EA008527B1 - Мембранный модуль для переноса ионов и мембранная система - Google Patents
Мембранный модуль для переноса ионов и мембранная система Download PDFInfo
- Publication number
- EA008527B1 EA008527B1 EA200400912A EA200400912A EA008527B1 EA 008527 B1 EA008527 B1 EA 008527B1 EA 200400912 A EA200400912 A EA 200400912A EA 200400912 A EA200400912 A EA 200400912A EA 008527 B1 EA008527 B1 EA 008527B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- pressure vessel
- gas
- modules
- membrane
- stream
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 327
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 336
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 139
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 139
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 126
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 40
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 37
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 229910003455 mixed metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 53
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 31
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 24
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 19
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 claims description 17
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 17
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 15
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 12
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 12
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N strontium oxide Chemical compound [O-2].[Sr+2] IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 10
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 10
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 10
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 10
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical class [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 7
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 claims description 6
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 6
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- BDAGIHXWWSANSR-NJFSPNSNSA-N hydroxyformaldehyde Chemical compound O[14CH]=O BDAGIHXWWSANSR-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 6
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910000018 strontium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 6
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 4
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 3
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 240000006240 Linum usitatissimum Species 0.000 claims 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 claims 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 13
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 abstract description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 81
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 45
- 239000000047 product Substances 0.000 description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 21
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 18
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 16
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 11
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 10
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 8
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 8
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 4
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 4
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 description 1
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000004401 flow injection analysis Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 238000009421 internal insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 238000006276 transfer reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/14—Dynamic membranes
- B01D69/141—Heterogeneous membranes, e.g. containing dispersed material; Mixed matrix membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/14—Dynamic membranes
- B01D69/141—Heterogeneous membranes, e.g. containing dispersed material; Mixed matrix membranes
- B01D69/148—Organic/inorganic mixed matrix membranes
-
- 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
- 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
- B01D53/228—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 characterised by specific membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
-
- 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
- B01D63/08—Flat membrane modules
- B01D63/082—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/024—Oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/024—Oxides
- B01D71/0271—Perovskites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
- C01B13/02—Preparation of oxygen
- C01B13/0229—Purification or separation processes
- C01B13/0248—Physical processing only
- C01B13/0251—Physical processing only by making use of membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
- B01D2313/14—Specific spacers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2319/00—Membrane assemblies within one housing
- B01D2319/02—Elements in series
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
- B01D2323/12—Specific ratios of components used
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
- C01B2210/0043—Impurity removed
- C01B2210/0046—Nitrogen
Abstract
Мембранная система для переноса ионов, содержащая (а) сосуд высокого давления, имеющий внутреннюю часть, наружную часть, вход и выход; (b) множество плоских мембранных модулей для переноса ионов, расположенных внутри сосуда высокого давления и установленных последовательно, каждый мембранный модуль включает смешанный металлооксидный керамический материал и имеет внутреннюю область и внешнюю область, причем любой вход и любой выход в сосуде высокого давления соединены в потоке с наружными областями мембранных модулей; и (с) одну или несколько газовых магистралей, соединенных в потоке с внутренними областями мембранных модулей и с наружной областью сосуда высокого давления. Мембранная система для переноса ионов может быть использована в газоразделительном устройстве для извлечения кислорода из кислородсодержащего газа или в качестве окислительного реактора для окисления соединений в исходном газовом потоке кислородом, проникшим через смешанный металлооксидный материал мембранных модулей.
Description
Изобретение относится к мембранной системе для переноса ионов, которая может быть использована в газоразделительном устройстве, например, для извлечения кислорода из кислородсодержащего газа или в качестве окислительного реактора для окисления соединений в исходном газовом потоке кислородом, проникшим через смешанный металлооксидный материал мембранных модулей.
Проникновение ионов кислорода через керамические мембраны для переноса ионов является основой множества устройств для разделения газов и систем окислительного реактора, работающих при высоких температурах, в которых проникающий кислород извлекают со стороны проникновения в виде кислородного продукта высокой чистоты или осуществляют взаимодействие со стороны проникновения с окисляемыми соединениями с образованием окисленных или частично окисленных продуктов. Практическое применение упомянутых газоразделительных устройств и систем окислительного реактора требует мембранных узлов, имеющих большие удельные поверхности, устройств для контакта исходного газа с рабочими сторонами мембран и устройств для отвода газообразного продукта со стороны проникновения мембран. Такие мембранные узлы могут включать большое число отдельных мембран, расположенных и собранных в модули, имеющие соответствующий газопровод для введения исходного газа в модули и отвода газообразного продукта из модулей.
Мембраны для переноса ионов могут быть получены либо плоской, либо кольцевой конфигурации. В случае плоской конфигурации готовят множество плоских керамических пластин и собирают в пакеты или модули, содержащие трубчатые средства для пропускания исходного газа над плоскими мембранами и отвода газообразного продукта от стороны проникновения плоских мембран. В случае кольцевой конфигурации множество керамических трубок могут быть расположены в конфигурациях байонета или оболочка-и-труба с соответствующими трубчатыми листовыми узлами для изоляции сторон подачи сырья и проникновения в множестве трубок.
Отдельные мембраны, используемые в модулях плоской или трубчатой конфигурации, обычно включают в себя очень тонкие слои активного мембранного материала, нанесенного на материал, имеющий большие поры или каналы, которые позволяют газу протекать к поверхностям активных мембранных слоев и от них. Материал керамической мембраны и компоненты мембранных модулей могут подвергаться воздействию значительных механических напряжений в процессе нормальной стационарной работы и особенно в процессе нестабильных условий при включении, выключении и сбоев. Такие напряжения могут быть вызваны тепловым расширением и сжатием керамического материала и изменениями в размерах, вызванными химическим составом, или изменениями кристаллической структуры вследствие изменений в стехиометрии кислорода материала мембраны. Упомянутые модули могут работать в условиях значительных разниц в давлении по поперечному сечению мембраны и мембранных уплотнителей, и напряжения, вызванные этими разницами давления, следует принимать во внимание при конструировании мембранного модуля. Кроме того, относительная важность этих явлений может различаться в зависимости от того, работают ли модули для разделения газов или служат для окисления. Возможные рабочие проблемы, вызванные этим явлением, могут иметь значительное отрицательное влияние на чистоту извлекаемых продуктов и на рабочий срок службы мембраны.
Задачей изобретения является создание усовершенствованного мембранного модуля и конструкции сосуда для систем высокотемпературных керамических мембранных реакторов, которые бы позволили решить упомянутые возможные рабочие проблемы. Такие конструкции должны включать отличительные особенности, обеспечивающие осуществление эффективной работы, длительный срок службы мембраны, минимальные капитальные вложения и возможность специфицировать мембранные системы в широком интервале показателей производительности. Варианты осуществления изобретения, раскрытые в данном описании, относятся к упомянутым конструкционным проблемам и включают усовершенствованные конструкции модуля и сосуда как для процесса получения кислородного продукта, так и для окислительных систем.
Вариант осуществления изобретения относится к мембранной системе для переноса ионов, включающей сосуд высокого давления, имеющий внутреннюю часть, наружную часть, вход и выход; множество плоских мембранных модулей для переноса ионов, расположенных внутри сосуда высокого давления и установленных последовательно, каждый мембранный модуль включает смешанный металлооксидный керамический материал и имеет внутреннюю область и наружную область, причем любой вход и любой выход в сосуде высокого давления соединены в потоке с наружными областями мембранных модулей; при этом одна или несколько газовых магистралей соединены в потоке с внутренними областями мембранных модулей и с внешней областью сосуда высокого давления.
Каждый плоский мембранный модуль обычно включает множество панелей, имеющих плоские параллельные поверхности; сосуд высокого давления может быть цилиндрическим и может иметь оси, параллельные некоторым или всем плоским параллельным поверхностям панелей.
Система дополнительно может включать короб для удерживания потока, расположенный внутри сосуда высокого давления, причем короб для удерживания потока газа окружает множество плоских мембранных модулей для переноса ионов и соединен в потоке с любым входом и любым выходом сосуда высокого давления. Одна или несколько газовых магистралей может включать магистраль ввода и магистраль вывода; внутренняя область любого плоского мембранного модуля может быть соединена в пото
- 1 008527 ке с магистралью ввода через вторичную магистраль ввода и может быть соединена в потоке с магистралью вывода через первичную магистраль вывода; и внутри короба для удержания потока вторичная магистраль ввода и первичная магистраль вывода любого плоского мембранного модуля могут быть объединены с образованием гнездовой магистрали. Короб для удерживания потока может включать стойкий к окислению металлический сплав, содержащий железо и один или несколько элементов, выбранных из группы, включающей никель и хром.
Одна или несколько газовых магистралей может быть расположена внутри сосуда высокого давления или снаружи сосуда высокого давления. Одна или несколько газовых магистралей может быть изолирована изнутри, снаружи или изнутри и снаружи.
По меньшей мере два плоских мембранных модуля для переноса ионов образуют ось модуля, причем сосуд высокого давления может быть цилиндрическим и может иметь ось, параллельную оси модуля. По меньшей мере два плоских мембранных модуля для переноса ионов могут определять ось модуля, причем сосуд высокого давления может быть цилиндрическим и может иметь ось, перпендикулярную оси модуля.
Система может дополнительно включать изоляцию, расположенную внутри сосуда высокого давления. Изоляция может быть расположена в области между внутренней поверхностью сосуда высокого давления и мембранным модулем, причем изоляция образует полость, которая окружает мембранные модули, и полость соединена в потоке с любым входом и любым выходом сосуда высокого давления. В альтернативном варианте изоляция может находиться в контакте с внутренней поверхностью сосуда высокого давления. В другом альтернативном варианте изоляция может не контактировать с внутренней поверхностью сосуда высокого давления. Еще в другом альтернативном варианте система может дополнительно включать короб для удерживания потока, расположенный внутри сосуда высокого давления, причем плоские мембранные модули для переноса ионов расположены внутри короба, и при этом изоляция расположена между внутренней поверхностью сосуда высокого давления и внешней поверхностью короба.
Изоляция может: (а) контактировать с внутренней поверхностью сосуда высокого давления и не контактировать с наружной поверхностью короба; (Ь) контактировать с внутренней поверхностью сосуда высокого давления и контактировать с наружной поверхностью короба; (с) не контактировать с внутренней поверхностью сосуда высокого давления и не контактировать с наружной поверхностью короба; или (ά) не контактировать с внутренней поверхностью сосуда высокого давления и контактировать с наружной поверхностью короба.
Система может дополнительно включать короб для удерживания потока, расположенный внутри сосуда высокого давления и соединенный в потоке со входом и выходом сосуда высокого давления, причем плоские мембранные модули для переноса ионов расположены внутри короба, причем изоляция расположена между внутренней поверхностью короба и мембранными модулями, и при этом изоляция образует полость, которая окружает мембранные модули и соединена в потоке с любым входом и любым выходом сосуда высокого давления. Система может дополнительно включать изоляцию вокруг наружной части сосуда высокого давления.
Одна или несколько газовых магистралей может включать металл, а модули для переноса ионов могут включать керамику, причем соединение между одной или несколькими газовыми магистралями и модулями может включать уплотнители керамика-к-металлу, и при этом уплотнители керамика-кметаллу могут быть окружены изоляцией.
Изоляция может включать один или несколько материалов, выбранных из группы, включающей волокнистый оксид алюминия, волокнистый алюмосиликат, пористый оксид алюминия, пористый алюмосиликат. Изоляция может включать один или несколько материалов, выбранных из группы, включающей оксид магния, оксид кальция, оксид меди, карбонат кальция, карбонат натрия, карбонат стронция, оксид цинка, оксид стронция и перовскиты, содержащие щелочно-земельные металлы.
Система может дополнительно включать защитный слой, расположенный между любым входом сосуда высокого давления и первым мембранным модулем. Этот защитный слой может содержать один или несколько материалов, выбранных из группы, включающей оксид магния, оксид кальция, оксид меди, карбонат кальция, карбонат натрия, карбонат стронция, оксид цинка, оксид стронция и перовскиты, содержащие щелочно-земельные металлы.
Мембранная система для переноса ионов может дополнительно содержать:
(a) один или несколько дополнительных сосудов высокого давления, каждый из которых имеет внутреннюю часть, наружную часть, вход и выход;
(b) множество плоских мембранных модулей для переноса ионов, расположенных внутри каждого из одного или нескольких сосудов высокого давления и установленных последовательно, причем каждый мембранный модуль включает смешанный металлооксидный керамический материал и имеет внутреннюю область и наружную область, причем любой вход и любой выход сосуда высокого давления соединен в потоке с наружными областями мембранных модулей; и (c) одну или несколько газовых магистралей, соединенных в потоке с внутренними областями мембранных модулей и с наружной частью сосуда высокого давления;
причем по меньшей мере два сосуда высокого давления расположены последовательно, так что вы
- 2 008527 ход одного сосуда высокого давления соединен в потоке со входом другого сосуда высокого давления.
В альтернативном варианте мембранная система для переноса ионов может дополнительно включать:
(a) один или несколько дополнительных сосудов высокого давления, каждый из которых имеет внутреннюю часть, наружную часть, вход и выход;
(b) множество плоских мембранных модулей для переноса ионов, расположенных внутри каждого одного или нескольких сосудов высокого давления и установленных последовательно, каждый мембранный модуль включает смешанный металлооксидный керамический материал и имеет внутреннюю область и наружную область, причем любой вход и любой выход сосуда высокого давления соединен в потоке с наружными областями мембранных модулей; и (c) одну или несколько газовых магистралей, соединенных в потоке с внутренними областями мембранных модулей и с наружной частью сосуда высокого давления;
причем по меньшей мере два сосуда высокого давления установлены параллельно, так что любой вход одного сосуда высокого давления и любой вход другого сосуда высокого давления соединены в потоке с общим трубопроводом для подачи сырья.
Система может дополнительно включать дополнительное множество плоских мембранных модулей для переноса ионов, расположенных внутри сосуда высокого давления и установленных последовательно, причем множество плоских мембранных модулей для переноса ионов и дополнительное множество плоских мембранных модулей для переноса ионов расположены на параллельных осях.
Дополнительный вариант осуществления изобретения относится к мембранной системе для переноса ионов, включающей:
(a) сосуд высокого давления, имеющий внутреннюю часть, наружную часть, вход и выход;
(b) множество плоских мембранных модулей для переноса ионов, расположенных внутри сосуда высокого давления и установленных последовательными блоками модулей, каждый блок содержит два или несколько модулей параллельно, каждый мембранный модуль включает смешанный металлооксидный керамический материал и имеет внутреннюю область и наружную область, причем любой вход и любой выход сосуда высокого давления соединены в потоке с наружными областями мембранных модулей; и (c) одну или несколько газовых магистралей, соединенных в потоке с внутренними областями мембранных модулей и с наружной частью сосуда высокого давления.
Альтернативный вариант осуществления изобретения относится к мембранной системе для переноса ионов, включающей:
(a) сосуд высокого давления, имеющий внутреннюю часть, наружную часть, вход и выход;
(b) множество мембранных модулей для переноса ионов, расположенных внутри сосуда высокого давления и установленных последовательно, каждый мембранный модуль включает смешанный металлооксидный материал и имеет внутреннюю область и наружную область, причем любой вход и выход сосуда высокого давления соединены в потоке с наружными областями мембранных модулей; и (c) одну или несколько газовых магистралей, расположенных внутри сосуда высокого давления и соединенных в потоке с внутренними областями мембранных модулей и с наружной частью сосуда высокого давления.
Другой альтернативный вариант осуществления изобретения относится к мембранной системе для переноса ионов, включающей:
(a) сосуд высокого давления, имеющий внутреннюю часть, наружную часть, вход и выход;
(b) пакет мембран или модульный узел, расположенный внутри сосуда высокого давления, причем узел имеет множество плоских панелей, включающих смешанный металлооксидный керамический материал, каждая панель имеет внутреннюю область и наружную область, и множество полых керамических прокладок, при этом пакет или модульный узел образован чередующимися панелями и прокладками, так что внутренние части панелей соединены в потоке через полые прокладки, панели ориентированы параллельно друг другу, а чередующиеся прокладки и панели ориентированы коаксиально с образованием пакета или модуля, так что панели расположены перпендикулярно оси пакета или модуля;
(c) закрытый узел газовой магистрали, расположенный вокруг мембранного пакета или модульного узла внутри сосуда высокого давления, причем закрытый узел разделяет пакет или модуль по меньшей мере на первую зону панели и вторую зону панели, соединяет в потоке любой вход сосуда высокого давления с наружными областями панелей в первой зоне панели и соединяет в потоке наружные области панелей в первой зоне панели последовательно с наружными областями панелей второй зоны панели.
