装填催化剂。膜的有效面积为0.92cm2。缓慢降温至800℃后，装填有催化剂的一侧通入80mLmin-1的H2O和3.6mLmin-1的空气的混合气，另一侧用13mLmin-1乙烷作为吹扫气与渗透过来的氧反应。该生产条件下，检测得：生成的合成氨原料气的氢氮比为3，此时合成氨原料气的生成速率为12.2mLcm-2min-1。吹扫气侧，乙烷的转化率达到67％，乙烯的选择性高达92％。进行100h的稳定性试验，氢氮比稳定于2.98～3.02。
实施例4
在烧结致密的SrCo0.4Fe0.5Zr0.1O3-δ(XuNP,etal.Towardhighly-effectiveandsustainablehydrogenproduction:bio-ethanoloxidativesteamreformingcoupledwithwatersplittinginathintubularmembranereactor.ChemCommun2012；48:7137-9.)管状膜两侧装填Ru/Ce0.9Sm0.1O1.95催化剂，装填有催化剂的膜密封在膜反应器中。膜的有效面积为0.58cm2。
缓慢降温至700℃后，膜的一侧通入80mLmin-1的H2O和1.8mLmin-1的空气的混合气，另一侧用31mLmin-1一定流速的乙醇和水的混合气(n(H2O)/n(EtOH)＝5)作为吹扫气与渗透过来的氧反应。该生产条件下，检测得：生成的合成氨原料气的氢氮比为3.1，此时合成氨原料气的生成速率为9.9mLcm-2min-1。吹扫气侧，检测结果证明了氢气、一氧化碳和二氧化碳的生成，且乙醇几乎全部转化。进行100h的稳定性试验，氢氮比在3.08～3.12的范围内稍有波动。
实施例5
制备好的负载膜Ce0.85Sm0.15O1.925-Sm0.6Sr0.4Al0.3Fe0.7O3(透氧膜粉体由文献ZhuXF,etal.Ce0.85Sm0.15O1.925-Sm0.6Sr0.4Al0.3Fe0.7O3dual-phasemembranes:one-potsynthesisandstabilityinaCO2atmosphere.SolidStateIonics2013；253:57-63.报道的方法合成，负载膜由文献FangW,etal.OxygenpermeabilityofasymmetricmembraneoffunctionalLa0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-δ(LSCrF)–Zr0.8Y0.2O2-δ(YSZ)supportedonporousYSZ.CeramInt2014；40:799-803.报道的制备方法制备。)其致密层厚度为15μm，载体层厚度为0.5mm；并在膜两侧装填Ni/γ-Al2O3催化剂，将装填有催化剂的膜用银圈于961℃密封在膜反应器中。膜的有效面积为1cm2。
缓慢降温至600℃后，膜的一侧通入100mLmin-1的H2O和2.23mLmin-1的空气的混合气，另一侧用7mLmin-1的甲烷作为吹扫气与渗透过来的氧反应。该生产条件下，检测得：生成的合成氨原料气的氢氮比为3.2，此时合成氨原料气的生成速率为7.3mLcm-2min-1。吹扫气侧，甲烷的转化率和一氧化碳的选择性均达到75％以上。进行100h的稳定性试验，氢氮比稳定于3.18～3.22。
实施例6
烧结好的BaCe0.05Fe0.95O3-δ(透氧膜粉体由文献ZhuXF,etal.StructuralstabilityandoxygenpermeabilityofceriumlightlydopedBaFeO3-δceramicmembranes.SolidStateIonics2006；177:2917-21.报道的方法合成，负载膜由文献FangW,etal.OxygenpermeabilityofasymmetricmembraneoffunctionalLa0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-δ(LSCrF)–Zr0.8Y0.2O2-δ(YSZ)supportedonporousYSZ.CeramInt2014；40:799-803.报道的制备方法制备。)负载膜其致密层厚度为10μm，载体层的厚度为0.5mm，在膜两侧装填Ru/Zr0.4Ce0.6O2催化剂，将装填有催化剂的膜用银圈于961℃密封在膜反应器中。膜的有效面积为1cm2。
缓慢降温至400℃后，膜的一侧通入100mLmin-1的H2O和1.06mLmin-1的空气的混合气，另一侧用10mLmin-1的合成气(n(H2)/n(CO)＝2)作为吹扫气与渗透过来的氧反应。该生产条件下，检测得：生成的合成氨原料气的氢氮比为3，此时合成氨原料气的生成速率为3.3mLcm-2min-1。进行100h的稳定性试验，氢氮比稳定于2.98～3.02。

Claims (10)

