DE69830349T2 - Verfahren zum Betreiben eines Membranreaktors und dafür verwendeter Membranreaktor - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Membranreaktors und dafür verwendeter Membranreaktor Download PDF

Info

Publication number
DE69830349T2
DE69830349T2 DE69830349T DE69830349T DE69830349T2 DE 69830349 T2 DE69830349 T2 DE 69830349T2 DE 69830349 T DE69830349 T DE 69830349T DE 69830349 T DE69830349 T DE 69830349T DE 69830349 T2 DE69830349 T2 DE 69830349T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hydrogen
region
gas
membrane
steam
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.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69830349T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69830349D1 (de
Inventor
c/o Intellectual Property Dpt Tomonori Nagoya City Aichi-ken Takahashi
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.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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 NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Publication of DE69830349D1 publication Critical patent/DE69830349D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69830349T2 publication Critical patent/DE69830349T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/06—Tubular membrane modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J15/00—Chemical processes in general for reacting gaseous media with non-particulate solids, e.g. sheet material; Apparatus specially adapted therefor
    • B01J15/005—Chemical processes in general for reacting gaseous media with non-particulate solids, e.g. sheet material; Apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2475—Membrane reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/48—Silver or gold
    • B01J23/50—Silver
    • B01J35/59—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
    • B01J8/009—Membranes, e.g. feeding or removing reactants or products to or from the catalyst bed through a membrane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0242—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical
    • B01J8/0257—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical in a cylindrical annular shaped bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/22—Cooling or heating elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/42—Catalysts within the flow path
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00026—Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2208/00035—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2208/00044—Temperature measurement
    • B01J2208/00061—Temperature measurement of the reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00389—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
    • B01J2208/00398—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements inside the reactor bed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00477—Controlling the temperature by thermal insulation means
    • B01J2208/00495—Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/0053—Controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00539—Pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00548—Flow
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0238—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a carbon dioxide reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0405—Purification by membrane separation
    • C01B2203/041—In-situ membrane purification during hydrogen production
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/042—Purification by adsorption on solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0495—Composition of the impurity the impurity being water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0872—Methods of cooling
    • C01B2203/0877—Methods of cooling by direct injection of fluid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0872—Methods of cooling
    • C01B2203/0888—Methods of cooling by evaporation of a fluid
    • C01B2203/0894—Generation of steam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1247—Higher hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1288—Evaporation of one or more of the different feed components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1614—Controlling the temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1642—Controlling the product
    • C01B2203/1671—Controlling the composition of the product
    • C01B2203/1676—Measuring the composition of the product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Membranreaktors, der eine Wasserstoffbildungsreaktion (z.B: eine Dampfreformierungsreaktion oder eine Dehydrierungsreaktion) unter Verwendung einer selektiv wasserstoffdurchlässigen Membran durchführt, und einen in diesem Verfahren eingesetzten Reaktor.
  • Verwandte Gebiete
  • In einem Membranreaktor, in dem eine Wasserstoffbildungsreaktion (z.B. eine Dampfreformierungsreaktion oder eine Dehydrierungsreaktion) unter Verwendung einer selektiv wasserstoffdurchlässigen Membran (z.B. eine Membran aus Pd oder eine Membran aus einer Pd-Legierung) durchgeführt wird, wird der im Wasserstoffbildungsbereich gebildete Wasserstoff abgetrennt und entfernt, wodurch bei der Wasserstoffbildungsreaktion eine Umsetzung erzielt werden kann, die höher als die Gleichgewichtsumsetzung ist.
  • Die Verwendung eines derartigen Membranreaktors kann selbst bei einer Reaktion, die bisher nur bei hohen Temperaturen eine hohe Umsetzung ergab, zu einer hohen Umsetzung auch bei niedrigen Temperaturen zu führen; demnach können bei niedrigen Reaktionstemperaturen eine hohe Ausbeute erzielt und Vorteile hinsichtlich der benötigten Wärmeenergie und des Reaktormaterials bereitgestellt werden.
  • Die Reaktionen, bei denen ein Membranreaktor verwendet wird, umfassen beispielsweise die folgenden.
    • (a) Bei der Dehydrierungsreaktion von Cyclohexan, die durch die folgende Formel C6H12 → C6H6 + 3H2 dargestellt ist, beträgt die Gleichgewichtsumsetzung bei 600 °C mehr als 90 %, bei 450 °C hingegen etwa 50 %. In diesem Fall werden nun bei der Verwendung eines Membranreaktors die H2-Moleküle an der rechten Seite der obigen Formel entfernt, die Reaktion schreitet weiter voran und eine Umsetzung von 90 % oder höher kann erreicht werden.
    • (b) Bei der Dampfreformierungsreaktion von Methan, die durch die folgende Formel CH4 + H2O → CO + 3H2 dargestellt ist, beträgt die Gleichgewichtsumsetzung bei 800 °C mehr als 90 %, bei 500 °C hingegen etwa 50 %. In diesem Fall werden nun bei der Verwendung eines Membranreaktors die H2-Moleküle an der rechten Seite der obigen Formel entfernt, die Reaktion schreitet weiter voran und eine Umsetzung von 90 % oder höher kann erreicht werden.
