ES2255201T3 - Dispositivo para la separacion de fluido que comprende una membrana mixta conductora a base de un oxido metalico multi-componente. - Google Patents
Dispositivo para la separacion de fluido que comprende una membrana mixta conductora a base de un oxido metalico multi-componente.Info
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Abstract
LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN DISPOSITIVO DE SEPARACION DE FLUIDOS, CAPAZ DE SEPARAR OXIGENO, A PARTIR DE UNA MEZCLA GASEOSA QUE CONTENGA OXIGENO. DICHO DISPOSITIVO EMPLEA AL MENOS UNA MEMBRANA EN ESTADO SOLIDO, QUE COMPRENDE UNA CAPA DE OXIDO METALICO MULTICOMPONENTE CONDUCTORA, MIXTA, FORMADA A PARTIR DE UN OXIDO METALICO MULTICOMPONENTE CONDUCTOR MIXTO, REPRESENTADO POR LA FORMULA LN X A'' X'' A'''' X'''' B SUB ,Y B'' Y'' O 3-Z'' , DONDE LN ES UN ELEMENTO SELECCIONADO A PARTIR DEL BLOQUE F DE LOS LANTANIDOS, A'' SE SELECCIONA A PARTIR DEL GRUPO 2 DE LA TABLA PERIODICA, A'''' SE SELECCIONA A PARTIR DE LOS GRUPOS 1, 2 Y 3 Y DEL BLOQUE F DE LOS LANTANIDOS, Y B, Y B'' SE SELECCIONAN INDEPENDIENTEMENTE A PARTIR DEL BLOQUE D DE LOS METALES DE TRANSICION, EXCLUYENDO EL TITANIO Y EL CROMO, DONDE 0 <= X < 1, 0 < X'' <= 1, 0 <= X'''' < 1, 0 < Y < 1, 0 <= Y'' < 1, X + X'' + X'''' = 1,0, 1,1 > Y + Y'' > 1,0 Y Z ES UN NUMERO QUE HACE QUE LA CARGA DEL COMPUESTO SEA NEUTRA. LOS OXIDOS METALICOS MULTICOMPONENTES MIXTOS DE LA INVENCION DEMUESTRAN UNA RESISTENCIA INCREMENTADA A LA DEGRADACION POR DIOXIDO DE CARBONO Y DIOXIDO DE AZUFRE, UN FLUJO MEJORADO DE OXIGENO Y VELOCIDADES DE TERMODEFORMACION PLASTICA REDUCIDAS, A LA TEMPERATURA DE UTILIZACION.
Description
Dispositivo para la separación de fluido que
comprende una membrana mixta conductora a base de un óxido metálico
multi-componente.
Las membranas en estado sólido formadas a partir
de materiales conductores de iones continúan siendo prometedoras
para su uso en procesos comerciales para separar y recuperar oxígeno
de mezclas gaseosas con contenido en oxígeno, así como para la
reacción del oxígeno formado de las mismas con un material de
alimentación que comprende hidrocarburos ligeros como metano, gas
natural, etano o cualquier mezcla de hidrocarburos ligeros
asequible. Las membranas en estado sólido representativas son las
formadas a partir de óxidos metálicos de varios componentes
conductores mixtos con los que se opera típicamente a altas
temperaturas (v.g., 600ºC o más), conduciendo las membranas tanto
iones de oxígeno como electrones. Cuando existe una diferencia en la
presión parcial de oxígeno en las caras opuestas de la membrana de
óxido metálico de varios componentes y se controlan las condiciones
de operación adecuadamente, se transporta el oxígeno en forma de
iones de oxígeno desde la cara de presión parcial con alto
contenido en oxígeno a la cara de presión parcial con bajo contenido
de oxígeno de la membrana, al mismo tiempo que tiene lugar un flujo
de electrones en dirección opuesta al desplazamiento de iones de
oxígeno con el fin de conservar la carga, produciendo oxígeno puro
en la cara permeable de la membrana.
Los dispositivos de separación de fluidos que
emplean membranas en estado sólido deben presentar diversas
propiedades mecánicas y físicas con el fin de proporcionar una vida
de funcionamiento suficiente y rendir según las especificaciones
operativas deseadas. Los dispositivos de separación de fluidos
deberán ser capaces de soportar presiones parciales de dióxido de
carbono y agua elevadas sin que se observe ninguna pérdida
apreciable en las propiedades de transporte de oxígeno, como es el
caso cuando se calienta el dispositivo por encendido directo de una
corriente de alimentación de fluido que produce dióxido de carbono,
agua y dióxido de azufre. Desgraciadamente, los óxidos metálicos de
varios componentes típicos conocidos en la técnica proporcionan
diversos grados de estos atributos esenciales.
En los procesos típicos en los que se emplean
dispositivos de separación de fluidos, existe un diferencial de
presión a través de la membrana de estado sólido. Existen numerosos
óxidos metálicos de varios componentes que presentan una fluencia
excesiva a temperatura elevada, lo que puede causar la deformación
de la membrana en estado sólido y, finalmente, su agrietamiento al
aplicar un diferencial de presión. Algunos óxidos metálicos de
varios componentes se degradan en presencia de dióxido de azufre a
temperaturas elevadas. Por consiguiente, el ceramista debe
esforzarse por optimizar la composición de dichos materiales para
conseguir niveles aceptables de cada una de las propiedades físicas
y mecánicas identificadas.
Tabata y sus colaboradores (J. Mat. Sci, 22
(1987) 1882-1886) han investigado los estados
químicos superficiales del compuesto de tipo perovskita, óxidos de
cobalto lantano impurificados con estroncio
(La_{1-x}Sr_{x}CoO_{3}) utilizando
espectroscopia fotoeléctrónica de rayos X. Las oxidaciones
catalíticas tanto del metano como monóxido de carbono también
fueron estudiadas empleando varios métodos de flujo.
En la patente EE.UU. 5.261.932, asignada para Air
Products and Chemicals, Inc., se presenta un proceso para recuperar
oxígeno a partir de una mezcla gaseosa con contenido en oxígeno que
contiene uno o más componentes seleccionados entre agua, dióxido de
carbono o un hidrocarburo volátil. Dicho proceso utiliza membranas
de transporte de iones que comprenden un óxido metálico de varios
componentes estequiométrico que contiene estroncio, calcio o
magnesio. En el proceso se utiliza un régimen de temperaturas que
supera los problemas asociados con la degradación de óxidos de
varios componentes que contienen estroncio, calcio y magnesio
causada por el dióxido de carbono. Los óxidos metálicos de varios
componentes estequiométricos preferibles están representados por la
estructura
A_{x}A'_{x'}A''_{x''}B_{y}B'_{y'}B''_{y''}O_{3-z},
en la que A,A',A'' se seleccionan del grupo que comprende los Grupos
1, 2 y 3 y el bloque F de los lantánidos, B, B',B'' se seleccionan
del bloque D de los metales de transición con arreglo a la Tabla
Periódica de los elementos adoptada por la IUPAC, en la que
0\leqx\leq1, 0\leqx'\leq1, 0\leqx''\leq1, 0<y\leq1,
0\leqy'\leq1, 0\leqy''\leq1, x+x'+x''=1, y+y'+y''=1 y z es
un número que hace la carga del compuesto neutra. Preferiblemente,
A, A' ó A'' de la estructura mencionada es un metal del grupo 2
seleccionado del grupo que consiste en calcio, estroncio y
magnesio.
magnesio.
La patente EE.UU. 5.269.822 también asignada para
Air Products and Chemicals, Inc., presenta un proceso para
recuperar oxígeno de una mezcla gaseosa con contenido en oxígeno que
contiene uno o más componentes seleccionados entre agua, dióxido de
carbono o un hidrocarburo volátil. En dicho proceso se utilizan
membranas de tranporte iónico, que comprenden un óxido metálico de
varios componentes estequiométrico que contiene bario, y un régimen
de temperatura que supera los problemas asociados con la degradación
de los óxidos metálicos de varios componentes que contienen bario
causada por el dióxido de carbono. Los óxidos metálicos de varios
componentes estequiométricos preferibles están representados por la
estructura
A_{x}Ba_{x'}B_{y}B'_{y'}B''_{y''}O_{3-z}
en la que A se selecciona del grupo que comprende los grupos 1, 2,
y 3 y el bloque F de los lantánidos siempre y cuando A no sea
itrio; y B, B', B'' se seleccionan de los metales de transición del
bloque D según la Tabla periódica de Elementos adoptada por la IUPAC
en la que 0\leqx\leq1, 0<x'\leq1, 0<y\leq1,
0\leqy'\leq1, 0\leqy''\leq1, x+x'=1, y+y'+y''=1 y z es un
número que hace neutra la carga del compuesto.
En las patentes EE.UU. 5.356.728 y 5.580.497 y la
solicitud de patente WO 94/24.065 se describen células de reactor
electroquímicas de flujo transversal formadas por óxidos metálicos
de varios componentes de la estructura perovskita que demuestran
tanto conductividad de electrónicos como conductividad de iones
oxígeno a temperaturas elevadas. Dichas células son útiles para
llevar a cabo reacciones de oxidación parcial de compuestos
orgánicos para formar productos de valor añadido y para separar el
oxígeno de mezclas gaseosas que contienen oxígeno. Los óxidos
metálicos de varios componentes adecuados están representados
por:
(Sr_{1-y}M_{y})_{\alpha}(Fe_{1-x}Co_{x})_{\alpha
+
\beta}O_{\delta}
en la que M es un metal
seleccionado del grupo que consiste en elementos que tienen un
número atómico en el intervalo de 56 a 71, calcio e itrio, x es un
número en el intervalo de aproximadamente 0,01 a aproximadamente
0,95, y es un número en el intervalo de aproximadamente 0,01 a
aproximadamente 0,95, \alpha es un número en el intervalo de
aproximadamente 1 a aproximadamente 4, \beta es un número en el
intervalo ascendente de 0 a aproximadamente 20, de manera
que
1,1
<(\alpha+\beta)/\alpha \leq
6,
y \delta es un número que hace
neutra la carga del compuesto, y teniendo la composición una
estructura no
perovskita.
En la patente EE.UU. 5.306.411 se describe una
membrana de varios componentes para su uso en un reactor
electroquímico caracterizado por (1) una mezcla íntima de varias
fases, impermeable al gas, de una fase electrónicamente conductora
y una fase conductora de iones de oxígeno, siendo al menos una de
dichas fases un óxido de metal mixto que tiene una estructura de
perovskita representada por la fórmula
A_{s}A'_{t}B_{u}B'_{v}B''_{w}O_{x}
en la que A representa un lantánido, Y, o una
mezcla de ellos; A' representa un metal alcalinotérreo o una mezcla
de ellos; B representa Fe; B' representa Cr, Ti o una mezcla de
ellos y s, t, u, v,w y x representan cada uno de ellos un número de
manera que:
s/t equivale a entre aproximadamente 0,01 y
aproximadamente 100;
u equivale a entre aproximadamente 0,01 y
aproximadamente 1;
v equivale a entre aproximadamente 0,01 y 1;
w equivale a entre cero y aproximadamente 1;
x equivale a un número que satisface las
valencias de A, A', B, B' y B'' en la fórmula; y
0,9<(s+t)/(u+v+w)<1,1;
o (2) un material de óxido de metal mixto que
tiene una estructura perovskita representado por la fórmula:
A_{s}A'_{t}B_{u}B'_{v}B''_{w}O_{x}
en la que A representa un lantánido o Y, o una
mezcla de los mismos; A' representa un metal alcalinotérreo o una
mezcla e los mismos; B representa Fe, B' representa Cr o Ti o una
mezcla de los mismos; y B'' representa Mn, Co, V, Ni o Cu o una
mezcla de los mismos y s, t, u , v, w y x representan cada uno de
ellos un número de manera
que:
que:
s/t equivale a entre aproximadamente 0,01 y
aproximadamente 100;
u equivale a entre aproximadamente 0,01 y
aproximadamente 1;
v equivale a entre aproximadamente 0,01 y 1;
w equivale a entre cero y aproximadamente 1;
x equivale a un número que satisface las
valencias de A, A', B, B' y B'' en la fórmula; y 0,9 <
(s+t)/(u+v+w)<1,1.