1.制备合成氨原料气的系统，包括：
膜反应器(1)；
密封于膜反应器(1)中的透氧膜(2)；
分别装填于透氧膜(2)两侧的催化剂模块I(7)和催化剂模块II(8)；
作为原料气的水蒸气和空气的混合气，以及作为吹扫气的还原性气体；
用于向透氧膜(2)一侧导入原料气的气体导入装置I(3)，以及向透氧膜(2)的相对侧导入吹扫气的气体导入装置II(5)；
其中，催化剂模块I(7)为水分解催化剂，与气体导入装置I(3)同侧设置；催化剂模块II(8)为还原性气体氧化或部分氧化催化剂，与气体导入装置II(5)同侧设置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的透氧膜(2)为同时传导电子和氧离子的混合导体透氧膜。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的水分解催化剂为钌基催化剂、镍基催化剂、铂基催化剂或铑基催化剂。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的还原性气体为合成气、甲烷、乙烷或乙醇。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的气体导入装置I(3)包括：
至少1个用于储存原料气的原料气容器；
用于连接原料气容器和膜反应器的原料气管道；
用于控制原料气流量的流量控制设备。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的气体导入装置II(5)包括：
至少1个用于储存吹扫气的吹扫气容器；
用于连接吹扫气容器和膜反应器的吹扫气管道；
用于控制吹扫气流量的流量控制设备。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的系统还包括：
与气体导入装置I(3)同侧设置的用于收集合成氨原料气的产品采集装置I(4)，以及
与气体导入装置II(4)同侧设置的用于收集副产品的产品采集装置II(5)。
8.制备合成氨原料气的方法，使用如权利要求1所述的系统，包括如下步骤：
①将两侧分别装填了催化剂模块I(7)和催化剂模块II(8)的透氧膜(2)密封在膜反应器(1)中；所述催化剂模块I(7)为水分解催化剂，催化剂模块II(8)为还原性气体氧化或部分氧化催化剂；
②由气体导入装置I(3)向透氧膜(2)的一侧通入原料气，同时，由气体导入装置II(5)向透氧膜(2)的对侧通入吹扫气；所述原料气是水蒸气和空气的混合气；所述吹扫气是还原性气体；
③原料气中的水蒸气在催化剂模块I(7)的作用下高温分解生成氧气与氢气，其中氧气与原料气中空气所提供的氧气经透氧膜(2)到达对侧与吹扫气反应；未能通过透氧膜(2)的氢气与原料气中空气所提供的氮气则混合成为合成氨原料气。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于还包括通过控制原料气流量及吹扫气流量获得不同氢氮比的合成氨原料气的步骤。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述的步骤③中，高温是400℃-950℃。
CN201410714748.8A 2014-11-28 2014-11-28 制备合成氨原料气的系统及方法 Pending CN105692548A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410714748.8A CN105692548A (zh) 2014-11-28 2014-11-28 制备合成氨原料气的系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410714748.8A CN105692548A (zh) 2014-11-28 2014-11-28 制备合成氨原料气的系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105692548A true CN105692548A (zh) 2016-06-22