Упомянутая мембранная система для переноса ионов может дополнительно включать множество дополнительных зон панелей, образованных закрытым узлом газовой магистрали, причем закрытый узел соединяет в потоке дополнительные зоны панелей последовательно друг с другом, и при этом одна из дополнительных зон панелей соединена в потоке с любым выходом сосуда высокого давления.
Другой вариант осуществления изобретения включает способ извлечения кислорода из кислородсодержащего газа, при котором:
(а) обеспечивают мембранную разделительную систему для переноса ионов, включающую (1) сосуд высокого давления, имеющий внутреннюю часть, наружную часть, вход и выход, (2) множество плоских мембранных модулей для переноса ионов, расположенных внутри сосуда
- 3 008527 высокого давления и установленных последовательно, причем каждый мембранный модуль включает смешанный металлооксидный керамический материал и имеет внутреннюю область и наружную область, при этом любой вход и любой выход сосуда высокого давления соединены в потоке с наружными областями мембранных модулей, и (3) одну или несколько газовых магистралей, соединенных в потоке с внутренними областями мембранных модулей и с наружной частью сосуда высокого давления;
(b) обеспечивают нагретый, находящийся под давлением кислородсодержащий исходный газовый поток, вводят исходный газовый поток через любой вход сосуда высокого давления в наружные области мембранных модулей и осуществляют контакт исходного газового потока со смешанным металлооксидным керамическим материалом;
(c) обеспечивают проникновение ионов кислорода через смешанный металлооксидный керамический материал, получение газообразного кислородного продукта высокой чистоты во внутренних областях мембранных модулей и отвод газообразного кислородного продукта высокой чистоты из внутренних областей мембранных модулей через газовые магистрали в наружную часть сосуда высокого давления; и (б) отводят обедненный кислородом кислородсодержащий газ через любой выход сосуда высокого давления.
Давление кислородсодержащего исходного газа обычно больше, чем давление газообразного кислородного продукта высокой чистоты. Мембранная разделительная система для переноса ионов дополнительно может включать короб для удерживания потока, который имеет внутреннюю и наружную части и расположен внутри сосуда высокого давления, при этом короб для удерживания потока окружает множество плоских мембранных модулей для переноса ионов и соединен в потоке с любым входом и любым выходом сосуда высокого давления, так что кислородсодержащий исходный газ проходит по внутренней части короба для удерживания потока.
Разность давлений между внутренней и наружной частью короба для удерживания потока в любой точке между входом и выходом сосуда высокого давления может поддерживаться на величине, равной или больше нуля, при этом давление внутри короба может быть равным или больше, чем давление в сосуде высокого давления снаружи от короба.
Другой вариант осуществления изобретения относится к способу окисления, при котором:
(a) обеспечивают систему мембранного реактора для переноса ионов, включающую (1) сосуд высокого давления, имеющий внутреннюю часть, наружную часть, вход и выход, (2) множество плоских мембранных модулей для переноса ионов, расположенных внутри сосуда высокого давления и установленных последовательно, причем каждый мембранный модуль включает смешанный металлооксидный керамический материал и имеет внутреннюю область и наружную область, при этом любой вход и любой выход сосуда высокого давления соединены в потоке с наружными областями мембранных модулей, и (3) одну или несколько газовых магистралей, соединенных в потоке с внутренними областями мембранных модулей и в наружной частью сосуда высокого давления;
(b) обеспечивают нагретый, находящийся под давлением газового потока исходный реагент, вводят газовый поток исходного реагента через любой вход сосуда высокого давления во внешние области мембранных модулей;
(c) обеспечивают кислородсодержащий газообразный окислитель во внутренние области мембранных модулей и проникновение ионов кислорода через смешанный металлооксидный керамический материал для взаимодействия кислорода с компонентами газообразного потока исходного реагента в наружных областях мембранных модулей с образованием продуктов окисления и отводят продукты окисления из наружных областей мембранных модулей через любой выход в наружную часть сосуда высокого давления с обеспечением потока продукта окисления; и (б) осуществляют отвод обедненного кислородом кислородсодержащего газа из внутренних областей мембранных модулей через одну или несколько магистралей в наружную часть сосуда высокого давления.
В данном варианте осуществления давление находящегося под давлением газового потока исходного реагента обычно больше, чем давление кислородсодержащего газообразного окислителя. Мембранная реакционная система для переноса ионов может дополнительно включать короб для удерживания потока, который имеет внутреннюю и наружную части и расположен внутри сосуда высокого давления, причем короб для удерживания потока окружает множество плоских мембранных модулей для переноса ионов и соединен в потоке с входом и выходом сосуда высокого давления, так что находящийся под давлением газообразный поток исходного реагента проходит по внутренней части короба для удерживания потока.
Разность давлений между внутренней и наружной частью короба для удерживания потока в любой точке между входом и выходом сосуда высокого давления можно поддерживать на величине, равной или большей нуля, а давление внутри короба может быть равным или больше, чем давление во внешней части сосуда высокого давления снаружи от короба.
Находящийся при повышенном давлении газовый поток исходного реагента может включать один или несколько углеводородов, содержащих один или несколько атомов углерода, один их которых может
- 4 008527 включать метан. Поток продукта окисления может включать водород и оксиды углерода.
Другой вариант осуществления изобретения относится к системе мембранного реактора для переноса ионов, содержащей:
(a) сосуд высокого давления, имеющий внутреннюю часть, наружную часть, вход и выход;
(b) множество мембранных модулей для переноса ионов, расположенных внутри сосуда высокого давления, причем первое множество модулей расположено последовательно; и (c) катализатор, расположенный между любыми двумя мембранными модулями в первом множестве модулей.
Система реактора может дополнительно включать второе множество модулей, расположенных последовательно, причем первое множество модулей расположено параллельно второму множеству модулей.
В данной системе реактора катализатор может быть расположен между любыми модулями, которые расположены параллельно, между любыми модулями, которые расположены последовательно, или между любыми модулями, которые расположены параллельно, и между любыми модулями, которые расположены последовательно. Катализатор может включать один или несколько металлов или соединений, содержащих металлы, выбранные из группы, включающей никель, кобальт, платину, золото, палладий, родий, рутений и железо. Катализатор может быть помещен между рядом модулей, расположенных последовательно, и активность катализатора может меняться в различных точках расположения между модулями, расположенными последовательно.
Сущность изобретения поясняется на чертежах.
На фиг. 1 представлен вид спереди пакета мембранных панелей или модуля, предназначенного для использования в процессах извлечения кислорода или окисления, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2А представлен вид сбоку батареи мембранных панелей или модуля, показанного на фиг. 1 и предназначенного для использования в процессах окисления.
На фиг. 2В представлен вид сбоку пакета мембранных панелей или модуля, показанного на фиг. 1 и предназначенного для использования в процессе извлечения кислорода.
На фиг. ЗА представлен вид в разрезе мембранной панели, представленной на фиг. 1, 2 А и 2В.
На фиг. ЗВ представлен другой вид в разрезе мембранной панели, представленной на фиг. 1, 2 А и 2В.
На фиг. ЗС представлен вид в разрезе альтернативного варианта мембранной панели, представленной на фиг. 1, 2А и 2В.
На фиг. 3Ό представлен другой вид в разрезе альтернативного варианта мембранной панели, представленной на фиг. 1, 2А и 2В.
На фиг. 4А представлен схематический вид сбоку внутренней части мембранного разделительного сосуда для использования в процессе извлечения кислорода.
На фиг. 4В представлен поперечный разрез вида, представленного на фиг. 4А.
На фиг. 5 представлен схематический вид сбоку внутренней части мембранного реактора для использования в процессах окисления.
На фиг. 6 представлен поперечный разрез вида, данного на фиг. 5.
На фиг. 7 представлен вариант осуществления, данный на фиг. 4В, показывающий размещение изоляционного материала.
На фиг. 8 представлен второй вариант осуществления, данный на фиг. 4В, показывающий альтернативное размещение термоизоляционного материала.
На фиг. 9 представлен третий вариант осуществления решения, показанного на фиг. 4В, где показано альтернативное размещение термоизоляционного материала.
На фиг. 10 представлен четвертый вариант осуществления решения, показанного на фиг. 4В, где представлено альтернативное размещение термоизоляционного материала.
На фиг. 11 представлен пятый вариант осуществления решения, показанного на фиг. 4В, где представлено альтернативное размещение термоизоляционного материала.
На фиг. 12 представлен шестой вариант осуществления решения, показанного на фиг. 4В, где представлено альтернативное размещение термоизоляционного материла.
На фиг. 1З представлен седьмой вариант осуществления решения, показанного на фиг. 4В, где представлено альтернативное размещение термоизоляционного материала.
На фиг. 14 представлен схематический вид сбоку внутренней части альтернативного мембранного сосуда и компоновка модуля для использования в процессе извлечения кислорода или процессах окисления.
На фиг. 15 представлен план вида в разрезе короба для удерживания потока на фиг. 4А, имеющего коаксиальные параллельные мембранные модули.
На фиг. 16 представлен план вида в разрезе короба для удерживания потока с расположенными углом пакетами параллельных мембранных модулей.
Чертежи на фиг. 1-16 необязательно выдержаны в масштабе.
Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к конструкции и работе мембранных систем для переноса ионов, которые предусматривают использование множества мембранных модулей, работающих последовательно, для использования либо в процессах извлечения кислорода, либо в про
- 5 008527 цессах окисления. Установлено, что, когда кислород проходит через мембрану, происходит экзотермическая реакция, например в производстве синтез-газа из метана, степень конверсии реагента по сечению отдельной мембраны должна быть ограничена для предотвращения возникновения градиента избыточного тепла по поперечному сечению мембраны. Также установлено, что, когда через мембрану проходит кислород в прошедший через мембрану поток более низкого давления, количество кислорода, экстрагируемого через отдельную мембрану, должно быть ограничено для предотвращения возникновения градиента вакансии избыточного кислорода в мембранном материале между ведущей и задней кромкой мембраны. Избыточная температура или градиенты вакансии кислорода могут вызвать избыточные напряжения в мембранах, что может существенно ограничить срок службы мембраны.
Настоящее изобретение решает указанные проблемы ориентированием множества мембранных модулей или пакетов модулей последовательно, так что количество кислорода, экстрагируемого через мембраны в каждом модуле, достаточно низкое для предотвращения возникновения градиента вакансии избыточного кислорода в материале мембраны. Количество кислорода, экстрагированного в каждом индивидуальном модуле, может быть ограничено соответствующим размером модуля, а общая желательная степень экстракции кислорода может быть достигнута работой выбранного множества модулей, расположенных последовательно. Когда кислород проходит через мембрану, происходит экзотермическая реакция, степень конверсии реагента через индивидуальные мембраны в каждом модуле должна быть достаточно низкой для предотвращения возникновения градиента избыточной температуры через мембрану в направлении потока. Степень конверсии через каждый индивидуальный модуль может быть ограничена соответствующим размером мембраны, а общая степень конверсии может быть достигнута работой множества выбранных модулей, расположенных последовательно.
Газ, проходящий над наружной стороной мембран в каждом мембранном модуле, предпочтительно находится под более высоким давлением, чем газ внутри мембран во внутренней части модуля, как описано ниже. Чтобы минимизировать сопротивление при прохождении газофазной массы, газ, находящийся под более высоким давлением, должен быть направлен поперек наружной поверхности мембран с высокой скоростью и, по возможности, равномерно.
Вследствие уникальных рабочих условий мембранной системы для переноса ионов, конструкция системы может включать сосуд высокого давления, необязательное устройство или короб для удерживания газового потока, расположенное внутри сосуда и окружающее последовательные мембранные модули, а термоизоляция внутри сосуда позволяет стенкам сосуда работать при более низкой температуре, чем мембранные модули. Правильное физическое положение каждого из указанных компонентов, как описано ниже, повышает возможности для изготовления, установки и длительной работы системы. Кроме того, раскрыты другие особенности внутренней конструкции, которые могут способствовать увеличению длительной надежности всей мембранной системы для переноса ионов.
Следующие определения применены к терминам, использованным в описании вариантов осуществления изобретения, представленного в настоящем описании.
Мембранный модуль для переноса ионов представляет собой узел, собранный из множества мембранных конструкций, который имеет область введения потока газа и область отвода потока газа, расположенные таким образом, что газ протекает через наружные поверхности мембранных конструкций. Газ, протекающий из области введения потока в область отвода потока мембранного модуля, изменяется по составу по мере прохождения через поверхности мембранных конструкций в модуле. Каждая мембранная конструкция имеет сторону подачи исходного кислородсодержащего газа и сторону проницания, отделенную активным мембранным слоем, или область, которая позволяет ионам кислорода проникать через нее. Каждая мембранная конструкция также имеет внутреннюю область и наружную область. В одном из вариантов осуществления, в котором мембранный модуль работает как устройство разделения кислорода, сторона подачи кислородсодержащего газа может находиться рядом с наружной областью мембранной конструкции, а сторона проницания может находиться рядом с внутренней областью мембранной конструкции.
В альтернативном варианте, в котором мембранный модуль работает как устройство окислительного реактора, сторона подачи кислородсодержащего исходного газа может находиться рядом с внутренней областью мембранной конструкции, а сторона проницания может находиться рядом с наружной областью мембранной конструкции. В упомянутом альтернативном варианте осуществления исходный газообразный реагент проходит через наружную область мембранной конструкции и взаимодействует с прошедшим через мембрану кислородом. Таким образом, в настоящем варианте осуществления сторона проницания также является стороной газообразного реагента мембранной структуры.
Мембранная конструкция может иметь трубчатую конфигурацию, в которой кислородсодержащий газ протекает в контакте с одной стороной трубы (т.е. либо по внутренней области, либо по наружной области трубы) и ионы кислорода проникают через активный материал мембраны в трубе или на ее стенках на другую сторону трубы. Кислородсодержащий газ может проходить внутри или снаружи трубы в направлении, обычно параллельном оси трубы, или, наоборот, может проходить над наружной стороной трубы в направлении, которое не параллельно оси трубы. Модуль включает множество трубок, расположенных в штыковой или оболочка-и-труба конфигурациях с соответствующими листовыми узлами тру
- 6 008527 бы для изоляции сторон подачи сырья и проницания множества трубок.
В альтернативном варианте мембранная конструкция может иметь плоскую конфигурацию, в которой панель, имеющая центральную или внутреннюю область и наружную область, образована двумя параллельными плоскими элементами, закрытыми примерно по меньшей мере по части ее периферических краев. Ионы кислорода проникают через активный материал мембраны, который может быть помещен на любой или обеих поверхностях плоского элемента. Газ может проходить через центральную или внутреннюю область панели, и панель имеет одно или несколько отверстий для прохождения газа, позволяющих газу входить и/или выходить из внутренней области панели. Таким образом, ионы кислорода могут проникать из наружной области во внутреннюю область или, наоборот, могут проникать из внутренней области в наружную область.
Компоненты мембранного модуля включают активный мембранный слой, который обеспечивает перенос или проникновение ионов кислорода и также может переносить электроны, конструкционные компоненты, которые поддерживают активный мембранный слой, и конструкционные компоненты, обеспечивающие направленность потока газа к и от поверхностей мембран. Активный мембранный слой обычно включает смешанный металлооксидный керамический материал и также может включать один или несколько элементарных металлов. Конструкционные компоненты мембранного модуля могут быть выполнены из любого подходящего материала, такого как, например, смешанные металлооксидные керамические материалы, а также могут включать один или несколько элементарных металлов. Любой активный мембранный слой и конструкционные компоненты могут быть выполнены из одного материала.
Отдельные модули могут быть расположены последовательно, что означает, что ряд модулей установлен вдоль одной оси. Обычно газ, который проходит через поверхности мембранных конструкций в первом модуле, проходит от области выхода потока этого модуля, после чего некоторая часть или весь этот газ входит в область вхождения потока второго модуля и после этого проходит через поверхности мембранных конструкций во втором модуле. Ось ряда отдельных модулей может быть параллельна или почти параллельна направлению движения всего потока или оси газа, проходящего через последовательно расположенные модули.