F. Morin y sus colaboradores (Solid State Ionics
96 (1997) 129-139) estudió la estabilidad de fase de
La_{0,5}Sr_{0,5}
CoO_{3-\delta} (cobaltita de lantano sustituida con estroncio). En la preparación de diversos compuestos ABO_{3} con A = La y Sr y B = Co o Mn, los investigadores observaron que cobaltita de lantano sustituida con estroncio presenta una tolerancia mucho menor para cualquier variación de la relación A/B que su contrapartida manganita. Esto se demuestra específicamente para La_{0,5}Sr_{0,5}CoO_{3-\delta} en la que aparecen enseguida fases distintas en ambas caras de la relación A/B para todo lo que se salga levemente de esta relación de la unidad. Estas fases secundarias se evidencian claramente por microscopia de electrones de exploración y por difracción de rayos X. Las mismas observaciones han sido extendidas a diversos grados de sustitución con estroncio entre 0,4 \leq x \leq 0,6. Los investigadores proporcionan también datos adicionales en lo que respecta a la estabilidad de la fase principal en función de la presión parcial de oxígeno a temperaturas por encima de 1425ºC.
CoO_{3-\delta} (cobaltita de lantano sustituida con estroncio). En la preparación de diversos compuestos ABO_{3} con A = La y Sr y B = Co o Mn, los investigadores observaron que cobaltita de lantano sustituida con estroncio presenta una tolerancia mucho menor para cualquier variación de la relación A/B que su contrapartida manganita. Esto se demuestra específicamente para La_{0,5}Sr_{0,5}CoO_{3-\delta} en la que aparecen enseguida fases distintas en ambas caras de la relación A/B para todo lo que se salga levemente de esta relación de la unidad. Estas fases secundarias se evidencian claramente por microscopia de electrones de exploración y por difracción de rayos X. Las mismas observaciones han sido extendidas a diversos grados de sustitución con estroncio entre 0,4 \leq x \leq 0,6. Los investigadores proporcionan también datos adicionales en lo que respecta a la estabilidad de la fase principal en función de la presión parcial de oxígeno a temperaturas por encima de 1425ºC.
D. Waller y sus colaboradores (Materials Letters
27 (1996) 225-228) explica la estructura y la
reacción de perovskitas deficientes en sitio A. Se sintetizaron
óxidos de hierro colbato estroncio lantano con estructura
perovskita utilizando métodos de acomplejado con citrato y glicina.
Se señaló que la calcinación a baja temperatura de las fases
precursoras condujo a la formación de pervskitas cúbicas, que con la
calcinación a alta temperatura forman, según se ha señalado,
perovskitas distorsionadas romboédricamente. La fase cúbica se
identifica como una perovskita
La_{0,6}Sr_{0,4-x}Co_{0,2}Fe_{0,8}O_{3-\delta}
con un gran grado de deficiencia de estroncio (x = 0,20 a 0,25).
La solicitud de patente japonesa kokai Nº
H8-130018 presenta perovskitas deficientes en sitio
A representadas por la fórmula A_{1-\alpha}BO_{3-\delta}. Dichos
materiales son adecuados para su uso como material de electrodo para
electrolitos sólidos caracterizados por el hecho de que A en la
fórmula consiste en dos elementos extructurales, A' y A'', B
consiste en dos elementos estructurales B' y B'', de manera que la
fórmula general se puede indicar mediante
(A'_{1-x}A''_{x})_{1-\alpha}(B'_{1-y}B''_{y})O_{3-\delta}
y que A' en la fórmula consiste en al menos uno seleccionado del
grupo La, Nd y Y; y A'' consiste en al menos uno seleccionado del
grupo Ba, Sr y Ca; B' es Co; y B'' consiste en al menos uno
seleccionado del grupo Mn, Fe, Ni y Cu y los intervalos tolerables
de \alpha, \delta, x e y son 0 < \alpha < 0,2; 0 \leq
\delta \leq 1; 0 < x < 1; y 0 < y < 1.
En EP-A-0.732.138
se describen capas de óxido conductor mixtas densas representadas
por la fórmula A_{x}A'_{x'}A''_{x''}
B_{y}B'_{y'}B''_{y''}O_{3-z} en la que A, A' y A'' se seleccionan del grupo que comprende los grupos 1, 2 y 3 y el bloque F de los lantánidos; y B, B', B'' se seleccionan del bloque D de los metales de transición según la Tabla Periódica de Elementos adoptada por la IUPAC en la que 0<x\leq1, 0\leqx'\leq1, 0\leqx''\leq1, 0<y\leq1, 0\leqy'\leq1, 0\leqy''\leq1,1 1,1>x+x'+x''>0,9, 1,1> y+y'+y''>0,9 y z es un número que hace neutra la carga de óxido conductor mixto.
B_{y}B'_{y'}B''_{y''}O_{3-z} en la que A, A' y A'' se seleccionan del grupo que comprende los grupos 1, 2 y 3 y el bloque F de los lantánidos; y B, B', B'' se seleccionan del bloque D de los metales de transición según la Tabla Periódica de Elementos adoptada por la IUPAC en la que 0<x\leq1, 0\leqx'\leq1, 0\leqx''\leq1, 0<y\leq1, 0\leqy'\leq1, 0\leqy''\leq1,1 1,1>x+x'+x''>0,9, 1,1> y+y'+y''>0,9 y z es un número que hace neutra la carga de óxido conductor mixto.
Las personas especializdaas en este campo están
investigando para hallar óxidos metálicos de varios componentes
conductores mixtos de tipo perovskita para su uso en dispositivos de
separación de fluidos que toleren estar sujetos a presiones
parciales de dióxido de carbono y agua elevadas, así como la
presencia de dióxido de azufre durante la operación sin sufrir una
pérdida inaceptable del flujo de oxígeno ni presentar una fluencia
inaceptable.
Los autores de la solicitud han descubierto una
clase de óxidos metálicos de varios componentes conductores mixtos
que son particularmente adecuados para su uso en la fabricación de
la capa de óxido metálico de varios componentes conductor mixto
denso de las membranas sólidas en estado sólido utilizadas en
dispositivos de separación de fluidos como los empleados para
separar oxígeno de mezclas gaseosas que contienen oxígeno. Estas
composiciones superan los problemas asociados con los materiales de
la técnica anterior al proporcionar una resistencia superior a la
degradación por el dióxido de carbono y el dióxido de azufre al
tiempo que operan en condiciones de proceso de presiones parciales
de agua y de dióxido de carbono elevadas. Por otra parte, los
óxidos metálicos de varios componentes mixtos enumerados presentan
una fluencia reducida en las condiciones de operación.
Estos dispositivos de separación de fluidos para
separar el oxígeno de una mezcla gaseosa que contiene oxígeno
utilizan al menos una membrana en estado sólido que comprende una
capa de óxido metálico de varios componentes conductor mixto denso
formado por un óxido metálico de varios componentes conductor mixto
representado por la fórmula
Ln_{x}A'_{x'}A''_{x''}B_{y}B'_{y'}O_{3-z},
en la que Ln es un elemento seleccionado del bloque f de los
lantánidos, A' se selecciona del grupo 2, A'' se selecciona de los
grupos 1, 2 y 3 y el bloque f de los lantánidos y B y B' se
seleccionan independientemente del bloque d de metales de
transición, excluyendo titanio y cromo, en la que 0<x<1,
0<x'<1, 0\leqx''<1, 0<y<1,1 0\leqy'<1,1,
x+x'+x''=1,0 1,1>y+y'>1,0 y z es un número que hace neutra la
carga del compuesto.
La invención se refiere también al uso de estos
óxidos metálicos de varios componentes conductores mixtos para
reducir la fluencia en condiciones de operación, tal como se define
en las reivindicaciones adjuntas.
El término dispositivo de separación de fluidos,
en el modo de realización más general, se refiere a cualquier
aparato convencional, como por ejemplo un reactor, que se separa en
un primer compartimiento y un segundo compartimiento mediante las
membranas en estado sólido de la presente invención. El dispositivo
posee típicamente una entrada para introducir una mezcla gaseosa
con contenido en oxígeno en el primer compartimiento en virtud de
lo cual entra en contacto con la membrana en estado sólido, y una
salida para recoger el oxígeno que penetra a través de la membrana
en estado sólido hacia el segundo compartimiento. Opcionalmente, se
puede introducir un gas de barrido inerte, como helio, en
proximidad al segundo compartimiento con el fin de barrer el
oxígeno para alejarlo de la membrana en estado sólido y fuera del
segundo compartimiento. El dispositivo de separación de fluidos
puede ir equipado con elementos de calentamiento convencionales con
el fin de elevar la temperatura del dispositivo a temperaturas
suficientes para permitir que las membranas en estado sólido del
dispositivo de separación de fluidos separen el oxígeno de la mezcla
gaseosa con contenido en oxígeno, o se puede calentar el
dispositivo a través de un intercambio de calor indirecto o por
encendido directo de la mezcla fluida que se va a separar tal como
se conoce en la especialidad.
En uno de los modos de realización más generales,
las membranas en estado sólido adecuadas comprenden un óxido
metálico de varios componentes conductor mixto denso representado
por la fórmula
Ln_{x}A'_{x'}A''_{x''}B_{y}B'_{y'}O_{3-z},
en la que Ln es un elemento seleccionado del bloque f de los
lantánidos, A' se selecciona del grupo 2, A'' se selecciona de los
grupos 1, 2 y 3 y el bloque f de los lantánidos y B y B' se
seleccionan independientemente del bloque d de metales de
transición, excluyendo titanio y cromo, en la que 0<x<1,
0<x'<1, 0\leqx''<1, 0<y<1,1 0\leqy'<1,1,
x+x'+x''=1,0 1,1>y+y'+y''>1,0 y z es un número que hace neutra
la carga del compuesto.
Tal como se explicará más adelante en la
descripción detallada de la invención, las membranas en estado
sólido pueden estar formadas por capas adicionales incluyendo capas
de soporte porosas que proporcionan un soporte mecánico para la capa
de óxido metálico de varios componentes conductor mixto, denso.
Asimismo, se pueden emplear capas adicionales, según se desee, para
ayudar al funcionamiento de la membrana en estado sólido.
Los fluidos adecuados para su separación mediante
el uso de dispositivos de separación de fluidos según la presente
invención incluyen mezclas gaseosas que contienen oxígeno, como
aire, que puede contener también uno o más componentes incluyendo
dióxido de carbono, dióxido de azufre, agua e hidrocarburos
volátiles. Las mezclas gaseosas que contienen oxígeno contienen
típicamente entre aproximadamente 10% en volumen y 50% en volumen de
oxígeno. La mezcla gaseosa con contenido en oxígeno preferible es el
aire atmosférico. Entre los hidrocarburos representativos se
incluyen alcanos, alquenos y alquinas de cadena lineal o ramificada,
que tienen de 1 a aproximadamente 6 átomos de carbono y aromáticos
que tienen de 6 a 8 átomos de carbono. Se cree que dichos
hidrocarburos se convierten a dióxido de carbono y agua en las
condiciones de operación, no causando así ningún efecto negativo en
la utilidad del dispositivo de separación de fluidos.