Family

ID=56230617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410714748.8A Pending CN105692548A (zh) 2014-11-28 2014-11-28 制备合成氨原料气的系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105692548A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113332863A (zh) * 2021-07-09 2021-09-03 辽宁石油化工大学 一种具有高表面催化活性双相透氧膜的制备方法
IT202000023470A1 (it) 2020-10-06 2022-04-06 Agenzia Naz Per Le Nuove Tecnologie Lenergia E Lo Sviluppo Economico Sostenibile Enea Processo a membrana per la produzione di idrogeno ed ossigeno mediante idrolisi dell’acqua e relativo apparato
WO2023276612A1 (ja) * 2021-06-28 2023-01-05 Ｊｆｅスチール株式会社 膜反応器における凝縮性生成物の高純度化方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003089117A1 (en) * 2002-04-18 2003-10-30 Trustees Of Boston University Hydrogen separation using oxygen ion-electron mixed conducting membranes
CN101450861A (zh) * 2007-12-06 2009-06-10 中国科学院大连化学物理研究所 一种不对称双相复合透氧膜的制备方法
CN201825722U (zh) * 2010-10-29 2011-05-11 华南理工大学 流化床透氧膜反应器
CN102424360A (zh) * 2011-09-13 2012-04-25 昆明理工大学 一种载氧膜连续催化甲烷制合成气的方法
CN202237799U (zh) * 2011-09-13 2012-05-30 昆明理工大学 一种连续催化氧化的载氧膜型反应装置
KR101392828B1 (ko) * 2012-12-04 2014-05-08 한국에너지기술연구원 암모니아 제조방법
CN104150903A (zh) * 2014-08-20 2014-11-19 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种中低温混合导体透氧膜及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003089117A1 (en) * 2002-04-18 2003-10-30 Trustees Of Boston University Hydrogen separation using oxygen ion-electron mixed conducting membranes
CN101450861A (zh) * 2007-12-06 2009-06-10 中国科学院大连化学物理研究所 一种不对称双相复合透氧膜的制备方法
CN201825722U (zh) * 2010-10-29 2011-05-11 华南理工大学 流化床透氧膜反应器
CN102424360A (zh) * 2011-09-13 2012-04-25 昆明理工大学 一种载氧膜连续催化甲烷制合成气的方法
CN202237799U (zh) * 2011-09-13 2012-05-30 昆明理工大学 一种连续催化氧化的载氧膜型反应装置
KR101392828B1 (ko) * 2012-12-04 2014-05-08 한국에너지기술연구원 암모니아 제조방법
CN104150903A (zh) * 2014-08-20 2014-11-19 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种中低温混合导体透氧膜及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT202000023470A1 (it) 2020-10-06 2022-04-06 Agenzia Naz Per Le Nuove Tecnologie Lenergia E Lo Sviluppo Economico Sostenibile Enea Processo a membrana per la produzione di idrogeno ed ossigeno mediante idrolisi dell’acqua e relativo apparato
WO2022073976A1 (en) 2020-10-06 2022-04-14 Enea - Agenzia Nazionale Per Le Nuove Tecnologie, L’Energia E Lo Sviluppo Economico Sostenibile Membrane process for the production of hydrogen and oxygen by hydrolysis of water and related apparatus
WO2023276612A1 (ja) * 2021-06-28 2023-01-05 Ｊｆｅスチール株式会社 膜反応器における凝縮性生成物の高純度化方法
CN113332863A (zh) * 2021-07-09 2021-09-03 辽宁石油化工大学 一种具有高表面催化活性双相透氧膜的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mendes et al. Enhancing the production of hydrogen via water–gas shift reaction using Pd-based membrane reactors
Anzelmo et al. Hydrogen production via natural gas steam reforming in a Pd-Au membrane reactor. Comparison between methane and natural gas steam reforming reactions
Melendez et al. Preparation and characterization of ceramic supported ultra-thin (~ 1 µm) Pd-Ag membranes
Fernandez et al. Palladium based membranes and membrane reactors for hydrogen production and purification: An overview of research activities at Tecnalia and TU/e
Itoh et al. Tube-wall catalytic membrane reactor for hydrogen production by low-temperature ammonia decomposition
El Hawa et al. Application of a Pd–Ru composite membrane to hydrogen production in a high temperature membrane reactor
Medrano et al. Pd-based metallic supported membranes: High-temperature stability and fluidized bed reactor testing
Schulz et al. Assessment of CO2 stability and oxygen flux of oxygen permeable membranes
Basile et al. Methane steam reforming in a Pd–Ag membrane reformer: an experimental study on reaction pressure influence at middle temperature
Kyriakou et al. Methane steam reforming at low temperatures in a BaZr0. 7Ce0. 2Y0. 1O2. 9 proton conducting membrane reactor
Abdollahi et al. Ultra-pure hydrogen production from reformate mixtures using a palladium membrane reactor system
Gallucci et al. Pd–Ag tubular membrane reactors for methane dry reforming: a reactive method for CO2 consumption and H2 production
Brunetti et al. Syngas upgrading in a membrane reactor with thin Pd-alloy supported membrane
Park et al. Hydrogen production from fossil and renewable sources using an oxygen transport membrane
Wu et al. Enhancing co‐production of H2 and syngas via water splitting and POM on surface‐modified oxygen permeable membranes
Wang et al. Nickel hollow fiber membranes for hydrogen separation from reformate gases and water gas shift reactions operated at high temperatures
Park et al. A catalytic composite membrane reactor system for hydrogen production from ammonia using steam as a sweep gas
Kim et al. Highly selective Pd composite membrane on porous metal support for high-purity hydrogen production through effective ammonia decomposition
Ghasemzadeh et al. Hydrogen production via silica membrane reactor during the methanol steam reforming process: experimental study
Tosto et al. Stability of pore-plated membranes for hydrogen production in fluidized-bed membrane reactors
Li et al. Integration of nine steps into one membrane reactor to produce synthesis gases for ammonia and liquid fuel
Anzelmo et al. Fabrication & performance study of a palladium on alumina supported membrane reactor: Natural gas steam reforming, a case study
CN105692549A (zh) 制备高纯度氢气的系统及方法
Park et al. Oxygen permeation and coal-gas-assisted hydrogen production using oxygen transport membranes
Hwang et al. A multi-membrane reformer for the direct production of hydrogen via a steam-reforming reaction of methane

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160622