  • Es gibt bekannte Reaktoren, die die in den 6 bis 8 dargestellte Struktur aufwiesen.
  • 6 zeigt die Struktur eines Membranreaktors, der kein Spülgas verwendet. Eine Reaktionskammer 1 wird mit einem Katalysator 2 für die Wasserstoffbildungsreaktion befüllt. In der Reaktionskammer 1 ist eine selektiv wasserstoffdurchlässige Membran 3 in der Nähe des Katalysators 2 bereitgestellt. Ein Ausgangsgas A wird über einen Einlass 5 eingeführt und kontaktiert den Katalysator 2, um Wasserstoff zu bilden; der gebildete Wasserstoff wird von einem Wasserstoffbildungsbereich X über die selektiv wasserstoffdurchlässige Membran 3 zu einem Wasserstoffabtrennungsbereich Y transportiert und getrennt; danach wird der Wasserstoff über ein Wasserstoffausstoßrohr 4 aus der Reaktionskammer 1 ausgestoßen. In der Zwischenzeit wird das Abgas, das nicht umgesetztes Gas enthält, aus dem Wasserstoffbildungsbereich über einen Auslass 6 ausgestoßen. 7 kennzeichnet eine Dichtungsplatte, damit das Ausgangsgas A nicht in den Wasserstoffabtrennungsbereich Y gelangen kann.
  • In einem Membranreaktor mit einer derartigen Struktur kann die Wasserstoffbildungsreaktion eine Umsetzung erzielen, die höher als die Gleichgewichtsumsetzung ist, da der gebildete Wasserstoff über die wasserstoff-selektive permeable Membran 3 abgetrennt wird.
  • 7 veranschaulicht die Struktur eines Membranreaktors, der Ar-Gas als Spülgas verwendet. In dieser Struktur sind der Wasserstoffbildungsbereich X und der Wasserstoffabtrennungsbereich Y völlig getrennt angeordnet. Das heißt, dass in 7 ein Spülgaseinlass 8 direkt an den Wasserstoffabtrennungsbereich Y angeschlossen ist; das Einführen eines Spülgases B in den Wasserstoffabtrennungsbereich Y senkt den Wasserstoffpartialdruck im Wasserstoffabtrennungsbereich Y und erhöht damit die erzielte Umsetzung.
  • 8 veranschaulicht die Struktur eines Membranreaktors, der kein Spülgas verwendet und dessen Wasserstoffbildungsbereich X und Wasserstoffabtrennungsbereich Y weder am Ausgangsgaseinführungsabschnitt noch am Abschnitt, an dem das gebildete Gas ausgestoßen wird, getrennt sind. In dieser Struktur werden die Menge des in den Wasserstoffabtrennungsbereich Y eingeführten Ausgangsgases und das zusätzliche Fortschreiten-Lassen der durch den Wasserstoff, der durch die selektiv wasserstoffdurchlässige Membran 3 hindurchtritt, ausgelösten Wasserstoffbildungsreaktion passend abgestimmt, wodurch das Fortschreiten der Wasserstoffbildungsreaktion gesteuert werden kann. Die Struktur aus 8 ist vorteilhaft, da keine Dichtung notwendig ist.
  • Weiters beschreibt das US-Patent Nr. 4.981.676 einen Dampf-/Kohlenwasserstoffreformer für einen Membranreaktionsvorgang, bei dem H2 erzeugt wird. Kohlenwasserstoff und Dampf werden in eine Reaktionszone eingeführt und mit einer Seite einer katalytisch wirkenden wasserstoffdurchlässigen Membran in Kontakt gebracht. Angrenzend an die gegenüberliegende Seite der Membran wird Dampf vorbeigeführt, um die Wasserstoffdiffusion durch die Membran hin zur gegenüberliegenden Seite der Membran zu fördern, an der er dann entfernt wird.
  • Die EP-A 0.615.949 beschreibt zahlreiche Strukturen einer wasserstofferzeugenden Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff unter Verwendung einer wasserstoffdurchlässigen Membran. Im Allgemeinen wird ein Ausgangsgas, beispielsweise Kohlenwasserstoff und Dampf, in eine Reformerkatalysatorschicht eingeführt. Der erzeugte Wasserstoff gelangt in ein wasserstoffdurchlässiges Rohr, aus dem es mithilfe eines Spülgases, wie beispielsweise Dampf oder ein Inertgas, entfernt wird. In einer Ausführungsform werden das Ausgangsgas durch ein Ausgangsgaseinführungsrohr und das Spülgas durch einen Spülgaseinlass eingeführt. Das Spülgas und der Wasserstoff treten über den Wasserstoffauslass aus, während die erzeugten Nebenprodukte und etwaiges nicht umgesetztes Gas über den Abgasauslass ausgestoßen werden.
  • Wie oben bereits erwähnt wurde, bieten Membranreaktoren im Vergleich zu herkömmlichen Reaktoren Vorteile, bedürfen jedoch noch der folgenden Verbesserungen.