Los autores de la solicitud han descubierto
asimismo que se puede disfrutar de un significativo ahorro de los
costes con la utilización de una mezcla de lantánidos para Ln tal
como se representa en la fórmula indicada anteriormente, en lugar de
lantánidos altamente puros individuales del bloque f de la Tabla
Periódica de Elementos de la IUPAC. Por ejemplo, un óxido de lantano
altamente puro es sustancialmente más caro que una mezcla de óxido
de lantano, óxido de cerio, óxido de preseodimio y óxido de
neodimio, que se distribuye en el comercio por Molycorp, una
división de Unical Corporation, Los Ángeles, CA. Así pues, Ln en la
fórmula indicada anteriormente puede comprender una mezcla de
lantano y al menos otro elemento distinto a lantano que se
selecciona del bloque f de los lantánidos, tal como se representa en
la Tabla Periódica de Elementos según la IUPAC.
Los óxidos metálicos de varios componentes
conductores mixtos densos preferibles que se han de emplear en la
capa de óxido metálico de varios componentes conductor mixto denso
de las membranas en estado sólido del dispositivo de separación se
representan mediante la fórmula
La_{x}A'_{x'}A''_{x''}Co_{y}Fe_{y'}O_{3-z},
en la A' se selecciona entre estroncio, bario, calcio o magnesio,
A'' se selecciona de los grupos 1, 2, y 3 y el bloque f de los
lantánidos, siendo 0<x<1, 0<x'<1, 0\leqx''<1,
0<y<1,1, 0\leqy'<1,1, x+x'+x''=1,0 1,1>y+y'>1,0 y z
es un número que hace neutra la carga del compuesto. Un óxido
metálico representativo es
La_{0,6}Sr_{0,4}Co_{0,51}Fe_{0,51}O_{3-z}.
Los óxidos metálicos de varios componentes
conductores mixtos, densos preferibles se representan mediante la
fórmula
Ln_{x}A'_{x'}A''_{x''}B_{y}BO_{3-z}, en la
que Ln es un elemento seleccionado del bloque f de los lantánidos,
A' se selecciona del grupo 2, A'' se selecciona de los grupos 1, 2 y
3 y el bloque f de los lantánidos y B se seleccionan del bloque d de
metales de transición, excluyendo titanio y cromo, siendo
0<x<1, 0<x'<1, 0\leqx''<1, 0<y<1,1,
x+x'+x''=1,0 1,1>y>1,0 y z es un número que hace neutra la
carga del compuesto. Los óxidos metálicos representativos incluyen
La_{0,5}Sr_{0,5}Co_{1,02}O_{3-z},
La_{0,6}Sr_{0,4}Co_{1,02}O_{3-z},
La_{0,8}Sr_{0,2}Co_{1,02}O_{3-z}.
Los dispositivos de separación de fluidos de la
presente invención utilizan membranas en estado sólido que
comprenden al menos una membrana en estado sólido que comprende una
capa de óxido metálico de varios componentes conductor mixto, denso
formado por los óxidos metálicos de varios componentes conductores
mixtos que se indican en la presente memoria descriptiva y toleran
ser sometidos a altas presiones parciales elevados de dióxido de
carbono, dióxido de azufre y agua durante la operación sin sufrir
una pérdida inaceptable del flujo de oxígeno y sin presentar una
fluencia inaceptable.
En un modo de realización preferible, las
composiciones señaladas se utilizan de este modo para reducir la
fluencia en las condiciones de operación del dispositivo de
separación de fluidos.
Los autores de la solicitud podrán comprender con
más facilidad la invención haciendo referencia a la Descripción
Detallada y la figura que se adjunta.
La única figura ilustra el flujo de oxígeno
mejorado que presentan las membranas en estado sólido del
dispositivo de separación de fluidos reivindicado en el que se
utiliza una capa de óxido metálico de varios componentes conductor
mixto, denso formado por
La_{0,6}Sr_{0,4}Co_{1,02}FeO_{3-z}.
La patente estadounidense 5.712.220 presenta
nuevos óxidos metálicos de varios componentes conductores mixtos
que son particularmente adecuados para su uso en la fabricación de
dispositivos para producir oxígeno en estado sólido. Los óxidos
metálicos de varios componentes comprenden al menos tres metales de
transición, excluyendo titanio y cromo, siendo la relación de los
metales de transición a los otros componentes metálicos la
comprendida entre más de 1 y menos de 1,1.
Las composiciones presentadas en
US-.A-5.712.220 quedan representadas por la fórmula
A_{x}A'_{x'}A''_{x''}B_{y}B'_{y'}B''_{y''}
O_{3-z} en la que Ln es un elemento seleccionado del bloque f de los lantánidos, A' se selecciona del grupo 2, A'' se selecciona de los grupos 1, 2 y 3 y el bloque f de los lantánidos y B, B'B'' se seleccionan independientemente del bloque d de metales de transición, excluyendo titanio y cromo, siendo 0\leqx<1, 0<x'<1, 0\leqx''<1, 0<y\leq1,1, 0<y'<1,1, 0<y''<1,1, x+x'+x''=1,0; 1,1>y+y'+y''=1,0 y z un número que hace neutra la carga de compuesto, en la que dichos elementos están representados con arreglo a la Tabla Periódica de Elementos adoptada por la IUPAC.
O_{3-z} en la que Ln es un elemento seleccionado del bloque f de los lantánidos, A' se selecciona del grupo 2, A'' se selecciona de los grupos 1, 2 y 3 y el bloque f de los lantánidos y B, B'B'' se seleccionan independientemente del bloque d de metales de transición, excluyendo titanio y cromo, siendo 0\leqx<1, 0<x'<1, 0\leqx''<1, 0<y\leq1,1, 0<y'<1,1, 0<y''<1,1, x+x'+x''=1,0; 1,1>y+y'+y''=1,0 y z un número que hace neutra la carga de compuesto, en la que dichos elementos están representados con arreglo a la Tabla Periódica de Elementos adoptada por la IUPAC.
Los autores de la solicitud han descubierto ahora
que al eliminar el elemento B'' de la fórmula inmediatamente
anterior, y al tener así solamente 1 ó 2 cationes B (representados
por B y/o B' en la fórmula anterior), se pueden obtener
composiciones que tienen propiedades superiores. Más en particular,
los dispositivos de separación de fluidos formados a partir de
membranas en estado sólido que tienen una capa de óxido metálico de
varios componentes conductor mixto, denso formado por las
composiciones de la solicitud presentadas en la presente memoria
descriptiva demuestran flujos de oxígeno más altos e índices de
fluencia más bajos que las composiciones representadas en la
solicitud `668, y proporcionan una mejor resistencia a la
degradación por dióxido de azufre.
Los dispositivos de separación de fluidos para
separar el oxígeno de una mezcla gaseosa con contenido en oxígeno
utilizan al menos una membrana en estado sólido que comprende una
capa de óxido metálico de varios componentes conductor mixto
formada por un óxido metálico de varios componentes conductor mixto
representado por la fórmula
Ln_{x}A'_{x'}A''_{x''}B_{y}B'_{y'}O_{3-z}
en la que Ln es un elemento seleccionado del bloque f de los
lantánidos, A' se selecciona del grupo 2, A'' se selecciona de los
grupos 1, 2 y 3 y el bloque f de los lantánidos, y B y B' se
seleccionan independientemente del bloque d de metales de
transición, excluyendo titanio y cromo, siendo 0<x<1,
0<x'<1, 0\leqx''<1, 0<y\leq1,1, 0\leqy'<1,1,
x+x'+x''=1,0, 1,1>y+y'>1,0 y z es un número que hace neutra la
carga del compuesto.
El término dispositivo de separación de fluidos,
en su modo de realización más general, significa cualquier aparato
convencional, como por ejemplo un reactor, que se separa en un
primer compartimiento y un segundo compartimiento mediante una
membrana en estado sólido según la presente invención. El aparato
posee típicamente una entrada para introducir la mezcla gaseosa con
contenido en oxígeno en el primer compartimiento en virtud de lo
cual entra en contacto con la membrana en estado sólido, una salida
para recoger el oxígeno que penetra a través de la membrana en
estado sólido hacia el segundo compartimiento y otra salida para
eliminar la mezcla con contenido en oxígeno que ya no tiene oxígeno
del primer compartimiento. Alternativamente, se puede utilizar una
entrada para introducir gas de barrido inerte, como helio, en
proximidad al segundo compartimiento con el fin de barrer el
oxígeno para alejarlo de la membrana en estado sólido y fuera del
segundo compartimiento. Opcionalmente, se puede proporcionar una
entrada al segundo compartimiento para introducir fluido gaseoso
que puede reaccionar con el oxígeno que penetra a través de la
membrana en estado sólido y hacia el segundo compartimiento.
El dispositivo de separación de fluidos puede ir
equipado con elementos de calentamiento convencionales con el fin
de elevar la temperatura del dispositivo a temperaturas suficientes
para permitir que las membranas en estado sólido del dispositivo de
separación de fluidos separen el oxígeno de la mezcla gaseosa con
contenido en oxígeno, o se puede calentar el dispositivo por
intercambio de calor indirecto, tal como se conoce en la
especialidad. Alternativamente, se puede combinar el fluido con un
combustible y quemarlo para dar calor al fluido que se va a separar
a la temperatura de funcionamiento.
Los dispositivos de separación de fluidos
adecuados incluyen el módulo de membrana en estado sólido tubular
presentado en la patente estadounidense 5.599.383 asignado para Air
Products and Chemicals, Inc., que presenta módulos de membrana en
estado sólido tubulares para separar oxígeno de una mezcla gaseosa
con contenido en oxígeno que proporcionan una mejor integridad
estructural y neumática así como facilidad en el sistema de
tuberías. Los módulos están formados por una pluralidad de unidades
de membrana tubular, cada unidad de membrana comprende un soporte
poroso sin canales que va conectado a través de la porosidad que
está en contacto con una capa de óxido conductor mixto, denso
contiguo que no va conectado a través de la porosidad. La capa de
óxido metálico de varios componentes conductor mixto denso se coloca
en comunicación de flujo con la mezcla gaseosa con contenido en
oxígeno que se va a separar y el soporte poroso sin canales de cada
unidad de membrana se coloca en comunicación de flujo con una o más
tuberías o conductos para descargar el oxígeno que se ha separado
de la mezcla gaseosa con contenido en oxígeno por penetración a
través de la capa de óxido conductor mixto, denso de la unidad de
membrana y su paso hacia las tuberías o conductos a través del
soporte poroso sin canales de cada unidad de membrana.
Los dispositivos de separación de fluidos
adecuados también incluyen los módulos de membrana en estado sólido
planos presentados en la patente estadonunidense 5.681.373 asignada
para Air Products and Chemicals, Inc. que presenta módulos de
membrana en estado sólido planos para separar el oxígeno de una
mezcla gaseosa con contenido en oxígeno que proporcionan una mejor
integridad estructural y neumática, así como facilidad en el
sistema de tuberías. Los módulos están formados por una pluralidad
de unidades de membrana planas, cada unidad de membrana comprende
un soporte poroso sin canales que se conecta a través de la
porosidad que está en contacto con una capa de óxido conductor
mixto, denso contigua que no va conectada a través de la porosidad.
La capa de óxido metálico de varios componentes conductor mixto,
denso está colocada en comunicación de flujo con la mezcla gaseosa
que contiene oxígeno que se va a separar y el soporte poroso sin
canales de cada unidad de membrana está colocado en comunicación de
flujo con una o más tuberías o conductos para descargar el oxígeno
que se ha separado de la mezcla gaseosa con contenido en oxígeno por
penetración a través de la capa de óxido metálico de varios
componentes conductor mixto denso de cada unidad de membrana y el
paso hacia las tuberías o conductos a través del soporte poroso sin
canales de cada unidad de membrana.
