无机陶瓷膜的制备与应用

在当今社会，石油资源变得越来越紧张，天然气，天然气和其他富含甲烷气体的方法的使用效率越来越高，引起了各国研究人员的广泛关注。甲烷可直接用作燃料，化学原料和高效，高质量的清洁能源。中国天然气，煤层气和其他储量丰富的资源主要由甲烷组成。然而，由于甲烷深加工的难度及其相对稳定的性质，研究人员密切关注如何以低成本和高效率转化甲烷。因此，研究和开发有效利用甲烷的新技术和新工艺，提高西部天然气利用效率，改善中国能源结构，促进西部经济发展，具有十分重要的意义。目前，主要的甲烷化学利用途径是间接转化工艺路线，即首先将其转化为合成气（主要成分为H2和CO），然后合成所需产物。由甲烷制备合成气的常规方法包括工业蒸汽重整和甲烷催化部分氧化（POM）。与蒸汽重整方法相比，甲烷催化部分氧化（POM）合成气相具有以下优点：（I）生成的合成气V（H2）/ V（CO）~2是理想的费 - 托合成系统。甲醇的原料配比，（2）反应速度比整个反应快1-2个数量级。（3）甲烷的催化部分氧化（POM）是温和的放热反应。近年来，已经提出使用混合导体透氧膜材料作为POM的反应器。混合导体透氧膜是一种具有氧离子和电子传导性的陶瓷膜。当用作POM反应器时，甲烷的部分氧化过程可以描述为：（1）在高氧分压侧，氧气吸附在膜表面，然后吸附状态的氧气转化为氧离子和电子空穴，（2）氧离子和电子空穴在氧分压梯度的作用下通过体扩散过程传递到透氧膜侧面，（3）氧离子和电子空穴重组成氧气原子通过反应过程（I），（4）分子氧扩散到催化剂表面，（5）分子氧被裂解成催化剂表面的氧离子或其他氧物种，然后与甲烷反应生成形成合成气或二氧化碳。混合离子电子导体致密陶瓷膜是一种具有电子传导性和氧离子传导性的新型陶瓷膜材料。当该膜反应器用于甲烷部分氧化成合成气时，氧气制备过程和甲烷重整过程可以同时完成，从而简化了操作过程，降低了生产成本，并解决了传统固定中存在的一些技术。床反应堆。安全的问题。 Harada等。日本帝国石油公司首先开发并研究了BaCoci7Fetl2NbaA（BCFNO）在POM反应中的稳定性能。结果表明，当贵金属Ru在900℃下用作催化剂时，BCFNO混合导体透氧膜反应器温度为300℃。该操作的性能表现出连续衰减。例如，甲烷转化率从最初的80％降低到75％，氧气渗透率从最初的25ml cm_2.mirT1降低到ZOmlcnr2Iiiin'。上海大学杨志斌等人在焦炉中研究了BCFNO混合导体薄膜。 POM反应中气体的稳定性表明，在NiO / MgO固溶体作为催化剂的情况下，在875℃下操作100小时期间，BCFNO混合导体透氧膜反应器的性能连续衰减。 （III）发明概述提供了一种集成的三层结构无机透氧膜反应器的制备方法和应用。在集成的三层结构无机透氧膜反应器中使用的催化剂是过渡金属或贵金属中的一种或多种。三合一的制备方法提供了一种无机透氧膜反应器，通过浸渍法将饱和硝酸镍溶液均匀滴在三层结构透氧膜的一侧，并在78℃的烘箱中干燥，重复直至饱和硝酸镍溶液不再渗透到三层结构的透氧膜中，然后在800℃下煅烧6小时，制备出一体化的三层结构无机透氧膜反应器。在一体化三层结构无机透氧膜反应器的制备方法中，步骤（2）中烘箱的干燥温度为60-100℃。在一体化三层结构无机透氧膜反应器的制备方法中，步骤（2）的焙烧温度为700-900℃。在一体化三层结构无机透氧膜反应器的制备方法中，步骤（2）的煅烧时间为4-8小时。提供了一体化的三层无机透氧膜反应器，用于甲烷的催化部分氧化重整。 （IV）附图说明1甲烷进料气体流速对集成三层Baa9Coa7Fea2NbaiO3（BCFN）混合导体膜反应器性能的影响。 2温度对集成三层BCFN混合导体膜反应器性能的影响。三层BCFN混合导体透氧膜反应器的100小时稳定性试验结果应用于甲烷的催化部分氧化：（a）氧渗透性和甲烷转化率，（b）一氧化碳的选择性三者的表面SEM形态层BCFN混合导体膜反应前后100小时：（a）反应前的表面，（b）三层BCFN混合导体膜反应前后的横截面SEM形貌反应100小时：（a）反应前的横截面，（b），（C）反应后的横截面。陶瓷过滤器陶瓷膜陶瓷膜过滤器