[發(fā)明專利]用于氣體分離和/或化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)器及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580036514.1
• 申請日: 2005-10-17
• 公開（公告）號: CN101132847A
• 公開（公告）日: 2008-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: V·Z·莫爾德科維奇;D·N·哈里托諾夫;A·K·阿韋季索夫;Y·K·巴什圖基;E·D·波里托瓦;N·V·杜賈科娃;S·V·蘇沃基;G·V·科薩列夫
• 申請（專利權(quán)）人: 聯(lián)合研究及發(fā)展中心有限責(zé)任公司
• 主分類號: B01D63/00
• 分類號: B01D63/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 任宗華

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及膜技術(shù)領(lǐng)域，并涉及用于氣體分離和/或化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)器，特別是用于從含氧氣體中回收氧氣的反應(yīng)器，以及該反應(yīng)器的制造方法。

背景技術(shù)

用膜技術(shù)實施的氣體分離和/或化學(xué)反應(yīng)，特別是應(yīng)用透氧膜進(jìn)行的烴類氣體的氧化轉(zhuǎn)化，是氣體處理的一個有前景的發(fā)展方向。

膜分離技術(shù)的引入，特別是在膜反應(yīng)器中用透氧膜分離空氣，使得合成氣(一氧化碳和氫氣的混合物)生產(chǎn)的能量消耗和成本費用顯著的減少(高至30％)，從而降低了包括氫氣的生產(chǎn)成本。

膜方法重要的優(yōu)點也在于反應(yīng)器模塊設(shè)計提供了更容易規(guī)模化生產(chǎn)的可能性。

用于氣體分離特別是氧氣回收和/或在膜反應(yīng)器中實施轉(zhuǎn)化過程的透氧膜，是一個陶瓷板或管或其它合適的形式結(jié)構(gòu)。膜在烴類氣體部分氧化過程的典型高溫下具有足夠的透氧性。同時膜是氣密性的，也就是說是用無孔材料制造的。用于空氣分離的膜含有離子或混合的電子-離子傳導(dǎo)性。在兩種情況下的氧離子，通過分壓梯度驅(qū)動，以高速和絕對的選擇性通過致密的無孔膜。

膜反應(yīng)器為包括由透氧陶瓷膜分開的兩個腔室的設(shè)備，含氧混合物進(jìn)入一個腔室，從另一個腔室取走氧氣，或者將氧化劑供給到所述的第二個腔室。

在設(shè)計膜反應(yīng)器時，主要的問題在于制造反應(yīng)器的金屬和制造膜的陶瓷的熱膨脹系數(shù)的差異，這將導(dǎo)致膜和反應(yīng)器之間的連接表面破壞。

為解決該問題，高溫密封劑被開發(fā)并用于不同種材料間的連接。因此，為連接金屬和陶瓷，使用了陶瓷和玻璃的組合，如Pyrex玻璃。然而，這種密封劑只能在接近常壓和相當(dāng)?shù)偷牟僮鳒囟认率褂?，不超過600℃(X.Qi，F(xiàn).T.Akin，Y.S.Lin，J.Memb.Sci.，2001，v.193，p.185)。

已知有基于金和銀的軟合金的密封劑，它們的缺點在于高成本(O.C.Paiva，M.A.Barbosa，J.Mater.Sci.，1997，v.32，p.653)。

還有已知的機(jī)械密封的例子，其中，連接部分的表面相接觸，但在制成這些部分的金屬和陶瓷材料之間沒有熔合。在加熱和冷卻時，金屬和陶瓷部分仍相對移動，且材料間熱膨脹系數(shù)的差異引起張力增加(J.A.Lane，S.J.Bensonet?all，Solid?State?Ionics，1999，v.121，p.201)。

專利US6302402描述了一種用含貴金屬的復(fù)合材料制成的復(fù)雜形式的密封圈將膜固定于內(nèi)部的反應(yīng)器組件。它也描述了該反應(yīng)器的制造方法，包括在高溫(400℃至1000℃)下膜的密封。密封圈由選自包括鐵、鎳、鉻、鎢、鉬或鈷的組中的金屬制成，并涂敷一層另一種金屬(如金、銅、鎳、鈀、鉑)。該技術(shù)解決方案的缺點在于制造的復(fù)雜性和高成本。

在文獻(xiàn)中也描述了一種反應(yīng)器，其中，陶瓷膜用高溫含鎳焊接劑密封(Report?on?USA?Depar?tment?of?Energy?grant?[S.Bandopadhyay，N.Nagabhushana.Quaterly?Report.School?of?Mineral?Engineering.University?of?Alaska?Fairbanks.2000//DOE?Award#DOE-FC26-99FT400054])。盡管具有相對較低的化學(xué)活性的含鎳焊接劑在連接表面具有好的潤濕性，但也證明了在焊接劑和陶瓷膜之間的相互作用得以加強(qiáng)，這在焊接后會引起斷裂，這作為該技術(shù)解決方案重要缺點沒有給反應(yīng)器提供可接受的壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的任務(wù)是開發(fā)一種用于氣體分離和/或?qū)嵤┗瘜W(xué)反應(yīng)的反應(yīng)器，特別是，用于使用陶瓷透氧膜從含氧氣體中回收氧氣的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器由于陶瓷膜和反應(yīng)器殼體之間穩(wěn)定的緊密連接而擁有長的使用壽命。

技術(shù)效果包括減小了連接無件和陶瓷層的線性膨脹系數(shù)差異，和阻止了所用合金向陶瓷層的擴(kuò)散，這將共同導(dǎo)致與連接元件連接的陶瓷膜穩(wěn)定性的增強(qiáng)，包括在高溫時顯示出的穩(wěn)定性。

技術(shù)效果通過下述因素獲得，在用于氣體分離和/或化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)器中，所述反應(yīng)器包括殼體、陶瓷膜和位于兩者之間由含有門捷列夫周期表第VIII族和第VI族元素的合金制成的連接元件，其中在臨近膜的連接元件的表面上形成一層氧化鋁。

連接元件和膜之間的氧化鋁層消除了線性膨脹系數(shù)的差異，并同時起到了防止金屬原子從合金擴(kuò)散到陶瓷的保護(hù)性阻擋層作用。這兩個因素導(dǎo)致連接穩(wěn)定性的增強(qiáng)，特別是在高溫下，顯示出膜和反應(yīng)器的這種連接的完整性的保持。