Los fluidos adecuados para su separación mediante
la utilización de los dispositivos de separación de fluidos de la
presente invención incluyen mezclas gaseosas con contenido en
oxígeno, como aire, que puede contener también uno o más
componentes, incluyendo dióxido de carbono, dióxido de azufre, agua
e hidrocarburos volátiles. Las mezclas gaseosas que contienen
oxígeno contienen típicamente entre aproximadamente 10% en volumen y
50% en volumen de oxígeno. La mezcla gaseosa con contenido en
oxígeno preferible es el aire atomosférico. Entre los hidrocarburos
representativos que pueden estar presentes en el fluido que se va a
separar se incluyen alcanos, alquenos y alquinas de cadena lineal o
ramificada, que tienen de 1 a aproximadamente 6 átomos de carbono y
aromáticos que tienen de 6 a 8 átomos de carbono. Se cree que dichos
hidrocarburos se convierten a dióxido de carbono y agua en las
condiciones de operación, no causando así ningún efecto negativo en
la utilidad del dispositivo de separación de fluidos.
La fuerza de accionamiento para separar oxígeno
de una mezcla gaseosa con contenido en oxígeno durante a operación
del dispositivo de separación de fluidos que se reivindica se
proporciona creando una diferencia en la presión parcial de oxígeno
en lados opuestos de la membrana en estado sólido que comprende la
capa de óxido metálico de varios componentes conductor mixto,
denso. Una diferencia de la presión parcial de oxígeno en lados
opuestos de la membrana en estado sólido puede crearse comprimiendo
la mezcla gaseosa con contenido en oxígeno suministrada al primer
compartimiento del dispositivo de separación de fluidos a una
presión suficiente para recuperar la corriente permeable al oxígeno
en el segundo compartimiento a una presión superior o igual a
aproximadamente una
atmósfera.
atmósfera.
Las presiones típicas de la mezcla gaseosa con
contenido en oxígeno oscilan entre aproximadamente 103,35 kPa y
aproximadamente 1,723 MPa (aproximadamente 15 psia a aproximadamente
250 psia) y la presión óptima variará dependiendo de la cantidad de
oxígeno en la mezcla gaseosa con contenido en oxígeno. Los
compresores convencionales son capaces de conseguir la compresión
requerida. Alternativamente, se puede conseguir una presión parcial
de oxígeno positiva en lados opuestos de la membrana en estado
sólido evacuando parcialmente el segundo compartimiento del
dispositivo hasta el punto de recuperar el permeado de oxígeno. El
oxígeno que se ha separado de la mezcla gaseosa con contenido en
oxígeno se puede almacenar en un contenedor adecuado. El permeado de
oxígeno comprende típicamente oxígeno puro u oxígeno de alta pureza
definido como un gas que contiene generalmente al menos
aproximadamente un 90% en volumen de O_{2}, preferiblemente más de
aproximadamente 95% en volumen de O_{2}, especialmente más de 99%
en volumen de O_{2}. Alternativamente, puede hacerse reaccionar el
permeado de oxígeno in situ con un material de alimentación
reactivo con el oxígeno que se introduce en el segundo
compartimiento del dispositivo de separación de fluidos.
El circuito necesario de electrones para el
suministro en el proceso de ionización/desionización que se da en la
membrana en estado sólido se mantiene internamente a través de la
conductividad electrónica de la capa de óxido metálico de varios
componentes conductor, mixto, denso de la membrana en estado sólido.
Los óxidos metálicos de varios componentes conductores mixtos que
demuestran tener tanto conductividad iónica de oxígeno como
conductividad electrónica demuestran típicamente una conductividad
iónica de oxígeno comprendida entre 0,001 ohm^{-1} cm^{-1} y
100 ohm^{-1}cm^{-1} y una conductividad electrónica comprendida
entre aproximadamente 1 ohm^{-1}cm^{-1} y 1000
ohm^{-1}cm^{-1}.
En conexión ahora con la membrana en estado
sólido que se utiliza en los dispositivos de separación de fluidos
de la presente invención, el modo de realización más general
comprende al menos una membrana en estado sólido que comprende un
óxido metálico de varios componentes conductor mixto, denso
representado por la fórmula
Ln_{x}A'_{x'}A''_{x''}B_{y}B'_{y'}O_{3-z}
en la que Ln es un elemento seleccionado del bloque f de los
lantánidos, A' se selecciona del grupo 2, A'' se selecciona de los
grupos 1, 2 y 3 y el bloque f de los lantánidos y B y B' se
seleccionan independientemente del bloque d de metales de
transición, excluyendo titanio y cromo, en la que 0<x<1,
0<x'<1, 0\leqx''<1, 0<y<1,1, 0\leqy'<1,1,
x+x'+x''=1,0, 1,1>y+y'+y''=1,0 y z es un número que hace neutra
la carga del compuesto.
Los autores de la presente invención han
descubierto además que se puede disfrutar de un significativo ahorro
de los costes al utilizar una mezcla de lantánidos para Ln, tal como
se representa en la fórmula anterior, en lugar de lantánidos
individual altamente puros del bloque f de la Tabla Periódica de
Elementos según la IUPAC. Por ejemplo, el óxido de lantano altamente
puro es sustancialmente más caro que una mezcla de óxido de
lantano, óxido de cerio, óxido de praseodimio y óxido de neodimio
que se distribuye en el comercio por Molycorp, una división de
Unical Corporation, Los Angeles, CA. Según esto, Ln en la fórmula
que se ha mencionado puede comprender una mezcla de lantano y al
menos un elemento distinto a lantano que se selecciona del bloque f
de los lantánidos representados según la Tabla Periódica de
Elementos según la IUPAC.
Los óxidos metálicos de varios componentes
conductores mixtos densos más preferibles que se emplean en la capa
de óxido metálico de varios componentes conductor mixto, denso de
las membranas en estado sólido del dispositivo de separación de
fluidos se representan mediante la fórmula
La_{x}A'_{x'}A''_{x''}Co_{y}Fe_{y'}O_{3-z},
en la A' se selecciona entre estroncio, bario, calcio o magnesio,
A'' se selecciona de los grupos 1, 2, y 3 y el bloque f de los
lantánidos, siendo 0<x<1, 0<x'<1, 0\leqx''<1,
0<y<1,1 0\leqy'<1,1, x+x'+x''=1,0 1,1>y+y'>1,0 y z
es un número que hace neutra la carga del compuesto. Un óxido
metálico representativo es
La_{0,6}Sr_{0,4}Co_{0,51}Fe_{0,51}O_{3-z}.
Los óxidos metálicos de varios componentes
conductores mixtos, densos preferibles sobre todo se representan
mediante la fórmula
Ln_{x}A'_{x'}A''_{x''}B_{y}O_{3-z}, en la
que Ln es un elemento seleccionado del bloque f de los lantánidos,
A' se selecciona del grupo 2, A'' se selecciona de los grupos 1, 2 y
3 y el bloque f de los lantánidos y B se seleccionan del bloque d de
metales de transición, excluyendo titanio y cromo, siendo
0<x<1, 0<x'<1, 0\leqx''<1, x+x'+x''=1,0
1,1>y>1,0 y z es un número que hace neutra la carga del
compuesto. Los óxidos metálicos representativos incluyen
La_{0,5}Sr_{0,5}Co_{1,02}O_{3-z},
La_{0,6}Sr_{0,4}Co_{1,02}O_{3-z},
La_{0,8}Sr_{0,2}Co_{1,02}O_{3-z}.
Los óxidos metálicos de varios componentes
conductores mixtos enumerados se pueden preparar con arreglo a
métodos convencionales incluyendo el mezclado y encendido de una
relación estequiométrica deseada de los óxidos metálicos
correspondientes que componen el óxido metálico de varios
componentes conductor mixto, nitratos y acetatos de descomposición
térmica y utilizando el método de preparación de ácido cítrico. Cada
uno de estos métodos es conocido dentro de la especialidad y es
adecuado para obtener óxidos de varios componentes de la invención
que se reivindica.
La capa de óxido metálico de varios componentes
conductor mixto, denso de las membranas en estado sólido empleadas
en la presente invención se forman a partir de una mezcla de óxidos
metálicos especificados, demostrando el óxido metálico de varios
componentes conductividad de electrones así como conductividad
iónica de oxígeno a temperaturas elevadas. Los óxidos metálicos de
varios componentes adecuados para la puesta en práctica de la
presente invención se denominan óxidos conductores "mixtos" ya
que dichos óxidos metálicos de varios componentes conducen
electrones así como iones de oxígeno a temperaturas elevadas.
El grosor de la capa de óxido metálico de varios
componentes conductor mixto, denso de la membrana en estado sólido
puede variar para asegurar una resistencia mecánica suficiente de la
membrana en estado sólido. Las membranas más delgadas aumentan el
índice de difusión de masa global para una membrana en estado sólido
determinada. Para explotar este fenómeno, las membranas en estado
sólido más delgadas pueden ir soportadas por una o más capas
porosas. El grosor mínimo de una capa densa soportada de la membrana
en estado sólido para su uso en la presente invención es
aproximadamente 0,005 mm, preferiblemente aproximadamente 0,01 mm,
siendo sobre todo preferible aproximadamente 0,02 mm. El grosor
máximo de una capa densa soportada de la membrana en estado sólido
de la invención dependerá de la aplicación en particular que se
ponga en práctica y de la configuración de la membrana en estado
sólido utilizada en particular. El grosor mínimo de una capa densa
que no va soportada por una o más capas porosas es aproximadamente
0,1 mm a 2 mm dependiendo del diferencial de presión total que se
aplica a través de la membrana en estado sólido y de la
configuración de la membrana en particular que se utilice.
La membrana en estado sólido de autosoporte puede
prepararse comprimiendo un polvo molido y calcinado del óxido
metálico de varios componentes conductor mixto que se ha indicado en
la forma deseada con arreglo a los procedimientos conocidos dentro
de la técnica, seguido de sinterización a una densidad superior a
95% de densidad teórica. Se deberá tener cuidado para asegurar que
la membrana en estado sólido está libre de grietas y de porosidad
que pueda disminuir o destruir la selectividad conseguida con el
dispositivo de separación de fluidos. Las membranas en estado sólido
adecuadas pueden fabricarse también por colada de cinta en o
barbotina y a través de procesos de moldeo por inyección con arreglo
a los procedimientos que se conocen en la especialidad.
Las membranas en estado sólido empleadas en los
dispositivos de separación de fluidos que se reivindican incluyen
preferiblemente capas adicionales como por ejemplo capas de soporte
porosas que proporcionan soporte mecánico a la capa de óxido
metálico de varios componentes conductor, mixto, denso. Por otra
parte, se pueden emplear capas adicionales según se desee con el
fin de ayudar al funcionamiento de la membrana en estado sólido. En
la patente EE.UU. 5.240.480, asignada para Air Products and
Chemicals, Inc., (la "patente '480") están presente una
variedad de configuraciones de membrana en estado sólido adecuadas,
que incluyen una o más capas de soporte porosas.
Las membranas de la patente '480 tienen una
estructura compuesta que comprende una capa de óxido metálico de
varios componentes conductor mixto, denso y una o más capas porosas
de dichos óxidos conductores mixtos especificados orientadas de tal
modo que se observa una mejora del flujo del oxígeno en comparación
con las membranas en estado sólido de la técnica anterior.
Las membranas en estado sólido preferibles de la
presente invención comprenden una o más capas porosas de óxido
metálico de varios componentes que tienen una media de radio de poro
de menos de aproximadamente 10 micrómetros y una capa densa de óxido
metálico de varios componentes conductor mixto que no va conectado
a través de la porosidad, estando las capas porosa y densa contiguas
y siendo dichas capas conductoras de electrones y de iones oxígeno a
las temperaturas de operación. Preferiblemente, se utilizan varias
capas porosas, aumentando gradualmente el radio de poro medio de
cada capa correspondiente en función de la distancia con la capa de
óxido metálico de varios componentes conductor mixto denso de la
membrana en estado sólido, sin limitaciones en el radio de poro
medio máximo. Las capas porosas que no están contiguas con la capa
de óxido metálico de varios componentes densa puede formarse sobre
un material "inerte" que no conduce electrones ni iones de
oxígeno a las temperaturas de operación de la membrana.
Alternativamente, la membrana compuesta en estado
sólido puede comprender una capa de óxido metálico de varios
componentes conductor mixto, denso que está emparedado entre una
pluralidad de capas de óxido metálico de varios componentes poroso.
Preferiblemente, las capas porosas adyacentes a ambas caras de la
capa de óxido conductor mixto denso tiene un radio de poro medio de
menos de aproximadamente 10 micrómetros. Las capas porosa y densa
de la membrana en estado sólido se forman a partir de uno o una
mezcla de dos o más óxidos metálicos de varios componentes que
comprenden un óxido de al menos dos metales diferentes o una mezcla
de al menos dos óxidos de metal diferentes, demostrando el óxido
metálico de varios componentes conductividad de electrones, así como
conductividad de iones de oxígeno, a temperaturas por encima de
aproximadamente 500ºC.
Las capas porosas de la membrana en estado sólido
se pueden preparar partiendo de un estado verde formado por una
pluralidad de capas en las que cada capa respectiva comprende
partículas cada vez más grandes. La membrana en estado sólido que
comprende una capa de óxido metálico de varios componentes conductor
mixto denso que va soportado por una capa porosa se puede fabricar
por estratificado de cintas sin tratar de tamaños de partícula cada
vez más grandes y co-sinterizando hasta una densidad
de capa con el tamaño de partícula más pequeño. Una técnica
preferible para la fabricación de membranas en estado sólido
ultrafinas es la que se presenta en la patente estadounidense Nº
5.160.618 publicada el 11/3/92, que se asigna a Air Products and
Chemicals, Inc., Allentown, PA.
Las capas porosas se pueden fabricar a partir de
un material inerte en el sentido de que el material no conduce iones
de oxígeno y/o electrones en las condiciones de operación del
proceso, o un material de óxido metálico de varios componentes
conductor mixto de la misma o diferente composición en relación con
la capa de óxido metálico de varios componentes conductor mixto,
denso de la membrana en estado sólido. Preferiblemente, la capa
densa comprende un óxido metálico de varios componentes conductor
mixto y las capas porosas comprenden un óxido metálico de varios
componentes conductor mixto.
Entre los ejemplos representativos de materiales
adecuados para la fabricación de capas porosas inertes de la
membrana en estado sólido se incluyen alúmina, ceria, sílice,
magnesia, titania, una aleación de metal compatible con oxígeno de
alta temperatura, circonia estabilizada con óxido metálico y
compuestos y mezclas de ellos. Dichas capas porosas se fabrican
típicamente a partir de un material que tiene propiedades de
expansión térmica que son compatibles con la capa de óxido metálico
de varios componentes conductor mixto denso de la membrana en estado
sólido.
Los dispositivos de separación de líquidos de la
presente invención se pueden utilizar para diversos procesos,
incluyendo la separación de cualquier componente ionizable de una
corriente de alimentación, siendo capaz dicho componente ionizable
de ser transportado a través de la capa de óxido metálico de varios
componentes conductor mixto denso de la membrana en estado sólido.
Por ejemplo, el componente ionizable puede ser oxígeno presente en
aire, pasando los iones de oxígeno a través de la capa densa
indicada del dispositivo de separación de fluidos. También se puede
separar hidrógeno de una corriente de alimentación fabricando la
capa de óxido metálico de varios componentes conductor mixto denso
a partir de una cerámica que es capaz de transportar las especies de
hidrógeno.
Un proceso preferible para separar oxígeno de
aire en el que se pueden emplear los dispositivos de separación de
fluidos de la presente invención se presenta en la patente
estadounidense 5.516.359, asignada para Air Products and Chemicals,
Inc., en el que se separa el oxígeno de aire a través de una
membrana de transporte de iones a alta temperatura que está
integrada con un sistema de turbina de gas para la recuperación de
energía desde la corriente que no penetra en la membrana. Se
comprime el aire, se calienta en una primera etapa de calentamiento
y se pasa a través del lado de alimentación de una zona de la
membrana conductora mixta para producir un producto de oxígeno de
alta pureza en el lado permeable de la zona de la membrana. El gas
que no penetra la zona de la membrana se calienta en una segunda
etapa de calentamiento y pasa a través de una turbina de gas
caliente para recuperar la energía. Las temperaturas de
funcionamiento de la zona de la membrana y la turbina de expansión
se mantienen independientemente controlando la velocidad de adición
de calor en las etapas de calentamiento primera y segunda, en virtud
de lo cual la zona de membrana y la turbina de expansión se separan
térmicamente para una máxima eficacia de recuperación de
oxígeno.
Otro proceso preferible para separar oxígeno de
aire en el que se pueden emplear los dispositivos de separación de
fluidos de la presente invención se presenta en la patente
estadounidense 5.556.017, asignada para Air Products and Chemicals,
Inc., en el que se separa el oxígeno del aire a través de una
membrana de transporte de iones a alta temperatura que está
integrada con un sistema de turbina de gas para recuperar la energía
de la corriente que no penetra en la membrana. Se comprime el aire,
se calienta en una primera etapa de calentamiento y pasa a través
del lado de alimentación de una zona de membrana conductora mixta
para producir un producto de oxígeno de alta pureza en lado
permeable de la zona de membrana. El gas que no penetra la zona de
membrana se calienta en una segunda etapa de calentamiento y pasa a
través de una turbina de gas para recuperar la energía. Se añade
agua al gas no permeable antes de pasar a la turbina de gas caliente
para aumentar el flujo de masa a la turbina y así equilibrar el
flujo de masa del compresor de alimentación de aire y la turbina de
expansión. La temperatura de operación de la zona de membrana y la
turbina de expansión se mantienen independientemente controlando la
velocidad de la adición de calor de las etapas de calentamiento
primera y segunda controlando la velocidad de la adición de agua, en
virtud de lo cual la zona de membrana y la turbina de expansión se
separan térmicamente para una máxima eficacia de recuperación del
oxígeno.
Otro proceso preferible para separar oxígeno de
aire en el que se pueden emplear los dispositivos de separación de
fluidos de la presente invención se presenta en la patente
estadounidense 5.657.624, asignada a Air Products and Chemicals,
Inc., en el que un sistema de membrana de transporte de iones a alta
temperatura lleva integrado un sistema de turbina de combustión. La
coproducción de oxígeno y energía eléctrica se consigue en un modo
de realización alternativo integrando en un sistema de generación de
energía de ciclo combinado un sistema de membrana de transporte de
iones. El rendimiento de diseño de la turbina de gas en el sistema
de ciclo combinado se mantiene por inyección de agua controlada en
la corriente que no penetra la membrana, introduciéndose toda o una
porción opcionalmente en el combustor de turbina de gas. El agua se
puede introducir directamente en la entrada de aire del combustor.
Alternativamente, se debe añadir aire de reemplazo en la corriente
de membrana para mantener el rendimiento de la turbina de gas. Se
reduce la formación de NOx introduciendo el no permeado sin oxígeno
desde el sistema de membrana al combustor de turbina de gas.
Los dispositivos de separación de fluidos de la
presente invención se pueden utilizar para producir gas de síntesis
en el que el dispositivo de separación de fluidos se calienta
directa o indirectamente a una temperatura comprendida entre 700ºC y
1000ºC, preferiblemente entre 800ºC y 1000ºC. Se introduce un
material de alimentación que comprende hidrocarburos ligeros como
metano, gas natural, etano o cualquier mezcla de hidrocarburos
ligeros asequibles en el primer compartimiento del dispositivo y se
introduce una mezcla gaseosa con contenido en oxígeno en el segundo
compartimiento del dispositivo. El material de alimentación que
reside en el primer compartimiento del dispositivo entra en contacto
con las especies de oxígeno que se forman en la superficie de la
membrana en estado sólido del dispositivo de separación de fluidos
que tiene como resultado la formación de gas de síntesis.
El material de alimentación que se utilice para
llevar a cabo un proceso de gas de síntesis es preferiblemente gas
natural que se puede utilizar directamente desde el manantial o se
puede producir industrialmente obteniendo una composición que tenga
de aproximadamente 70 por ciento en peso de metano, aproximadamente
10 por ciento en peso de etano, 10 por ciento a 15 por ciento en
peso de dióxido de carbono siendo el resto pequeñas cantidades de
propano, butano y nitrógeno. El material de alimentación puede
diluirse opcionalmente con un diluyente inerte como nitrógeno,
helio y similares. Se pueden incorporar los catalizadores conocidos
en la técnica para producir gas de síntesis en el primer
compartimiento del dispositivo.
Los dispositivos de separación de fluidos de la
presente invención pueden utilizarse para producir hidrocarburos
insaturados. El dispositivo de separación de fluidos se pone en
funcionamiento de manera análoga a la descripción que se ha dado en
relación con el gas de síntesis en el que el dispositivo de
separación de fluidos se calienta directa o indirectamente a una
temperatura por encima de 500ºC, preferiblemente de 800ºC a 1100ºC.
El material de alimentación para producir hidrocarburos insaturados
puede comprender cualquier hidrocarburo saturado total o
parcialmente que sea susceptible de deshidrogenación y que sea
estable a las temperaturas de operación en cualquiera de sus formas
saturada o insaturada. Los materiales de alimentación
representativos incluyen hidrocarburos alifáticos que contienen de 1
a 6 átomos de carbono, hidrocarburos cicloalifáticos que contienen
de 5 a 6 átomos de carbono, compuestos aromáticos que tienen una
fracción alifática de 2 a 6 átomos de carbono. Entre los materiales
de alimentación preferibles se incluyen etano, propano, etilbenceno
y mezclas que los contienen. El material de alimentación puede
diluirse opcionalmente con un diluyente inerte como nitrógeno, helio
y similares. Se pueden incorporar en el primer compartimiento del
dispositivo catalizadores conocidos en la especialidad para producir
hidrocarburos
insaturados.
insaturados.
Los ejemplos que se exponen a continuación sirven
para ilustrar mejor modos de realización de la presente invención y
no se pretende con ellos limitar el marco de las reivindicaciones
adjuntas.
Se puede fabricar un dispositivo de separación de
fluidos que tiene al menos una membrana en estado sólido en la que
se forma la capa de óxido metálico de varios componentes conductor
mixto denso de la membrana en estado sólido a partir de
La_{0,5}Sr_{0,4}Co_{1,02}O_{3-z}. Esta
composición representa una composición denominada rica en sitio B
que significa que (y+y')/(x+x') es superior a 1,0. Se preparó esta
composición a través de una técnica de preparación de polvo en la
que se trituraron en un molino de bolas 1,2789 partes en peso de
La_{2}O_{3}, 0,7726 partes en peso de SrCO_{3} y 1 parte en
peso de CoO durante 24 horas. A continuación, se quemó la mezcló
1100ºC durante 24 horas seguido del enfriado a temperatura ambiente.
A continuación, se trituró con molino de bolas la mezcla durante 24
horas y se volvió a quemar en aire a 1100ºC durante 24 horas seguido
del enfriado a temperatura ambiente. El material poseía una
estructura de cristal de perovskita tal como se determinó por
difracción de rayos X.
Se trituró con molino de bolas la perovskita a un
tamaño de partícula de aproximadamente 1-5
micrómetros y se combinó con un plastificante, un aglutinante y
disolvente de tolueno para formar una barbotina adecuada para colada
de cinta. Se coló la barbotina en forma de cinta y se secó
utilizando métodos convencionales. Se cortaron discos de la cinta
empleando métodos convencionales y se quemaron al aire de forma
controlada para eliminar el plastificante, el aglutinante y el
disolvente para sinterizar los discos y obtener membranas en estado
sólido que comprendían una capa de óxido metálico de varios
componentes conductor mixto denso de
La_{0,5}Sr_{0,4}Co_{1,02}O_{3-z} que tenía
un grosor de aproximadamente 350 micrómetros.
Se puede fabricar un dispositivo de separación de
fluidos que tiene al menos una membrana en estado sólido en la que
se forma una capa de óxido metálico de varios componentes conductor
mixto denso de la membrana en estado sólido a partir de
La_{0,8}Sr_{0,2}Co_{1,02}O_{3-z}. Esta
composición es otro ejemplo de composición rica en sitio B en la que
(y+y')/(x+x') es superior a 1,0. Se preparó esta composición a
través de una técnica de preparación de polvo en la que se
trituraron en un molino de bolas 1,7052 partes en peso de
La_{2}O_{3}, 0,3863 partes en peso de SrCO_{3} y 1 parte en
peso de CoO durante 24 horas.
A continuación, se quemó la mezcla a 1100ºC
durante 24 horas seguido del enfriado a temperatura ambiente. A
continuación, se trituró en molino de bolas la mezcla durante 24
horas y se volvió a quemar al aire a 1100ºC durante 24 horas seguido
de enfriado a temperatura ambiente. El material poseía una
estructura de cristal de perovskita tal como se determinó por
difracción de rayos x. Se trituró con molino de bolas la perovskita
a aproximadamente 1-5 micrómetros de tamaño de
partícula y se combinó con un plastificante, un aglutinante y un
disolvente de tolueno para formar una barbotina adecuada para colada
de cinta. Se coló la barbotina en una cinta y se fabricó para
obtener una membrana en estado sólido con arreglo al procedimiento
del ejemplo 1. La membrana en estado sólido resultante, que
comprendía una capa de óxido metálico de varios componentes
conductor mixto denso de
La_{0,8}Sr_{0,2}Co_{1,02}O_{3-z} tenía un
grosor de aproximadamente 500 micrómetros.
Se puede fabricar un dispositivo de separación de
fluidos que tiene al menos una membrana en estado sólido en la que
se forma una capa de óxido metálico de varios componentes conductor
mixto denso de la membrana en estado sólido a partir de
La_{0,6}Sr_{0,4}Co_{0,51}Fe_{0,51}O_{3-z}.
Esta composición representa una composición denominada rica en
sitio B en la que (y+y')/(x+x') es superior a 1,0. Se prepara esta
composición a través de una técnica de preparación de polvo en la
que se trituran en un molino de bolas 2,5578 partes en peso de
La_{2}O_{3}, 1,5453 partes en peso de SrCO_{3} y 1,0656 partes
en peso de Fe_{2}O_{3} y 1 parte en peso de CoO durante 24
horas. A continuación, se quemó la mezcla a 1100ºC durante 24 horas
seguido del enfriado a temperatura ambiente.
A continuación, se trituró con molino de bolas la
mezcla durante 24 horas y se volvió a quemar en aire a 1100ºC
durante 24 horas seguido del enfriado a temperatura ambiente. El
material poseía una estructura de cristal de perovskita tal como se
determinó por difracción de rayos X. Se trituró con molino de bolas
la perovskita a un tamaño de partícula de aproximadamente
1-5 micrómetros y se combinó con un plastificante,
un aglutinante y disolvente de tolueno para formar una barbotina
adecuada para colada de cinta. Se coló la barbotina en forma de
cinta y se fabricó para obtener una membrana en estado sólido con
arreglo al procedimiento expuesto en el ejemplo 1. La membrana en
estado sólido resultante, que comprendía una capa de óxido metálico
de varios componentes conductor mixto denso de
La_{0,6}Sr_{0,4}Co_{0,51}Fe_{0,51}O_{3-z}
tenía un grosor de aproximadamente 500 micrómetros.
(Comparativo)
Se puede fabricar un dispositivo de separación de
fluidos que tiene una sola membrana en estado sólido en la que se
había formado una capa de óxido metálico de varios componentes
conductor mixto denso de la membrana en estado sólido a partir de
(La_{0,6}Sr_{0,4})_{1,02}CoO_{3-z}.
Esta composición es un ejemplo de una composición rica en sitio B
en la que (y+y')/(x+x') es inferior a 1,0. Se preparó esta
composición a través de una técnica de preparación de polvo en la
que se trituraron en un molino de bolas 1,331 partes en peso de
La_{2}O_{3}, 0,8039 partes en peso de SrCO_{3} y 1 parte en
peso de CoO durante 24 horas.
A continuación, se quemó la mezcla a 1100ºC
durante 24 horas, seguido de enfriado a temperatura ambiente. A
continuación, se trituró con molino de bolas la mezcla durante 24
horas y se volvió a quemar en aire a 1100ºC durante 24 horas seguido
del enfriado a temperatura ambiente. El material poseía una
estructura de cristal de perovskita tal como se determinó por
difracción de rayos X. Se trituró con molino de bolas la perovskita
a un tamaño de partícula de aproximadamente 1-5
micrómetros y se combinó con un plastificante, un aglutinante y
disolvente de tolueno para formar una barbotina adecuada para colada
de cinta. Se coló la barbotina en forma de cinta y se secó empleando
métodos convencionales. Se cortaron discos de la cinta y se
fabricaron para obtener membranas en estado sólido con arreglo al
procedimiento del ejemplo 1. La membrana en estado sólido
resultante, que comprendía una capa de óxido metálico de varios
componentes conductor mixto denso de
(La_{0,6}Sr_{0,4})_{1,02}CoO_{3-z}
tenía un grosor de aproximadamente 300 micrómetros.
Se puede fabricar un dispositivo de separación de
fluidos que tiene al menos una membrana en estado sólido en la que
se forma una capa de óxido metálico de varios componentes conductor
mixto denso de la membrana en estado sólido a partir de
La_{0,5}Sr_{0,5}Co_{1,02}O_{3-z}. Esta
composición representa una composición rica en sitio B en la que
(y+y')/(x+x') es superior a 1,0. Se prepara esta composición a
través de una técnica de preparación de polvo en la que se trituran
en un molino de bolas 1,0658 partes en peso de La_{2}O_{3},
0,9658 partes en peso de SrCO_{3} y 1 parte en peso de CoO durante
24 horas. A continuación, se quemó la mezcla a 1100ºC durante 24
horas seguido de enfriado a temperatura ambiente. A continuación, se
trituró con molino de bolas la mezcla durante 24 horas y se volvió a
quemar en aire a 1100ºC durante 24 horas seguido del enfriado a
temperatura ambiente. El material poseía una estructura de cristal
de perovskita tal como se determinó por difracción de rayos X. Se
trituró con molino de bolas la perovskita a un tamaño de partícula
de aproximadamente 1-5 micrómetros y se combinó con
un plastificante, un aglutinante y disolvente de tolueno para formar
una barbotina adecuada para colada de cinta. Se coló la barbotina en
forma de cinta y se secó utilizando los métodos convencionales. Se
cortaron discos de la cinta y se fabricaron para obtener una
membrana en estado sólido con arreglo al procedimiento expuesto en
el ejemplo 1. La membrana en estado sólido resultante, que
comprendía una capa de óxido metálico de varios componentes
conductor mixto denso de
La_{0,5}Sr_{0,5}Co_{1,02}O_{3-z} tenía un
grosor de aproximadamente 500 micrómetros.
Se puede fabricar un dispositivo de separación de
fluidos que tiene al menos una membrana en estado sólido en la que
se forma una capa de óxido metálico de varios componentes conductor
mixto denso de la membrana en estado sólido a partir de
La_{0,2}Sr_{0,8}Co_{1,02}O_{3-z}. Esta
composición representa una composición rica en sitio B en la que
(y+y')/(x+x') es superior a 1,0. Se preparó esta composición a
través de una técnica de preparación de polvo en la que se
trituraron en un molino de bolas 0,4263 partes en peso de
La_{2}O_{3}, 1,5453 partes en peso de SrCO_{3} y 1 parte en
peso de CoO durante 24 horas. A continuación, se quemó la mezcla a
1100ºC durante 24 horas seguido de enfriado a temperatura
ambiente.
A continuación, se trituró con molino de bolas la
mezcla durante 24 horas y se volvió a quemar en aire a 1100ºC
durante 24 horas seguido del enfriado a temperatura ambiente. El
material poseía una estructura de cristal de perovskita tal como se
determinó por difracción de rayos X. Se trituró con molino de bolas
la perovskita a un tamaño de partícula de aproximadamente
1-5 micrómetros y se combinó con un plastificante,
un aglutinante y disolvente de tolueno para formar una barbotina
adecuada para colada de cinta. Se coló la barbotina en forma de
cinta y se secó empelando métodos convencionales. Se cortaron
secciones rectangulares de la cinta empleando métodos
convencionales. Se estratificaron varias secciones rectangulares
para formar una barra rectangular más gruesa. Se quemó la barra al
aire de forma controlada para eliminar el plastificante, el
aglutinante y el disolvente y para sinterizar la cinta y obtener una
membrana en estado sólido que comprendía una capa de óxido metálico
de varios componentes conductor mixto denso de
La_{0,2}Sr_{0,8}Co_{1,02}O_{3-z} tenía un
grosor de 1 milímetro.
(Comparativo)
Se fabricó un dispositivo de separación de
fluidos con una membrana en estado sólido en la que se formó una
capa de óxido metálico de varios componentes conductor mixto denso
de la membrana en estado sólido a partir de
La_{0,2}Sr_{0,8}(Co_{0,4}Fe_{0,4}Cu_{0,2})_{1,02}O_{3d}.
Esta composición es un ejemplo de una composición rica en sitio B en
la que (y+y'+y'')/(x+x') es superior a 1,0. Se preparó esta
composición a través de una técnica de preparación de polvo en la
que se trituran en un molino de bolas 1,95 partes en peso de
La_{2}O_{3}, 7,07 partes en peso de SrCO_{3} y 1,84 partes en
peso de CoO, 1,96 partes en peso de Fe_{2}O_{3} y 1,00 parte en
peso de CuO durante 24 horas.
A continuación, se quemó la mezcla a 1100ºC
durante 24 horas seguido de enfriado a temperatura ambiente. A
continuación, se trituró con molino de bolas la mezcla durante 24
horas y se volvió a quemar en aire a 1100ºC durante 24 horas seguido
del enfriado a temperatura ambiente. El material poseía una
estructura de cristal de perovskita tal como se determinó por
difracción de rayos X. Se trituró con molino de bolas la perovskita
a un tamaño de partícula de aproximadamente 1-5
micrómetros y se combinó con un plastificante, un aglutinante y
disolvente de tolueno para formar una barbotina adecuada para colada
de cinta. Se coló la barbotina en forma de cinta y se secó
empelando métodos convencionales. Se cortaron secciones
rectangulares de la cinta utilizando métodos convencionales. Se
estratificaron varias secciones rectangulares para formar una barra
rectangular más gruesa. Se quemó la barra rectangular de forma
controlada para eliminar el plastificante, el aglutinante y el
disolvente y sinterizar la cinta para obtener una membrana en estado
sólido que comprendía una capa de óxido metálico de varios
componentes conductor mixto denso de
La_{0,2}Sr_{0,8}(Co_{0,4}Fe_{0,4}Cu_{0,2})_{1,02}O_{3d}
que tenía un grosor de 1 milímetro.
Se examinaron las propiedades de transporte de
oxígeno de dispositivos de separación de fluidos que comprendían las
membranas en estado sólido formadas a partir de óxidos metálicos de
varios componentes conductores mixtos densos preparados en los
ejemplos 1 a y 4 en presencia de una corriente de alimentación que
contenía presiones parciales de agua y dióxido de carbono elevadas.
Se preparó un dispositivo de separación de fluidos sellando cada una
de las membranas en estado sólido citadas a un tubo de alúmina denso
para formar un primer compartimiento que estaba separado de un
segundo compartimiento por la membrana y calentando el dispositivo
de separación de fluidos a 850ºC.
Se introdujo una corriente de circulación de aire
en el primer compartimiento de cada dispositivo de separación de
fluidos respectivo causando que el aire entrara en contacto con la
primera superficie de cada membrana en estado sólido. Se introdujo
una corriente en circulación de helio en el segundo compartimiento
de cada dispositivo de separación de fluidos respectiva causando que
el helio entrar en contacto y barriera la segunda superficie de cada
membrana en estado sólido. Se mantuvo la presión atmosférica en
ambos lados de cada membrana, es decir, los compartimientos primero
y segundo. Se transportó el oxígeno a través de cada una de las
membranas en estado sólido correspondientes desde la superficie
expuesta al aire hasta la superficie expuesta al helio. Se analizó
la mezcla oxígeno/helio utilizando un analizador para determinar el
índice de transporte de oxígeno.
Durante el mismo experimento, se añadieron
dióxido de carbono, oxígeno y vapor de agua a la corriente de
alimentación con contenido en oxígeno colocada en contacto con la
primera superficie de cada membrana en estado sólido
correspondiente. Se mezclaron los gases añadidos a la corriente de
alimentación con contenido en oxígeno para que la proporción de
oxígeno a agua se mantuviera en 2,4 y la relación de dióxido de
carbono a agua se mantuviera en 0,5. Se aumentó la presión de vapor
de agua por etapas de 9,12 kPa a 26,34 kP (0,09 atm a 0,26 atm) con
aumentos proporcionales consecuentes en las presiones parciales de
dióxido de carbono y oxígeno. Se llevó un seguimiento del flujo de
oxígeno a través de la membrana en estado sólido de cada dispositivo
de separación de fluidos correspondiente en función de la
composición de gas de alimentación utilizando un analizador de
oxígeno.
En la figura se ilustra que el flujo de oxígeno
provisto por las membranas en estado sólido que comprenden capas de
óxido metálico de varios componentes conductor mixto denso formadas
a partir de los óxidos metálicos de varios componentes ricos en
sitio B con arreglo al ejemplo 1 aumenta al aumentar las presiones
parciales de oxígeno, agua y dióxido de carbono en la corriente de
alimentación. En contraposición, el flujo de oxígeno a través de
las membranas en estado sólido que comprenden capas de óxido
metálico de varios componentes conductores mixtos densos formadas a
partir de los óxidos metálicos de varios componentes conductores
mixtos ricos en sitio A del ejemplo 4 (comparativo) no cambiaron al
aumentar el contenido en oxígeno en la corriente de alimentación.
Las personas especializadas en este campo reconocerán que al
aumentar la presión parcial de oxígeno se aumenta la fuerza de
accionamiento para el transporte de oxígeno a través de la membrana
en estado sólido.
Por consiguiente, el flujo de oxígeno provisto
por la membrana en estado sólido que tiene una capa de óxido
metálico de varios componentes conductor mixto denso deberá aumentar
al aumentar la presión parcial de oxígeno de la corriente de
alimentación, a no ser que interfieran el dióxido de carbono o el
agua con el transporte del oxígeno a través de la membrana en estado
sólido. Estos experimentos demuestran que los dispositivos de
separación de fluidos sólidos reivindicados que utilizan membranas
en estado sólido que comprenden capa de óxido metálico de varios
componentes conductor mixto denso rico en sitio B proporcionan un
comportamiento de flujo superior en relación con las membranas en
estado sólido preparadas a partir de los denominados óxidos
metálicos de varios componentes ricos en sitio A cuando entran en
contacto con mezclas gaseosas que contienen dióxido de carbono y
agua.
Se colocaron las membranas en estado sólido
preparadas según los ejemplos 6 y 7 individualmente en un aparato
utilizando la disposición de codo en cuatro puntos para medir el
índice de fluencia. Se calentaron las membranas en estado sólido a
900ºC y se aplicó una presión de 27,6 MPa (4000 psi) a la capa fina
exterior inferior de cada membrana en estado sólido. Ser midió la
desviación de cada membrana en estado sólido en función del tiempo,
a partir de lo cual se calculó la velocidad de deformación. La
membrana en estado sólido del ejemplo 7 (comparativo) que tenía una
capa densa formada a partir de
La_{0,2}Sr_{0,8}(Co_{0,4}Fe_{0,4}Cu_{0,2})_{1,02}O_{3d}
tenía un índice de fluencia medio de 1,78 x 10^{-5} mm/mm/min
("/"/ min) a un nivel de tensión de 27,6 MPa (4000 psi) a
900ºC. En contraste la membrana en estado sólido del ejemplo 6 que
tenía una capa densa formada a partir de
La_{0,2}Sr_{0,8}Co_{1,02}O_{3-d} en la que
B=Co, tenía un índice de fluencia de tan sólo 1,54 x 10^{-6}
(mm/mm/min) ("/"/min) a un nivel de tensión de 27,6 MPa (4000
psi) a 900ºC. Por lo tanto, las membranas en estado sólido del
ejemplo 6 demuestran un índice de fluencia de un orden de magnitud
menor que las membranas en estado sólido formadas a partir de un
óxido metálico de varios componentes conductor mixto denso que tiene
cationes "B".
Las personas especializadas en este campo
reconocerán que en una operación típica, las membranas en estado
sólido para la separación de oxígeno estarán sujetas a tensión
mecánica como consecuencia de la presión de alimentación de la
mezcla gaseosa con contenido en oxígeno a la membrana que es más
alta que la presión del permeado. Las composiciones con índices de
fluencia más bajos se deformarán menos con la tensión aplicada y
tendrán un período de vida en servicio más prolongado.
Se examinó la reactividad a SO_{2} de membranas
en estado sólido que tenían una capa densa formada partir de óxidos
metálicos de varios componentes conductores mixtos preparados en los
ejemplos 1 y 4 en los siguientes experimentos. Se colocaron las
membranas en estado sólido una junta a otra en una retorta y se
calentaron a 950ºC en aire en circulación. Se mezcló el gas de
dióxido de azufre con la alimentación de aire a la retorta, de
manera que la presión parcial del dióxido de azufre fue 1,01 x
10^{-4} KPa (10^{-5} atm). Al cabo de 7 días en esta atmósfera,
se enfriaron las membranas en estado sólido y se extrajeron de la
retorta. Se examinaron las superficies de las membranas en estado
sólido utilizando un microscopio electrónico de exploración y
espectrometría dispersiva de energía. Se observó que la superficie
de la membrana en estado sólido formada del óxido metálico de varios
componentes conductor mixto rico en sitio A según el ejemplo A
(comparativo) estaba cubierta con una segunda fase que consistía en
Sr-S-O en función del análisis de
espectrometría de dispersión de energía. Se observó que la
superficie de la membrana en estado sólido que tenía una capa densa
formada del óxido metálico de varios componentes conductor mixto
rico en sitio B del ejemplo 1 estaba libre de segundas fases y
consistía solamente en el material de partida
La_{0,6}Sr_{0,4}CoO_{3z}.
Las personas especializadas en esta campo podrán
reconocer en una operación típica, que las membranas para separación
de oxígeno se pueden someter a presiones parciales de dióxido de
azufre de hasta 1,01 x 10^{-4} kP (10^{-6} atm) debido a la
existencia natural de SO_{2} en el aire. Se puede introducir
SO_{2} adicional si se queman combustibles con contenido en azufre
en el fluido de alimentación para precalentar el fluido que se va a
separar. El comportamiento de flujo de oxígeno y el período de vida
de la membrana pueden verse afectados negativamente por la reacción
con estos componentes. Por lo tanto, la membrana en estado sólido
que comprende una capa de óxido metálico de varios componentes
conductor mixto denso formado por los óxidos metálicos de varios
componentes ricos en sitio B citados proporcionará una vida útil en
servicio más prolongada gracias a su menor reactividad con
SO_{2}.
Los dispositivos de separación de fluidos de la
presente invención superan los problemas asociados con los
dispositivos de la técnica anterior que presentan una pobre
resistencia a la degradación causada por corrientes de alimentación
de proceso que contienen presiones parciales de dióxido de carbono,
dióxido de azufre y agua elevadas. Por consiguiente, las
composiciones de las membranas en estado sólido de la presente
invención son particularmente adecuadas para su uso en dispositivos
de separación de oxígeno en los que se emplean presiones parciales
de dióxido de carbono y agua altas y existe la presencia de dióxido
de azufre. Los autores de la solicitud exponen su invención, tal
como se describirá en las reivindicaciones que se adjuntan.
Claims (11)
1. Un dispositivo de separación de fluidos capaz
de separar oxígeno de una mezcla gaseosa que contiene oxígeno que
utiliza al menos una membrana en estado sólido que comprende una
capa de óxido metálico de varios componentes conductor mixto denso
formado a partir de un óxido metálico de varios componentes
conductor mixto representado por la fórmula
Ln_{x}A'_{x'}A''_{x''}B_{y}B'_{y'}O_{3-z}
en la que Ln es un elemento seleccionado del bloque f de los
lantánidos, A' se selecciona del grupo 2, A'' se selecciona de los
grupos 1, 2 y 3 y el bloque f de los lantánidos y B y B' se
seleccionan independientemente del bloque d de metales de
transición, excluyendo titanio y cromo, siendo 0<x<1,
0<x'<1, 0\leqx''<1, x+x'+x''=1,0, 0<y<1,1,
0\leqy'<1,1, 1,1>y+y'=1,0 y z es un número que hace neutra
la carga del compuesto.
2. El dispositivo de separación de fluidos de la
reivindicación 1 que es capaz de separar oxígeno de una mezcla
gaseosa con contenido en oxígeno que utiliza al menos una membrana
que comprende una capa de óxido metálico de varios componentes
conductor mixto, denso formado a partir de un óxido metálico de
varios componentes conductor mixto representado por la fórmula la
fórmula Ln_{x}A'_{x'}A''_{x''}B_{y}O_{3-z}
en la que Ln es un elemento seleccionado del bloque f de los
lantánidos, A' se selecciona del grupo 2, A'' se selecciona de los
grupos 1, 2 y 3 y el bloque f de los lantánidos y B se selecciona
del bloque d de metales de transición, excluyendo titanio y cromo,
siendo 0<x<1, 0<x'<1, 0\leqx''<1, x+x'+x''=1,0,
1,1>y>1,0 y z es un número que hace neutra la carga del
compuesto.
3. El dispositivo de separación de fluidos de la
reivindicación 2 en el que el óxido metálico de varios componentes
conductor mixto denso es
La_{0,5}Sr_{0,5}Co_{1,02}O_{3-z},
La_{0,6}Sr_{0,4}Co_{1,02}O_{3-z} o
La_{0,8}Sr_{0,2}Co_{1,02}O_{3-z}.
4. El dispositivo de separación de fluidos de la
reivindicación 1 capaz de separar el oxígeno de una mezcla gaseosa
con contenido en oxígeno que utiliza al menos una membrana en estado
sólido que comprende una capa de óxido metálico de varios
componentes conductor mixto denso formado a partir de un óxido
metálico de varios componentes conductor mixto representado por la
fórmula
La_{x}A'_{x'}A''_{x''}Co_{y}Fe_{y}O_{3-z},
en la que A' se selecciona entre estroncio, bario, calcio o
magnesio, A'' se selecciona de los grupos 1, 2 y 3 y el bloque f de
los lantánidos, siendo 0<x<1, 0<x'<1, 0\leqx''<1,
0<y\leq1,1, 0<y'<1,1, x+x'+x''=1,0, 1,1>y+y'\geq1,02
y z es un número que hace neutra la carga del compuesto.
5. El dispositivo de separación de fluidos con
arreglo a la reivindicación 4, en el que el óxido metálico de varios
componentes conductor mixto denso es
La_{0,6}Sr_{0,4}Co_{0,51}Fe_{0,51}O_{3-z}.
6. Uso de un óxido metálico de varios componentes
conductor mixto representado por la fórmula
Ln_{x}A'_{x'}A''_{x''}B_{y}B'_{y'}
O_{3-z} en la que Ln es un elemento seleccionado del bloque f de los lantánidos, A' se selecciona del grupo 2, A'' se selecciona de los grupos 1, 2 y 3 y el bloque f de los lantánidos y B y B' se seleccionan independientemente del bloque d de metales de transición, excluyendo titanio y cromo, en la que 0<x<1, 0<x'<1, 0\leqx''<1, 0<y\leq1,1, 0\leqy'<1,1, x+x'+x''=1,0, 1,1>y+y'>1,0 y z es un número que hace neutra la carga del compuesto, como capa de óxido metálico de varios componentes conductor mixto, denso en un dispositivo de separación de fluidos capaz de separar oxígeno de una mezcla gaseosa que contiene oxígeno, utilizando dicho dispositivo al menos una membrana en estado sólido que comprende la capa densa, para reducir la fluencia en las condiciones de operación.
O_{3-z} en la que Ln es un elemento seleccionado del bloque f de los lantánidos, A' se selecciona del grupo 2, A'' se selecciona de los grupos 1, 2 y 3 y el bloque f de los lantánidos y B y B' se seleccionan independientemente del bloque d de metales de transición, excluyendo titanio y cromo, en la que 0<x<1, 0<x'<1, 0\leqx''<1, 0<y\leq1,1, 0\leqy'<1,1, x+x'+x''=1,0, 1,1>y+y'>1,0 y z es un número que hace neutra la carga del compuesto, como capa de óxido metálico de varios componentes conductor mixto, denso en un dispositivo de separación de fluidos capaz de separar oxígeno de una mezcla gaseosa que contiene oxígeno, utilizando dicho dispositivo al menos una membrana en estado sólido que comprende la capa densa, para reducir la fluencia en las condiciones de operación.
7. Uso según la reivindicación 6, en el que Ln es
una mezcla de lantano y al menos otro elemento distinto a lantano
que se selecciona del bloque f de los lantánidos.
8. El uso de la reivindicación 6, en el que el
óxido metálico de varios componentes conductor mixto está
representado por la fórmula
La_{x}A'_{x'}A''_{x''}Co_{y}Fe_{y}O_{3-z},
en la que A' se selecciona entre estroncio, bario, calcio o
magnesio, A'' se selecciona de los grupos 1, 2 y 3 y el bloque f de
los lantánidos, siendo 0<x<1, 0<x'<1, 0\leqx''<1,
0<y\leq1,1, 0<y'<1,1, x+x'+x''=1,0, 1,1>y+y'=1,02 y z
es un número que hace neutra la carga del compuesto.
9. El uso según la reivindicación 8 en el que el
óxido metálico de varios componentes conductor mixto denso es
La_{0,6}Sr_{0,4}Co_{0,51}Fe_{0,51}O_{3-z}.
10. El uso según la reivindicación 6 en el que el
óxido metálico de varios componentes conductor mixto está
representado por la fórmula
Ln_{x}A'_{x'}A''_{x''}B_{y}B'_{y'}O_{3-z}
en la que Ln es un elemento seleccionado del bloque f de los
lantánidos, A' se selecciona del grupo 2, A'' se selecciona de los
grupos 1, 2 y 3 del bloque f de los lantánidos y B y B' se
seleccionan independientemente del bloque d de metales de
transición, excluyendo titanio y cromo, en la que 0<x<1,
0<x'<1, 0\leqx''<1, x+x'+x''=1,0, 1,1>y>1,0 y z es
un número que hace neutra la carga del compuesto.
11. El uso de la reivindicación 10 en el que el
óxido metálico de varios componentes conductor mixto es
La_{0,5}Sr_{0,5}
Co_{1,02}O_{3-z}, La_{0,6}Sr_{0,4}Co_{1,02}O_{3-z}, La_{0,8}Sr_{0,2}Co_{1,02}O_{3-z}.
Co_{1,02}O_{3-z}, La_{0,6}Sr_{0,4}Co_{1,02}O_{3-z}, La_{0,8}Sr_{0,2}Co_{1,02}O_{3-z}.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13420 | 1998-01-26 | ||
| US09/013,420 US6056807A (en) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | 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 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2255201T3 true ES2255201T3 (es) | 2006-06-16 |
Family
ID=21759879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES99101054T Expired - Lifetime ES2255201T3 (es) | 1998-01-26 | 1999-01-22 | Dispositivo para la separacion de fluido que comprende una membrana mixta conductora a base de un oxido metalico multi-componente. |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6056807A (es) |
| EP (1) | EP0931763B1 (es) |
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Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6592782B2 (en) * | 1993-12-08 | 2003-07-15 | Eltron Research, Inc. | Materials and methods for the separation of oxygen from air |
| US6165431A (en) * | 1993-12-08 | 2000-12-26 | Eltron Research, Inc. | Methods for separating oxygen from oxygen-containing gases |
| NO312342B1 (no) * | 1998-05-20 | 2002-04-29 | Norsk Hydro As | En tett enfase membran med bade hoy ionisk og hoy elektronisk ledningsevne og anvendelse derav |
| US6235417B1 (en) * | 1999-04-30 | 2001-05-22 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Natural Resources | Two-phase hydrogen permeation membrane |
| NO313493B1 (no) * | 1999-09-28 | 2002-10-14 | Norsk Hydro As | Fast flerkomponent membran omfattende et blandet metalloksid for bruk i en reaktor for produksjon av varme eller syntesegass |
| US6361584B1 (en) * | 1999-11-02 | 2002-03-26 | Advanced Technology Materials, Inc. | High temperature pressure swing adsorption system for separation of oxygen-containing gas mixtures |
| US6492290B1 (en) | 2000-08-22 | 2002-12-10 | Air Products And Chemicals, Inc. | Mixed conducting membranes for syngas production |
| EP1452507B1 (en) * | 2001-11-09 | 2008-08-06 | Noritake Co., Limited | Oxygen ion conducting ceramic material and use thereof |
| US6602324B2 (en) * | 2001-11-15 | 2003-08-05 | Air Products And Chemicals, Inc. | Sulfur control in ion-conducting membrane systems |
| US6565632B1 (en) | 2001-12-17 | 2003-05-20 | Praxair Technology, Inc. | Ion-transport membrane assembly incorporating internal support |
| JP4132863B2 (ja) * | 2002-02-18 | 2008-08-13 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | 酸素イオン伝導体成形用原料粉体及びその製造方法 |
| US20030205226A1 (en) * | 2002-05-02 | 2003-11-06 | Pre Holding, Inc. | Aerosol medication inhalation system |
| US7758992B2 (en) * | 2002-11-15 | 2010-07-20 | Battelle Memorial Institute | Copper-substituted perovskite compositions for solid oxide fuel cell cathodes and oxygen reduction electrodes in other electrochemical devices |
| US7279027B2 (en) * | 2003-03-21 | 2007-10-09 | Air Products And Chemicals, Inc. | Planar ceramic membrane assembly and oxidation reactor system |
| US20040214070A1 (en) * | 2003-04-28 | 2004-10-28 | Simner Steven P. | Low sintering lanthanum ferrite materials for use as solid oxide fuel cell cathodes and oxygen reduction electrodes and other electrochemical devices |
| 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 |
| US7468092B2 (en) * | 2004-09-17 | 2008-12-23 | Air Products And Chemicals, Inc. | Operation of mixed conducting metal oxide membrane systems under transient conditions |
| US7311755B2 (en) * | 2004-09-17 | 2007-12-25 | Air Products And Chemicals, Inc. | Control of differential strain during heating and cooling of mixed conducting metal oxide membranes |
| US7771519B2 (en) * | 2005-01-03 | 2010-08-10 | Air Products And Chemicals, Inc. | Liners for ion transport membrane systems |
| US20070245897A1 (en) * | 2006-04-20 | 2007-10-25 | Innovene Usa | Electron, hydrogen and oxygen conveying membranes |
| US7556676B2 (en) * | 2006-08-22 | 2009-07-07 | Praxair Technology, Inc. | Composite oxygen ion transport membrane |
| US20110263912A1 (en) * | 2007-11-07 | 2011-10-27 | Air Products And Chemicals, Inc. | Control Of Kinetic Decomposition In Mixed Conducting Ion Transport Membranes |
| US20150209721A1 (en) * | 2014-01-28 | 2015-07-30 | Air Products And Chemicals, Inc. | Solid-State Membrane Module |
| US9067172B1 (en) * | 2014-01-28 | 2015-06-30 | Air Products And Chemicals, Inc. | Solid-state membrane module |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5723035A (en) * | 1987-03-13 | 1998-03-03 | The Standard Oil Company | Coated membranes |
| 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 |
| US4902420A (en) * | 1987-03-27 | 1990-02-20 | Pall Corporation | Segmented filter disc with slotted support and drainage plate and support spacer |
| DE3921390A1 (de) * | 1989-06-29 | 1991-01-17 | Merck Patent Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von reinem sauerstoff |
| US5269822A (en) * | 1992-09-01 | 1993-12-14 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for recovering oxygen from gaseous mixtures containing water or carbon dioxide which process employs barium-containing ion transport membranes |
| 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 |
| US5261932A (en) * | 1992-09-01 | 1993-11-16 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for recovering oxygen from gaseous mixtures containing water or carbon dioxide which process employs ion transport membranes |
| US5240480A (en) * | 1992-09-15 | 1993-08-31 | Air Products And Chemicals, Inc. | Composite mixed conductor membranes for producing oxygen |
| US5580497A (en) * | 1993-04-16 | 1996-12-03 | Amoco Corporation | Oxygen ion-conducting dense ceramic |
| 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 |
| US5516359A (en) * | 1993-12-17 | 1996-05-14 | Air Products And Chemicals, Inc. | Integrated high temperature method for oxygen production |
| US5565017A (en) * | 1993-12-17 | 1996-10-15 | Air Products And Chemicals, Inc. | High temperature oxygen production with steam and power generation |
| ES2116518T3 (es) * | 1993-12-17 | 1998-07-16 | Air Prod & Chem | Produccion integrada de oxigeno y energia electrica. |
| US5534471A (en) * | 1994-01-12 | 1996-07-09 | Air Products And Chemicals, Inc. | Ion transport membranes with catalyzed mixed conducting porous layer |
| US5569633A (en) * | 1994-01-12 | 1996-10-29 | Air Products And Chemicals, Inc. | Ion transport membranes with catalyzed dense layer |
| AU706663B2 (en) * | 1994-09-23 | 1999-06-17 | Standard Oil Company, The | Oxygen permeable mixed conductor membranes |
| JP3417090B2 (ja) * | 1994-10-31 | 2003-06-16 | 日産自動車株式会社 | 固体電解質用電極材料 |
| CA2171669C (en) * | 1995-03-13 | 1999-07-27 | Michael Francis Carolan | Compositions capable of operating under high carbon dioxide partial pressures for use in solid-state oxygen producing devices |
| US5599383A (en) * | 1995-03-13 | 1997-02-04 | Air Products And Chemicals, Inc. | Tubular solid-state membrane module |
| US5681373A (en) * | 1995-03-13 | 1997-10-28 | Air Products And Chemicals, Inc. | Planar solid-state membrane module |
| BR9601078A (pt) * | 1995-05-18 | 1998-01-06 | Praxair Technology Inc | Processo para a remoção de oxigênio a partir de uma corrente de alimentação para a obtenção de uma corrente de produto empobrecida em oxigênio |
| US5846641A (en) * | 1997-03-20 | 1998-12-08 | Exxon Research And Engineering Company | Multi-layer membrane composites and their use in hydrocarbon partical oxidation |
| US5820654A (en) * | 1997-04-29 | 1998-10-13 | Praxair Technology, Inc. | Integrated solid electrolyte ionic conductor separator-cooler |
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