    • (1) Die Wasserstoffbildungsreaktion, beispielsweise eine Dampfreformierungsreaktion, eine Dehydrierungsreaktion oder dergleichen, finden in einem Katalysator statt. Da es hinsichtlich der geometrischen Anordnung des Katalysators und der selektiv wasserstoffdurchlässigen Membran räumliche Einschränkungen gibt, ist es nicht möglich, in der Nähe des Katalysators eine selektiv wasserstoffdurchlässige Membran bereitzustellen, deren Fläche für die Entfernung des gebildeten Wasserstoffs ausreichend ist.
    • (2) Die Menge des durchgelassenen Wasserstoffs der selektiv wasserstoffdurchlässigen Membran muss gesteigert werden.
    • (3) Die Menge des durchgelassenen Wasserstoffs der selektiv wasserstoffdurchlässigen Membran wird durch die Differenz des Wasserstoffpartialdrucks zwischen dem Wasserstoffbildungsbereich X und dem Wasserstoffabtrennungsbereich Y bestimmt. Bei einem hohen Wasserstoffpartialdruck am Wasserstoffbildungsbereich X stellen sich aber die folgenden Probleme: (a) Der hohe Wasserstoffpartialdruck am Bereich X ist für die Umsetzung von Nachteil, da die Dampfreformierungsreaktion und die Dehydrierungsreaktion Volumenausdehnungsreaktionen sind, und (b) der hohe Wasserstoffpartialdruck am Bereich X sorgt für eine starke mechanische Belastung, die auf die selektiv wasserstoffdurchlässige Membran wirkt.
    • (4) In den Membranreaktoren aus den 6 und 8 ist der Wasserstoffpartialdruck am Wasserstoffbildungsbereich X nicht ausreichend niedrig.
    • (5) In dem in 7 dargestellten Membranreaktor ist das als Spülgas verwendete Ar-Gas teuer, und wenn das Ziel des Vorgangs die Wasserstoffbildung ist, ist zudem die Trennung von Ar und Wasserstoff in der Nachbearbeitung schwierig.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die oben aufgeführten Probleme des Stands der Technik zu mindern und (1) ein Verfahren zum Betreiben eines Membranreaktors, worin die Oberfläche der selektiv wasserstoffdurchlässigen Membran des Membranreaktors kleiner gemacht werden kann und dabei gleichzeitig der Vorteil des Erzielens einer höheren Umsetzungsreaktion bei niedrigen Temperaturen aufrechterhalten bleibt, sowie (2) einen Membranreaktor, der bei diesem Verfahren eingesetzt wird, bereitzustellen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Membranreaktors bereitgestellt, das die Bereitstellung eines Membranreaktors umfasst, in dem der in einem Wasserstoffbildungsbereich einer Reaktionskammer gebildete Wasserstoff über eine selektiv wasserstoffdurchlässige Membran zu einem Wasserstoffabtrennungsbereich der Reaktionskammer transportiert wird und dadurch die Umsetzung des Ausgangsgas in Wasserstoff verbessert ist, wobei dem Wasserstoffabtrennungsbereich Dampf und/oder Kohlendioxid zugeführt wird.
  • In der vorliegenden Erfindung ist die Struktur des Membranreaktors eine Struktur, in der der Wasserstoffbildungsbereich und der Wasserstoffabtrennungsbereich am Ausgangsgaseinlassabschnitt völlig getrennt voneinander sind und Wasser in den Wasserstoffabtrennungsbereich der Reaktionskammer eingespeist und im Wasserstoffabtrennungsbereich zu Dampf vergast wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zudem ein Membranreaktor bereitgestellt, umfassend eine Reaktionskammer, die eine mit einem Katalysator befüllten Wasserstoffbildungsbereich, einen Wasserstoffabtrennungsbereich und eine diese beiden Bereiche trennende, selektiv wasserstoffdurchlässige Membran umfasst, worin der durch die Reaktion eines Ausgangsgases im Wasserstoffbildungsbereich erzeugte Wasserstoff über die selektiv wasserstoffdurchlässige Membran in den Wasserstoffabtrennungsbereich transportiert und abgetrennt wird, wobei der Wasserstoffbildungsbereich und der Wasserstoffabtrennungsbereich in diesem Membranreaktor voneinander getrennt sind und ein Wasserspeisemittel zur Wasserzufuhr zum Wasserstoffabtrennungsbereich bereitgestellt ist.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Zeichnung, die einen dem Vergleich dienenden Membranreaktor zeigt.
  • 2 ist eine schematische Zeichnung, die einen weiteren dem Vergleich dienenden Membranreaktor zeigt.
  • 3 ist eine schematische Zeichnung, die ein Beispiel für einen Membranreaktor der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4 ist eine schematische Zeichnung, die einen weiteren dem Vergleich dienenden Membranreaktor zeigt.
  • 5 ist eine schematische Zeichnung, die einen weiteren dem Vergleich dienenden Membranreaktor zeigt.
  • 6 ist eine schematische Zeichnung, die ein Beispiel für einen herkömmlichen Membranreaktor zeigt.
  • 7 ist eine schematische Zeichnung, die ein weiteres Beispiel für einen herkömmlichen Membranreaktor zeigt.
