RU2592627C1 - Gas chemical membrane reactor - Google Patents
Gas chemical membrane reactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2592627C1 RU2592627C1 RU2015111446/05A RU2015111446A RU2592627C1 RU 2592627 C1 RU2592627 C1 RU 2592627C1 RU 2015111446/05 A RU2015111446/05 A RU 2015111446/05A RU 2015111446 A RU2015111446 A RU 2015111446A RU 2592627 C1 RU2592627 C1 RU 2592627C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- membranes
- gas
- membrane
- membrane reactor
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области мембранных технологий и касается устройств, осуществляющих выделение кислорода из смеси газов на керамических мембранах со смешанной ионно-электронной проводимостью.The invention relates to the field of membrane technology and relates to devices that produce oxygen from a mixture of gases on ceramic membranes with mixed ion-electron conductivity.
Заявляемый газохимический реактор можно использовать в качестве сепаратора кислорода (СК), выделенный чистый кислород может быть использован для различных применений в медицине, металлургии, на транспорте и газохимии, в том числе при окислительной конверсии углеводородного сырья.The inventive gas chemical reactor can be used as an oxygen separator (SC), the separated pure oxygen can be used for various applications in medicine, metallurgy, transport and gas chemistry, including the oxidative conversion of hydrocarbon feedstocks.
Основным элементом заявляемого устройства являются кислородпроницаемые мембраны, которые обладают высокой смешанной ионно-электронной проводимостью.The main element of the claimed device are oxygen-permeable membranes, which have a high mixed ion-electron conductivity.
Высокая электронная проводимость обеспечивает протекание окислительно-восстановительных процессов на поверхности с образованием молекулярного кислорода и оксид ионов. Высокая ионная (кислородная) проводимость обеспечивает транспорт оксид ионов через кристаллическую решетку оксида, что обеспечивает абсолютную селективность процесса.High electronic conductivity ensures the occurrence of redox processes on the surface with the formation of molecular oxygen and oxide of ions. High ionic (oxygen) conductivity provides the transport of oxide of ions through the crystal lattice of the oxide, which ensures absolute selectivity of the process.
Если по разные стороны газоплотной мембраны, изготовленной из оксидов со смешанной кислород электродной проводимостью, создать различные парциальные давления кислорода (pO2), то под действием разности химических потенциалов будут происходить следующие процессы:If on different sides of a gas-tight membrane made of oxides with mixed oxygen electrode conductivity, various partial oxygen pressures (pO 2 ) are created, then the following processes will occur under the influence of the difference of chemical potentials:
(1) на поверхности большего pO2 происходит диссоциативная адсорбция молекулярного кислорода и восстановление атомов кислорода за счет электронов переходных металлов, входящих в состав материала мембраны, с образованием ионов кислорода;(1) on the surface of larger pO 2 , dissociative adsorption of molecular oxygen and the restoration of oxygen atoms due to electrons of the transition metals that make up the membrane material, with the formation of oxygen ions;
(2) под действием градиента химического потенциала оксид ионы диффундируют на поверхность меньшего pO2;(2) under the influence of the gradient of the chemical potential, the oxide ions diffuse onto the surface of a smaller pO 2 ;
(3) на поверхности меньшего pO2 происходит окисление оксид ионов с передачей электронов ионам переходных металлов в материале мембраны и ассоциативная десорбция молекулярного кислорода.(3) oxide of ions is oxidized on the surface of lower pO 2 with electron transfer to transition metal ions in the membrane material and associative desorption of molecular oxygen.