Модули могут быть расположены батареями из двух или нескольких параллельных модулей, причем батарея из параллельных модулей расположена по оси, которая не параллельна и в общем случае может быть ортогональна направлению общего потока или оси газа, проходящего над модулями. Множества батарей модулей могут быть расположены последовательно, что по определению значит, что батареи модулей расположены так, что по меньшей мере часть газа, прошедшего через поверхности мембранных конструкций в первой батарее модулей, протекает через поверхности мембранных конструкций во второй батарее модулей.
Любое число отдельных модулей или батарей модулей может быть расположено последовательно. В одном варианте осуществления изобретения модули в последовательном ряду отдельных модулей или в ряду батарей модулей могут быть расположены на общей оси или общих осях, ряд осей равен одному или равен ряду модулей в каждой батарее. В другом варианте осуществления изобретения, описанном ниже, последовательные модули или батареи модулей в ряду модулей или батарей модулей могут быть расположены под углом чередующимся образом, так что модули расположены по меньшей мере на двух осях или на ряде осей, большем, чем ряд модулей в батарее, соответственно. Оба из рассмотренных вариантов осуществления изобретения включены в определение последовательно расположенных модулей, использованное в настоящем описании.
Предпочтительно газ, находящийся в контакте с наружными поверхностями внешних областей мембранных модулей, находится под более высоким давлением, чем газ внутри внутренних областей мембранных модулей.
Короб для удерживания потока определяется как газопровод или закрытый желоб, окружающий множество рядов мембранных модулей, который направляет проходящий газ над последовательно расположенными модулями.
Магистраль представляет собой собранные трубы или газопроводы, которые направляют газ на вход и/или выход из внутренних областей мембранных модулей. Две магистрали могут быть объединены монтированием первого или внутреннего газопровода внутри второго или наружного газопровода, причем первый газопровод образует первую магистраль, а кольцевой зазор между газопроводами образует вторую магистраль. Газопроводы могут быть концентрическими или коаксиальными, причем этих два термина имеют одинаковое значение. В альтернативном варианте газопроводы могут не быть концентрическими или коаксиальными, но могут иметь раздельные параллельные или непараллельные оси. Такая конфигурация внутреннего и наружного газопроводов для обеспечения работы объединенной магистрали определена в настоящем описании как гнездовая магистраль.
Соединение в потоке означает, что компоненты мембранных модулей и системы сосуда высокого давления ориентированы относительно друг друга так, что газ может легко протекать от одного компонента к другому компоненту.
Панель представляет собой мембранную конструкцию, имеющую центральную или внутреннюю область и внешнюю область, причем панель образована двумя параллельными плоскими элементами,
- 7 008527 закрытыми, по меньшей мере, примерно частично по своим периферическим краям. Активный материал мембраны может быть помещен либо на любую одну, либо на обе поверхности плоского элемента. Газ может протекать по центральной или внутренней области панели, т.е. все части внутренней области соединены в потоке, а панель имеет одно или несколько отверстий для газового потока, позволяющих газу входить и/или выходить из внутренней области панели. Внутренняя область панели может включать пористый и/или содержащий каналы материал, который позволяет газу протекать по внутренней области и механически поддерживает параллельные плоские элементы. Активный материал мембраны обеспечивает перенос или проникновение ионов кислорода, но является непроницаемым для потока любого газа.
Кислород является общим термином для форм кислорода, включающим элемент, имеющий атомное число 8. Общий термин кислород включает ионы кислорода, а также газообразный кислород (О2 или дикислород). Кислородсодержащий газ может включать, но не ограничивать по объему притязаний, воздух или газовые смеси, содержащие один или несколько компонентов, выбранных из группы, включающей кислород, азот, воду, монооксид углерода и диоксид углерода.
Газообразный реагент или газообразный исходный реагент представляет собой газ, включающий по меньшей мере один компонент, который взаимодействует с кислородом с образованием продукта окисления. Газообразный реагент может содержать один или несколько углеводородов, причем углеводород представляет собой соединение, включающее, в основном, или исключительно атомы водорода и углерода. Углеводород также может содержать другие атомы, такие как, например, кислород.
Синтез-газ представляет собой газовую смесь, содержащую, по меньшей мере, водород и оксиды углерода.
Мембрана для переноса ионов представляет собой активный слой керамического мембранного материала, включающего смешанные оксиды металлов, способные к переносу или проницаемые для ионов кислорода при повышенных температурах. Мембрана для переноса ионов также может обеспечивать перенос электронов, а также ионов кислорода, и этот тип мембраны для переноса ионов обычно описывается как мембрана со смешанной проводимостью. Мембрана для переноса ионов также может включать один или несколько элементарных металлов, образуя таким образом композиционную мембрану.
Мембранная система для переноса ионов представляет общий термин для совокупности множества мембранных модулей для переноса ионов, используемых для извлечения кислорода или осуществления окислительных реакций. Разделительная система на основе мембран для переноса ионов представляет собой мембранную систему для переноса ионов, используемую для разделения и извлечения кислорода из кислородсодержащего газа. Система мембранного реактора для переноса ионов представляет собой мембранную систему для переноса ионов, используемую для осуществления реакций окисления.
Ряд мембранных модулей в вариантах осуществления настоящего изобретения может быть изготовлен либо в кольцевой, либо плоской конфигурации, как описано выше. Плоские конфигурации являются предпочтительными для многих областей применения, и возможны различные конфигурации плоских мембранных модулей. Конфигурации плоских мембранных модулей описаны, например, в находящейся в процессе одновременного рассмотрения патентной заявке Соединенных Штатов Америки № 10/394620, поданной 21 марта 2003г., причем указанная заявка включена в настоящее описание в качестве ссылки.
Пояснительный пример плоского мембранного модуля показан на фиг. 1, которая представляет собой схематический вид спереди мембранного панельного пакета или модуля для использования в процессе получения кислорода и в окислительных процессах согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Пакет или модуль в упомянутом примере включает множество плоских панелей 1, разделенных полыми полостями 3 и имеющих необязательную заглушку 5. Панели и полости расположены и соединены в чередующемся порядке, как показано, и образуют ось пакета или модуля 7. Панели могут быть любой формы на виде в плане, но квадратная или треугольная формы обычно предпочтительны. Размер любой стороны квадратной или треугольной панели может находиться в интервале между 2 и 45 см. Число панелей в пакете может колебаться до 1000.
Внешняя область пакета или модуля такова, что область окружает внешние поверхности панелей и пакетов. Как подробно описано ниже, панели 1 имеют внутренние области, которые соединены в потоке с внутренними частями полостей 3, причем между панелями и пакетами образованы газонепроницаемые уплотнения. Отверстие 9 в дне полой полости 11 позволяет газу входить и/или выходить из внутренней области пакета или модуля, причем внутренняя область модуля образована внутренними областями панелей и отверстиями в полых полостях. Таким образом, отверстие 9 соединено в потоке с внутренней областью модуля.
Вид сбоку модуля, представленного на фиг. 1, показан на фиг. 2А, которая изображает пояснительную конфигурацию модуля для использования в процессах окисления. В упомянутом примере каждая из полостей 201 между панелями 200 имеет два отдельных ряда отверстий 203 и 205. Отверстия 203 в полостях 201 и дополнительные отверстия в полостях, расположенных выше и ниже полостей 201, образуют внутреннюю магистраль, которая соединена в потоке с внутренними областями панелей путем соответствующим образом расположенных отверстий (не показанных) через слои панелей на левых концах панелей. Эти отверстия через слои панелей также соединяют в потоке внутренние отверстия 203 полостей 201 и внутренние отверстия в полостях выше и ниже полостей 201 друг с другом. Аналогично этому,
- 8 008527 отверстия 205 в полостях 201 и дополнительные отверстия в полостях, расположенных выше и ниже полостей 201, образуют внутреннюю магистраль, которая соединена в потоке с внутренними областями панелей путем соответствующим образом размещенных отверстий (не показанных) через слои панелей с правых концов панелей. Эти отверстия через слои панелей также соединяют в потоке внутренние отверстия 205 полостей 201 и внутренние отверстия в полостях выше и ниже полостей 201 друг с другом.
В конфигурации этого примера газовый поток 207 проходит вверх по внутренней магистрали, образованной отверстиями 203 и отверстиями выше них, а затем проходит горизонтально по внутренним областям панелей. Газ из внутренних областей панелей проходит затем вниз по внутренней магистрали, образованной отверстиями 205 и отверстиями выше них, и выходит из модуля в виде газового потока 209. Второй газ 211 в области введения газа модуля проходит по внутренней области модуля с любой стороны полостей 201 и в контакте с наружными поверхностями панелей 200. Газ 213 после контакта с наружными поверхностями панелей 200 проходит через область отвода газа из модуля. Модуль может работать в типичном температурном интервале от 600 до 1100°С.
Модуль, представленный на фиг. 2А, может быть использован как часть системы окислительного реактора, где изображенный газ 211 представляет собой газообразный реагент, а изображенный газ 207 представляет собой газообразный окислитель или кислородсодержащий газ. Кислородсодержащий газ 207 проходит по внутренней магистрали через отверстия 203 и по внутренним областям панелей, кислород проникает через активный мембранный материал в плоских элементах панелей, а обедненный кислородом газ 209 проходит от модуля через отверстия 205. Проникший через мембраны кислород взаимодействует с компонентами газообразного реагента или газообразного исходного реагента 211 по мере прохождения газа над наружными поверхностями панелей и образует продукты окисления. Выходящий из модуля газ 213 содержит продукты окисления и непрореагировавшие компоненты. В одном варианте осуществления изобретения газообразный реагент 211 включает метан или метансодержащий исходный газ, а выходящий газ 213 представляет собой смесь непрореагировавших метана, водорода, оксидов углерода и воды, кислородсодержащий газ 207 представляет собой воздух, а обедненный кислородом газ 209 обогащен азотом и обеднен кислородом относительно газа 207. Обычно давление газов 211 и 213 выше, чем давление газа во внутренней области модуля.
Альтернативный вид сбоку модуля, представленного на фиг. 1, показан на фиг. 2В, на которой изображена пояснительная конфигурация для использования в процессах извлечения кислорода высокой чистоты из кислородсодержащего газа. В упомянутом примере полости 215 между панелями 217 имеют отверстия 219, причем отверстия 219 и дополнительные отверстия в полостях, расположенных ниже полостей 215, образуют внутреннюю магистраль, которая соединена в потоке с внутренними областями панелей. Таким образом, отверстия 221 соединяют в потоке внутреннюю область модуля с газопроводом для газообразного продукта (не показан). Кислородсодержащий газ 223, например воздух, в области введения газа модуля проходит по наружной области модуля по любой стороне полостей 215 и в контакте с наружными поверхностями панелей 217. После контактирования с наружными поверхностями панелей 217 обедненный кислородом газ 225 проходит через область вывода газа из модуля. Модуль может работать в обычном интервале температур от 600 до 1100°С.
По мере прохождения кислородсодержащего газа по наружной области модуля и контактирования газа с наружными поверхностями панелей, кислород проникает через активный мембранный материал в плоские элементы панелей и газообразный кислород высокой чистоты собирается во внутренней области модуля. Газообразный кислородный продукт высокой чистоты 227 протекает из отверстия 221. Обычно давление кислородсодержащих газов 223 и 225 выше, чем давление кислорода высокой чистоты во внутренней области модуля.
Одна пояснительная конфигурация внутренних областей панелей, показанных на фиг. 1, 2А и 2В, представлена на видах в разрезе на фиг. ЗА и 3В. Касательно фиг. 3А, на которой представлен разрез по линии 2-2 фиг. 1, панель имеет наружные слои подложки 301 и 303 из пористого керамического материала, который позволяет газу протекать через поры. Плотные активные мембранные слои 305 и 307 находятся в контакте с наружными слоями подложки 301 и 303 и поддерживаются несущими ребрами 321 и 329, которые являются частью каналлированных слоев для потока 315 и 317. Эти ребра, в свою очередь, поддерживаются прорезанным несущим слоем 309, который имеет отверстия или щели 313 для газового потока. Открытые каналы 319 и 325 соединены в потоке через отверстия или щели 313. Необязательно, слои подложки 301 и 303 могут и не понадобиться, когда модуль, представленный на фиг. 2В, использован для извлечения кислорода из кислородсодержащего газа.
Термин плотный относится к керамическому материалу, через который после спекания или прокаливания газ не может проходить. Газ не может проходить через плотные керамические мембраны, изготовленные из многокомпонентного материала со смешанной проводимостью на основе оксидов металлов, пока мембраны целые и не имеют трещин, отверстий или дефектов, через которые газ может утекать. Ионы кислорода могут проникать через плотные керамические мембраны, изготовленные из многокомпонентного металлооксидного материала со смешенной проводимостью при повышенных температурах, обычно выше 600°С.
На фиг. 3В представлен разрез по линии 4-4 фиг. 2А и 2В, поясняющий разрез панели, повернутой
- 9 008527 на 90° от разреза на фиг. 3А. Этот разрез показывает идентичные виды наружных слоев подложки 301 и 303 и слоев плотного активного мембранного материала 305 и 307. На этом разрезе также показаны альтернативные виды прорезанного слоя подложки 309 и каналлированных слоев для потока газа 315 и 317. Открытые каналы 331 образованы между чередующими несущими ребрами 333 и позволяют газу проходить через внутреннюю область панели. Поэтому внутренняя область панели определяется как объединенный открытый объем внутри каналлированного слоя для потока газа 315, каналлированного слоя для потока газа 317 и прорезанного слоя подложки 309.
Плотные активные мембранные слои 305 и 307 предпочтительно включают смешанный металлоокисдный керамический материал, содержащий по меньшей мере одно многокомпонентное металлооксидное соединение со смешанной проводимостью, имеющее общую формулу (ЬахСа1-х)уЕеО3-5, где 1,0>х>0,5; 1,1>у>1,0 и δ равно числу, которое придает рассматриваемой композиции нейтральный заряд. Любой соответствующий материал может быть использован для пористых слоев подложки 301 и 303, и этим материалом может быть, например, керамический материал, имеющий такой же состав, что и активные мембранные слои 305 и 307. Предпочтительно, пористые слои подложки 301 и 303 представляют собой многокомпонентный металлооксидный материал со смешанной проводимостью. Любой целесообразный материал может быть использован для конструкционных элементов прорезанного слоя подложки 309 и каналлированных слоев для газового потока 315 и 317, и этим материалом может быть, например, керамический материал, имеющий такой же состав, что и активные мембранные слои 305 и 307. Материалом каналлированного слоя подложки предпочтительно является плотный керамический материал. В одном варианте осуществления активные мембранные слои 305 и 307, пористые слои подложки 301 и 303, прорезанный слой подложки 309 и каналлированные слои для потока газа 315 и 317 все могут быть изготовлены из материала, имеющего один состав.
Плотные активные мембранные слои 305 и 307 необязательно могут включать один или несколько катализаторов восстановления кислорода со стороны оксилителя. Катализатор или катализаторы могут включать металлы, выбранные из соединений или соединения, содержащие металлы, выбранные из группы, включающей платину, палладий, рутений, золото, серебро, висмут, барий, ванадий, молибден, церий, празеодим, кобальт, родий и марганец.
Пористые слои подложки 301 и 303 необязательно могут включать один или несколько катализаторов для ускорения окисления, риформинга и/или других реакций углеводородов, которые протекают в пористом слое. Катализатор или катализаторы могут быть расположены по любой или с обеих сторон пористых слоев подложки 301 и 303 или, в другом варианте, могут быть диспергированы по всему слою. Один или несколько катализаторов могут включать металлы или соединения, содержащие металлы, выбранные из группы, включающей платину, палладий, родий, рутений, иридий, золото, никель, кобальт, медь, калий и их смеси. Если желательно для конструкционных и/или технологических целей, то дополнительный пористый слой может быть расположен между активными мембранными слоями 305 и 307 и соседними каналлированными слоями для потока газа 315 и 317, соответственно.
Другая возможная конфигурация внутренних областей панелей для извлечения кислорода, показанных на фиг. 1, 2 А и 2В, представлена видами в разрезе на фиг. 3С и 3Ό. Касательно фиг. 3С, на которой представлен разрез по линии 2-2 фиг. 1, панель имеет плотные слои 351 и 353. Пористые керамические слои 355 и 357 находятся в контакте с наружными плотными слоями 351 и 353. Пористый керамический слой 355 поддерживается несущими ребрами 371, которые составляют часть каналлированного слоя для газового потока 365. Пористый керамический слой 355 находится в контакте с каналами для потока газа 366, которые являются частью каналлированного слоя для потока газа 365. Пористый керамический слой 357 находится в контакте с каналами для потока газа 368, которые являются частью каналлированного слоя для потока газа 367.