  • 8 ist eine schematische Zeichnung, die ein weiteres Beispiel für einen herkömmlichen Membranreaktor zeigt.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Im Membranreaktor der vorliegenden Erfindung wird Dampf in den Wasserstoffabspaltungsbereich eingespeist, wodurch Wasserstoff so wie im Fall der Einführung eines herkömmlichen Spülgases nach außen ausgestoßen und der Wasserstoffpartialdruck im Wasserstoffabspaltungsbereich gesenkt wird. In der Folge vollzieht sich die Abtrennung und die Entfernung von Wasserstoff sehr rasch, und die Oberfläche der selektiv wasserstoffdurchlässigen Membran kann kleiner gemacht werden. Außerdem wird die geometrische Anordnung des Katalysators und der selektiv wasserstoffdurchlässigen Membran in der Reaktionskammer einfach.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Beispiele in ihren Einzelheiten beschrieben.
  • Wie bei der Vorrichtung aus 7, einem herkömmlichen, bekannten Membranreaktor, kann in der vorliegenden Erfindung Dampf anstelle des herkömmlich eingesetzten Argongases als Spülgas verwendet werden.
  • Wird Dampf als Spülgas verwendet, so mischt sich der Dampf mit Wasserstoff, kann dann aber einfach durch Kühlen aus dem Wasserstoff entfernt werden (Dampf wird zu Wasser). Wird hingegen Kohlendioxid verwendet, so geht das Kohlendioxid die folgende Rückreaktion mit Wasserstoff ein: CO2 + H2 → CO + H2O
  • Deshalb wird Dampf als Spülgas verwendet.
  • Ar ist als herkömmliches Spülgas teuer und benötigt große Vorrichtungen, wie etwa einen Adsorptionsseparator, Membranseparator und dergleichen, um vom Wasserstoff wieder abgespalten und entfernt zu werden. Auch bei der Verwendung von Stickstoff als Spülgas werden große Vorrichtungen, wie etwa einen Adsorptionsseparator, Membranseparator und dergleichen, benötigt.
  • In der Vorrichtung aus 7 sind das Gas aus dem Wasserstoffbildungsbereich und das Gas aus dem Wasserstoffabtrennungsbereich am Ausstoßabschnitt für das gebildete Gas voneinander getrennt, weshalb bei der Verwendung von Dampf und/oder Kohlendioxid als Spülgas ein wasserstoffhältiges Abgas aus dem Auslass 6 ausgestoßen und nicht die gesamte Menge des gebildeten Wasserstoffs gewonnen wird.
  • 1 ist eine schematische Zeichnung, die einen dem Vergleich dienenden Membranreaktor darstellt. In diesem Membranreaktor ist ein Ausgangsgaseinführungsabschnitt 10 mit einem Wasserstoffbildungsbereich X verbunden, und ein Dampf- und/oder Kohlendioxid-C-Einführungsabschnitt 11 ist direkt mit einem Wasserstoffabtrennungsbereich Y verbunden.
  • Im Membranreaktor 12 aus 1 besteht eine Reaktionskammer 14 aus einem mit einem Katalysator 13 befüllten Wasserstoffbildungsbereich X, einem katalysatorfreien Wasserstoffabtrennungsbereich Y und einer selektiv wasserstoffdurchlässigen Membran 15, die die beiden Bereiche trennt. Ein Ausgangsgaseinführungsabschnitt 10 und ein Dampf- und/oder Kohlendioxid-Einführungsabschnitt 11 sind durch ein Dichtungsmaterial 17 abgedichtet. Das Abgas aus dem Wasserstoffbildungsbereich X, das nicht reagiertes Ausgangsgas enthält, und das Wasserstoffgas aus dem Wasserstoffabtrennungsbereich Y, das Dampf- und/oder Kohlendioxid C enthält, sind nicht voneinander getrennt und können sich an einem Ausstoßabschnitt 16 für das gebildete Gas miteinander vermischen.
  • Im Beispiel aus 1 kontaktiert ein durch den Ausgangsgaseinführungsabschnitt 10 eingespeistes Ausgangsgas A einen Katalysator 13, um Wasserstoff zu bilden, und der gebildete Wasserstoff gelangt vom Wasserstoffbildungsbereich X über die selektiv wasserstoffdurchlässige Membran 15 in den Wasserstoffabtrennungsbereich Y und wird abgetrennt. Das Abgas aus dem Wasserstoffbildungsbereich X, das nicht reagiertes Ausgangsgas enthält, und das Wasserstoffgas aus dem Wasserstoffabtrennungsbereich Y, das Dampf- und/oder Kohlendioxid C enthält, können sich am Ausstoßabschnitt 16 für das gebildete Gas miteinander vermischen und werden über den Ausstoßabschnitt 16 ausgestoßen.