Таким образом, мембрана на основе оксидов со смешанной проводимостью обеспечивает потоки оксид ионов и электронов, что приводит к выделению кислорода из кислородсодержащего газа со 100% селективностью. Это уникальное свойство материалов со смешанной кислород электронной проводимостью позволяет их использовать в устройствах для получения чистого кислорода для различных применений в медицине, металлургии, на транспорте. Кроме того, выделяющийся чистый кислород может быть использован в качестве реагента при окислительной конверсии углеводородного сырья, например при парциальном окислении метана в синтез газ, димеризации метана с образованием этана и т.д.Thus, a mixed conductivity oxide-based membrane provides oxide oxide and electron flows, which leads to the release of oxygen from an oxygen-containing gas with 100% selectivity. This unique property of materials with mixed oxygen electron conductivity allows them to be used in devices for producing pure oxygen for various applications in medicine, metallurgy, and transport. In addition, the released pure oxygen can be used as a reagent in the oxidative conversion of hydrocarbons, for example, in the partial oxidation of methane to synthesis gas, dimerization of methane to form ethane, etc.
Кислородпроницаемые мембраны бывают двух типов: планарные и трубчатые. Планарные обеспечивают более равномерное распределение реагентов, в то время как трубчатые - повышенную термическую и механическую прочность, простоту при герметизации и масштабировании.Oxygen-permeable membranes are of two types: planar and tubular. Planar ones provide a more uniform distribution of reagents, while tubular ones provide increased thermal and mechanical strength, ease of sealing and scaling.
Известны технические решения, в которых описаны планарные (1. US 8486184 B2, опубл. 16 июл 2013) и трубчатые (2. US 5599383 A, опубл. 4 фев 1997) керамические мембраны из различных материалов со смешанной кислород электронной проводимостью, которые сепарируют кислород из кислородсодержащего газа.Known technical solutions that describe planar (1. US 8486184 B2, publ. July 16, 2013) and tubular (2. US 5599383 A, publ. Feb 4, 1997) ceramic membranes from various materials with mixed oxygen electronic conductivity that separate oxygen from oxygen-containing gas.
Известны технические решения (3. США 5,306,411, опубл. 26.03.1994 г. и 4. 5,591,315. опубл. 07.01.1997 г.), в которых описаны керамические мембраны из различных материалов, которые сепарируют кислород из кислородсодержащего газа, а образующийся чистый кислород реагирует с газом, содержащим метан, в результате чего образуется синтез-газ (СО+2Н2).Known technical solutions (3. USA 5,306,411, publ. 03/26/1994 and 4. 5,591,315. Publ. 01/07/1997), which describe ceramic membranes from various materials that separate oxygen from an oxygen-containing gas, and the resulting pure oxygen reacts with a gas containing methane, resulting in the formation of synthesis gas (CO + 2H2).
Общим недостатком устройств с плоскими кислородпроницаемыми мембранами являются высокие требования к отсутствию значительных температурных градиентов вдоль мембран, что приводит к низкой скорости запуска, сложности дизайна, разрушению мембран при термоциклировании и резких перепадах температур, возникающих в химических процессах.A common disadvantage of devices with flat oxygen-permeable membranes is the high requirements for the absence of significant temperature gradients along the membranes, which leads to a low start-up speed, design complexity, membrane destruction during thermal cycling, and sudden changes in temperature that occur in chemical processes.
Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является мембранный реактор (5. США 5,599,383, опубл. 04.02.1997 г.), включающий кислородпроницаемые мембраны в виде трубок, собранных в модуль, каждая из которых содержит пористый материал, который поддерживает стенки трубки, и газоплотный слой, через который происходит сепарация кислорода. Химический состав материала, из которого могут быть изготовлены трубчатые мембраны, описывается формулой:
Известно, что приемлемыми для практического использования скорости кислородных потоков через мембраны со смешанной кислород электронной проводимостью (СКЭП мембраны) могут быть достигнуты, как правило, при температурах выше 600°C. В известных патентах мембраны нагревают до требуемой температуры, и температура поддерживается во время реакции за счет внешнего нагрева и/или за счет тепла, выделяемого при протекании экзотермических химических реакций.It is known that the rates of oxygen flows through membranes with mixed oxygen electronic conductivity (SKEP membranes) that are acceptable for practical use can be achieved, as a rule, at temperatures above 600 ° C. In the known patents, the membranes are heated to the required temperature, and the temperature is maintained during the reaction due to external heating and / or due to the heat generated during exothermic chemical reactions.
Недостатком внешнего обогрева, используемого в [1-5], являются высокие энергозатраты (поскольку происходит не только обогрев реактора, но и газообразных реагентов, протекающих через реактор) и инерционность нагрева, которая затрудняет оперативную регулировку температуры в реакционной зоне (поскольку для регулировки температуры в реакционной зоне требуется определенное время для прогрева источника внешнего обогрева, газообразных реагентов, поступающих в реактор, а затем самой мембраны), что приводит к его нестабильной работе.The disadvantage of external heating used in [1-5] is the high energy consumption (since there is not only heating of the reactor, but also gaseous reagents flowing through the reactor) and the inertia of heating, which makes it difficult to quickly adjust the temperature in the reaction zone (since the reaction zone requires a certain time to warm up the source of external heating, gaseous reagents entering the reactor, and then the membrane itself), which leads to its unstable operation.
Задачей, решаемой заявляемым техническим решением, является повышение эффективности работы, производительности и устойчивости работы газохимического мембранного реактора.The problem solved by the claimed technical solution is to increase the efficiency, productivity and stability of the gas-chemical membrane reactor.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в заявляемом газохимическом мембранном реакторе, включающем модуль из кислородпроницаемых мембран, собранных из трубок, кислородпроницаемые мембраны выполнены из оксидов со смешанной кислород электронной проводимостью с общей формулой
Предпочтительно используют кислородпроницаемые мембраны в виде трубок диаметром 1-5 мм.Oxygen permeable membranes in the form of tubes with a diameter of 1-5 mm are preferably used.
Существенными отличительными признаками заявляемого технического решения являются:The salient features of the claimed technical solution are:
- мембраны реактора выполнены из оксидов со смешанной кислород электронной проводимостью с общей формулой:
- мембраны реактора подсоединены к источнику переменного тока, пропускаемого непосредственно через мембраны и нагревающего их.- reactor membranes are connected to an alternating current source, passed directly through the membrane and heating them.
Поставленная задача решается благодаря совокупности существенных отличительных признаков.The problem is solved thanks to a combination of essential distinguishing features.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение газохимического мембранного реактора.In FIG. 1 is a schematic representation of a gas chemical membrane reactor.
Заявляемый газохимический реактор содержит:The inventive gas chemical reactor contains:
1) корпус (1) с патрубками для подачи (1в) и отвода газов (1г), в котором размещены трубчатые кислородпроницаемые мембраны (2) на основе перовскитов с общей формулой
2) каждая мембрана содержит патрубки для подачи (1а) и отвода газов (1б), посредством нанесенного токопроводящего покрытия (3) и подсоединена к источнику переменного электрического тока (4), материал мембраны обеспечивает прохождение электрического тока непосредственно через кислородпроницаемые мембраны (2);2) each membrane contains nozzles for supplying (1a) and venting gases (1b), by means of a conductive coating (3) and connected to an alternating electric current source (4), the membrane material allows electric current to pass directly through oxygen-permeable membranes (2);
3) с помощью измерителя температуры (5) и регулятора тока (6) производится управляемый нагрев мембран (2), обеспечивающий необходимый температурный режим в процессе сепарации кислорода из воздуха;3) using a temperature meter (5) and a current regulator (6), controlled heating of the membranes (2) is carried out, which provides the necessary temperature regime in the process of oxygen separation from air;
4) регулирование кислородных потоков осуществляется изменением скорости воздушного потока над кислородпроницаемыми мембранами с помощью регулятора расхода воздуха (7).4) the regulation of oxygen flows is carried out by changing the speed of the air flow over oxygen-permeable membranes using the air flow regulator (7).
Заявляемый газохимический мембранный реактор работает следующим образом.The inventive gas-chemical membrane reactor operates as follows.
В корпусе (1) с патрубками для ввода и вывода газа (1в, 1г) закрепляются кислородпроницаемые мембраны (2), выполненные в виде трубок диаметром предпочтительно 1-3 мм. На внешнюю сторону мембран через патрубок (1в) подается кислородсодержащий газ с варьируемым составом и с варьируемой скоростью потока. Далее производится управляемый нагрев мембран до рабочей температуры при помощи регулятора тока (6) и измерителя температуры (5). Отбор кислорода из выхода (16) осуществляется либо компрессором, либо газом-носителем, пропускаемым через вход (1а) и выход (1б) с регулируемой скоростью потока. Кислородные мембраны могут быть собраны в модули для обеспечения требуемой производительности газохимического реактора.Oxygen-permeable membranes (2) made in the form of tubes with a diameter of preferably 1-3 mm are fixed in the housing (1) with gas inlet and outlet pipes (1c, 1g). An oxygen-containing gas with a variable composition and with a variable flow rate is supplied to the outer side of the membranes through the pipe (1c). Next, a controlled heating of the membranes to operating temperature is carried out using a current controller (6) and a temperature meter (5). The selection of oxygen from the outlet (16) is carried out either by a compressor or a carrier gas passed through the inlet (1a) and the outlet (1b) with an adjustable flow rate. Oxygen membranes can be assembled into modules to provide the required performance of a gas chemical reactor.
Образующийся чистый кислород может быть использован для окислительной конверсии углеводородов, например парциального окисления метана с образованием синтез газа (СО+2Н2), димеризации метана с образованием этана и т.д. Для этого в газохимический мембранный реактор загружается соответствующий катализатор и со стороны выделения кислорода подается метансодержащий газ.The resulting pure oxygen can be used for the oxidative conversion of hydrocarbons, for example, partial oxidation of methane to form synthesis gas (CO + 2H2), dimerization of methane to form ethane, etc. For this, the corresponding catalyst is loaded into the gas-chemical membrane reactor and methane-containing gas is supplied from the oxygen evolution side.
Известно, что наиболее перспективными материалами для изготовления кислородпроницаемых мембран для выделения кислорода из смесей, его содержащих, являются сложные оксидные соединения со структурой перовскита на основе кобальтитов и ферритов стронция [9. Teraoka Υ., Zhang Н.-М., Yamazoe N. Oxygen-sorptive properties of defect perovskite-type La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ, Chemistry Letters. 1985. V. 14. P. 1367-1370; Teraoka Y., Zhang H., Furukawa S., Yamazo N. Oxygen permeation through perovskite-type oxides, Chemistry Letters. 1985. V. 14. P. 1743-1746]. Известно также, что материал состава Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ (BSCF) обладает наибольшими кислородными потоками [10. Shao Z.P., Yang W.S., Cong Y., Dong H., Tong J.H., Xiong G.X. Investigation of the permeation behavior and stability of a Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ oxygen membrane, Journal of Membrane Science. 2000. V. 172. P. 177-188]. Недостатком данного соединения является наличие полиморфного перехода «кубический - гексагональный перовскит» при температурах ниже 900°C, что приводит к значительному падению кислородных потоков [11. Švarcová S., Wiik К., Tolchard J., Bouwmeester H.J.M., Grande T. Structural instability of cubic perovskite BaxSr1-xCo1-yFeyO3-δ, Solid State Ionics. 2008. V. 178. P. 1787-17918, Arnold M, Gesing T.M., Martynczuk J., Feldhoff A. Correlation of the formation and the decomposition process of the BSCF perovskite at intermediate temperatures // Chem. Mater. 2008. V. 20. P. 5851-5858]. Кроме того, BSCF неустойчив в атмосфере, содержащей углекислый газ [12. Shao Z.P., Yang W.S., Cong Y., Dong H., Tong J.H., Xiong G.X. Investigation of the permeation behavior and stability of a Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ oxygen membrane, Journal of Membrane Science. 2000. V. 172. P. 177-188].It is known that the most promising materials for the manufacture of oxygen-permeable membranes for the evolution of oxygen from mixtures containing it are complex oxide compounds with a perovskite structure based on cobaltites and strontium ferrites [9. Teraoka Υ., Zhang N.-M., Yamazoe N. Oxygen-sorptive properties of defect perovskite-type La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ, Chemistry Letters. 1985. V. 14. P. 1367-1370; Teraoka Y., Zhang H., Furukawa S., Yamazo N. Oxygen permeation through perovskite-type oxides, Chemistry Letters. 1985. V. 14. P. 1743-1746]. It is also known that the material composition Ba 0.5 Sr 0.5 Co 0.8 Fe 0.2 O 3-δ (BSCF) has the highest oxygen fluxes [10. Shao ZP, Yang WS, Cong Y., Dong H., Tong JH, Xiong GX Investigation of the permeation behavior and stability of a Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ oxygen membrane, Journal of Membrane Science. 2000. V. 172. P. 177-188]. The disadvantage of this compound is the presence of a polymorphic transition "cubic - hexagonal perovskite" at temperatures below 900 ° C, which leads to a significant drop in oxygen flows [11. Švarcová S., Wiik K., Tolchard J., Bouwmeester HJM, Grande T. Structural instability of cubic perovskite BaxSr1-xCo1-yFeyO3-δ, Solid State Ionics. 2008. V. 178. P. 1787-17918, Arnold M, Gesing TM, Martynczuk J., Feldhoff A. Correlation of the formation and the decomposition process of the BSCF perovskite at intermediate temperatures // Chem. Mater. 2008. V. 20. P. 5851-5858]. In addition, BSCF is unstable in an atmosphere containing carbon dioxide [12. Shao ZP, Yang WS, Cong Y., Dong H., Tong JH, Xiong GX Investigation of the permeation behavior and stability of a Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ oxygen membrane, Journal of Membrane Science. 2000. V. 172. P. 177-188].
В заявляемом мембранном реакторе кислородпроницаемые мембраны выполнены из СКЭП перовскитов с общей формулой:In the inventive membrane reactor, oxygen-permeable membranes are made of SCEP perovskites with the General formula:
В мембранных материалах за счет допантов, предпочтительно M=Nb, Та, Mo, W, отсутствуют фазовые и полиморфные переходы и подавлено взаимодействие с углекислым газом, что стабилизирует кислородные потоки. Это подтверждают данные по сравнению кислородных потоков через дисковые мембраны заявляемого состава Ba0.5Sr0.5Co0.78W0.02Fe0.2O3-δ и известного в литературе Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ в зависимости от времени; (а) - тест на стабильность потоков, (б) - в присутствии углекислого газа, приведенные на фиг. 2. Согласно фиг. 2, мембраны вышеописанного состава, в которых произведено частичное замещение ионов кобальта на высокозарядные катионы вольфрама, демонстрируют стабильные кислородные потоки в долговременных тестах, в том числе в присутствии углекислого газа.In membrane materials due to dopants, preferably M = Nb, Ta, Mo, W, there are no phase and polymorphic transitions and the interaction with carbon dioxide is suppressed, which stabilizes oxygen flows. This is confirmed by the comparison of oxygen flows through disk membranes of the claimed composition Ba 0.5 Sr 0.5 Co 0.78 W 0.02 Fe 0.2 O 3-δ and the known in the literature Ba 0.5 Sr 0.5 Co 0.8 Fe 0.2 O 3-δ as a function of time; (a) a flow stability test, (b) in the presence of carbon dioxide, shown in FIG. 2. According to FIG. 2, membranes of the above composition, in which cobalt ions are partially replaced by highly charged tungsten cations, demonstrate stable oxygen flows in long-term tests, including in the presence of carbon dioxide.
Мембраны, изготовленные в виде микротрубчатых кислородпроницаемых мембран, имеют пористую часть (0.5-1 мм), играющую роль прочного носителя, и тонкую газоплотную часть (0.01-0.03 мм), обеспечивающую селективную сепарацию кислорода и высокие кислородные потоки. Строение микротрубчатых мембран, изготовленных из СКЭП перовскитов состава Ba0.5Sr0.5Co0.78W0.02Fe0.2O3-δ, приведено на фиг. 3. Оно обеспечивает их механическую прочность и устойчивость к температурным градиентам, что приводит к высокой скорости запуска, простоте дизайна, стабильности мембран при термоциклировании и резких перепадах температур.Membranes made in the form of microtubular oxygen-permeable membranes have a porous part (0.5-1 mm), which plays the role of a strong carrier, and a thin gas-tight part (0.01-0.03 mm), which provides selective oxygen separation and high oxygen flows. The structure of microtubular membranes made from SCEC perovskites of the composition Ba 0.5 Sr 0.5 Co 0.78 W 0.02 Fe 0.2 O 3-δ is shown in FIG. 3. It provides their mechanical strength and resistance to temperature gradients, which leads to high startup speed, simplicity of design, stability of membranes during thermal cycling and sudden changes in temperature.
Заявляемые составы обладают электропроводностью, которая обеспечивает пропускание тока через мембраны, что приводит к их разогреву. На фиг. 4. приведены данные по электропроводности СКЭП мембран состава Ba0.5Sr0.5Co0.8-xMoxFe0.2O3-δ с различным содержанием молибдена, х=0.06, 0.08 и 0.01.The inventive compositions have electrical conductivity, which ensures the passage of current through the membrane, which leads to their heating. In FIG. 4. The data on the electrical conductivity of the SCEC membranes of the composition Ba 0.5 Sr 0.5 Co 0.8-x Mo x Fe 0.2 O 3-δ with different molybdenum contents, x = 0.06, 0.08, and 0.01, are presented.
Нагрев СКЭП мембран переменным электрическим током обеспечивает равномерный и эффективный прогрев всей мембраны, что приводит к более высокой производительности кислородпроницаемых мембран. На фиг. 5 приведены данные по сравнению кислородных потоков через микротрубчатую мембрану состава Ba0.5Sr0.5Co0.78W0.02Fe0.2O3-δ при нагревании пропусканием переменного тока непосредственно через мембрану и внешним нагревателем.Heating the EPDM membranes with alternating electric current ensures uniform and efficient heating of the entire membrane, which leads to higher performance of oxygen-permeable membranes. In FIG. Figure 5 shows the data on the comparison of oxygen flows through a microtubular membrane with the composition Ba 0.5 Sr 0.5 Co 0.78 W 0.02 Fe 0.2 O 3-δ when heated by passing alternating current directly through the membrane and with an external heater.
Нагрев СКЭП мембран переменным электрическим током снимает поляризацию электродов и предотвращает разрушение материала мембраны под действием электрического тока. На фиг. 6 приведены данные рентгенофазового анализа материала мембраны до (1) и после (2) непрерывной работы при нагреве пропусканием переменного тока непосредственно через мембрану в течение 7 дней, которые подтверждают стабильность материала под действием переменного тока.Heating the EPDM membranes with alternating electric current removes the polarization of the electrodes and prevents the destruction of the membrane material under the influence of electric current. In FIG. Figure 6 shows the data of x-ray phase analysis of the membrane material before (1) and after (2) continuous operation when heated by passing alternating current directly through the membrane for 7 days, which confirm the stability of the material under the influence of alternating current.
Нагрев СКЭП мембран переменным электрическим током обеспечивает более высокую энергоэффективность процесса сепарации кислорода в мембранном реакторе. Фиг. 7 демонстрирует сравнение энергозатрат для получения 1 м3 чистого (100%) кислорода с помощью микротрубчатых мембран состава Ba0.5Sr0.5Co0.78W0.02Fe0.2O3-δ, нагреваемых пропусканием переменного тока непосредственно через мембрану и источником внешнего нагрева - электрической печью сопротивления. Из фиг. 7 показано, что наиболее эффективно нагрев током проявляет себя при пониженных температурах. Энергозатраты при использовании внешнего источника нагрева могут быть понижены путем улучшения теплоизоляции печи и рекуперации тепла отходящих газов. Тем не менее, энергоэффективность нагрева мембран пропусканием тока останется выше, т.к. в этом случае не требуется прогрев всего объема воздуха, пропускаемого над мембраной; достаточно прогрева тонкого диффузионного слоя, расположенного непосредственно над мембраной. Наличие высоких градиентов по температуре между разогретой до температур 600-1000°C мембраной и корпусом мембранного модуля позволяет снизить требования к конструкционным материалам, например заменить хромистые стали, устойчивые к высоким температурам, на более дешевые и экологически безопасные.Heating the EPDM membranes with alternating electric current provides higher energy efficiency of the oxygen separation process in the membrane reactor. FIG. 7 shows a comparison of energy consumption for obtaining 1 m 3 of pure (100%) oxygen using microtubular membranes of the composition Ba 0.5 Sr 0.5 Co 0.78 W 0.02 Fe 0.2 O 3-δ , heated by passing alternating current directly through the membrane and the external heating source is an electric resistance furnace . From FIG. 7 shows that the most effective heating by the current manifests itself at low temperatures. Energy costs when using an external heating source can be reduced by improving the thermal insulation of the furnace and recovering the heat of the exhaust gases. However, the energy efficiency of heating the membranes by passing current will remain higher, because in this case, heating of the entire volume of air passing over the membrane is not required; it is enough to warm a thin diffusion layer located directly above the membrane. The presence of high temperature gradients between the membrane preheated to temperatures of 600-1000 ° C and the membrane module housing reduces the requirements for structural materials, for example, replacing chrome steels resistant to high temperatures with cheaper and environmentally friendly ones.
Достигаемый технический результат, получаемый при использовании данного технического решения, заключается в снижении энергозатратности, уменьшении времени запуска устройства и инерционности при регулировании температурного режима синтеза, увеличении производительности и устойчивости работы газохимического мембранного реактора.Achievable technical result obtained using this technical solution consists in reducing energy consumption, reducing the startup time of the device and inertia when controlling the temperature of synthesis, increasing the productivity and stability of the gas chemical membrane reactor.
По сравнению с прототипом заявляемый газохимический мембранный реактор обладает следующими преимуществами:Compared with the prototype of the inventive gas-chemical membrane reactor has the following advantages:
- упрощение дизайна реактора;- simplification of the design of the reactor;
- мембраны одновременно исполняют роль селективных сепараторов кислорода и нагревательных элементов, обеспечивающих необходимую температуру мембраны для получения кислородных потоков, приемлемых для практического использования;- membranes at the same time play the role of selective oxygen separators and heating elements, providing the necessary temperature of the membrane to obtain oxygen flows that are acceptable for practical use;
- оперативность при запуске и поддержании устойчивой работы реактора в рабочем режиме;- efficiency in starting up and maintaining stable operation of the reactor in operating mode;
- стабильность мембран при термоциклировании и резких перепадах температур и энергоэффективность; - membrane stability during thermal cycling and sudden changes in temperature and energy efficiency;
- производительность.- performance.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015111446/05A RU2592627C1 (en) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | Gas chemical membrane reactor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015111446/05A RU2592627C1 (en) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | Gas chemical membrane reactor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2592627C1 true RU2592627C1 (en) | 2016-07-27 |
Family
ID=56556969
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015111446/05A RU2592627C1 (en) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | Gas chemical membrane reactor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2592627C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2751917C1 (en) * | 2020-10-07 | 2021-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук | Metal-ceramic silver-based composite for selective oxygen membranes and method for production thereof |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5332597A (en) * | 1992-01-02 | 1994-07-26 | Air Products And Chemicals, Inc. | Method for manufacturing inorganic membranes by organometallic chemical vapor infiltration |
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 |
WO1994024065A1 (en) * | 1993-04-16 | 1994-10-27 | Amoco Corporation | Oxygen ion-conducting dense ceramic |
US5599383A (en) * | 1995-03-13 | 1997-02-04 | Air Products And Chemicals, Inc. | Tubular solid-state membrane module |
US5935533A (en) * | 1997-10-28 | 1999-08-10 | Bp Amoco Corporation | Membrane reactor hollow tube module with ceramic/metal interfacial zone |
RU2197320C2 (en) * | 1998-05-20 | 2003-01-27 | Норск Хюдро Аса | Membrane and its use |
-
2015
- 2015-03-30 RU RU2015111446/05A patent/RU2592627C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5332597A (en) * | 1992-01-02 | 1994-07-26 | Air Products And Chemicals, Inc. | Method for manufacturing inorganic membranes by organometallic chemical vapor infiltration |
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 |
WO1994024065A1 (en) * | 1993-04-16 | 1994-10-27 | Amoco Corporation | Oxygen ion-conducting dense ceramic |
US5599383A (en) * | 1995-03-13 | 1997-02-04 | Air Products And Chemicals, Inc. | Tubular solid-state membrane module |
US5935533A (en) * | 1997-10-28 | 1999-08-10 | Bp Amoco Corporation | Membrane reactor hollow tube module with ceramic/metal interfacial zone |
RU2197320C2 (en) * | 1998-05-20 | 2003-01-27 | Норск Хюдро Аса | Membrane and its use |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2751917C1 (en) * | 2020-10-07 | 2021-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук | Metal-ceramic silver-based composite for selective oxygen membranes and method for production thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | Oxygen permeation study in a tubular Ba0. 5Sr0. 5Co0. 8Fe0. 2O3-δ oxygen permeable membrane | |
Zhang et al. | Systematic investigation on new SrCo1− yNbyO3− δ ceramic membranes with high oxygen semi-permeability | |
JP5366556B2 (en) | Oxidation reactor and oxidation method | |
Shao et al. | Investigation of the permeation behavior and stability of a Ba0. 5Sr0. 5Co0. 8Fe0. 2O3− δ oxygen membrane | |
US6153163A (en) | Ceramic membrane reformer | |
Partovi et al. | High-flux oxygen-transporting membrane Pr0. 6Sr0. 4Co0. 5Fe0. 5O3− δ: CO2 stability and microstructure | |
JP3614686B2 (en) | Method for reducing carbon formation in solid electrolyte ionic conduction systems | |
US6468499B1 (en) | Method of generating hydrogen by catalytic decomposition of water | |
JP2005535434A (en) | Membrane system including oxygen transport membrane and catalyst | |
Tablet et al. | Oxygen permeation study of perovskite hollow fiber membranes | |
US7087211B2 (en) | Hydrogen production by high temperature water splitting using electron conducting membranes | |
Wu et al. | Toward enhanced hydrogen generation from water using oxygen permeating LCF membranes | |
Park et al. | A cobalt-free oxygen transport membrane, BaFe0. 9Zr0. 1O3− δ, and its application for producing hydrogen | |
Hu et al. | Nitrogen production by efficiently removing oxygen from air using a perovskite hollow-fiber membrane with porous catalytic layer | |
Zhang et al. | Highly efficient preparation of Ce0. 8Sm0. 2O2-δ–SrCo0. 9Nb0. 1O3-δ dual-phase four-channel hollow fiber membrane via one-step thermal processing approach | |
RU2197320C2 (en) | Membrane and its use | |
Meng et al. | H2/CH4/CO2-tolerant properties of SrCo0. 8Fe0. 1Ga0. 1O3− δ hollow fiber membrane reactors for methane partial oxidation to syngas | |
Zhang et al. | Coupling water splitting and partial oxidation of methane (POM) in Ag modified La0. 8Ca0. 2Fe0. 94O3-δ hollow fiber membrane reactors for co-production of H2 and syngas | |
Wu et al. | Mixed-conducting ceramic-carbonate dual-phase membranes: Gas permeation and counter-permeation | |
Dixon et al. | Waste reduction and recovery using O2-permeable membrane reactors | |
Tan et al. | Theoretical analysis of ion permeation through mixed conducting membranes and its application to dehydrogenation reactions | |
Bragina et al. | Cobalt-free SrFe1− xMoxO3-δ perovskite hollow fiber membranes for oxygen separation | |
RU2592627C1 (en) | Gas chemical membrane reactor | |
Babakhani et al. | Order–disorder transition and phase stability of BaxSr1− xCo0. 8Fe0. 2O3− δ oxides | |
Liu et al. | Novel dual structured mixed conducting ceramic hollow fibre membranes |