Ребра 371 поддерживаются, в свою очередь, каналлированным слоем для потока газа 358, который имеет отверстия и щели 363 для потока газа. Каналлированный слой для потока газа 367 поддерживается ребрами 373 каналлированного слоя для потока газа 359, а перемычки 379 образуют концы каналов для потока газа 368. Перемычки 372 образуют концы каналов для потока газа 363, а каналы для потока газа 368 соединены в потоке с каналами для потока газа 374 каналлированного слоя для потока газа 359. Открытые каналы 374 и 363 соединены в потоке.
На фиг. 3Ό, на которой изображен разрез по линии 4-4 фиг. 2А и 2В, показан разрез панелей, повернутый на 90° от разреза на фиг. 3С. Этот разрез показывает идентичные виды наружных плотных слоев 351 и 353 и пористых керамических слоев 355 и 357. Пористый керамический слой 355 поддерживается каналлированным слоем для потока газа 365. Пористый керамический слой 355 находится в контакте с каналами для потока газа 366, которые являются частью каналлированного слоя для потока газа 365. Пористый керамический слой 357 поддерживается ребрами 378 каналлированного слоя для потока газа 367. Пористый слой 357 соединен в потоке с каналами для потока газа 368, которые являются частью каналлированного слоя для потока газа 367.
Ребра 378 поддерживаются, в свою очередь, каналлированным слоем для потока газа 359, который имеет отверстия или щели 374 для потока газа. Каналлированный слой для потока газа 365 поддержива
- 10 008527 ется ребрами 375 каналлированного слоя для потока газа 358. Перемычки 371 образуют концы каналов для потока газов 366. Перемычки 376 образуют концы каналов для потока газов 374, а каналы для потока газа 366 соединены в потоке с каналами для потока газов 363 каналлированного слоя для потока газа 358. Открытые каналы 374 и 363 соединены в потоке.
Поэтому внутренняя область панели определяется как объединенный открытый объем внутри каналлированного слоя для потока газа 365, каналлированного слоя для потока газа 367, каналлированного слоя для потока газа 358 и каналлированного слоя для потока газа 359. Каналы для потока газа в слоях 365 и 358 могут быть ортогональны друг другу, как могут быть каналы для потока газов в слоях 367 и 359. В альтернативном варианте каналы для потока газа 358 и 359 могут быть заменены единым каналлированным слоем для потока газа, который включает каналы для потока газа, которые проходят по радиусам от центра панели и соединены в потоке с центральным каналом в центре панели.
Пояснительные композиции для плотной активной мембраны описаны в патенте США 6056807, который включен в данное описание в качестве ссылки. Плотные активные мембранные слои 351 и 353 предпочтительно включают смешанный металлооксидный керамический материал, содержащий по меньшей мере одно многокомпонентное металлооксидное соединение со смешанной проводимостью, имеющее общую формулу (Ьах8т1-х)СоуО3-& где 1,0<х<0,4; 1,02>у>1,0 и δ представляет число, которое придает рассматриваемой композиции нейтральный заряд. Любой соответствующий керамический материал может быть использован для пористых слоев подложки 355 и 357, и этим материалом может быть, например, материал того же состава, что и для активных мембранных слоев 351 и 353. Предпочтительно, пористые слои подложки 355 и 357 представляют собой многокомпонентный металлооксидный материал со смешанной проводимостью. Любой соответствующий материал может быть использован для конструкционных элементов каналлированных слоев для газового потока 365, 367, 358 и 359, и этим материалом может быть, например, керамический материал, имеющий такой же состав, что и активные мембранные слои 351 и 353. Материалом каналлированных слоев для потока газа предпочтительно является плотный керамический материал. В одном варианте осуществления активные мембранные слои 351 и 353, пористый слой подложки 355 и 357 и каналлированные слои для потока газа 358, 359, 365 и 367, все могут быть изготовлены из материала, имеющего один состав.
Необязательно, пористый слой может быть нанесен на наружную поверхность плотных слоев 351 и 353. Другие пояснительные конфигурации внутренних областей панелей для получения кислорода представлены в патенте США 5681373, который включен в данное описание в качестве ссылки.
Варианты осуществления настоящего изобретения включают использование множества мембранных модулей, расположенных последовательно, как рассмотрено выше. В свою очередь, ряды модулей могут быть установлены в один или несколько сосудов с соответствующими коробами для удерживания газового потока, газопроводами и/или магистралями для направленной подачи потоков газа в модули и из модулей. Один из таких вариантов осуществления показан на фиг. 4А, на которой представлена схема разреза сбоку внутренней части пояснительного мембранного разделительного сосуда для использования для извлечения кислорода высокой чистоты из кислородсодержащего газа. Мембранные модули 401, 403, 405, 407 и 409 установлены последовательно в необязательном коробе для удерживания потока 411 внутри сосуда высокого давления 413. Упомянутые мембранные модули могут быть, например, аналогичны модулю, описанному выше касательно фиг. 1 и 2В. Необязательный короб для удерживания потока 411 имеет вход 415 для направления входящего газового потока 417 через короб в контакте с наружными поверхностями панелей в модулях 401-409. Входящий газовый поток представляет собой находящийся под давлением кислородсодержащий окислительный газ, например воздух, который нагрет любым целесообразным способом (не показано) до температуры от 600 до 1100°С. Давление газа внутри короба 411 может быть в интервале от 0,2 до 8 МПа. Короб для удерживания газа предпочтительно включает стойкий к окислению металлический сплав, содержащий железо и один или несколько элементов, выбранных из группы, включающей никель и хром. Коммерчески доступные сплавы, которые могут быть использованы для коробов для удерживания газов, включают сплавы Наупек® 230, 1псо11оу 800Н, Наупек® 214 и 1псопе1® 693.
Давление газа внутри короба для удерживания потока 411 предпочтительно больше, чем давление газа внутри сосуда высокого давления 413 между внутренней стенкой сосуда и наружной стенкой короба для удерживания потока 411. Разность давлений между внутренней и наружной частями короба 411 в любой точке между входом и выходом сосуда высокого давления 413 предпочтительно поддерживается на величине, равной или больше нуля, причем давление внутри короба равно или больше, чем давление в сосуде высокого давления снаружи от короба. Это может быть осуществлено, например, продуванием пространства снаружи от короба газом, находящимся под более низким давлением, чем технологический газ внутри короба; выполнением соединения в потоке между пространством снаружи короба и технологическим газом в коробе на выходе технологического газа 421; введением продувочного газа в пространство снаружи короба или отводом продувочного газа через выход для продувочного газа при одновременном использовании контроллеров давления на выходе продувочного газа для поддержания более низкого давления в пространстве снаружи короба, чем внутри короба.
По мере прохождения кислородсодержащего газа последовательно над поверхностями панелей в
- 11 008527 мембранных модулях 401-409, кислород проникает через плотные слои активной мембраны и собирается во внутренних областях модулей. Поток обедненного кислородом газа 419 выходит из короба и сосуда высокого давления через выход 421. Кислородный продукт высокой чистоты проходит из внутренних областей модулей по первичным магистралям 423, 425, 427, 429 и 431, вторичным магистралям 433, 435, 437, 439 и 441 и основной магистрали 445 и выходит из системы в виде потока газообразного продукта высокой чистоты 447. По меньшей мере два мембранных модуля из модулей 401-409 образуют ось модуля, которая может быть параллельна или совпадать с осью сосуда высокого давления 413 или с осью короба для удерживания газа 411.
Хотя пояснительный мембранный разделительный сосуд, описанный выше, имеет один вход для питания газом мембранных модулей, один короб для удерживания газа и один выход из мембранных модулей, возможны другие варианты осуществления, в которых могут быть использованы множественные входы, множественные короба для удерживания газа и/или множественные выходы. Например, сосуд высокого давления может иметь два (или несколько) коробов для удерживания потока, каждый из которых может иметь один или несколько входов и один или несколько выходов. Обычно, когда разделительный сосуд описан как имеющий вход и выход, это означает, что он имеет один или несколько входов и один или несколько выходов. Обычно, когда разделительный сосуд описан как имеющий короб для удерживания потока газа, это означает, что он имеет один или несколько коробов для удерживания потока газа.
Другой вид пояснительного мембранного разделительного сосуда фиг. 4А представлен в разрезе по линии 6-6, как показано на фиг. 4В. В указанном варианте осуществления батарея из трех мембранных модулей 401а, 401Ь и 401с установлена параллельно в коробе 411 и имеет три первичные магистрали 423а, 423Ь и 423с, которые соединены со вторичной магистралью 433. Вторичная магистраль 433 соединена, в свою очередь, с основной магистралью 445. В альтернативном варианте один мембранный модуль, два параллельных мембранных модуля или более трех параллельных мембранных модулей могут быть использованы в каждой батарее.
Хотя вторичные магистрали 433, 435, 437, 439 и 441 и основная магистраль 445 расположены во внутренней части сосуда высокого давления 413 в вариантах осуществления, представленных на фиг. 4А и 4В, указанные магистрали могут быть расположены снаружи сосуда высокого давления в альтернативном варианте осуществления. Первичные магистрали 423, 425, 427, 429 и 431 будут проходить через стенку сосуда высокого давления 413 в данном альтернативном варианте осуществления.
В альтернативном варианте осуществления плоские мембранные модули 401-409 могут быть заменены кольцевыми мембранными модулями, расположенными последовательно относительно продольного потока газа через необязательный короб 411. В трех модулях может быть использовано множество одиночных трубок или могут быть использованы трубы байонетного типа, и модули могут быть ориентированы так, что газ протекает через трубы в поперечно-точном направлении или контактирует с трубами в параллельном потоке. В данном альтернативном варианте осуществления все магистрали расположены внутри сосуда высокого давления, как показано на фиг. 4А и 4В.
Другой вариант осуществления изобретения показан на фиг. 5, на которой дана схема вида в разрезе внутренней части пояснительного мембранного реактора, предназначенного для использования в процессах окисления. Мембранные модули 501, 503, 505, 507 и 509 установлены последовательно в коробе для удерживания потока газа 511 внутри сосуда высокого давления 513. Эти мембранные модули могут быть, например, аналогичны модулям, описанным выше применительно к фиг. 1 и 2А. Необязательный короб для удерживания потока газа 511 имеет вход 515 для направления потока газа 517 через короб, в контакте с наружными поверхностями панелей в модулях с 501 по 509. Входящий поток газа представляет собой исходный газообразный реагент, содержащий один или несколько компонентов, который взаимодействует с кислородом при повышенных температурах, причем входящий газообразный исходный реагент нагрет любым соответствующим способом (не показан) до температуры от 600 до 1100°С. Давление газа внутри короба 511 может быть в интервале от 0,2 до 8 МПа. Примером газообразного исходного реагента является смесь парового и природного газа, причем природный газ включает, главным образом, метан с небольшими количествами легких углеводородов. Смесь может быть предварительно получена при температуре ниже примерно 800°С с получением газообразного исходного реагента, содержащего пар, метан и оксиды углерода. Могут быть включены другие окисляемые газообразные исходные реагенты, например различные смеси водорода, монооксида углерода, пара, метанола, этанола и легких углеводородов.
Давление газа во внутренней части короба для удерживания потока газа 511 предпочтительно больше, чем давление газа во внутренней части сосуда высокого давления 513 между внутренней стенкой сосуда и наружной стенкой короба для удерживания потока газа 511. Разность давлений между внутренней и наружной частями короба 511 в любой точке между входом и выходом сосуда высокого давления 513 предпочтительно поддерживают на величине, равной или больше нуля, причем давление во внутренней части короба равно или больше, чем давление в сосуде высокого давления снаружи короба. Это может быть осуществлено, например, продуванием пространства снаружи короба газом, находящемся под более низком давлении, чем технологический газ внутри короба; обеспечением связи в потоке между пространством снаружи короба и техническим газом в коробе на выходе технологического газа,
- 12 008527
559; введением продувочного газа в пространство снаружи короба и выводом продувочного газа через выход продувочного газа при одновременном использовании контроллеров давления на выходе продувочного газа для поддержания более низкого давления в пространстве снаружи короба, чем внутри короба.
Внутренние области мембранных модулей с 501 по 509 соединены в потоке с двумя магистральными системами, одной для введения кислородсодержащего газового окислителя в модуль и другой для вывода обедненного кислородом газообразного окислителя из модуля. Первая из указанных магистральных систем включает основную вводную магистраль 519, первичные вводные магистрали 521, 523, 525, 527 и 529 и вторичные вводные магистрали 531, 533, 535, 537 и 539. Вторая из указанных магистральных систем включает основную выводную магистраль 541 и первичные выводные магистрали 543, 545, 547, 549 и 551.
В альтернативной конфигурации (не показанной) относительно конфигурации на фиг. 5 вторичные вводные магистрали 531, 533, 535, 537 и 539 могут быть объединены с первичными выводными магистралями 543, 545, 547, 549 и 551, соответственно, когда они расположены внутри короба для удерживания потока газа 511. Две магистрали могут быть объединены путем установки первого или внутреннего газопровода внутри второго или наружного газопровода, причем первый газопровод образует первую магистраль, а кольцевые пространства между газопроводами образуют вторую магистраль. Газопроводы могут быть концентрическими или коаксиальными; в альтернативном варианте газопроводы могут не быть концентрическими или коаксиальными и могут иметь отдельные параллельные или непараллельные оси. Такая конфигурация внутреннего и наружного газопроводов для обеспечения работы объединенной магистрали определена в настоящем описании как гнездовая магистраль.
В данной альтернативной конфигурации газ 553 будет проходить по центральному газопроводу, а газ 555 будет проходить по кольцевым пространствам каждого гнезда этих гнездовых магистралей. Гнездовые магистрали будут способствовать разделению наружной части магистралей от короба для удерживания потока газа 511, т.е. будут обеспечивать переход ко вторичным вводным магистралям 531, 533, 535 и 539 и первичным выводным магистралям 543, 545, 547, 549 и 551, как показано на фиг. 5. Необязательно, первичные выводные магистрали 543, 545, 547, 549 и 551 могут быть сгруппированы гнездовым образом внутри вторичных вводных магистралей 531, 533, 535, 537 и 539, соответственно, внутри короба для удерживания потока газа 511. При таком выборе газ 555 будет проходить по центральному газопроводу, а газ 553 будет проходить через кольцевые зазоры каждого гнезда этих гнездовых магистралей. Поэтому, в общих терминах, вторичные вводные магистрали и первичные выводящие магистрали могут быть сгруппированы гнездовым образом при расположении внутри короба для удерживания потока газа 511, а либо вторичная вводная магистраль, либо первичная выводящая магистраль может быть снабжена кольцевыми зазорами.
Нагретый, находящийся под повышенным давлением кислородсодержащий газообразный окислитель 553, например воздух, который нагрет любым соответствующим способом (не показано) до температуры от 600 до 1100°С, входит в главную вводную магистраль 519 и проходит по первичным вводным магистралям 521, 523, 525, 527 и 529 и вторичным вводным магистралям 531, 533, 535, 537 и 539 во входы мембранных модулей 501, 503, 505, 507 и 509. Кислород из газообразного окислителя во внутренних областях мембранных модулей проникает через плотные активные мембранные слои в панелях модулей 501-509, и проникший кислород взаимодействует с реакционноспособными компонентами в наружных областях мембранных модулей. Обедненный кислородом газообразный окислитель выходит из выходов внутренних областей мембранных модулей через первичные выводные магистрали 543, 545, 547, 549 и 551 и главную выводную магистраль 541, и конечный обедненный кислородом газообразный окислитель выводится в виде газового потока 555. Выводимый поток газа 557, который содержит продукты реакции и непрореагировавшие компоненты сырья, выводится из системы реактора через выход 559.
Хотя пояснительный реактор, описанный выше, имеет один ввод для газообразного исходного реагента в мембранные модули, один короб для удерживания потока газа и один вывод из мембранных модулей, но возможны другие варианты осуществления, в которых могут быть использованы множественные вводы, множественные короба для удерживания потока газа и/или множественные выводы. Например, сосуд высокого давления может иметь два или несколько коробов для удерживания потока газа, каждый из которых имеет один или несколько вводов и один или несколько выводов. Обычно, когда реактор описан как имеющий ввод и вывод, это означает, что он имеет один или несколько вводов и один или несколько выводов. Обычно, когда реакционный сосуд описан как имеющий короб для удерживания потока газа, это означает, что он имеет один или несколько коробов для удерживания потока газа.