  • Das Beispiel aus 1, in dem sich das Gas aus dem Wasserstoffbildungsbereich und das Gas aus dem Wasserstoffabtrennungsbereich am Ausstoßabschnitt 16 für das gebildete Gas miteinander vermischen können, kann auf eine Dampfreformierungsreaktion angewendet werden, bei der große Mengen an Dampf im Reaktionssystem verwendet werden. In diesem Beispiel können die Isolierung zwischen dem Ausgangsgaseinführungsabschnitt und dem Dampf- und/oder Kohlendioxid-Einführungsabschnitt und die Durchlässigkeit der selektiv wasserstoffdurchlässigen Membran relativ schwach sein. In diesem Beispiel wird Wasserstoff erhalten, der das nicht umgesetzte Ausgangsgas und das Spülgas (Dampf- und/oder Kohlendioxid) enthält. Dieses Gasgemisch wird dann einem bekannten Abtrennungsverfahren zur Entfernung von CO, H2O und CO2 (CO2 wird gebildet, wenn die Reaktion fortschreitet) unterzogen, wodurch Wasserstoff von hohem Reinheitsgrad (etwa 95 % oder mehr) erhalten werden kann.
  • Die Vorrichtung aus 1 bietet außerdem den Vorteil, dass der gesamte bei der Reaktion gebildete Wasserstoff gewonnen werden kann, da sich das Gas aus dem Wasserstoffbildungsbereich und das Gas aus dem Wasserstoffabtrennungsbereich am Ausstoßabschnitt für das gebildete Gas miteinander vermischen können.
  • 2 ist eine schematische Zeichnung, die einen weiteren dem Vergleich dienenden Membranreaktor zeigt. Dieses Beispiel unterscheidet sich insofern von dem Beispiel aus 1, als dass kein Dichtungsmaterial zwischen dem Ausgangsgaseinführungsabschnitt 10 und dem Dampf- und/oder Kohlendioxid-C-Einführungsabschnitt 11 bereitgestellt ist und eine andere Durchlässigkeit angewendet wird.
  • Die 4 und 5 sind schematische Zeichnungen, die jeweils ein weiteres Vergleichsbeispiel für einen Membranreaktor zeigen. In beiden Beispielen 4 und 5 wird Wasser anstelle von Dampf in den Wasserstoffabtrennungsbereich der Reaktionskammer eingespritzt.
  • 3 ist eine schematische Zeichnung, die ein Beispiel für den Membranreaktor der vorliegenden Erfindung zeigt ist, bei dem Wasser in den Wasserstoffabtrennungsbereich der herkömmlichen Vorrichtung aus 6 eingespritzt wird. In 3 wird Wasser D über ein Wasserspeiserohr 20 in den Wasserstoffabtrennungsbereich eingespritzt; da die Temperatur des Membranreaktors 400 bis 600 °C beträgt, verdampft das eingespritzte Wasser und bildet Dampf; dieser Dampf übt die gleiche Wirkung aus, die oben bereits beschrieben wurde. 18 kennzeichnet einen Auslass für das Abgas, das nicht umgesetztes Ausgangsgas enthält, und 19 einen Auslass für den Wasserstoff, der Dampf und/oder Kohlendioxid enthält.
  • 4 ist ein Vergleichsbeispiel, bei dem Wasser in den Wasserstoffabtrennungsbereich des dem Vergleich dienenden Membranreaktors aus 1 eingespritzt wird. 5 ist ein Vergleichsbeispiel, bei dem Wasser in den Wasserstoffabtrennungsbereich des dem Vergleich dienenden Membranreaktors aus 2 eingespritzt wird.
  • Die Beispiele 3 bis 5 weisen im Vergleich zur Einspritzung von Hochdruckdampf den Vorteil auf, dass die Pumpe, der Kompressor und dergleichen einfach gehalten sein können.
  • Im vorliegenden Membranreaktor wird die Menge des in den Wasserstoffabtrennungsbereich eingespeisten Wassers basierend auf dem verwendeten Katalysator, der selektiv wasserstoffdurchlässigen Membran, der Menge des Ausgangsgases usw. experimentell auf ein optimales Niveau eingestellt, vorzugsweise aber entspricht sie zumindest in etwa der Menge des gebildeten Wasserstoffs.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Beispiel 1
  • Ein Katalysator und eine selektiv wasserstoffdurchlässige Pd-Ag-Membran, die von einem porösen Keramikmaterial (Durchmesser: 10 mm, Länge: 100 mm) getragen waren, wurden in der Reaktionskammer eines Membranreaktors mit der Struktur aus den 6, 7 oder 3 untergebracht.
  • Die Kammer wurde auf 450 °C erhitzt. C6H12 wurde als Ausgangsgas mit einer Rate von 1 Nl/min eingeführt, und der Auslass der Kammer wurde so geregelt, dass der Druck im Inneren der Kammer bei 3 kg/cm2G gehalten wurde. In die Kammer mit der Struktur aus 7 wurde Ar oder Dampf als Spülgas mit einer Rate von 2 Nl/min eingespeist. In die Kammer mit der Struktur aus 3 wurde Wasser mit einer Rate von 1,6 ml/min eingespeist.
  • C6H12:C6H6 wurde am Auslass des Abgases, das das nicht umgesetzte Ausgangsgas enthielt, durch Gaschromatographie gemessen. Während mit der Struktur aus 6, bei der kein Spülgas eingesetzt worden war, die Umsetzung der Reaktion 72 % betrug, belief sich die mit den Strukturen aus den 7 und 3 erzielte Umsetzung auf über 95 %.
  • Wurde Dampf verwendet, so wurden durch simples Kühlen 99 % oder mehr des Wasserstoffs gewonnen. Bei der Verwendung von Ar war eine Reinigung des Wasserstoffs mit den im Labor zur Verfügung stehenden Mitteln nicht möglich.
  • Beispiel 2 und Vergleichsbeispiele 1 bis 8
  • Ein Katalysator und eine selektiv wasserstoffdurchlässige Pd-Ag-Membran, die von einem porösen Keramikmaterial (Durchmesser: 10 mm, Länge: 100 mm) getragen waren, wurden in den jeweiligen Reaktionskammern der Membranreaktoren mit den Strukturen aus den 1 bis 8 untergebracht.
  • Die Kammern wurden auf 500 °C erhitzt. Ein Ausgangsgas und ein Spülgas (Ar, Dampf oder Wasser) wurden so wie in Tabelle 1 aufgeführt eingebracht. Der Auslass der Kammer wurde so geregelt, dass der Druck im Inneren der Kammer bei 8 kg/cm2G gehalten wurde.
  • Tabelle 1
    Figure 00120001
  • Am Ausstoßabschnitt wurde CH4 durch Gaschromatographie gemessen und anhand dessen die Umsetzung von CH4 bestimmt. Bei den Strukturen aus den 6 und 7 wurde die Menge des Wasserstoff enthaltenden Gases am Auslass gemessen und anhand dessen die Wasserstoffgewinnung bestimmt. Die Umsetzung in den Membranreaktoren mit den Strukturen aus den 1 bis 8 und die Gewinnung in den Membranreaktoren mit den Strukturen aus den 6 und 7 sind in Tabelle 2 aufgeführt.
  • Tabelle 2
    Figure 00130001
  • Vergleichsbeispiel 9
  • Ein Katalysator und eine selektiv wasserstoffdurchlässige Pd-Ag-Membran, die von einem porösen Keramikmaterial (Durchmesser: 10 mm, Länge: 100 mm) getragen waren, wurden in der Reaktionskammer eines Membranreaktors mit der Struktur aus den 6 oder 7 untergebracht.
  • Die Kammer wurde auf 450 °C erhitzt. C6H12 wurde als Ausgangsgas mit einer Rate von 1 Nl/min eingeführt, und der Auslass der Kammer wurde so geregelt, dass der Druck im Inneren der Kammer bei 3 kg/cm2G gehalten wurde. In die Kammer mit der Struktur aus 7 wurde Ar oder CO2 als Spülgas mit einer Rate von 2 Nl/min eingespeist.
  • C6H12:C6H6 wurde am Auslass des Abgases, das das nicht umgesetzte Ausgangsgas enthielt, durch Gaschromatographie gemessen. Während mit der Struktur aus 6, bei der kein Spülgas eingesetzt worden war, die Umsetzung der Reaktion 72 % betrug, belief sich die mit der Strukturen aus 7 erzielte Umsetzung auf über 95 %.
  • Wurde in der Struktur aus 7 CO2 als Spülgas verwendet, so wurden durch eine herkömmliche Adsorptionstrennung 95 % oder mehr des Wasserstoffs gewonnen.
  • Vergleichsbeispiele 10 bis 15
  • Ein Katalysator und eine selektiv wasserstoffdurchlässige Pd-Ag-Membran, die von einem porösen Keramikmaterial (Durchmesser: 10 mm, Länge: 100 mm) getragen waren, wurden in den jeweiligen Reaktionskammern der Membranreaktoren mit den Strukturen aus den 1, 2, 6, 7 und 8 untergebracht.
  • Die Kammern wurden auf 500 °C erhitzt. Ein Ausgangsgas und ein Spülgas (Ar oder CO2) wurden so wie in Tabelle 3 aufgeführt eingebracht. Der Auslass der Kammer wurde so geregelt, dass der Druck im Inneren der Kammer bei 8 kg/cm2G gehalten wurde.
  • Tabelle 3
    Figure 00140001
  • Am Ausstoßabschnitt wurde CH4 durch Gaschromatographie gemessen und anhand dessen die Umsetzung von CH4 bestimmt. Bei den Strukturen aus den 6 und 7 wurde die Menge des Wasserstoff enthaltenden Gases am Auslass gemessen und anhand dessen die Wasserstoffgewinnung bestimmt. Die Umsetzung in den Membranreaktoren mit den Strukturen aus den 1, 2, 6, 7 und 8 und die Gewinnung in den Membranreaktoren mit den Strukturen aus den 6 und 7 sind in Tabelle 4 aufgeführt.
  • Tabelle 4
    Figure 00150001
  • Wie oben beschrieben wurde, kann die Oberfläche der selektiv wasserstoffdurchlässigen Membran des Membranreaktors beim Verfahren zum Betreiben eines Membranreaktors gemäß der vorliegenden Erfindung kleiner gemacht werden und dabei gleichzeitig der Vorteil des Membranreaktors, eine höhere Umsetzung bei der Reaktion bei niedrigen Temperaturen zu erzielen, beibehalten werden.

Claims (2)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Membranreaktors (12) mit einem Wasserstoffbildungsbereich (X), einem Wasserstoffabtrennungsbereich (Y) und einer Membran (15), die selektiv wasserstoffdurchlässig ist, worin das Verfahren das Einbringen von Ausgangsgas in den Wasserstoffbildungsbereich (X) und von Dampf in den Wasserstoffabtrennungsbereich (Y) in einer Zone umfasst, in der der Wasserstoffbildungsbereich (X) und der Wasserstoffabtrennungsbereich (Y) vollständig voneinander getrennt sind, sodass sich das Ausgangsgas und der Dampf nicht vermischen kön nen und sich aus dem Wasserstoffbildungsbereich (X) austretendes Gas und aus dem Wasserstoffabtrennungsbereich (Y) austretendes Gas nicht vermischen können, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf durch Einspeisen von Wasser in den Wasserstoffabtrennungsbereich (Y) eingebracht wird, sodass dieses zu Dampf verdampft.
  2. Membranreaktor, umfassend eine Reaktionskammer, die einen einen Katalysator enthaltenden Wasserstoffbildungsbereich (X), einen Wasserstoffabtrennungsbereich (Y) und eine Membran (15) umfasst, die selektiv wasserstoffdurchlässig ist und diese beiden Bereiche trennt, sodass beim Betrieb der im Wasserstoffbildungsbereich (X) erzeugte Wasserstoff in den Wasserstoffabtrennungsbereich (Y) gelangt, wobei die Reaktionskammer weiters eine Ausgangsgaseinführungszone (10) in Kommunikation mit dem Wasserstoffbildungsbereich (X), eine Dampfeinführungszone in Kommunikation mit dem Wasserstoffabtrennungsbereich (Y) umfasst, worin die Ausgangsgaseinführungszone und die Dampfeinführungszone voneinander getrennt sind, sodass sich bei der Verwendung das Ausgangsgas und Dampf nicht vermischen können, und worin der Wasserstoffbildungsbereich (X) und der Wasserstoffabtrennungsbereich (Y) vollständig voneinander getrennt sind, sodass sich bei der Verwendung aus dem Wasserstoffbildungsbereich (X) austretendes Gas und aus dem Wasserstoffabtrennungsbereich (Y) austretendes Gas nicht vermischen können, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Wasserspeiserohr (20) zum Einspeisen von Wasser in den Wasserstoffabtrennungsbereich (Y) aufweist, um Dampf in die Dampfeinführungszone einzuführen, sodass bei der Verwendung das Wasser im Wasserstoffabtrennungsbereich (Y) zu Dampf verdampft.
DE69830349T 1997-03-18 1998-03-17 Verfahren zum Betreiben eines Membranreaktors und dafür verwendeter Membranreaktor Expired - Lifetime DE69830349T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP06472597A JP3839545B2 (ja) 1997-03-18 1997-03-18 メンブレンリアクタの操作方法及びそれに用いるメンブレンリアクタ
JP6472597 1997-03-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69830349D1 DE69830349D1 (de) 2005-06-30
DE69830349T2 true DE69830349T2 (de) 2006-02-02

Family

ID=13266423

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69830348T Expired - Fee Related DE69830348T2 (de) 1997-03-18 1998-03-17 Verfahren zum Betreiben eines Membranreaktors und dafür verwendeter Membranreaktor
DE69830349T Expired - Lifetime DE69830349T2 (de) 1997-03-18 1998-03-17 Verfahren zum Betreiben eines Membranreaktors und dafür verwendeter Membranreaktor
DE69823906T Expired - Fee Related DE69823906T2 (de) 1997-03-18 1998-03-17 Verfahren zum Betreiben eines Membranreaktor und dafür verwendeter Membranreaktor

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69830348T Expired - Fee Related DE69830348T2 (de) 1997-03-18 1998-03-17 Verfahren zum Betreiben eines Membranreaktors und dafür verwendeter Membranreaktor

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69823906T Expired - Fee Related DE69823906T2 (de) 1997-03-18 1998-03-17 Verfahren zum Betreiben eines Membranreaktor und dafür verwendeter Membranreaktor

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6228147B1 (de)
EP (3) EP1418156B1 (de)
JP (1) JP3839545B2 (de)
DE (3) DE69830348T2 (de)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6923944B2 (en) * 2000-07-07 2005-08-02 Robert E. Buxbaum Membrane reactor for gas extraction
JP4823442B2 (ja) * 2001-07-02 2011-11-24 株式会社ノリタケカンパニーリミテド ガス分離材及びその製造方法並びにリアクター
US7312440B2 (en) * 2003-01-14 2007-12-25 Georgia Tech Research Corporation Integrated micro fuel processor and flow delivery infrastructure
US20050039401A1 (en) * 2003-08-12 2005-02-24 Daimlerchrysler Ag Apparatus for generating virtually pure hydrogen for fuel cells
CN1913953A (zh) * 2004-01-26 2007-02-14 日本碍子株式会社 选择透过膜型反应器
CA2556280C (en) 2004-02-09 2009-10-27 Ngk Insulators, Ltd. Process for reforming hydrocarbons with carbon dioxide by the use of a selectively permeable membrane reactor
US20060090649A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-04 Wei Liu High separation area membrane module
US7169213B2 (en) * 2004-10-29 2007-01-30 Corning Incorporated Multi-channel cross-flow porous device
WO2006069991A2 (en) * 2004-12-31 2006-07-06 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Integrated separation and preparation process
JP5015766B2 (ja) * 2005-02-04 2012-08-29 日本碍子株式会社 選択透過膜型反応器
JP5037877B2 (ja) * 2006-08-25 2012-10-03 日本碍子株式会社 選択透過膜型反応器及び水素ガスの製造方法
US7648566B2 (en) * 2006-11-09 2010-01-19 General Electric Company Methods and apparatus for carbon dioxide removal from a fluid stream
WO2008147458A1 (en) * 2006-11-28 2008-12-04 Georgia Tech Research Corporation Droplet impingement chemical reactors and methods of processing fuel
US7966829B2 (en) * 2006-12-11 2011-06-28 General Electric Company Method and system for reducing CO2 emissions in a combustion stream
JP5347330B2 (ja) * 2008-05-21 2013-11-20 日産自動車株式会社 水素生成装置
DE102010010822A1 (de) * 2010-03-10 2011-09-15 Eads Deutschland Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoffgas durch Dehydrogenierung von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen
US8865950B2 (en) 2011-08-10 2014-10-21 Saudi Arabian Oil Company Olefin hydration process with an integrated membrane reactor
TWI495510B (zh) * 2013-10-29 2015-08-11 Atomic Energy Council Fibrous membrane reaction device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4048029A (en) * 1976-07-01 1977-09-13 Suntech, Inc. Manufacture of hydrogen
US4981676A (en) 1989-11-13 1991-01-01 Minet Ronald G Catalytic ceramic membrane steam/hydrocarbon reformer
JPH05194281A (ja) 1992-01-23 1993-08-03 Nippon Oil Co Ltd 炭化水素類の脱水素方法
JP3217447B2 (ja) 1992-05-27 2001-10-09 三菱重工業株式会社 脱水素反応用メンブレンリアクタ
EP0615949B1 (de) 1993-03-16 1999-09-15 Tokyo Gas Co., Ltd. Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff
JPH092802A (ja) * 1995-06-20 1997-01-07 Tokyo Gas Co Ltd 水素製造装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE69830348D1 (de) 2005-06-30
EP1418156B1 (de) 2005-05-25
DE69823906D1 (de) 2004-06-24
EP0866030B1 (de) 2004-05-19
JPH10259002A (ja) 1998-09-29
US6228147B1 (en) 2001-05-08
EP1418155B1 (de) 2005-05-25
DE69830349D1 (de) 2005-06-30
JP3839545B2 (ja) 2006-11-01
EP1418155A1 (de) 2004-05-12
EP0866030A1 (de) 1998-09-23
DE69823906T2 (de) 2005-05-25
DE69830348T2 (de) 2006-02-02
EP1418156A1 (de) 2004-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69830349T2 (de) Verfahren zum Betreiben eines Membranreaktors und dafür verwendeter Membranreaktor
DE60025124T2 (de) Methode und Vorrichtung zur Wasserstoffherstellung mittels Reformierung
DE60113070T2 (de) Verfahren zur herstellung von kohlenmonoxid mit einem geeignetem katalysator mittels umgekehrter konvertierung
EP0167101A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Umsetzung von Wasserdampf mit Kohle oder Kohlenwasserstoff
EP3307675B1 (de) Mehrdruckverfahren zur herstellung von ammoniak
DE102005006571A1 (de) Verfahren zur Sauerstoffanreicherung in Gasen, dafür geeignete Anlagen sowie deren Verwendung
WO2010000375A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von wasserstoff
DE3922446A1 (de) Verfahren und reaktor zum reformieren von kohlenwasserstoff(en)
EP3219697A1 (de) Methanolsynthese aus synthesegasen mit wasserstoffmangel
EP3511441A1 (de) Herstellung eines kohlenmonoxid enthaltenden gasprodukts
DE102015202681A1 (de) Verfahren zur Durchführung einer chemischen Synthese
DE69834283T2 (de) Vorrichtung zur Zurückgewinnung, Raffination und Speicherung von Wasserstoffgas
EP1427668B9 (de) Vorrichtung zur erzeugung von wasserstoff
DE10162202B4 (de) Kohlenwasserstoff-Reformer
EP3401280B1 (de) Verfahren zur herstellung von ammoniak
WO2017157925A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur behandlung eines gasgemischs
DE3518362A1 (de) Verfahren zur herstellung von methanol
DE102019007672A1 (de) Verfahren und Anlage zur Herstellung von Monoethylenglycol
DE10136769A1 (de) Reformereinheit zur Erzeugung eines Reformats
WO2019137827A1 (de) Herstellung eines kohlenmonoxid enthaltenden gasprodukts
DE10051563A1 (de) Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoff
DE102014209635A1 (de) Herstellung von Synthesegas mit zwei autothermen Reformern
WO2014044385A1 (de) Verfahren zur herstellung von acetylen oder/und ethylen
DE19954981C1 (de) Reaktoranlage zur Umsetzung eines Einsatzstoffs unter Sauerstoffbeteiligung
EP4324786A1 (de) Verfahren und anlage zur bereitstellung von synthesegas und zur herstellung von methanol

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition