[發明專利]平面陶瓷片組件及其制備方法、載體層組件及其制備方法、烴氧化方法和陶瓷膜疊層

有效

• 申請號: 200910142692.2
• 申請日: 2004-03-19
• 公開（公告）號: CN101579644A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: M·F·卡羅蘭;P·N·德耶;M·A·威爾遜;T·R·奧赫恩;K·E·克奈德;D·彼得森;C·M·陳;K·G·拉克斯
• 申請（專利權）人: 氣體產品與化學公司
• 主分類號: B01J35/10
• 分類號: B01J35/10;B01J12/00;B01D71/02;B01D69/04;C01B3/38;C10L3/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 韋欣華

本申請是申請號為200410030134.4母案的分案申請。該母案的 申請日為2004年3月19日；發明名稱為“平面陶瓷膜組件以及氧化 反應器體系”。

關于聯邦資助的研究或開發的聲明

本發明按Air?Products?and?Chemicals，Inc.與美國能源部之 間的合同No.DF-FC26-97FT96052在政府支持秀進行。美國政府對本 發明擁有一些權利。

技術領域

本發明涉及包含混合-傳導多組分金屬氧化物材料致密層、混合- 傳導多金屬氧化物材料多孔層和陶瓷通道載體層的平面陶瓷膜組件。 本發明還涉及該組件的制備方法及其用于烴氧化的方法。

背景技術

借助在高溫下操作的混合-傳導陶瓷膜可從含氧氣體中分離出 氧，其中，所述膜不僅傳導氧離子而且傳導電子。氧氣在膜的滲透側 產生并且可以高純度的產品回收。另外，滲透的氧能夠催化或非催化 地直接與含烴氣體反應，從而得到烴氧化產物。可使用各種各樣的含 氧氣體，如空氣，并且許多可供選擇的烴氧化產物均是可能的，這取 決于操作條件以及是否使用催化劑。

利用混合-導電陶瓷膜反應器系統，在由天然氣和空氣生產合成 氣體中有明顯且不斷增長的商業利益。目前，該技術尚處于開發階段， 當該技術成熟時在將來其商業應用是可以想象的。通過甲烷的部分氧 化以形成合成氣體組分CO、H₂、CO₂和H₂O，混合-導電陶瓷膜反應器 系統將生產出合成氣體。通過將含甲烷的原料氣體和空氣原料氣體引 入膜反應器體系中，使膜的一個表面與甲烷接觸，然后使另一表面與 空氣接觸而進行該方法。氧氣滲透通過所述膜，甲烷與滲透的氧反應 形成甲烷/合成氣體混合物，并且，當混合物傳送通過反應器并與另 外的滲透氧進行反應時，甲烷將進一步轉化成合成氣體。

如果甲烷/合成氣流處于高壓，通常為250-400psig，那么，該 方法能夠有利地將上、下游的方法結合。另外，如果空氣處于低壓， 通常低于50psig的話，工藝經濟學是最有利的。因此，膜反應器體 系中的膜必須設計成經得起空氣側和甲烷/合成氣體側之間明顯的壓 差。為了取得通過膜的高氧通量，所述膜的活性分離層應當很薄，通 常低于200微米。然而，該厚度的獨立膜不能承受典型的200-400psid 的壓差，因此，薄分離層必須以某種方式在結構上被支撐。

在本領域中已描述了能夠經得起高壓差、用于陶瓷氧-傳導薄膜 系統的各種各樣的設計。例如，管狀陶瓷膜能夠在一側經受高壓甲烷， 并在另一側經受低壓空氣；但所述膜必須具有足夠的壁厚，以能承受 壓差；因此，該膜不能取得高氧通量。為解決該問題，業已開發出復 合管狀膜，其在較厚的多孔載體上結合了薄且致密的氧滲透層。

現有技術中已描述了平板膜結構，其中，活性分離層通過膜低壓 側上的一層或多層多孔層支撐，其通常是所述膜的滲透側。通常對這 些薄膜系統進行設計，以便在滲透側產生純氧產品。如果通過膜低壓 側上的低壓空氣使用這些膜的話，在膜低壓側上的多孔載體層對于將 氧從氧化劑或空氣中傳送至致密分離層的表面上產生氣相擴散阻力。 具有足夠厚度以便為薄膜活性分離層提供支持的多孔層對將氧傳送 到膜表面上引入擴散阻力，并且該阻力將降低通過膜的氧通量。因此， 對于在高壓差下使用薄活性膜而沒有不可接受的對薄膜氧化劑一側 的高氣相擴散阻力的復合膜設計存在著需求。