Другой вид пояснительного мембранного реактора, показанного на фиг. 5, представлен в разрезе по линии 8-8, как показано на фиг. 6. В указанном варианте осуществления батарея из трех мембранных модулей 503а, 503Ь и 503с установлена параллельно в коробе 511. Газообразный окислитель проходит по главной вводной магистрали 519, первичной вводной магистрали 523 и вторичным вводным магистралям 533а, 533Ь и 533с к вводам мембранных модулей 503а, 503Ь и 503с. Обедненный кислородом газообразный окислитель выходит из мембранных модулей 503а, 503Ь и 503с по первичным выводным магистралям 545а, 545Ь и 545с (расположенным за вторичными вводными магистралями 533а, 533Ь и 533с), вторичной выводной магистрали 561 и главным выводным магистралям 541 и 541Ь. Хотя три параллельных мембранных модуля показаны в варианте осуществления фиг. 6, при желании, могут быть использованы
- 13 008527 один мембранный модуль, два параллельных мембранных модуля или более трех параллельных мембранных модулей.
Защитный слой (не показан) может быть установлен в вводе 415 сосуда высокого давления 413 и/или в вводе 515 сосуда высокого давления 513 для удаления следовых количеств загрязнителей от вводимого потока 417 и/или 517. В альтернативном варианте защитный слой может быть установлен во внутренней части сосуда высокого давления между вводом и первым мембранным модулем. Загрязнения могут включать, например, серу, хром и/или кремнийсодержащие газообразные соединения. Защитный слой может содержать один или несколько материалов, выбранных из группы, включающей оксид магния, оксид кальция, оксид меди, карбонат кальция, карбонат натрия, карбонат стронция, оксид стронция, оксид цинка и содержащие щелочно-земельные металлы перовскиты. Эти материалы взаимодействуют с загрязнениями и удаляют их из вводимого потока газообразного реагента или кислородсодержащего газа.
Дополнительные сосуды высокого давления могут быть установлены последовательно с сосудом высокого давления 413, так что выводимый газ из одного сосуда питает другой сосуд. Дополнительные сосуды высокого давления могут быть расположены параллельно, причем множество сосудов высокого давления работает параллельно и последовательно. Аналогично этому, дополнительные сосуды высокого давления могут быть установлены последовательно сосуду высокого давления 513, так что выводимый газ из одного сосуда питает другой сосуд. Дополнительные сосуды высокого давления могут быть расположены параллельно, причем множество сосудов высокого давления работает параллельно и последовательно. При желании, защитные слои могут быть расположены между любыми рядами сосудов высокого давления.
В описанных выше вариантах осуществления желательно использовать внутреннюю изоляцию для поддерживания стенок сосудов высокого давления 413 и 513 при температурах ниже, чем температуры соответствующих мембранных модулей 401-409 и 501-509. Это может быть осуществлено различными вариантами изоляции, представленными на фиг. 7-13, которые иллюстрируют конфигурации изоляции для вариантов осуществления фиг. 4 А и 4В, используемых для извлечения кислорода из кислородсодержащего газа. Аналогичные конфигурации изоляции (не показанные) могут быть использованы для варианта осуществления окислительного реактора на фиг. 5 и 6.
Первый из упомянутых вариантов осуществления представлен на фиг. 7, где изоляция 701 расположена внутри и может контактировать с внутренними стенками сосуда высокого давления 703. В данном варианте осуществления короб для удерживания потока газа не использован; вместо этого, полость 705 образована самой изоляцией, и эта полость служит для направления потока газа во внутренние области мембранных модулей. Изоляция может контактировать с множеством магистралей 423а, 423Ь и 423с; вторичной магистралью 433 и главной магистралью 445.
Вторая конфигурация изоляции показана на фиг. 8, где изоляция 801 расположена рядом с внутренней стенкой сосуда высокого давления 413 и может контактировать с ней. В данном варианте осуществления использован короб для удерживания потока газа 411 и он предпочтительно не контактирует с изоляцией 801. Изоляция предпочтительно не контактирует с первичными магистралями 423а, 423Ь и 423с, вторичной магистралью 433 и главной магистралью 445.
Третья конфигурация изоляции показана на фиг. 9, где изоляция 901 полностью заполняет внутреннюю область сосуда высокого давления между внутренними стенками сосуда и наружными поверхностями короба для удерживания потока газа 411, первичными магистралями 423а, 423Ь и 423с, вторичной магистралью 433 и главной магистралью 445. Изоляция может находиться в контакте с внутренними стенками сосуда и наружными поверхностями короба для удерживания потока газа 411, первичными магистралями 423а, 423Ь и 423с, вторичной магистралью 433 и главной магистралью 445.
Другая альтернативная конфигурация изоляции показана на фиг. 10, где изоляция 1001 образует полость 1003 вокруг мембранных модулей, и эта полость служит для направления потока газа над наружными областями модулей. Изоляция 1001 может контактировать с первичными магистралями 423а, 423Ь и 423с, и обычно она не контактирует с внутренними стенками сосуда высокого давления 413.
На фиг. 11 показана другая альтернативная конфигурация изоляции, в которой изоляция 1101 окружает короб для удерживания потока газа 411, который, в свою очередь, окружает мембранные модули, как описано выше. Изоляция 1101 может находиться в контакте с первичными магистралями 423а, 423Ь и 423с и обычно не контактирует с внутренними стенками сосуда высокого давления 413 и наружной поверхностью короба для удерживания потока газа 411.
Другая конфигурация изоляции показана на фиг. 12, где изоляция 1201 окружает короб для удерживания потока газа 411, который, в свою очередь, окружает мембранные модули, как описано выше. Изоляция 1201 может контактировать с первичными магистралями 423а, 423Ь и 423с, обычно контактирует с наружной поверхностью короба для удерживания потока газа 411 и обычно не контактирует с внутренними стенками сосуда высокого давления 413.
Конечная конфигурация изоляции показана на фиг. 13, где изоляция 1303 расположена внутри и обычно контактирует с внутренними стенками короба для удерживания потока газа 411, причем изоляция образует полость 1305 вокруг мембранных модулей, и эта полость служит для направления потока газа над наружными областями модулей. Изоляция 1303 может находиться в контакте с первичными ма
- 14 008527 гистралями 423а, 423Ь и 423с.
В любом из вариантов осуществления, описанных выше применительно к фиг. 7-13, обычно использовано уплотнение металл-к-керамике в первичных магистралях 423а, 423Ь и 423с для перехода от металлических магистралей к керамическим модулям. Аналогично, в варианте осуществления окислительного реактора фиг. 6 и соответствующих вариантов осуществления изоляции, аналогичных тем, что представлены на фиг. 7-13, обычно использовано уплотнение металл-к-керамике в первичных магистралях 533 а, 533Ь и 533с для перехода от металлических магистралей к керамическим модулям. В вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг. 10-13 (и аналогичных вариантах осуществления для окислительного реактора), эти уплотнения предпочтительно расположены внутри изоляции 1001, 1101, 1201 и 1303 (в контакте с магистралями 423а, 423Ь и 423с, но не с магистралью 433) для достижения желательных температур работы уплотнений.
В любом из вариантов осуществления, показанных на фиг. 7-13, дополнительная изоляция (не показана) может быть помещена вокруг наружной поверхности сосуда высокого давления, например, для защиты технического персонала от потенциально горячей поверхности сосуда. Упомянутая дополнительная изоляция также может служить для обеспечения того, что внутренняя часть сосуда находится при температуре выше точки конденсации любого газа внутри сосуда. В любом из вариантов осуществления, показанных на фиг. 10-13, дополнительная изоляция (не показана) может быть помещена рядом с внутренней поверхностью сосуда высокого давления. В любом из рассмотренных вариантов осуществления, показанных на фиг. 4 А, 4В и 5-13, любая из магистралей может быть изолирована внутри и/или снаружи (не показано). Такая изоляция будет служить для улучшения равномерности теплового расширения короба для удерживания потока газа 411 и магистралей.
Изоляция, использованная в вариантах осуществления, показанных на фиг. 7-13, может содержать оксид алюминия, алюмосиликат, диоксид кремния, силикат кальция или другие традиционные изоляционные материалы, целесообразные для использования при повышенных температурах. Изоляция может включать, например, один или несколько материалов, выбранных из группы, включающей волокнистый оксид алюминия, волокнистый алюмосиликат, пористый оксид алюминия и пористый алюмосиликат. В вариантах осуществления, показанных на фиг. 7, 10 и 13, где сама изоляция образует полость вокруг мембранных модулей, внутренние стенки полости могут быть покрыты материалом, который предотвращает контактирование летучих компонентов из изоляции с мембранными модулями. Например, полость может быть покрыта фольгой, изготовленной из такого металла, как Наупек 214, для предотвращения контактирования паров δί-содержащих соединений, которые могут выделяться из изоляционных материалов, и/или паров Сг-содержащих соединений, которые могут выделяться из металлических материалов труб, с мембранными модулями.
Изоляция может включать один или несколько дополнительных материалов, выбранных из группы, включающей оксид магния, оксид кальция, оксид меди, карбонат кальция, карбонат стронция, карбонат натрия, оксид цинка, оксид стронция и содержащие щелочно-земельные металлы перовскиты, причем эти материалы могут быть нанесены на поверхность изоляции и/или диспергированы по объему изоляции. Упомянутые дополнительные материалы могут быть использованы вместо или дополнительно к защитному слою или слоям, описанным выше. Такие материалы взаимодействуют и удаляют загрязняющие соединения, которые могут присутствовать в вводимом потоке газообразного реагента; упомянутые загрязняющие вещества могут включать, например, серо-, хром-, кремний- или кислородсодержащие газообразные вещества.
Альтернативный вариант осуществления размещения групп панелей последовательно конфигурации потока показан на фиг. 14. В данном варианте осуществления образуется высокий пакет из панелей и полостей, как описано выше, и пакет установлен в сосуде высокого давления 1401. Линия ввода 1403 и линия вывода 1405 соединены с защищенным узлом газовой магистрали 1407, которая направляет поток вводимого газа 1408 в чередующихся направлениях через группы панелей и по выводной линии 1405 в виде выводимого потока 1409. В данном варианте осуществления пакет разделен защищенным узлом на первую панельную зону 1411, вторую панельную зону 1413 и третью панельную зону 1415. Таким образом, вводимый газ 1408 проходит последовательно через панельные зоны 1411, 1413 и 1415 и выходит по линии вывода 1405. Хотя три панельные зоны показаны здесь для пояснительных целей, при необходимости может быть использовано любое число панельных зон.
Вариант осуществления, представленный на фиг. 14, может быть использован как устройство для извлечения кислорода или как устройство окислительного реактора. При использовании в качестве устройства для извлечения кислорода пакет образован панелями и полостями, как описано ранее применительно к фиг. 1 и 2В, в процессе извлечения кислорода вводимый газ 1408 представляет собой нагретый, находящийся под повышенным давлением кислородсодержащий газ (например, воздух), выводимый поток 1409 представляет собой обедненный кислородом кислородсодержащий газ и поток 1417, проходящий по линии отвода 1419, представляет собой поток кислородного продукта высокой чистоты, обычно находящийся под более низким давлением, чем находящийся под давлением кислородсодержащий газ. При использовании в качестве системы окислительного реактора пакет образован панелями и полостями, как описано ранее применительно к фиг. 1 и 2А. В процессе окисления вводимый газ 1408 представляет
- 15 008527 собой нагретый, находящийся под давлением газообразный реагент, а выводимый газ 1409 представляет собой смесь продуктов реакции окисления и непрореагировавших газообразных компонентов реагента. Поток 1417 представляет собой поток обедненного кислородом кислородсодержащего газа, обычно находящегося под более низким давлением, чем находящийся под давлением газообразный реагент. Свежий кислородсодержащий газообразный окислитель (например, воздух) проходит в пакет по внутренней магистрали пакета, как описано применительно к фиг. 2А; вход в указанную магистраль не показан на фиг. 14, так как он расположен за линией вывода 1419.
Вариант осуществления на фиг. 14, при желании, может быть осуществлен с множеством сосудов высокого давления, расположенных последовательно и/или параллельно. При желании, множество модулей может быть установлено в едином сосуде высокого давления.
Ряд мембранных модулей может быть расположен в виде батареи параллельных модулей, как описано ранее применительно к фиг. 4 А, 4В, 5 и 6. Это пояснено на фиг. 15, которая представляет собой план вида в разрезе (не в масштабе) короба для удерживания потока газа 511 и мембранных модулей внутри короба. В данном пояснительном варианте осуществления пять батарей из трех параллельных модулей расположены так, что каждая индивидуальная группа ряда модулей расположена на общей оси модуля, т.е. модули 501а, 503а, 505а, 507а и 509а расположены на той же оси, модули 501Ь, 503Ь, 505Ь, 507Ь и 509Ь расположены на той же оси и модули 501с, 503с, 505с, 507с и 509с расположены на той же оси. Таким образом, в данном примере существует три оси, равные по количеству модулей в каждой батарее. Каждая батарея включает множество модулей, расположенных параллельно; например, модули 501а, 501Ь и 501с составляют одну батарею модулей, расположенных параллельно. Множество модулей также может быть расположено последовательно; например, модули 501с, 503с, 505с, 507с и 509с составляют модули, расположенные последовательно. Определение ряда модулей также может включать батареи модулей; например, батарея модулей 501а, 501Ь и 501с расположена последовательно батарее модулей 503а, 503Ь и 503с. Таким образом, конфигурация модуля на фиг. 15 включает модули, расположенные последовательно, и модули, расположенные параллельно.
При осуществлении на практике может оказаться желательным ускорить, по существу, радиальное смешение (т.е. поток газа в направлениях, отклоняющихся от оси ряда модулей) газа между последовательными батареями модулей для минимизации отрицательного эффекта газа, обходящего вокруг мембранных модулей. Таким образом, конфигурация модуля на фиг. 15 может быть наилучшим образом описана как включающая модули, расположенные параллельно, и батареи из параллельных модулей, работающие последовательно. Как и в конструкции многих газораспределительных систем, степень радиального смешения может быть максимальной при соответствующем выборе осевого и радиального пространства между внутренними элементами (т.е. мембранными модулями) и/или при использовании газоотражателей для ускорения смешения газа.
Поток входящего газа 1501 на входе 1503 протекает последовательно над каждой батареей радиально расположенных (т.е. параллельных) модулей. При правильном выборе осевого и радиального пространства между модулями небольшое количество газа может обходить модули 501а, 501Ь и 501с, но в итоге будет контактировать по ходу потока вниз с модулями, так как он смешивается или диффундирует в радиальном направлении. Поток выводимого газа 1505 проходит через вывод 1507. Поток газа над каждой последовательной батареей модулей определяет расположение рядов в данном варианте осуществления, причем весь или почти весь газ от одной батареи параллельных модулей контактирует в следующей батарее параллельных модулей в ряду модулей. Любое желательное число модулей может быть использовано параллельно в радиальном направлении, и любое число батарей параллельных модулей может быть использовано последовательно в осевом направлении.
В альтернативном варианте осуществления изобретения применительно к фиг. 4А и 4В или к фиг. 5 и 6 батареи параллельных мембранных модулей могут быть ориентированы по расположению ряда в шахматном порядке или уступами, так что за первой батареей из трех модулей следует последовательно уступом вторая батарея из трех модулей, за которой, в свою очередь, следует последовательно уступом третья батарея из трех модулей, и т.д. Это проиллюстрировано на фиг. 16, где за первой батареей из трех модулей 502а, 502Ь и 502с следует последовательно вторая батарея из трех модулей 504а, 504Ь и 504с уступом в направлении, перпендикулярном оси короба для удерживания потока газа 511. Третья батарея из трех модулей 506а, 506Ь и 506с расположена уступом относительно второй батареи, но модули коаксиальны модулям первой батареи. Такое расположение уступами друг относительно друга может продолжаться аналогичным образом в четвертой батарее модулей 508а, 508Ь и 508с и пятой батарее модулей 510а, 510Ь и 510с. Каждая батарея может включать множество модулей в параллели; например, модули 502а, 502Ь и 502с составляют одну батарею модулей в ряду. Множество модулей также может быть установлено последовательно; например, модули 502с, 504с, 506с, 508с и 510с могут составлять модули в ряду. Определение последовательных модулей также может включать батареи модулей; например, батарея модулей 502а, 502Ь и 502с расположена последовательно батарее модулей 504а, 504Ь и 504с. Таким образом, конфигурация модуля на фиг. 16 включает модули в последовательности и модули в параллели.
Модули на фиг. 16 расположены на шести осях, т.е. модули 502с, 506с и 510с расположены на одной оси, модули 504с и 508с расположены на другой оси и т.д. Эти оси могут быть параллельны общему
- 16 008527 направлению потока газа над модулями. В данном варианте осуществления число осей больше, чем число модулей в каждой батарее модулей.
В варианте осуществления на фиг. 16 поток вводимого газа 1601 входит через ввод 160З и проходит над модулями 502а, 502Ь и 502с в первой батарее. Часть этого газа может обходить модуль 502а, но в отсутствие существенного радиального смешения будет, по меньшей мере, контактировать с расположенным выступом модулем 504а. Газ, который проходит между модулями 502а, 502Ь и 502с, будет, по меньшей мере, контактировать со следующим рядом расположенных уступом модулей 504Ь и 504с. Часть газа, который проходит из модуля 502а в первой батарее, будет контактировать по меньшей мере с двумя модулями (504а и 504Ь) во второй батарее. Таким путем рассмотренное расположение уступами предотвращает прямой обход газа через зазор между рядами модулей на общей оси. Вместо этого, газ, обходящий любой модуль в батарее модулей, будет сталкиваться прямо с модулем в следующей батарее модулей. В отсутствие существенного радиального смешения по меньшей мере часть газа из одного или нескольких модулей в батарее будет контактировать с одним или несколькими модулями в следующей батарее, и это определяется последовательным расположением модулей в данном варианте осуществления.
Определение модулей, расположенных последовательно, согласно настоящему изобретению включает, таким образом, оба варианта осуществления, описанных выше применительно к фиг. 15 и 16. В указанных вариантах осуществления оси батарей модулей и оси рядов модулей могут быть, в общем, ортогональны, а оси рядов модулей могут быть, в общем, параллельны общему направлению потока газа через сосуд. Возможны альтернативные варианты осуществления, когда оси батарей модулей, в общем, не ортогональны осям рядов модулей и/или когда оси рядов модулей, в общем, не параллельны общему направлению потока газа через сосуд. В данных альтернативных вариантах осуществления батареи модулей расположены под острыми углами к общему направлению потока газа через сосуд. Такие альтернативные варианты осуществления включены в определение модулей, расположенных последовательно согласно настоящему изобретению.
Система последовательных реакторов, описанная выше, может быть использована в окислительной технологии для получения синтез-газа из содержащего углеводороды исходного газа, такого как природный газ. В данной области применения катализатор риформинга может быть расположен между любыми рядами модулей, любыми параллельными модулями, любыми рядами и параллелями модулей и/или за конечными модулями в сосуде. Катализатор риформинга ускоряет эндотермические реакции воды и/или диоксида углерода с углеводородами, особенно метаном, с образованием водорода и монооксида углерода. Катализатор может быть использован для дополнения или уравновешивания экзотермических реакций окисления, которые протекают между выделенным кислородом и реагентами вблизи поверхностей активного мембранного материала в модулях. При соответствующем использовании катализатора риформинга в стратегических местах расположения между модулями в многомодульных рядах системы реактора температурные профили по поперечному сечению реактора и состав газообразного продукта можно регулировать для достижения оптимальной работы реактора.
Вариант осуществления настоящего изобретения представлен примером размещения соответствующего катализатора между модулями многомодульных рядов системы окислительного реактора. Например, применительно к фиг. 15, катализаторы 5014, 501е и 511Г могут быть размещены последовательно в пространстве между любым модулем в первой батарее модулей 501а, 501Ь и 501с и второй батарее модулей 503а, 503Ь и 503с. В альтернативном варианте катализаторы 5014, 501е и 501Г могу быть расположены непрерывно между внутренними стенками короба для удерживания потока газа 511. Аналогично этому, катализаторы могут быть помещены между любыми или всеми второй и третьей батареей модулей, третьей и четвертой батареей модулей, четвертой и пятой батареей модулей или за пятой батареей (не показано). Аналогично, катализаторы могут быть помещены последовательно между любыми или всеми сдвинутыми углом батареями модулей в варианте осуществления, представленном на фиг. 16. Например, применительно к фиг. 16, катализаторы 5024, 502е и 502Г могут быть помещены последовательно в пространстве между первой и второй батареей модулей. В альтернативном варианте, катализаторы 5024, 502е и 502Г могут располагаться непрерывно между внутренними стенками короба для удерживания потока 511. В общем, катализаторы могут быть помещены последовательно между или ниже по потоку любого или всех рядов батарей модулей на фиг. 15 и 16.
Дополнительно или в альтернативном варианте катализаторы могут быть помещены между модулями в батарее параллельных модулей для ускорения реакций риформинга в газе, проходящем между модулями. Например, на фиг. 15 катализаторы 5054 и 505е могут быть помещены между модулями 505а и 505Ь и между 505Ь и 505с. В альтернативном варианте катализаторы 5054 и 505е могут непрерывно располагаться в осевом направлении между батареями модулей с первой по пятую. Например, на фиг. 16 катализаторы 5064 и 506е могут быть помещены между модулями 406а и 506Ь и между 506Ь и 506с. В общем, катализаторы могут быть помещены параллельно между любым или всеми параллельными модулями на фиг. 15 и 16.
Поэтому в самом широком аспекте применения настоящей концепции, катализаторы могут быть помещены в пространстве между любыми двумя соседними модулями в вариантах осуществления, представленных на фиг. 15 и 16, или в любом другом варианте осуществления с двумя расположениями мо
- 17 008527 дулей - последовательно в ряд или параллельно. Кроме того, когда сосуд высокого давления 513 работает последовательно с другим аналогичным сосудом высокого давления, катализатор может быть помещен между сосудами так, что выходящий газ из одного сосуда высокого давления проходит через катализатор перед тем, как он попадет во второй сосуд высокого давления.
Катализатор может меняться по типу и/или количеству, в зависимости от осевого или радиального расположения среди модулей в сосуде высокого давления. В одном альтернативном варианте осуществления, например, активность катализатора можно менять в осевом направлении для оптимального контроля температур модулей по реактору. Например, секции катализатора вблизи ввода в реактор могут включать катализатор, который активен при более низких температурах (например, высокая дозировка N1), тогда как в областях реактора с более высокими температурами оптимальный состав катализатора может обеспечивать меньшую активность и большую теплостойкость (например, меньшее содержание N1). Таким путем может быть обеспечена оптимальная активность катализатора в каждом осевом расположении в реакторе при сохранении теплостойкости катализатора. Возможны другие схемы расположения катализатора, которые входят в объем притязаний вариантов осуществления заявленного изобретения.
Катализатор, предназначенный для использования в данном варианте осуществления, может включать один или несколько металлов или соединений, содержащих металлы, выбранные из группы, включающей никель, кобальт, платину, золото, палладий, родий, рутений и железо. Катализатор может быть нанесен на подложку из оксида алюминия или других подложек на основе оксидов и может включать такие добавки, как лантан или калий. Катализатор может быть помещен между модулями любым известным путем, включая, например, использование монолитов или гранулированных катализаторов в соответствующих держателях для катализатора, установленных в пространствах между модулями.
Claims (3)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Мембранная система для переноса ионов, содержащая:(a) сосуд высокого давления, имеющий внутреннюю часть, наружную часть, вход и выход;(b) множество плоских мембранных модулей для переноса ионов, расположенных во внутренней части сосуда высокого давления, причем каждый мембранный модуль включает смешанный металлооксидный керамический материал и имеет внутреннюю область и наружную область, причем мембранные модули расположены последовательно относительно газового потока над наружной областью каждого мембранного модуля, при этом любой вход и любой выход в сосуде высокого давления соединены в потоке с наружными областями мембранных модулей; и (c) одну или несколько газовых магистралей, соединенных в потоке с внутренними областями мембранных модулей и с наружной областью сосуда высокого давления.2. Система по п.1, в которой каждый плоский мембранный модуль содержит множество панелей, имеющих плоские параллельные поверхности, причем сосуд высокого давления выполнен цилиндрическим и имеет ось, которая параллельна некоторым или всем плоским параллельным поверхностям панелей.3. Система по п.1, которая дополнительно содержит короб для удерживания потока газа, расположенный внутри сосуда высокого давления, причем короб для удерживания потока газа окружает множество плоских мембранных модулей для переноса ионов, соединен в потоке с любым входом и любым выходом сосуда высокого давления и выполнен из стойкого к окислению металлического сплава, включающего железо и один или несколько элементов, выбранных из группы, включающей никель и хром.4. Система по п.3, в которой:(1) одна или несколько газовых магистралей содержит входную магистраль и одну выводную магистраль;
- (2) внутренняя область любого плоского мембранного модуля соединена в потоке с входной магистралью через вторичную входную магистраль и соединена в потоке с выводной магистралью через первичную выводную магистраль;
- (3) внутри короба для удерживания потока вторичная вводная магистраль и первичная выводная магистраль любого плоского мембранного модуля объединены с образованием гнездовой магистрали.5. Система по п.1, в которой одна или несколько газовых магистралей расположены либо внутри сосуда высокого давления, либо снаружи сосуда высокого давления.6. Система по п.1, в которой одна или несколько газовых магистралей изолированы внутри, снаружи или и внутри, и снаружи.7. Система по п.1, в которой по меньшей мере два плоских мембранных модуля для переноса ионов образуют ось модуля, причем сосуд высокого давления выполнен цилиндрическим и имеет ось, которая либо параллельна оси модуля, либо перпендикулярна оси модуля.8. Система по п.1, которая дополнительно содержит изоляцию, расположенную внутри сосуда высокого давления в области между внутренней поверхностью сосуда высокого давления и мембранными модулями, причем изоляция образует полость, которая окружает мембранные модули, и полость соединена в потоке с любым входом и любым выходом сосуда высокого давления.- 18 0085279. Система по п.8, в которой изоляция либо находится в контакте с внутренней поверхностью сосуда высокого давления, либо не находится в контакте с внутренней поверхностью сосуда высокого давления.10. Система по п.8, которая дополнительно включает короб для удерживания потока газа, расположенный внутри сосуда высокого давления, причем плоские мембранные модули для переноса ионов расположены внутри короба, а изоляция расположена между внутренней поверхностью сосуда высокого давления и наружной поверхностью короба.11. Система по п.10, в которой изоляция:(a) находится в контакте с внутренней поверхностью сосуда высокого давления и не находится в контакте с наружной поверхностью короба; или (b) находится в контакте с внутренней поверхностью сосуда высокого давления и находится в контакте с наружной поверхностью короба; или (c) не находится в контакте с внутренней поверхностью сосуда высокого давления и не находится в контакте с наружной поверхностью короба; или (ά) не находится в контакте с внутренней поверхностью сосуда высокого давления и находится в контакте с наружной поверхностью короба.12. Система по п.8, которая дополнительно содержит короб для удерживания потока, расположенный внутри сосуда высокого давления и соединенный в потоке со входом и выходом сосуда высокого давления, причем плоские мембранные модули для переноса ионов расположены внутри короба, при этом изоляция расположена между внутренней поверхностью короба и мембранными модулями, и при этом изоляция образует полость, которая окружает мембранные модули и соединена в потоке с любым входом и любым выходом сосуда высокого давления, при этом система дополнительно содержит изоляцию вокруг наружной части сосуда высокого давления.13. Система по п.8, в которой одна или несколько газовых магистралей включает металл, а модули для переноса ионов включают керамику, причем связь между одной или несколькими газовыми магистралями и модулями включает уплотнители керамика-к-металлу, и при этом уплотнители керамика-кметаллу окружены изоляцией.14. Система по п.8, в которой изоляция включает один или несколько материалов, выбранных либо из группы, включающей волокнистый оксид алюминия, волокнистый алюмосиликат, пористый оксид алюминия, пористый алюмосиликат, либо из группы, включающей оксид магния, оксид кальция, оксид меди, карбонат кальция, карбонат натрия, карбонат стронция, оксид цинка, оксид стронция и перовскиты, содержащие щелочно-земельные металлы.15. Система по п.1, которая дополнительно включает защитный слой, расположенный между любым входом сосуда высокого давления и первым мембранным модулем, при этом защитный слой содержит один или несколько материалов, выбранных из группы, включающей оксид магния, оксид кальция, оксид меди, карбонат кальция, карбонат натрия, карбонат стронция, оксид цинка, оксид стронция и перовскиты, содержащие щелочно-земельные металлы.16. Система по п.1, которая дополнительно содержит:(a) один или несколько дополнительных сосудов высокого давления, каждый из которых имеет внутреннюю часть, наружную часть, вход и выход;(b) множество плоских мембранных модулей для переноса ионов, расположенных внутри каждого из одного или нескольких сосудов высокого давления и установленных последовательно, причем каждый мембранный модуль включает смешанный металлооксидный керамический материал и имеет внутреннюю область и наружную область, при этом любой вход и любой выход сосуда высокого давления соединен в потоке с наружными областями мембранных модулей; и (c) одну или несколько газовых магистралей, соединенных в потоке с внутренними областями мембранных модулей и с наружной частью сосуда высокого давления;причем по меньшей мере два сосуда высокого давления расположены последовательно, так что выход одного сосуда высокого давления соединен в потоке со входом другого сосуда высокого давления.17. Система по п.1, которая дополнительно содержит:(a) один или несколько дополнительных сосудов высокого давления, каждый из которых имеет внутреннюю часть, наружную часть, вход и выход;(b) множество плоских мембранных модулей для переноса ионов, расположенных во внутренней части каждого из одного или нескольких сосудов высокого давления и установленных последовательно, каждый мембранный модуль включает смешанный металлооксидный керамический материал и имеет внутреннюю область и наружную область, причем любой вход и любой выход сосуда высокого давления соединены в потоке с наружными областями мембранных модулей; и (c) одну или несколько газовых магистралей, соединенных в потоке с внутренними областями мембранных модулей и с наружной частью сосуда высокого давления;причем по меньшей мере два сосуда высокого давления установлены параллельно, так что любой вход одного сосуда высокого давления и любой вход другого сосуда высокого давления соединены в потоке с общим газопроводом для подачи сырья.- 19 00852718. Система по п.1, которая содержит дополнительно множество плоских мембранных модулей для переноса ионов, расположенных внутри сосуда высокого давления и установленных последовательно, причем множество плоских мембранных модулей для переноса ионов и дополнительное множество плоских мембранных модулей для переноса ионов расположены на параллельных осях.19. Способ извлечения кислорода из кислородсодержащего газа, при котором:(a) в мембранную разделительную систему для переноса ионов, включающую (1) сосуд высокого давления, имеющий внутреннюю часть, наружную часть, вход и выход, (2) множество плоских мембранных модулей для переноса ионов, расположенных внутри сосуда высокого давления, при этом каждый мембранный модуль включает смешанный металлооксидный керамический материал и имеет внутреннюю область и наружную область, причем мембранные модули расположены последовательно относительно газового потока над наружной областью каждого мембранного модуля, при этом любой вход и любой выход сосуда высокого давления соединены в потоке с наружными областями мембранных модулей, и (3) одну или несколько газовых магистралей, соединенных в потоке с внутренними областями мембранных модулей и с наружной частью сосуда высокого давления;подают нагретый, находящийся под давлением кислородсодержащий газовый поток путем введения исходного газового потока через любой вход сосуда высокого давления в наружные области мембранных модулей для контакта исходного газового потока со смешанным металлооксидным керамическим материалом, в результате чего получают газообразный кислородный продукт высокой чистоты во внутренних областях мембранных модулей;(b) отводят газообразный кислородный продукт высокой чистоты из внутренних областей мембранных модулей через газовые магистрали в наружную часть сосуда высокого давления; и (c) отводят обедненный кислородом кислородсодержащий газ через любой выход сосуда высокого давления.20. Способ по п.19, в котором давление кислородсодержащего исходного газа больше, чем давление газообразного кислородного продукта высокой чистоты.21. Способ по п.19, в котором используют мембранную разделительную систему для переноса ионов, которая дополнительно содержит короб для удерживания потока, который имеет внутреннюю и наружную части и расположен внутри сосуда высокого давления, при этом короб для удерживания потока окружает множество плоских мембранных модулей для переноса ионов и соединен в потоке с любым входом и выходом сосуда высокого давления, так что кислородсодержащий исходный газ проходит по внутренней части короба для удерживания потока.22. Способ по п.21, в котором разность давлений между внутренней и наружной частью короба для удерживания потока в любой точке между входом и выходом сосуда высокого давления поддерживают на величине, равной или больше нуля, при этом давление внутри короба равно или больше, чем давление в сосуде высокого давления снаружи от короба.23. Способ окисления, при котором:(a) в систему мембранного реактора для переноса ионов, включающую (1) сосуд высокого давления, имеющий внутреннюю часть, наружную часть, вход и выход, (2) множество плоских мембранных модулей для переноса ионов, расположенных внутри сосуда высокого давления, причем каждый мембранный модуль включает смешанный металлооксидный керамический материал и имеет внутреннюю область и наружную область, причем мембранные модули расположены последовательно относительно газового потока над наружной областью каждого мембранного модуля, при этом любой вход и любой выход сосуда высокого давления соединен в потоке с наружными областями мембранных модулей, и (3) одну или несколько газовых магистралей, соединенных в потоке с внутренними областями мембранных модулей и с наружной частью сосуда высокого давления;подают нагретый, находящийся под давлением газовый поток исходного реагента путем введения газового потока исходного реагента через любой вход сосуда высокого давления во внешние области мембранных модулей; и (b) подают кислородсодержащий газообразный окислитель во внутренние области мембранных модулей, обеспечивая, таким образом, проникновение ионов кислорода через смешанный металлооксидный керамический материал и взаимодействие кислорода с компонентами в газообразном потоке исходного реагента в наружных областях мембранных модулей с образованием продуктов окисления;(c) отводят продукты окисления из наружных областей мембранных модулей через любой выход в наружную часть сосуда высокого давления с получением потока продукта окисления; и (ά) отводят обедненный кислородом кислородсодержащий газ из внутренних областей мембранных модулей через одну или несколько магистралей в наружную часть сосуда высокого давления.24. Способ по п.23, в котором давление находящегося под давлением газового потока исходного реагента больше, чем давление кислородсодержащего газообразного окислителя.25. Способ по п.23, в котором используют мембранную реакционную систему для переноса ионов, дополнительно содержащую короб для удерживания потока, который имеет внутреннюю и наружную- 20 008527 части и расположен внутри сосуда высокого давления, причем короб для удерживания потока окружает множество плоских мембранных модулей для переноса ионов и соединен в потоке с входом и выходом сосуда высокого давления, так что находящийся под давлением газообразный поток исходного реагента проходит по внутренней части короба для удерживания потока.26. Способ по п.25, в котором разность давлений между внутренней и наружной частью короба для удерживания потока в любой точке между входом и выходом сосуда высокого давления поддерживают на величине, равной или большей нуля, при этом давление внутри короба может быть равным или больше, чем давление во внешней части сосуда высокого давления снаружи от короба.27. Способ по п.23, в котором находящийся при повышенном давлении газовый поток исходного реагента включает один или несколько углеводородов, содержащих один или несколько атомов углерода.28. Способ по п.27, в котором находящийся под давлением газовый поток исходного реагента включает метан, при этом поток продукта окисления включает водород и оксиды углерода.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/635,695 US7179323B2 (en) | 2003-08-06 | 2003-08-06 | Ion transport membrane module and vessel system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200400912A1 EA200400912A1 (ru) | 2005-04-28 |
| EA008527B1 true EA008527B1 (ru) | 2007-06-29 |
Family
ID=33552947
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200700401A EA013824B1 (ru) | 2003-08-06 | 2004-08-05 | Мембранная система для переноса ионов и система мембранного реактора для переноса ионов |
| EA200400912A EA008527B1 (ru) | 2003-08-06 | 2004-08-05 | Мембранный модуль для переноса ионов и мембранная система |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200700401A EA013824B1 (ru) | 2003-08-06 | 2004-08-05 | Мембранная система для переноса ионов и система мембранного реактора для переноса ионов |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US7179323B2 (ru) |
| EP (1) | EP1504811B1 (ru) |
| JP (1) | JP2005095866A (ru) |
| KR (1) | KR100566739B1 (ru) |
| CN (1) | CN1331565C (ru) |
| AT (1) | ATE429284T1 (ru) |
| AU (1) | AU2004203496B2 (ru) |
| CA (1) | CA2476026C (ru) |
| DE (1) | DE602004020712D1 (ru) |
| EA (2) | EA013824B1 (ru) |
| ES (1) | ES2324662T3 (ru) |
| NO (1) | NO332705B1 (ru) |
Families Citing this family (78)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7179323B2 (en) * | 2003-08-06 | 2007-02-20 | Air Products And Chemicals, Inc. | Ion transport membrane module and vessel system |
| US7658788B2 (en) * | 2003-08-06 | 2010-02-09 | Air Products And Chemicals, Inc. | Ion transport membrane module and vessel system with directed internal gas flow |
| US7425231B2 (en) * | 2003-08-06 | 2008-09-16 | Air Products And Chemicals, Inc. | Feed gas contaminant removal in ion transport membrane systems |
| US7122072B2 (en) * | 2003-11-17 | 2006-10-17 | Air Products And Chemicals, Inc. | Controlled heating and cooling of mixed conducting metal oxide materials |
| FR2866695B1 (fr) * | 2004-02-25 | 2006-05-05 | Alstom Technology Ltd | Chaudiere oxy-combustion avec production d'oxygene |
| US7771519B2 (en) * | 2005-01-03 | 2010-08-10 | Air Products And Chemicals, Inc. | Liners for ion transport membrane systems |
| US7918921B2 (en) * | 2005-02-04 | 2011-04-05 | Membrane Technology And Research, Inc | Gas separation membrane module assembly with residue manifold |
| US7404843B2 (en) * | 2005-02-04 | 2008-07-29 | Membrane Technology & Research Inc | Gas separation membrane module assembly |
| DE102005006571A1 (de) * | 2005-02-11 | 2006-08-17 | Uhde Gmbh | Verfahren zur Sauerstoffanreicherung in Gasen, dafür geeignete Anlagen sowie deren Verwendung |
| US7955423B2 (en) * | 2005-03-21 | 2011-06-07 | Air Products And Chemicals, Inc. | Solid-state membrane module |
| US20060275205A1 (en) * | 2005-06-03 | 2006-12-07 | Gas Technology Institute | Hydrogen extraction from gases derived from solid hydrocarbon fuels using mixed oxide ion/electronic conducting membranes |
| US7927578B2 (en) | 2005-06-03 | 2011-04-19 | Gas Technology Institute | Hydrogen separation process using mixed oxide ion/electronic/hydrogen atom conducting membranes |
| TWI399823B (zh) * | 2005-07-09 | 2013-06-21 | Tec Sem Ag | 用以存放基板之裝置 |
| US7744793B2 (en) | 2005-09-06 | 2010-06-29 | Lemaire Alexander B | Apparatus and method for growing fullerene nanotube forests, and forming nanotube films, threads and composite structures therefrom |
| US7850778B2 (en) * | 2005-09-06 | 2010-12-14 | Lemaire Charles A | Apparatus and method for growing fullerene nanotube forests, and forming nanotube films, threads and composite structures therefrom |
| US7556675B2 (en) | 2005-10-11 | 2009-07-07 | Air Products And Chemicals, Inc. | Feed gas contaminant control in ion transport membrane systems |
| KR100668647B1 (ko) * | 2005-11-10 | 2007-01-16 | 한국에너지기술연구원 | 수소정제모듈 |
| US7510594B2 (en) * | 2005-11-13 | 2009-03-31 | Membrane Technology And Research, Inc. | Gas separation membrane module assembly |
| US7703472B2 (en) * | 2005-12-07 | 2010-04-27 | Air Products And Chemicals, Inc. | Module isolation devices |
| US7758670B2 (en) * | 2006-07-11 | 2010-07-20 | Membrane Technology And Research, Inc | Four-port gas separation membrane module assembly |
| US8356485B2 (en) * | 2007-02-27 | 2013-01-22 | Siemens Energy, Inc. | System and method for oxygen separation in an integrated gasification combined cycle system |
| US8262755B2 (en) * | 2007-06-05 | 2012-09-11 | Air Products And Chemicals, Inc. | Staged membrane oxidation reactor system |
| MY180104A (en) * | 2007-10-02 | 2020-11-23 | Compactgtl Plc | Gas-to-liquid plant using parallel units |
| US20110263912A1 (en) | 2007-11-07 | 2011-10-27 | Air Products And Chemicals, Inc. | Control Of Kinetic Decomposition In Mixed Conducting Ion Transport Membranes |
| US20100251888A1 (en) * | 2007-11-20 | 2010-10-07 | Curtis Robert Fekety | Oxygen-Ion Conducting Membrane Structure |
| US7833314B2 (en) * | 2008-04-30 | 2010-11-16 | Praxair Technology, Inc. | Purification method and junction for related apparatus |
| CN101642684B (zh) * | 2008-08-07 | 2011-11-16 | 大连华海制氢设备有限公司 | 一种多通道金属钯或钯合金复合膜氢气分离器 |
| US8388743B2 (en) * | 2008-10-30 | 2013-03-05 | Aisan Kogyo Kabyshiki Kaisha | Separation membrane module and fuel vapor processing apparatus incorporating the same |
| US8110027B2 (en) * | 2009-04-17 | 2012-02-07 | Hamilton Sundstrand Corporation | Heated blanket for air separation module |
| US20110067405A1 (en) | 2009-09-18 | 2011-03-24 | Concepts Eti, Inc. | Integrated Ion Transport Membrane and Combustion Turbine System |
| US8590490B2 (en) * | 2010-02-18 | 2013-11-26 | King Fahd Univ. Of Petroleum & Minerals | Carbon-free fire tube boiler |
| US8287762B2 (en) | 2010-04-02 | 2012-10-16 | Air Products And Chemicals, Inc. | Operation of staged membrane oxidation reactor systems |
| US8148583B2 (en) | 2010-05-06 | 2012-04-03 | Air Products And Chemicals, Inc. | Feed gas contaminant removal in ion transport membrane systems |
| US8455382B2 (en) | 2010-05-25 | 2013-06-04 | Air Products And Chemicals, Inc. | Fabrication of catalyzed ion transport membrane systems |
| US9561476B2 (en) | 2010-12-15 | 2017-02-07 | Praxair Technology, Inc. | Catalyst containing oxygen transport membrane |
| WO2012125055A1 (ru) * | 2011-03-11 | 2012-09-20 | Bostanov Kazbek Ansarovich | Комплекс для создания в помещениях атмосферы с пониженным содержанием кислорода |
| CN103059980B (zh) * | 2011-10-21 | 2014-10-22 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种催化剂级配的重油加氢改质方法 |
| CN103059984B (zh) * | 2011-10-21 | 2014-10-22 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种催化剂级配的重油加工方法 |
| US8820312B2 (en) * | 2011-12-06 | 2014-09-02 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Oxygen transport reactor-based oven |
| EP2791082B1 (en) | 2011-12-15 | 2021-01-20 | Praxair Technology, Inc. | Method of producing composite oxygen transport membrane |
| US9486735B2 (en) | 2011-12-15 | 2016-11-08 | Praxair Technology, Inc. | Composite oxygen transport membrane |
| GB2505393A (en) * | 2012-05-23 | 2014-03-05 | Veolia Water Solutions & Tech | Filtration apparatus |
| US9758606B2 (en) | 2012-07-31 | 2017-09-12 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Cyclopropenium polymers and methods for making the same |
| US8979983B2 (en) * | 2012-12-13 | 2015-03-17 | Hamilton Sundstrand Corporation | Air separation module manifold flow structure and system |
| JP2016505501A (ja) | 2012-12-19 | 2016-02-25 | プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド | 酸素輸送膜集合体をシールするための方法 |
| US9453644B2 (en) | 2012-12-28 | 2016-09-27 | Praxair Technology, Inc. | Oxygen transport membrane based advanced power cycle with low pressure synthesis gas slip stream |
| CN104220367A (zh) | 2013-02-28 | 2014-12-17 | 气体产品与化学公司 | 使用离子传输膜生产氧和氮的方法和装置 |
| WO2014134241A1 (en) | 2013-02-28 | 2014-09-04 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process and apparatus for producing oxygen and nitrogen using ion transport membranes |
| US9212113B2 (en) | 2013-04-26 | 2015-12-15 | Praxair Technology, Inc. | Method and system for producing a synthesis gas using an oxygen transport membrane based reforming system with secondary reforming and auxiliary heat source |
| US9365422B2 (en) | 2013-04-26 | 2016-06-14 | Praxair Technology, Inc. | Method and system for producing a synthesis gas in an oxygen transport membrane based reforming system with recycling of the produced synthesis gas |
| US9296671B2 (en) | 2013-04-26 | 2016-03-29 | Praxair Technology, Inc. | Method and system for producing methanol using an integrated oxygen transport membrane based reforming system |
| US9611144B2 (en) | 2013-04-26 | 2017-04-04 | Praxair Technology, Inc. | Method and system for producing a synthesis gas in an oxygen transport membrane based reforming system that is free of metal dusting corrosion |
| US9115045B2 (en) | 2013-04-26 | 2015-08-25 | Praxair Technology, Inc. | Method and system for producing methanol using an oxygen transport membrane based reforming system |
| US9938145B2 (en) | 2013-04-26 | 2018-04-10 | Praxair Technology, Inc. | Method and system for adjusting synthesis gas module in an oxygen transport membrane based reforming system |
| US9023245B2 (en) | 2013-04-26 | 2015-05-05 | Praxair Technology, Inc. | Method and system for producing a synthesis gas using an oxygen transport membrane based reforming system with secondary reforming |
| US8945276B2 (en) * | 2013-06-07 | 2015-02-03 | Membrane Technology And Research, Inc. | Parallel feed gas separation membrane element assembly |
| WO2015054223A2 (en) * | 2013-10-07 | 2015-04-16 | Praxair Technology, Inc. | Ceramic oxygen transport membrane array reactor and reforming method |
| CN105593162B (zh) * | 2013-10-08 | 2018-09-07 | 普莱克斯技术有限公司 | 用于在基于氧输送膜的反应器中的温度控制的系统和方法 |
| US9556027B2 (en) | 2013-12-02 | 2017-01-31 | Praxair Technology, Inc. | Method and system for producing hydrogen using an oxygen transport membrane based reforming system with secondary reforming |
| EP2896598A1 (en) | 2014-01-17 | 2015-07-22 | Air Products And Chemicals, Inc. | System and process for producing ammonia using an ion transport membrane, gasifier, and ammonia synthesis unit |
| EP2898936A1 (en) | 2014-01-28 | 2015-07-29 | Air Products And Chemicals, Inc. | Planar solid-state membrane module for oxygen separation |
| EP2898937A1 (en) | 2014-01-28 | 2015-07-29 | Air Products And Chemicals, Inc. | Planar solid-state membrane module for oxygen separation |
| US20150209721A1 (en) * | 2014-01-28 | 2015-07-30 | Air Products And Chemicals, Inc. | Solid-State Membrane Module |
| WO2015123246A2 (en) | 2014-02-12 | 2015-08-20 | Praxair Technology, Inc. | Oxygen transport membrane reactor based method and system for generating electric power |
| US9028720B1 (en) | 2014-03-05 | 2015-05-12 | Air Products And Chemicals, Inc. | Ion transport membrane reactor systems and methods for producing synthesis gas |
| US10822234B2 (en) | 2014-04-16 | 2020-11-03 | Praxair Technology, Inc. | Method and system for oxygen transport membrane enhanced integrated gasifier combined cycle (IGCC) |
| JP6342234B2 (ja) * | 2014-06-30 | 2018-06-13 | ナブテスコ株式会社 | 除湿装置及び除湿モジュール |
| US9789445B2 (en) | 2014-10-07 | 2017-10-17 | Praxair Technology, Inc. | Composite oxygen ion transport membrane |
| US20160160312A1 (en) * | 2014-12-04 | 2016-06-09 | Air Products And Chemicals, Inc. | Hydrometallurgical System and Process Using an Ion Transport Membrane |
| US10441922B2 (en) | 2015-06-29 | 2019-10-15 | Praxair Technology, Inc. | Dual function composite oxygen transport membrane |
| US10118823B2 (en) | 2015-12-15 | 2018-11-06 | Praxair Technology, Inc. | Method of thermally-stabilizing an oxygen transport membrane-based reforming system |
| US9938146B2 (en) | 2015-12-28 | 2018-04-10 | Praxair Technology, Inc. | High aspect ratio catalytic reactor and catalyst inserts therefor |
| EP3436185A1 (en) | 2016-04-01 | 2019-02-06 | Praxair Technology Inc. | Catalyst-containing oxygen transport membrane |
| CN106540547A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-03-29 | 成都美富特膜科技有限公司 | Mbr膜组件及膜片边部定位装置 |
| KR102020778B1 (ko) * | 2018-02-12 | 2019-11-04 | 한국에너지기술연구원 | 세라믹 산소 분리막 모듈 및 그 제조방법 |
| EP3797085A1 (en) | 2018-05-21 | 2021-03-31 | Praxair Technology, Inc. | Otm syngas panel with gas heated reformer |
| JP7307868B2 (ja) * | 2019-07-12 | 2023-07-13 | 株式会社ハイドロネクスト | 水素分離装置 |
| US11162681B2 (en) | 2019-10-28 | 2021-11-02 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Integrated ITM micromixer burner of shell and tube design for clean combustion in gas turbines |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5681373A (en) * | 1995-03-13 | 1997-10-28 | Air Products And Chemicals, Inc. | Planar solid-state membrane module |
| RU2144494C1 (ru) * | 1997-06-06 | 2000-01-20 | Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. | Получение синтез-газа с помощью ионопроводящих мембран |
| RU2182036C2 (ru) * | 1997-04-29 | 2002-05-10 | Праксайр Текнолоджи, Инк. | Способ разделения кислородного газового потока на обогащенный кислородом газовый поток и обедненный кислородом газовый поток (варианты) |
Family Cites Families (68)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3278266A (en) * | 1963-05-13 | 1966-10-11 | Petro Tex Chem Corp | Vapor phase separation of hydrogen halides from hydrocarbons |
| US3935295A (en) * | 1973-01-23 | 1976-01-27 | Catalysts And Chemicals, Inc. | Process for removing chlorine-containing compounds from hydrocarbon streams |
| FR2383694A1 (fr) | 1977-03-18 | 1978-10-13 | Rhone Poulenc Ind | Appareil a membranes planes utilisable notamment en permeation gazeuse et procede pour son obtention |
| DE2931169A1 (de) * | 1979-08-01 | 1981-02-19 | Alberta Chem Fab Gmbh | Verfahren zur beseitigung von sauren komponenten aus abgasen |
| DE2945317C2 (de) | 1979-11-09 | 1981-11-12 | Gkss - Forschungszentrum Geesthacht Gmbh, 2000 Hamburg | Vorrichtung zur Wasserentsalzung und -reinigung durch Umgekehrte Osmose und Ultrafiltration |
| US4513093A (en) * | 1981-03-30 | 1985-04-23 | Ashland Oil, Inc. | Immobilization of vanadia deposited on sorbent materials during treatment of carbo-metallic oils |
| DE3235558A1 (de) * | 1982-09-25 | 1984-03-29 | Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt | Verfahren zur abtrennung von schadstoffen aus abgasen |
| DE3317517C2 (de) | 1983-05-13 | 1985-03-21 | Gkss - Forschungszentrum Geesthacht Gmbh, 2054 Geesthacht | Vorrichtung zum Filtern und Trennen von flüssigen und gasförmigen Medien |
| JPS60179112A (ja) | 1984-02-24 | 1985-09-13 | Toshiba Corp | 酸素ガス選択透過性複合膜 |
| EP0154468B1 (en) | 1984-02-24 | 1989-10-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Oxygen permeable membrane |
| US4721824A (en) * | 1984-09-24 | 1988-01-26 | Mobil Oil Corporation | Guard bed catalyst for organic chloride removal from hydrocarbon feed |
| US4629611A (en) * | 1985-04-29 | 1986-12-16 | International Business Machines Corporation | Gas purifier for rare-gas fluoride lasers |
| US5591315A (en) * | 1987-03-13 | 1997-01-07 | The Standard Oil Company | Solid-component membranes electrochemical reactor components electrochemical reactors use of membranes reactor components and reactor for oxidation reactions |
| US5306411A (en) * | 1989-05-25 | 1994-04-26 | The Standard Oil Company | Solid multi-component membranes, electrochemical reactor components, electrochemical reactors and use of membranes, reactor components, and reactor for oxidation reactions |
| JPS63296820A (ja) | 1987-05-29 | 1988-12-02 | Ube Ind Ltd | 高純度水素又はヘリウムの製造方法 |
| JPS6427620A (en) | 1987-07-24 | 1989-01-30 | Chiyoda Chem Eng Construct Co | Flat membrane type gas separating device |
| US4980049A (en) * | 1988-06-10 | 1990-12-25 | Mobil Oil Corporation | Catalytic cracking of heavy oils |
| CA2017243C (en) | 1989-05-25 | 2003-09-30 | Terry J. Mazanec | Novel solid multi-component membranes, electrochemical reactor and use of membranes and reactor for oxidation reactions |
| DE69033969T2 (de) | 1989-12-27 | 2003-01-02 | Standard Oil The Company Chica | Komponenten für elektrochemische Zellen und ihre Verwendung in Sauerstofftrennung |
| US5599510A (en) * | 1991-12-31 | 1997-02-04 | Amoco Corporation | Catalytic wall reactors and use of catalytic wall reactors for methane coupling and hydrocarbon cracking reactions |
| GB9201630D0 (en) | 1992-01-25 | 1992-03-11 | British Steel Plc | Off-gas treatment |
| US5750279A (en) * | 1992-02-28 | 1998-05-12 | Air Products And Chemicals, Inc. | Series planar design for solid electrolyte oxygen pump |
| US5240473A (en) | 1992-09-01 | 1993-08-31 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for restoring permeance of an oxygen-permeable ion transport membrane utilized to recover oxygen from an oxygen-containing gaseous mixture |
| US5356728A (en) * | 1993-04-16 | 1994-10-18 | Amoco Corporation | Cross-flow electrochemical reactor cells, cross-flow reactors, and use of cross-flow reactors for oxidation reactions |
| US5364506A (en) * | 1993-04-28 | 1994-11-15 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method and apparatus for partial oxidation of methane and cogeneration of electrical energy |
| US6355093B1 (en) | 1993-12-08 | 2002-03-12 | Eltron Research, Inc | Two component-three dimensional catalysis |
| CA2172301C (en) * | 1995-05-18 | 2001-08-07 | Ravi Prasad | Pressure driven solid electrolyte membrane gas separation method |
| CA2222284A1 (en) * | 1995-06-23 | 1997-01-09 | Curtis Robinson Fincher, Jr. | Method for monomer recovery |
| US6139610A (en) * | 1996-01-05 | 2000-10-31 | Wayne Pigment Corp. | Hybrid pigment grade corrosion inhibitor compositions and procedures |
| JPH09212115A (ja) * | 1996-02-02 | 1997-08-15 | Minnesota Mining & Mfg Co <3M> | 再帰性反射シート及び再帰性反射性能を有する物品 |
| JPH09206541A (ja) | 1996-02-06 | 1997-08-12 | Nitto Denko Corp | 空気中の酸素とアルゴンとの分離方法及びそのための分離装置 |
| US5868918A (en) * | 1996-09-26 | 1999-02-09 | Air Products And Chemicals, Inc. | Method for separating oxygen from an oxygen-containing gas |
| US5980840A (en) * | 1997-04-25 | 1999-11-09 | Bp Amoco Corporation | Autothermic reactor and process using oxygen ion--conducting dense ceramic membrane |
| US6117210A (en) | 1997-04-29 | 2000-09-12 | Praxair Technology, Inc. | Solid electrolyte systems for producing controlled purity oxygen |
| US5820655A (en) | 1997-04-29 | 1998-10-13 | Praxair Technology, Inc. | Solid Electrolyte ionic conductor reactor design |
| FR2766735B1 (fr) | 1997-07-31 | 1999-09-03 | Air Liquide | Procede et dispositif pour la production de gaz inerte ultra-pur |
| US5954859A (en) * | 1997-11-18 | 1999-09-21 | Praxair Technology, Inc. | Solid electrolyte ionic conductor oxygen production with power generation |
| US6056807A (en) * | 1998-01-26 | 2000-05-02 | Air Products And Chemicals, Inc. | Fluid separation devices capable of operating under high carbon dioxide partial pressures which utilize creep-resistant solid-state membranes formed from a mixed conducting multicomponent metallic oxide |
| US6060177A (en) * | 1998-02-19 | 2000-05-09 | United Technologies Corporation | Method of applying an overcoat to a thermal barrier coating and coated article |
| US6139810A (en) * | 1998-06-03 | 2000-10-31 | Praxair Technology, Inc. | Tube and shell reactor with oxygen selective ion transport ceramic reaction tubes |
| IL125958A0 (en) * | 1998-08-27 | 1999-04-11 | Yeda Res & Dev | Animal model for fibroblast growth factor receptor associated chondrodysplasia |
| US6309612B1 (en) * | 1998-11-18 | 2001-10-30 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Ceramic membrane reactor with two reactant gases at different pressures |
| US6255010B1 (en) | 1999-07-19 | 2001-07-03 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Single module pressurized fuel cell turbine generator system |
| US6293084B1 (en) * | 2000-05-04 | 2001-09-25 | Praxair Technology, Inc. | Oxygen separator designed to be integrated with a gas turbine and method of separating oxygen |
| DE10114173A1 (de) | 2000-06-16 | 2001-12-20 | Linde Ag | Reaktor |
| DE10029882A1 (de) | 2000-06-16 | 2001-12-20 | Linde Ag | Separator zur Erzeugung von Sauerstoff |
| WO2002020143A1 (fr) | 2000-09-08 | 2002-03-14 | Nippon Steel Corporation | Article composite en ceramique/metal, structure composite permettant le transport d'ions oxyde et article composite presentant des proprietes d'etancheification |
| DE10056789A1 (de) | 2000-11-16 | 2002-05-23 | Linde Ag | Separator zur Erzeugung von Sauerstoff |
| DE10056787A1 (de) | 2000-11-16 | 2002-05-23 | Linde Ag | Reaktor |
| DE10064894A1 (de) * | 2000-12-23 | 2002-06-27 | Alstom Switzerland Ltd | Luftzerlegungseinrichtung |
| KR100444885B1 (ko) | 2001-02-28 | 2004-08-18 | 주식회사 코캣 | 배가스에 함유된 입자상 물질 및 수분의 제거방법 |
| US6777370B2 (en) * | 2001-04-13 | 2004-08-17 | Engelhard Corporation | SOx tolerant NOx trap catalysts and methods of making and using the same |
| US6695983B2 (en) | 2001-04-24 | 2004-02-24 | Praxair Technology, Inc. | Syngas production method utilizing an oxygen transport membrane |
| US20030039601A1 (en) * | 2001-08-10 | 2003-02-27 | Halvorson Thomas Gilbert | Oxygen ion transport membrane apparatus and process for use in syngas production |
| JP3914416B2 (ja) | 2001-11-06 | 2007-05-16 | 帝国石油株式会社 | 膜式反応器 |
| US6602324B2 (en) * | 2001-11-15 | 2003-08-05 | Air Products And Chemicals, Inc. | Sulfur control in ion-conducting membrane systems |
| US6805728B2 (en) * | 2002-12-09 | 2004-10-19 | Advanced Technology Materials, Inc. | Method and apparatus for the abatement of toxic gas components from a semiconductor manufacturing process effluent stream |
| US6929825B2 (en) * | 2003-02-04 | 2005-08-16 | General Electric Company | Method for aluminide coating of gas turbine engine blade |
| US7279027B2 (en) * | 2003-03-21 | 2007-10-09 | Air Products And Chemicals, Inc. | Planar ceramic membrane assembly and oxidation reactor system |
| JP4321127B2 (ja) | 2003-06-06 | 2009-08-26 | 株式会社デンソー | 気体の浄化装置及び気体の浄化材並びに気体の浄化材の製造方法 |
| US7425231B2 (en) | 2003-08-06 | 2008-09-16 | Air Products And Chemicals, Inc. | Feed gas contaminant removal in ion transport membrane systems |
| US7658788B2 (en) | 2003-08-06 | 2010-02-09 | Air Products And Chemicals, Inc. | Ion transport membrane module and vessel system with directed internal gas flow |
| US7179323B2 (en) | 2003-08-06 | 2007-02-20 | Air Products And Chemicals, Inc. | Ion transport membrane module and vessel system |
| US7122072B2 (en) * | 2003-11-17 | 2006-10-17 | Air Products And Chemicals, Inc. | Controlled heating and cooling of mixed conducting metal oxide materials |
| WO2006014655A1 (en) | 2004-07-20 | 2006-02-09 | Entegris, Inc. | Removal of metal contaminants from ultra-high purity gases |
| JP2006200839A (ja) | 2005-01-21 | 2006-08-03 | Daikin Ind Ltd | 処理装置 |
| US7556675B2 (en) | 2005-10-11 | 2009-07-07 | Air Products And Chemicals, Inc. | Feed gas contaminant control in ion transport membrane systems |
| US7790030B2 (en) * | 2006-12-20 | 2010-09-07 | Uop Llc | Multi-tube pressure vessel |
-
2003
- 2003-08-06 US US10/635,695 patent/US7179323B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-07-29 CA CA002476026A patent/CA2476026C/en not_active Expired - Fee Related
- 2004-07-30 AU AU2004203496A patent/AU2004203496B2/en not_active Ceased
- 2004-08-04 DE DE602004020712T patent/DE602004020712D1/de active Active
- 2004-08-04 AT AT04018480T patent/ATE429284T1/de not_active IP Right Cessation
- 2004-08-04 EP EP04018480A patent/EP1504811B1/en not_active Not-in-force
- 2004-08-04 ES ES04018480T patent/ES2324662T3/es active Active
- 2004-08-05 NO NO20043274A patent/NO332705B1/no not_active IP Right Cessation
- 2004-08-05 EA EA200700401A patent/EA013824B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2004-08-05 KR KR1020040061711A patent/KR100566739B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2004-08-05 EA EA200400912A patent/EA008527B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2004-08-06 JP JP2004231178A patent/JP2005095866A/ja active Pending
- 2004-08-06 CN CNB2004100794267A patent/CN1331565C/zh not_active Expired - Fee Related
-
2007
- 2007-01-29 US US11/699,145 patent/US7335247B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-01-18 US US12/016,667 patent/US8114193B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5681373A (en) * | 1995-03-13 | 1997-10-28 | Air Products And Chemicals, Inc. | Planar solid-state membrane module |
| RU2182036C2 (ru) * | 1997-04-29 | 2002-05-10 | Праксайр Текнолоджи, Инк. | Способ разделения кислородного газового потока на обогащенный кислородом газовый поток и обедненный кислородом газовый поток (варианты) |
| RU2144494C1 (ru) * | 1997-06-06 | 2000-01-20 | Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. | Получение синтез-газа с помощью ионопроводящих мембран |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2004203496B2 (en) | 2007-06-07 |
| DE602004020712D1 (de) | 2009-06-04 |
| CN1331565C (zh) | 2007-08-15 |
| CA2476026C (en) | 2009-10-20 |
| ATE429284T1 (de) | 2009-05-15 |
| EA200700401A1 (ru) | 2007-06-29 |
| US8114193B2 (en) | 2012-02-14 |
| JP2005095866A (ja) | 2005-04-14 |
| EA013824B1 (ru) | 2010-08-30 |
| EP1504811A1 (en) | 2005-02-09 |
| NO332705B1 (no) | 2012-12-10 |
| EA200400912A1 (ru) | 2005-04-28 |
| US7179323B2 (en) | 2007-02-20 |
| CA2476026A1 (en) | 2005-02-06 |
| CN1608713A (zh) | 2005-04-27 |
| NO20043274L (no) | 2005-02-07 |
| EP1504811B1 (en) | 2009-04-22 |
| KR100566739B1 (ko) | 2006-04-03 |
| AU2004203496A1 (en) | 2005-02-24 |
| ES2324662T3 (es) | 2009-08-12 |
| US20050031531A1 (en) | 2005-02-10 |
| US7335247B2 (en) | 2008-02-26 |
| US20070137478A1 (en) | 2007-06-21 |
| US20110233470A1 (en) | 2011-09-29 |
| KR20050016165A (ko) | 2005-02-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA008527B1 (ru) | Мембранный модуль для переноса ионов и мембранная система | |
| KR100736651B1 (ko) | 유도된 내부 기체 흐름을 갖는 이온 수송 막 모듈 및 용기시스템 | |
| CA2531706C (en) | Ion transport membrane module and vessel system with directed internal gas flow | |
| AU2008203554B2 (en) | Liners for ion transport membrane systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Registration of a licence in a contracting state | ||
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AZ KZ |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |