CN100450593C - 内部气流被引导的离子迁移膜组件和容器系统 - Google Patents

内部气流被引导的离子迁移膜组件和容器系统 Download PDF

Info

Publication number
CN100450593C
CN100450593C CNB2006100040112A CN200610004011A CN100450593C CN 100450593 C CN100450593 C CN 100450593C CN B2006100040112 A CNB2006100040112 A CN B2006100040112A CN 200610004011 A CN200610004011 A CN 200610004011A CN 100450593 C CN100450593 C CN 100450593C
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
pressure vessel
flow
membrane module
oxygen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2006100040112A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1876220A (zh
Inventor
M·J·霍姆斯
T·R·奥尔恩
C·M·-P·陈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Soff - Yves Holding Co Ltd
Air Products and Chemicals Inc
Original Assignee
Soff - Yves Holding Co Ltd
Air Products and Chemicals Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Soff - Yves Holding Co Ltd, Air Products and Chemicals Inc filed Critical Soff - Yves Holding Co Ltd
Publication of CN1876220A publication Critical patent/CN1876220A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100450593C publication Critical patent/CN100450593C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C01B13/0229—Purification or separation processes
    • C01B13/0248—Physical processing only
    • C01B13/0251—Physical processing only by making use of membranes
    • C01B13/0255—Physical processing only by making use of membranes characterised by the type of membrane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/228—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion characterised by specific membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/229—Integrated processes (Diffusion and at least one other process, e.g. adsorption, absorption)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/64—Heavy metals or compounds thereof, e.g. mercury
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08—Flat membrane modules
    • B01D63/082—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes
    • B01D63/084—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes at least one flow duct intersecting the membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/14—Dynamic membranes
    • B01D69/141—Heterogeneous membranes, e.g. containing dispersed material; Mixed matrix membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B01D71/024—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/382—Multi-step processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/30—Alkali metal compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/40—Alkaline earth metal or magnesium compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/12—Oxygen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/60—Heavy metals or heavy metal compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/708—Volatile organic compounds V.O.C.'s
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/42—Catalysts within the flow path
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2319/00—Membrane assemblies within one housing
    • B01D2319/04—Elements in parallel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0211—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a non-catalytic reforming step
    • C01B2203/0216—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a non-catalytic reforming step containing a non-catalytic steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0211—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a non-catalytic reforming step
    • C01B2203/0222—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a non-catalytic reforming step containing a non-catalytic carbon dioxide reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0244—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being an autothermal reforming step, e.g. secondary reforming processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0838—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel
    • C01B2203/0844—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel the non-combustive exothermic reaction being another reforming reaction as defined in groups C01B2203/02 - C01B2203/0294
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/141—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in parallel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/142—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1614—Controlling the temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
    • C01B2203/82—Several process steps of C01B2203/02 - C01B2203/08 integrated into a single apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0046—Nitrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0051—Carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0062—Water
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Abstract

一种离子迁移膜系统，包括：(a)有内部、用于向容器内部引入气体的入口、用于从容器内部排出气体的出口和轴的压力容器；(b)布置于压力容器内部而且串联排列的多个平板离子迁移膜组件，每个膜组件都包括混合金属氧化物陶瓷材料并具有内部区域和外部区域；和(c)一个或多个气流控制隔板，其布置在压力容器内部，用于改变容器内气流方向。

Description

内部气流被引导的离子迁移膜组件和容器系统
相关申请的交叉引用
本申请是2005年1月3日申请的系列号为11/028124的部分继续申请，而系列号为11/028124的申请则是2003年8月6日申请的系列号为10/635695的部分继续申请，其说明书和权利要求书引入本文作为参考并组成本专利申请的一部分。
关于联邦政府资助研究或开发的声明
本发明在政府资助下完成，气体产品及化学品有限公司与美国能源部间的合同号为DE-FC26-97FT96052。该政府享有本发明的某些权力。
背景技术
氧离子通过陶瓷离子迁移膜渗透是许多在高温下操作的气体分离装置和氧化反应器系统的基础，其中渗透的氧在渗透侧作为高纯氧气产品回收，或在渗透侧与可氧化化合物反应以形成氧化或部分氧化产物。这些气体分离装置和氧化反应器系统的实际应用需要具有大表面积的膜组件、使进料气与膜的进料侧接触的装置、和从膜的渗透侧取出产品气的装置。这些膜组件可包括排列并组装入具有将进料气引入组件和从组件中排出产品气的合适气流管道的组件中的许多单个膜。
离子迁移膜可以制成平板或管状构型。在平板构型中，制造多个扁平陶瓷板并组合成层叠体或具有使进料气通过平板膜和从平板膜的渗透侧排出产品气的管道装置的组件。在管状构型中，多个陶瓷管可以以插入式或管壳式构型排列，有适合隔离多个管的进料侧和渗透侧的管板组件。
平板或管状组件构型中所用各膜典型地包括非常薄的活性膜材料层，其承载在具有允许气体流向或离开活性膜层表面的大孔或通道的材料上。在正常的稳态操作期间，尤其是在非稳态的启动、关闭和故障状态期间，陶瓷膜材料和膜组件的各部件可能经受很大的机械应力。这些应力可能是由于陶瓷材料的热膨胀和收缩及尺寸变化引起的，而尺寸变化则是由于膜材料的氧化学计量变化导致化学组成或晶体结构变化而引起的。这些组件可以在膜和膜密封的两侧有很大压差的情况下操作，而且由该压差引起的应力必须在对膜组件的设计中予以考虑。另外，根据组件是用于气体分离还是用于氧化工艺，这些现象的相对重要性可能不同。由这些现象引起的潜在操作问题可能对回收产品的纯度和膜的使用寿命有很大的负面影响。
膜组件可以安装在压力容器中，以便向膜组件中引入进料气并从组件中排出产品气，而且膜的至少一侧在超过大气压力的压力下操作。这些组件的设计和组件在压力容器内的定位应允许使用紧凑而且费用合理的压力容器。
高温陶瓷膜反应器系统领域需要新型的膜组件和容器设计，以解决和克服这些潜在的操作问题。这些设计应包括以下特点：操作效率高、膜寿命长、投资最小、指定膜系统能在宽生产率范围内使用和压力容器紧凑。本文公开的本发明实施方案解决了这些设计问题，包括针对氧气生产和氧化系统改进的膜组件和容器设计。
发明内容
本发明一种实施方案涉及一种离子迁移膜系统，包括：(a)有内部、适用于向容器内部引入气体的入口、适用于从容器内部排出气体的出口和轴的压力容器；(b)布置于压力容器内部而且串联排列的多个平板离子迁移膜组件，每个膜组件都包括混合金属氧化物陶瓷材料并具有内部区域和外部区域；和(c)一个或多个气流控制隔板，其布置在压力容器内部，用于改变容器内气流的方向。
每个平板膜组件可以包括多个具有平行表面的膜片，压力容器可以是圆筒形的，其轴可以与膜片的部分或全部平行表面平行。
该系统还可包括布置在压力容器内部的流动限制通道，其中流动限制通道有内部区域、包围多个平板离子迁移膜组件、而且与压力容器的入口和出口流通，并且在流动限制通道内部区域设置了一个或多个气流控制隔板。流动限制通道和一个或多个气流控制隔板可包含抗氧化金属合金，此合金含有铁和选自镍和铬的一种或多种元素。
至少两个平板离子迁移膜组件可以确定一个组件轴，压力容器可以是圆筒形的，其轴可以与膜组件的轴平行或共轴；可选择地，压力容器的轴也可以与组件的轴垂直。
一个或多个气流控制隔板可这样定位以使气流的初始方向转变成气流的最终方向，其中气流的初始方向和最终方向之间形成的夹角大于0度且小于或等于180度，或是大于90度且小于或等于180度。另一种可选方案中，一个或多个气流控制隔板可以这样定位以使气流的初始方向转变成气流的最终方向，其中气流的初始方向和最终方向之间形成180度角。
此实施方案的系统可进一步包括：(d)一个或多个附加压力容器，每个都有内部、用于向容器内部引入气体的入口、用于从容器内部排出气体的出口和轴；(e)布置于每个压力容器内部而且串联排列的多个平板离子迁移膜组件，每个膜组件都包括混合金属氧化物陶瓷材料并具有内部区域和外部区域；和(f)一个或多个气流控制隔板，其布置在每个压力容器内部，用于改变所述一个或多个压力容器中任意容器内气流的方向；其中至少两个压力容器可串联排列使一个压力容器的出口与另一个压力容器的入口流通。
另一选择，此实施方案的系统进一步包括：(d)一个或多个附加压力容器，每个都有内部、用于向容器内部引入气体的入口、用于从容器内部排出气体的出口和轴：(e)布置于每个压力容器内部而且串联排列的多个平板离子迁移膜组件，每个膜组件都包括混合金属氧化物陶瓷材料并具有内部区域和外部区域；和(f)一个或多个气流控制隔板，其布置在每个压力容器内部，用于改变所述一个或多个压力容器中任意容器内气流的方向；其中至少两个压力容器可并联排列使一个压力容器的任一入口和另一个压力容器的任一入口与同一进料管流通。
该系统可进一步包括布置在任意两个串联排列的平板离子迁移膜组件之间的催化剂。催化剂可包括一种或多种金属或含有金属的化合物，所述金属选自镍、钴、铂、金、钯、铑、钌和铁。反应器的催化剂可以安置在多个串联组件之间，在串联组件之间的不同位置处催化剂的活性不同。
本发明的另一实施方案涉及一种从含氧气体中回收氧的方法，包括：
(a)提供离子迁移膜分离器系统，该系统包括：
(1)有内部、用于向容器内部引入气体的入口、用于从容器内部排出气体的出口和轴的压力容器；
(2)布置于压力容器内部而且串联排列的多个平板离子迁移膜组件，每个膜组件都包括混合金属氧化物陶瓷材料并具有内部区域和外部区域；和
(3)布置在压力容器内部、用于改变容器内气流方向的一个或多个气流控制隔板；
(b)提供加热、加压的含氧进料气流，经由压力容器的入口将所述进料气流引入膜组件的外部区域，并使所述进料气流与混合金属氧化物陶瓷材料接触；
(c)使氧离子渗透穿过混合金属氧化物陶瓷材料，在膜组件的内部区域回收高纯氧气产品，并通过气体集管从膜组件的内部区域将高纯氧气产品排到压力容器的外部；和
(d)从压力容器出口取出贫氧的含氧气体。
含氧进料气的压力可以大于高纯氧气产品的压力。本方法还可以包括布置在压力容器内部的流动限制通道，其中流动限制通道有内部区域和外部区域、包围多个平板离子迁移膜组件、而且与压力容器的入口和出口流通，并且在流动限制通道内部区域设置了一个或多个气流控制隔板。在压力容器入口和出口之间的任伺位置，流动限制通道内部区域和外部区域之间的压差可以保持在等于或大于0的值，其中限制通道内部的压力等于或大于限制通道外、压力容器内的压力。
本发明可供选择的实施方案包括一种氧化工艺，包括：
(a)提供离子迁移膜分离器系统，该系统包括：
(1)有内部、用于向容器内部引入气体的入口、用于从容器内部排出气体的出口和轴的压力容器；
(2)布置于压力容器内部而且串联排列的多个平板离子迁移膜组件，每个膜组件都包括混合金属氧化物陶瓷材料并具有内部区域和外部区域；和
(3)布置在压力容器内部、用于改变容器内气流方向的一个或多个气流控制隔板；
(b)提供加热、加压的反应物进料气流，经由压力容器的入口将所述反应物进料气流引入膜组件的外部区域；
(c)向膜组件的内部区域提供含氧的氧化剂气体，使氧离子渗透穿过混合金属氧化物陶瓷材料，使氧与膜组件外部区域的反应物进料气流中的各组分发生反应生成氧化产物，并通过出口从膜组件的外部区域将氧化产物排到压力容器的外部，以提供氧化产物流；和
(d)经由一个或多个集管从膜组件的内部区域将贫氧的含氧气体排到压力容器的外部。
加压反应物进料气流的压力可以大于含氧氧化剂气体的压力。此工艺还可以包括布置在压力容器内部的流动限制通道，其中流动限制通道有内部和外部区域、包围多个平板离子迁移膜组件、而且与压力容器的入口和出口流通，并且在流动限制通道内部区域设置了一个或多个气流控制隔板。在压力容器入口和出口之间的任何位置，流动限制通道内部区域和外部区域之间的压差可以保持在等于或大于0的值，其中限制通道内部的压力等于或大于限制通道外、压力容器内的压力。
加压反应物进料气流可以包括一种或多种含有一个或多个碳原子的烃类物质，特别是可以包括甲烷。氧化产物流可以包括氢和碳氧化物。
附图说明
图1为本发明实施方案中用于氧回收或氧化工艺的膜片层叠体或组件的示意正视图。
图2A为用于氧化工艺的图1中的膜片层叠体或组件的侧视图。
图2B为用于氧回收的图1中的膜片层叠体或组件的侧视图。
图3A为图1，2A和2B中膜片的剖面图。
图3B为图1，2A和2B中膜片的另一剖面图。
图3C为图1，2A和2B中可选择的膜片的剖面图。
图3D为图1，2A和2B中可选择的膜片的另一剖面图。
图4A为用于氧回收的膜分离器容器内部的示意侧视图。
图4B为图4A的横截面图。
图5为用于氧化工艺的膜反应器容器内部的示意侧视图。
图6为图5的横截面图。
图7为表示绝热材料的布置的图4B的一种实施方案。
图8为表示绝热材料的可选择布置的图4B的第二种实施方案。
图9为表示绝热材料的可选择布置的图4B的第三种实施方案。
图10为表示绝热材料的可选择布置的图4B的第四种实施方案。
图11为表示绝热材料的可选择布置的图4B的第五种实施方案。
图12为表示绝热材料的可选择布置的图4B的第六种实施方案。
图13为表示绝热材料的布置的图4B的第七种实施方案。
图14为用于氧回收或氧化工艺的可供选择的膜容器内部和组件排列的示意侧视图。
图15为图4A中具有共轴并联膜组件的流动限制通道的横截面图。
图16为具有偏置成排(offset bank)的并联膜组件的流动限制通道的横截面图。
图17A为具有用于气流导向的内部隔板的膜反应器容器和膜组件的一种实施方案。
图17B为图17A中10-10剖面的视图。
图18A为具有用于气流导向的内部隔板的膜反应器容器和膜组件的一种可供选择的实施方案。
图18B为图18A中12-12剖面的视图
图19为图18B系统的改型。
图20为具有用于气流导向的内部隔板的膜反应器容器和膜组件的另一可供选择的实施方案。
图1-20未必按比例。
具体实施方式
本发明的实施方案涉及离子迁移膜系统的设计和操作，该系统利用多个膜组件串联操作以用于氧回收或氧化工艺。已经发现当氧跨过膜迁移时会导致放热反应，例如在由甲烷生产合成气时，必须限制跨过单个膜反应物转化程度以防止跨过膜的温度梯度过大。还已发现当膜将氧传输进入低压渗透物流时，必须限制跨过单个膜的氧提取量以防止膜前缘和后缘之间膜材料中的氧空位梯度过大。温度或氧空位梯度过大可能会导致膜中的应力过大，从而大大限制膜的寿命。
本发明通过多个膜组件或多排组件串联定向来解决这些问题，以使每个组件中跨过膜的氧提取量足够低，以防止膜材料中的氧空位梯度过大。跨过每个组件的氧提取量可以通过合适的组件尺寸来限制，而氧提取的总要求程度可以通过串联地操作选定的多个组件实现。当氧跨过膜迁移导致放热反应时，在每个组件中的跨过单个膜的反应物转化程度必须足够低以防止在流动方向上跨过膜的温度梯度过大。跨过每个组件的转化程度可以通过合适的组件尺寸限制，而所需总转化率可以通过串联地操作多个选定组件来实现。
在每个膜组件中流过膜外侧的气体优选压力高于组件内部膜内侧气体，如下所述。为了使气相传质阻力最小化，应使较高压力的气体以高速度而且尽可能均匀地穿过膜的外表面。
由于离子迁移膜系统的独特操作条件，系统设计可以包括压力容器、布置于容器内而且包围串联膜组件的任选的气体流动限制装置或通道和使容器壁可在比膜组件低的温度下操作的在容器内的热绝缘。如下所述的这些元件的合适物理定位改善了系统制造、安装和长期可操作性的前景。另外，公开了其它可能有利于整个离子迁移膜系统的长期可靠性的内部设计特征。
下列定义适用于本文给出的本发明实施方案的描述中使用的术语。
离子迁移膜组件是多个膜结构的组件，其有这样布置的气体流入区域和流出区域以使气体流过膜结构的外表面。从膜组件的流入区域流到流出区域的气体在通过组件内膜结构的表面时组成会变化。每个膜结构具有被允许氧离子透过的活性膜层或区域隔开的含氧气体进料侧和渗透侧。每个膜结构也具有内部区域和外部区域。在一种实施方案中，膜组件作为氧分离设备操作，含氧气体进料侧可与膜结构的外部区域相邻，渗透侧可与膜结构的内部区域相邻。
在一种可供选择的实施方案中，膜组件作为氧化反应设备操作，含氧气体进料侧可与膜结构的内部区域相邻，渗透侧可与膜结构的外部区域相邻。在此可供选择的实施方案中，反应物进料气体流经膜结构的外部区域并与渗透氧发生反应。因此在本实施方案中，渗透侧也是膜结构的反应物气体侧。
膜结构可以具有管状构型，其中的含氧气体与管的一侧(也就是，在管的内部区域或外部区域中)流动接触，氧离子渗透穿过管壁内或上的活性膜材料到达管的另一侧。含氧气体可以以通常平行于管轴的方向在管的内侧或外侧流动，或者相反地以不与管轴平行的方向流过管的外侧。组件包括以插入式或管壳式构型排列的多个管，有隔离多个管的进料侧和渗透侧的适合的管板组件。
可选择地，膜结构可以具有平板构型，其中具有中心或内部区域和外部区域的膜片由两个围绕其至少一部分外边缘密封的平行平板元件形成。氧离子渗过放置在平板元件的一个或两个表面上的活性膜材料。气体可以流过膜片的中心或者内部区域，而且膜片具有一个或多个气体流动开口以允许气体进入和/或离开膜片的内部区域。因此，氧离子可以从外部区域渗透至内部区域，或者相反地从内部区域渗透至外部区域。
膜组件的组成部分包括传输或渗透氧离子而且也可以传输电子的活性膜层、支撑活性膜层的构件和引导气体流向和离开膜表面的构件。活性膜层典型地包括混合金属氧化物陶瓷材料并且也可以包括一种或多种金属元素。膜组件的构件可以由任何合适的材料制成，比如混合金属氧化物陶瓷材料，也可以包括一种或多种金属元素。任何活性膜层和构件都可以用相同的材料制成。
单个组件可以串联排列，这意味着许多组件沿着一个轴布置。通常，通过第一组件中膜结构表面的气体从此组件的流出区域流出，其后，这些气体的一部分或全部进入第二组件的流入区域，然后流过第二组件中膜结构的表面。一系列单个组件的轴可以与总流动方向或者气体流过串联组件的轴平行或者几乎平行。
组件可以两个或多个并联组件成排排列，其中一排并联组件位于与总流动方向或气体通过组件的轴不平行而且基本垂直的轴上。多排组件可以串联排列，按定义这意味着成排的组件这样布置以使至少一部分已通过第一排组件中膜结构表面的气体流过第二排组件中膜结构的表面。
任何数量的单个组件或者成排组件可以串联排列。在一种实施方案中，在一系列单个组件或一系列成排组件中的组件可以位于同一轴上或共同的轴上，其中轴的数量等于一或等于每排中组件的数量。在下述的另一种实施方案中，在一系列组件或成排组件中相继的组件或成排组件可以以交替的方式偏置以使组件分别位于至少两个轴或其数量大于一排中组件数量的多个轴上。此两个实施方案都包含在本文所用的串联组件的定义中。
优选地，与膜组件外部区域外表面接触的气体压力高于膜组件内部区域的气体压力。
流动限制通道被定义这包围多个串联膜组件、引导气体流过串联组件的导管或封闭通道。
集管是引导气体进入和/或离开膜组件内部区域的管或导管的组件。可以通过在第二导管或外导管中安装第一导管或内导管使两个集管合并，其中第一导管构成第一集管，而导管间的环隙构成第二集管。这些导管可以同心或同轴，其中这两个术语具有相同的含义。可选择地，导管可以不同心或者同轴，但可以具有单独的平行或不平行的轴。提供组合集管功能的此内外导管的构型在本文中被定义为嵌套集管。
流通是指膜组件和容器系统的一个部件相对于另外一个部件定向，这样气体可以很容易的从一个部件流到另一个部件。
膜片是具有中心或内部区域和外部区域的膜结构，其中膜片由两个围绕其至少一部分外边缘密封的平行平板元件形成。活性膜材料可置于平板元件的一个或两个表面上。气体可以流过膜片的中心或者内部区域，即内部区域的所有部分都是流通的，而且膜片具有一个或多个气体流动开口以允许气体进入和/或离开膜片的内部区域。膜片的内部区域可以包括允许气体流过内部区域且机械地支撑所述平行平板元件的多孔和/或开槽材料。活性膜材料传输或渗透氧离子但是不受任何气体的流动影响。
氧是包括原子序数为8的元素的氧形式的通称。通称氧包括氧离子和气态氧(O2或双氧)。含氧气体可以包括但不限于空气或包括一种或多种选自氧气、氮气、水、一氧化碳和二氧化碳的组分的气体混合物。
反应物气体或反应物进料气是包括至少一种与氧反应形成氧化产物的组分的气体。反应物体可以含有一种或多种烃，其中烃是主要或仅包括氢和碳原子的化合物。烃也可以含有其它原子，比如氧。
合成气是至少含有烃和碳的氧化物的气体混合物。
离子迁移膜是包括能够在高温下传输或渗透氧离子的混合金属氧化物的陶瓷膜材料的活性层。离子迁移膜也可传输电子和氧离子，此类型离子迁移膜典型地被称为混合传导膜。离子迁移膜也可包含一种或多种金属元素从而形成复合膜。
离子迁移膜系统是用于氧回收或氧化反应的一系列多个离子迁移膜组件的通称。离子迁移膜分离系统是用于从含氧气体中分离和回收氧的离子迁移膜系统。离子迁移膜反应器系统是用于氧化反应的离子迁移膜系统。
如上所述，可以管状或平板构型制造本发明实施方案中的串联膜组件。对于许多应用来说优选平板构型，各种构型的平板膜组件都可以。平板膜组件构型描述在例如2003年3月21日申请的序列号为10/394,620的共同未决美国专利申请中，该申请在此引入作为参考。
在说明书和权利要求书中，当使用不定冠词“a”和“an”描述本发明实施方案的任何特征时，意思是一或多。除非特别说明，“a”和“an”的使用不限于表示单个特征。单数或复数名词或名词短语前的定冠词“the”表示一个特别指明的特征或多个特别指明的特征，可以有单数或复数的含义，要依其使用处的上下文含义确定。形容词“any”表示一个、一些或全部，为无区别量词。
图1示出一种示例性的平板膜组件，是根据本发明实施方案的用于氧回收或氧化工艺的膜片层叠体或组件的示意正视图。此实施例中的层叠体或组件包括被中空间隔物3隔开的多个平板膜片1，且具有任选的帽5。膜片和间隔物如图所示以交替方式放置和连接，形成层叠体或组件的轴7。膜片的平面图可以为任何形状，但一般优选方形或长方形。方形或长方形膜片任一边的尺寸可在2和45cm之间。层叠体中的膜片数量可在最多达到1000的范围内。
层叠体或组件的外部区域是围绕膜片和间隔物外表面的区域。如下文详述，膜片1具有与间隔物3的内部流通放置的内部区域，其中在膜片和间隔物之间形成气密密封。底部中空间隔物11中的开口9允许气体进入和/或离开层叠体或组件的内部区域，其中组件的内部区域由膜片的内部区域和中空间隔物中的开口形成。因此开口9与组件的内部区域流通。
图2A中示出图1组件的侧视图，举例说明了用于氧化工艺的示例性构型。在此实施例中，膜片200之间的间隔物201都有两组分开的开口203和205。间隔物201中的开口203和置于间隔物201之上和之下的间隔物中的其它开口形成内部集管，其经由通过膜片左端的膜片层的适当放置的开口(未示出)与膜片的内部区域流通。这些通过膜片层的开口还设置相互流通的间隔物201的内部开口203和在间隔物201之上和之下的间隔物中的内部开口。类似地，间隔物201中的开口205和置于间隔物201之上和之下的间隔物中的其它开口形成内部集管，其经由通过膜片右端的膜片层的适当放置的开口(未示出)与膜片的内部区域流通。这些通过膜片层的开口还设置相互流通的间隔物201的内部开口205和在间隔物201之上和之下的间隔物中的内部开口。
在此实施例构型中，气流207向上流过由开口203及其上的开口形成的内部集管，然后水平流过膜片的内部区域。然后来自膜片内部区域的气体向下流过由开口205及其上的开口形成的内部集管，并作为气流209从组件中排出。位于组件进气区域的第二气体211流过位于间隔物201任一侧的组件的外部区域，并与膜片200的外表面接触。气体213与膜片200的外表面接触后，流过组件的出气区域。组件可以在600-1100℃的典型温度范围内操作。
图2A的组件可以用作氧化反应器系统的部件，其中代表性气体211是反应物气体，而代表性气体207是氧化剂或含氧气体。含氧气体207通过开口203流过内部集管和膜片的内部区域，氧透过在膜片平板元件中的活性膜材料，贫氧气体209通过开口205从组件中流出。当气体流过膜片的外表面时，渗透的氧与反应物气体或反应物进料气211中的反应物组分反应，并形成氧化产物。从组件中排出的气体213含有氧化产物和各未反应组分。在一种实施方案中，反应物气体211包括甲烷或含甲烷的进料气，而排出气体213是未反应的甲烷、氢气、碳氧化物和水的混合物，含氧气体207是空气，贫氧气体209比气体207富氮而贫氧。典型地，气体211和213的压力高于组件内部区域气体的压力。
图1组件的可选侧视图示于图2B中，举例说明用于从含氧气体中回收高纯氧工艺的示例性构型。在此实施例中，膜片217之间的间隔物215具有开口219，其中开口219和置于间隔物215之下的间隔物中的其它开口形成内部集管，其与膜片的内部区域流通。因此，开口221使组件的内部区域与产物气体导管(未示出)流通。位于组件进气区域的含氧气体223，例如空气，流过间隔物215任一侧的组件的外部区域，并与膜片217的外表面接触。与膜片217的外表面接触后，贫氧气体225流过组件的出气区域。组件可以在600-1100℃的典型温度范围内操作。
当含氧气体流过组件的外部区域且气体与膜片的外表面接触时，氧透过膜片平板元件内的活性膜材料，高纯氧气汇集在组件的内部区域。高纯氧产物气体227从开口221中流出。典型地，含氧气体223和225的压力高于组件内部区域的高纯氧的压力。
图3A和3B的剖视图说明图1、2A和2B中膜片内部区域的一种可能的示例性构型。参考图3A，其代表图1的2-2剖面，该膜片具有允许气体流过孔的多孔陶瓷材料的外部支撑层301和303。致密活性膜层305和307与外部支撑层301和303接触，并由作为流动通道层315和317一部分的支撑肋321和329支撑。这些肋又由具有用于气体流动的开口或缝313的开缝支撑层309支撑。开放通道319和325通过开口或缝313流通。任选，当图2B组件用于从含氧气体中回收氧时，可能不需要支撑层301和303。
术语“致密”是指当被烧结或焙烧后，气体不能流动通过的陶瓷材料。只要该膜完整无损且没有可泄漏气体的裂纹、孔或缺陷，则气体不能流过由混合传导性多组分金属氧化物材料制成的致密陶瓷膜。高温(典型地高于600℃)下，氧离子能透过由混合传导性多组分金属氧化物材料制成的致密陶瓷膜。
图3B表示图2A和2B的4-4剖面，说明从图3A剖面旋转90度的膜片剖面。该剖面示出外部支撑层301和303以及致密活性膜材料层305和307的同一视图。此剖面也示出开缝支撑层309和流动通道层315和317的另一视图。在交错的支撑肋333之间形成开放通道331，允许气体流过膜片的内部区域。因此膜片的内部区域被定义为流动通道层315、流动通道层317和开缝支撑层309内的总开放体积。
致密活性膜层305和307优选包括含有至少一种通式为(LaxCa1-x)yFeO3-δ的混合传导性多组分金属氧化物的混合金属氧化物陶瓷材料，其中1.0＞x＞0.5，1.1≥y＞1.0，δ是使物质组成呈电中性的数。任何合适的材料都可以用于多孔支撑层301和303，此材料可以是，比如，具有与活性膜层305和307相同组成的陶瓷材料。优选地，多孔支撑层301和303是混合传导性多组分金属氧化物材料。任何合适的材料都可以用于开缝支撑层309和流动通道层315和317的结构件，此材料可以是，比如，具有与活性膜层305和307相同组成的陶瓷材料。开槽支撑层的材料优选是致密陶瓷材料。在一种实施方案中，活性膜层305和307、多孔支撑层301和303、开缝支撑层309和流动通道层315和317都可以由具有相同组成的材料制成。
致密活性膜层305和307可任选地在氧化剂侧包含一种或多种氧还原催化剂。该催化剂可以包括选自铂、钯、钌、金、银、铋、钡、钒、钼、铈、镨、钴、铑和锰的金属或含有这些金属的化合物。
多孔支撑层301和303可任选地含有一种或多种催化剂以促进在多孔层发生的烃氧化、重整和/或其它反应。该催化剂可以布置于多孔支撑层301和303的一面或两面，或者可分散于整个层中。一种或多种催化剂可以包括选自铂、钯、铑、钌、铱、金、镍、钴、铜、钾及其混合物的金属或含有这些金属的化合物。如果因结构和/或工艺需要，则可以分别在活性膜层305和307与相邻流动通道层315和317之间设置另一多孔层。
剖视图3C和3D示出图1、2A和2B中用于氧回收应用的膜片内部区域的另一可能构型。参考图3C，其表示图1的2-2剖面，该膜片具有外致密层351和353。多孔陶瓷层355和357与外致密层351和353接触。多孔陶瓷层355由支撑肋371支撑，它是流动通通道层365的一部分。多孔陶瓷层355与流动通道366接触，它是流动通道层365的一部分。多孔陶瓷层357与流动通道368接触，它是流动通道层367的一部分。
肋371又由具有用于气体流动的开口或缝363的流动通道层358支撑。流动通道层367由流动通道层359的肋373支撑，桥379形成流动通道368的末端。桥372形成流动通道363的末端，而流动通道368与流动通道层359的流动通道374流通。开放通道374和363流通。
图3D代表图2A和2B的剖面4-4，说明从图3C的剖面旋转90度的膜片剖面。此剖面示出外致密层351和353以及多孔陶瓷层355和357的同一视图。多孔陶瓷层355由流动通道层365支撑。多孔陶瓷层355与流动通道366接触，其是流动通道层365的一部分。多孔陶瓷层357由流动通道层367的肋378支撑。多孔层357与流动通道368流通，其是流动通道层367的一部分。
肋378又由具有用于气体流动的开口或缝374的流动通道层359支撑。流动通道层365由流动通道层358的肋375支撑。桥371形成流动通道366的末端。桥376形成流动通道374的末端，且流动通道366与流动通道层358的流动通道363流通。开放通道374和363流通。
因此，膜片的内部区域被定义为流动通道层365、流动通道层367、流动通道层358和流动通道层359内的总开放体积。365和358层内的流动通道可以相互垂直，367和359层内的流动通道也可如此。另一选择，流动通道358和359可以由单个流动通道层代替，该层包括从膜片中心辐射出的与膜片中心的中心端口流通的流动通道。
美国专利6056807中描述了用于致密活性膜的示例性组成，该专利在此引入作为参考。致密活性膜层351和353优选包括含有至少一种通式为(LaxSr1-x)CoyO3- δ的混合传导性多组分金属氧化物的混合金属氧化物陶瓷材料，其中1.0＜x＜0.4，1.02≥y＞1.0，δ是使该物质组成呈电中性的数。任何合适的陶瓷材料都可以用于多孔支撑层355和357，其可以是，比如，具有与活性膜层351和353相同组成的材料。优选地，多孔支撑层355和357是混合传导性多组分金属氧化物材料。任何合适的材料都可以用于流动通道层365、367、358和359的结构件，此材料可以是，比如具有与活性膜层351和353相同组成的陶瓷材料。流动通道层的材料优选是致密陶瓷材料。在一种实施方案中，活性膜层351和353、多孔支撑层355和357、和流动通道层358、359、365和367都可用具有相同组成的材料制成。
任选地，多孔层可以施用于致密层351和353的外表面。其它用于氧生产应用的膜片内部区域的示例性构型在美国专利5681373中给出，该专利在此引入作为参考。
本发明的实施方案采用如上所述的串联排列的多个膜组件。该串联组件又可安装在具有适合将气流导入组件和从组件中导出的气体流动限制通道、导管和/或集管的一个或多个容器中。图4A示出这些实施方案之一，其是用于从含氧气体中回收高纯氧的示例性膜分离器容器内部的示意侧视图。膜组件401、403、405、407和409串联安装在压力容器413的任选流动限制通道411中。这些膜组件可以，例如与上述参考图1和2B的组件类似。任选的流动限制通道411具有入口415以引导输入气流417穿过该通道与组件401-409中膜片的外表面接触。输入气流是加压的含氧氧化剂气体，例如空气，其已通过任何合适的方法(未示出)加热至600℃-1100℃的温度。411中的气体压力可在0.2-8MPa的范围内。流动限制通道优选包括含有铁和一种或多种选自镍和铬的元素的抗氧化金属合金。可用于流动限制通道的市售合金包括
Figure C20061000401100191
230、Incolloy 800H、
Figure C20061000401100192
214和693合金。
流动限制通道411内部的气体压力优选大于在容器内壁和流动限制通道411外壁之间的压力容器413内部的气体压力。在压力容器413入口和出口之间的任何位置，通道411内部和外部的压力差优选保持在等于或大于零的值，其中通道内压力等于或大于通道外压力容器中的压力。这可以通过以下步骤实现，比如，用气压低于通道内部工艺气体的气体吹扫通道外空间；使通道外空间与工艺气体出口421处的通道内工艺气体之间流通；将吹扫气体引入通道外空间，或者通过吹扫气体出口排出吹扫气体而同时利用位于吹扫气体出口的压力控制器保持通道外空间的压力比通道内低。
当含氧气体串联通过膜组件401-409内膜片的表面时，氧渗过致密活性膜层而汇集在组件的内部区域。贫氧气流419通过出口421离开通道和压力容器。来自组件内部区域的高纯氧渗透产品流经初级集管423、425、427、429和431，二级集管433、435、437、439和441，和主集管445，并作为高纯气体产品流447从系统中排出。膜组件401-409中的至少两个确定组件轴，其可与压力容器413的轴或流动限制通道411的轴平行或重合。
上述示例性膜分离器容器有一个向膜组件进料气体的入口、一个流动限制通道和一个膜组件出口，而其它实施方案可以使用多个入口、多个流动限制通道和/或多个出口。如，压力容器可以有两个(或更多)流动限制通道，每个流动限制通道有一个或多个入口与一个或多个出口。通常，说一个分离器容器有入口和出口时，是指其有一个或更多入口，一个或更多出口。通常，当说分离器容器有流动限制通道时，是指其有一个或多个流动限制通道。
图4A的示例性膜分离器容器的另一视图通过剖面6-6给出，如图4B所示。
在此实施方案中，一排三个膜组件401a、401b和401c并联地安装于通道411中，并具有三个与二级集管433相连的初级集管423a、423b和423c。二级集管433又与主集管445相连。另一选择，每排可以使用一个膜组件、两个并联膜组件或大于三个并联膜组件。
虽然在图4A和4B的实施方案中，二级集管433、435、437、439和441以及主集管445位于压力容器413的内部，但是在可选择实施方案中这些集管可以位于压力容器的外部。在此可选择实施方案中，初级集管423、425、427、429和431穿过压力容器413的器壁。
在可选择的实施方案中，平板膜组件401-409可以由相对于通过任选管411的纵向气流串联放置的管状膜组件代替。这些组件可以使用许多单个管或可以使用插入型管，组件可以这样定向以便气体横向流动穿过管或平行流动与管接触。在此可选择的实施方案中，所有集管都位于压力容器的内部，如图4A和4B所示。
图5示出本发明的另一实施方案，它是用于氧化工艺的示例性膜反应器容器内部的示意侧视图。膜组件501、503、505、507和509串联安装于压力容器513内的流动限制通道511中。这些膜组件可以例如类似于上述参考图1和2A的组件。任选的流动限制通道511具有引导输入气流517穿过该管与组件501-509中的膜片外表面接触的入口515。输入气流为含有一种或多种在高温下与氧反应的组分的反应物进料气，其中输入的反应物进料气通过任何合适的方法(未示出)被加热到600℃-1100℃的温度。通道511中的气体压力可以在0.2-8MPa的范围内。反应物进料气的例子是水蒸气和天然气的混合物，其中的天然气主要包括甲烷和较少量的轻质烃。该混合物可以在低于约800℃的温度下预重整以获得含有水蒸气、甲烷和碳氧化物的反应物进料气。其它可氧化的反应物进料气可以包括，例如，氢、一氧化碳、水蒸气、甲醇、乙醇和轻质烃的各种混合物。
流动限制通道511内部的气压优选大于在容器内壁和流动限制通道511外壁之间的压力容器513内部的气压。在压力容器513入口和出口之间任何位置，通道511内部和外部的压力差优选保持在等于或大于零的值，其中通道内部的压力等于或大于通道外部的压力容器中的压力。这可以通过以下步骤实现，比如，用气压低于通道内部工艺气体的气体吹扫通道外空间；使通道外空间与工艺气体出口559处的通道内工艺气体之间流通；将吹扫气体引入通道外空间，并通过吹扫气体出口排出吹扫气体而同时利用位于吹扫气体出口的压力控制器保持通道外空间的压力比通道内低。
膜组件501-509的内部区域与两个集管系统流通，一个将含氧的氧化剂气体引入组件，另一个从组件中排出贫氧的氧化剂气体。这些集管系统的第一个包括主输入集管519，初级输入集管521、523、525、527和529，和二级输入集管531、533、535、537和539。这些集管系统的第二个包括主输出集管541和初级输出集管543、545、547、549和551。
在图5构型的可选构型(未示出)中，当位于流动限制通道511内时，二级输入集管531、533、535、537和539可以分别与初级输出集管543、545、547、549和551合并。可以通过在第二导管或外导管内安装第一导管或内导管使两个集管合并，其中第一导管构成第一集管，而导管之间的环隙构成第二集管。这些导管可以同心或同轴；可选择地，这些导管也可不同心或同轴，可有单独的平行或不平行轴。提供合并集管功能的此内外导管构型在本文中被定义为嵌套式集管。
在此可选择构型中，气体553通过中心管流动，而气体555通过每组嵌套式集管的环隙流动。嵌套式集管可以转变成流动限制通道511外部的单独集管，即转变成二级输入集管531、533、535和539以及初级输出集管543、545、547、549和551，如图5所示。任选地，在流动限制通道511中，初级输出集管543、545、547、549和551可以分别套装在二级输入集管531、533、535、537和539中。在此选项中，气体555通过中心导管流动，气体553通过每组嵌套式集管的环隙流动。因此，总之，当位于流动限制通道511内时，二级输入集管和初级输出集管可以套装，且二级输入集管或初级输出集管可以由环隙提供。
被加热和加压的含氧氧化剂气体553，比如通过任何合适方法(未示出)加热到600-1100℃温度的空气，进入主输入集管519，并通过初级输入集管521、523、525、527和529以及二级输入集管531、533、535、537和539流至膜组件501、503、505、507和509的入口。来自膜组件内部区域氧化剂气体的氧透过组件501-509膜片中的致密活性膜层，且渗透的氧与膜组件外部区域中的活性组分反应。贫氧的氧化剂气体通过初级输出集管543、545、547、549和551以及主输出集管541从膜组件的内部区域的出口排出，且最终的贫氧氧化剂气体作为气流555排出。含有反应产物和未反应进料组分的输出气流557通过出口559从反应器系统中排出。
尽管上述示例性反应器容器有一个用于将反应物进料气供入膜组件的入口、一个流动限制通道和一个膜组件出口，但是其它使用多个入口、多个流动限制通道和/或多个出口的实施方案也是可以的。例如，压力容器可有两个或多个流动限制通道，每个都有一个或多个入口和一个或多个出口。一般地，当反应器容器被描述成有入口和出口时，这意味着其有一个或多个入口和一个或多个出口。一般地，当反应器容器被描述成有流动限制通道时，这意味着其有一个或多个流动限制通道。
图5的示例性膜反应器容器的另一视图用剖面8-8给出，如图6所示。在此实施方案中，一排三个膜组件503a、503b和503c并联安装于管511中。氧化剂气体通过主输入集管519、初级输入集管523和二级输入集管533a、533b和533c流至膜组件503a、503b和503c的入口。贫氧的氧化剂气体通过初级输出集管545a、545b和545c(位于二级输入集管533a、533b和533c的后方)、二级输出集管561和主输出集管541a和541b从膜组件503a、503b和503c中排出。虽然图6实施方案中示出三个并联的膜组件，但是如果需要，可以使用一个膜组件、两个并联膜组件或者多于三个并联膜组件。
可以在压力容器413的入口415中和/或压力容器513的入口515中安装保护床(未示出)，以除去输入气流417和/或517中的痕量污染物。另一选择，保护床可以安装在入口和第一膜组件之间的压力容器内部。污染物可以包括，如，含硫、含铬和/或含硅的气态物质。保护床可以包括选自氧化镁、氧化钙、氧化铜、碳酸钙、碳酸钠、碳酸锶、氧化锶、氧化锌和含碱土的钙钛矿中的一种或多种物质。这些物质与反应物气体或含氧气体的进料流中的污染物反应，从而除去污染物。
另外的压力容器可以与压力容器413串联安装，以便一个容器中的输出气体供入另一容器。另外的压力容器可以并联放置，其中多个压力容器并联和串联操作。同样，另外的压力容器可以与压力容器513串联安装，以便一个容器中的输出气体供入另一容器。另外的高压容器可以并联放置，其中多个压力容器并联和串联操作。如果需要，可在任何串联压力容器之间放置保护床。
上述实施方案中，利用内保温来保持压力容器413和513的器壁温度低于各膜组件401至409和501至509的温度是所希望的。这可以通过图7-13所示的各种可选保温方法来实现，其中示出用于从含氧气体中回收氧的图4A和4B实施方案的保温构型。类似的保温构型(未示出)可以用于图5和图6的氧化反应器实施方案。
这些可选方案的第一种示于图7中，其中保温层701布置在压力容器703的内壁中而且可与其接触。在此实施方案中，没有采用流动限制通道；相反地，腔705是由保温层本身形成的，此腔用来引导气体流过膜组件的外部区域。此保温层可以与初级集管423a、423b和423c、二级集管433和主集管445接触。
第二种保温构型示于图8中，其中保温层801紧靠压力容器413的内壁布置而且可与其接触。在此实施方案中，使用流动限制通道411，并优选其不与保温层801接触。保温层优选不与初级集管423a、423b和423c、二级集管433和主集管445接触。
第三种保温构型示于图9中，其中保温层901完全充满容器内壁和流动限制通道411、初级集管423a、423b和423c、二级集管433以及主集管445的外表面之间的压力容器内部区域。保温层可以与容器内壁和流动限制通道411、初级集管423a、423b和423c、二级集管433和主集管445的外表面接触。
另一种可选的保温构型示于图10中，其中保温层1001在膜组件的周围形成腔1003，此腔用于引导气体流过组件的外部区域。保温层1001可以与初级集管423a、423b和423c接触，典型地不与压力容器413的内壁接触。
图11示出另一种可选的保温构型，其中保温层1101围绕在流动限制通道411周围，411又如上所述包围膜组件。保温层1101可以与初级集管423a、423b和423c接触，典型地不与压力容器413的内壁和流动限制通道411的外表面接触。
另一种保温构型示于图12中，其中保温层1201围绕在流动限制通道411周围，411又如上所述包围膜组件。保温层1201可以与初级集管423a、423b和423c接触，典型地与流动限制通道411的外表面接触，典型地不与压力容器413的内壁接触。
最后一种保温构型示于图13中，其中保温层1303放置在流动限制通道411的内壁之内而且通常与之接触，其中保温层在膜组件周围形成腔1305，此腔用于引导气体流过组件的外部区域。保温层1303可以与初级集管423a、423b和423c接触。
在上述图7-13的任何实施方案中，在初级集管423a、423b和423c中典型地使用金属-陶瓷密封以从金属集管过渡到陶瓷组件。同样，在图6的氧化反应器实施方案和类似图7-13的相应保温实施方案中，典型地在初级集管533a、533b和533c中使用金属-陶瓷密封以从金属集管过渡到陶瓷组件。在图10-13的实施方案(和用于氧化反应器的类似实施方案)中，这些密封优选位于保温层1001、1101、1201和1303(与集管423a、423b和423c接触，但不与集管433接触)内，以获得所需的密封操作温度。
在图7-13的任何实施方案中，可在压力容器的外表面周围放置另外的保温层(未示出)，例如以保护操作人员免受潜在热容器表面的伤害。该另外的保温层还可用于确保容器内部温度高于容器内任何气体的露点。在图10-13的任何实施方案中，另外的保温层(未示出)可以靠近压力容器的内表面放置。在图4A、4B和5-13的任何实施方案中，任何集管都可以内保温和/或外保温(未示出)。该保温层用于改善流动限制通道411和集管的热膨胀均匀性。
图7-13的实施方案中使用的保温层可以含有氧化铝、硅铝酸盐、二氧化硅、硅酸钙或其它适合在高温下使用的常规保温材料。该保温层可以包括，例如一种或多种选自纤维状氧化铝、纤维状硅铝酸盐、多孔氧化铝和多孔硅铝酸盐的材料。在图7、10和13的实施方案中，其中保温层本身在膜组件周围形成腔，腔的内壁可以被涂覆或覆盖用以防止来自保温层的挥发性组分与膜组件接触的材料。例如该腔可以衬有由金属如Haynes 214制成的箔，以防止可能由保温材料产生的含Si蒸汽物质和/或可能由金属管道材料产生的含铬蒸汽物质与膜组件接触。
保温层可以包括一种或多种选自氧化镁、氧化钙、氧化铜、碳酸钙、碳酸锶、碳酸钠、氧化锌、氧化锶和含碱土的钙钛矿的其它材料，其中这些材料可以施用于保温层的表面和/或分散于整个保温层内。这些其它材料可以代替上述保护床使用或者除上述保护床之外还使用这些其它材料。这些材料与反应物气体进料流中可能存在的污染物反应并将其去除，这些污染物可以包括，例如含硫、含铬、含硅或含氧的气态物质。
以串联流动构型放置膜片的一种可选实施方案示于图14中。在此实施方案中，如前面所述由膜片和间隔物形成很高的层叠体，该层叠体安装于压力容器1401中。输入管线1403和输出管线1405连接于气体集管罩组件1407，1407引导输入气流1408以交替的方向流过膜片组并作为输出气流1409通过输出管线1405流出。在此实施方案中，层叠体被罩组件分割成第一膜片区1411、第二膜片区1413和第三膜片区1415。因此输入气体1408串联流过膜片区1411、1413和1415，并通过输出管线1405排出。虽然为了举例说明在此示出三个膜片区，但是如果需要可以使用任何数量的膜片区。
图14的实施方案可以作为氧回收装置或者作为氧化反应器装置使用。当作为氧回收装置使用时，由膜片和间隔物构成的层叠体，如前面参考图1和2B所述。在氧回收工艺中，输入气体1408是被加热、加压的含氧气体(例如空气)，输出气流1409是贫氧的含氧气体，通过输出管线1419流出的气流1417是高纯氧产品流，其压力典型地低于加压的含氧气体。当作为氧化反应器系统使用时，由膜片和间隔物构成的层叠体，如前面参考图1和2A所述。在氧化工艺中，输入气体1408是被加热、加压的反应物气体，输出气体1409是氧化反应产物和未反应的反应物气体组分的混合物。气流1417是贫氧的含氧气流，其压力典型地低于加压的反应物气体。新鲜的含氧氧化剂气体(例如空气)通过内部层叠体集管流入层叠体，如参考图2A所述；此集管的入口在图14中看不见，因为其位于输出管线1419的后面。
图14中的实施方案可以根据需要用串联和/或并联的多个压力容器操作。如果需要，可在一个压力容器中安装多个组件。
串联膜组件可以排列在并联组件的排中，如前面参考图4A、4B、5和6所述。在图15中对此进行举例说明，其是流动限制通道511和通道内膜组件的平面剖视图(不成比例)。在此示例性实施方案中，每排三个并联组件，共五排，排列使得每组串联组件位于共同的组件轴上，即组件501a、503a、505a、507a和509a位于同一轴上，组件501b、503b、505b、507b和509b位于同一轴上，组件501c、503c、505c、507c和509c位于同一轴上。因此在此实施例中有三个轴，与每排的组件数相等。每排包括多个并联的组件，例如组件501a、501b和501c构成一排并联组件。多个组件也可以串联排列；例如组件501c、503c、505c、507c和509c构成串联组件。串联组件的定义也可以包括组件的各排；例如501a、501b和501c这排组件与503a、503b和503c这排组件串联。因此，图15的组件构型包括串联组件和并联组件。
实际上，可能期望促进气体在相继组件排之间充分径向混合(即气体以偏离串联组件轴的方向流动)以使气体绕过膜组件的有害作用最小化。因此图15的组件构型最好可描述为包括并联组件和串联操作的并联组件排。正如许多气体流动分布系统的设计，可以通过适当选择轴和内部元件(即膜组件)间的径向间距和/或利用折流板促进气体混合而使径向混合的程度最大化。
入口1503内的输入气流1501串联流过每排径向取向的(即并联)组件。通过适当选择轴和组件间的径向间距，少量气体可能绕过组件501a、501b和501c，但因其以径向混合或扩散而最终会与下游组件接触。出口气流1505流过出口1507。气体流过每个相继的组件排从而确定此实施方案的串联排列，其中所有或几乎所有来自一排并联组件的气体与串联组件中下一排并联组件接触。任何所需数量的组件都可以径向并联使用，且任何所需数量的并联组件排都可以轴向串联使用。
在涉及图4A和4B或图5和6的本发明的可选实施方案中，并联膜组件的各排可以交错或偏置串联排列的方式取向，以致第一排的三个组件后面串联的是偏置的第二排的三个组件，第二排后面又串联有偏置的第三排的三个组件，以此类推。图16中举例说明了此实施方案，其中第一排的三个组件502a、502b和502c后面串联着在垂直于流动限制通道511的轴的方向偏置的第二排的三个组件504a、504b和504c。第三排的三个组件506a、506b和506c相对于第二排偏置，但这些组件与第一排的组件同轴。此偏置关系可以相似方式延续至第四排组件508a、508b和508c及第五排组件510a、510b和510c。每排可以包括多个并联的组件，例如组件02a、502b和502c构成一排并联组件。多个组件也可以串联排列；例如组件502c、504c、506c、508c和510c可以构成串联组件。串联组件的定义也可以包括组件的各排，比如502a、502b和502c这排组件与504a、504b和504c这排组件是串联的。因此图16的组件构型包括串联组件和并联组件。
图16的组件在六个轴上，即组件502c、506c和510c在一个轴上，组件504c和508c在另一个轴上，以此类推。这些轴可以平行于气体流过组件的总流向。在此实施方案中，轴的数量大于每排组件中组件的数量。
在图16的实施方案中，输入气流1601通过入口1603进入，并流过第一排中的组件502a、502b和502c。此气体的一部分可能绕过组件502a，但是在无明显径向混合的情况下，至少会接触偏置组件504a。在组件502a、502b和502c之间流动的气体至少会与下一组偏置组件504b和504c接触。从第一排的组件502a中流出的部分气体至少与第二排的两个组件(504a和504b)接触。这样，此偏置排列防止了气体绕路直接通过在同一轴上的组件各行之间的间隙。相反地，绕过一排组件中任一组件的气体会直接撞击下一排组件中的组件。在无明显径向混合的情况下，来自一排中的一个或多个组件的至少一部分气体会与下一排的一个或多个组件接触，这定义了此实施方案中组件的串联排列。
因此，根据本发明的串联排列组件的定义包括上述参考图15和16描述的两种实施方案。在这些实施方案中，成排组件的轴和串联组件的轴可以基本上相互垂直，串联组件的轴可以基本平行于气体流过容器的总方向。也可以采用其它实施方案，其中成排组件的轴不与串联组件的轴基本垂直和/或其中串联组件的轴不与气体流过容器的总方向基本平行。在这些可选实施方案中，成排的组件与气体流过容器的总方向成锐角。这些可选实施方案包含于本发明串联排列组件的定义中。
上述串联反应器系统可以在由含烃进料气比如天然气生产合成气的氧化设备中使用。在此应用中，可以在何串联组件、任何并联组件、任何串联和并联组件之间和/或在容器内最后的组件之后布置重整催化剂。重整催化剂促进水和/或二氧化碳与烃特别是甲烷的吸热反应以产生氢和一氧化碳。该催化剂以用于补偿或平衡在渗透氧和靠近组件内活性膜材料表面的反应物之间发生的放热氧化反应。通过在多组件串联反应器系统中的各组件之间的关键位置适当使用重整催化剂，可控制反应器的温度分布和产物气体组成以便实现最佳反应器操作。
本发明的实施方案通过多组件串联氧化反应器系统各组件之间适当催化剂的示例性布置来举例说明。例如参考图15，催化剂501d、501e和501f可以串联方式放置于第一排组件501a、501b和501c与第二排组件503a、503b和503c中任何组件之间的空间中。另一选择，催化剂501d、501e和501f可以在流动限制通道511的内壁之间连续延伸。同样地，催化剂可以放置在任何或所有第二排和第三排组件、第三排和第四排组件、第四排和第五排组件之间、或在第五排之后(未示出)。相似地，催化剂可以串联方式放置于图16实施方案中任何或所有偏置的各排组件之间。例如，参考图16，催化剂502d、502e和502f可以串联方式放置于第一排和第二排组件之间的空间内。另一选择，催化剂502d、502e和502f可以在流动限制通道511的内壁之间连续延伸。一般地，催化剂可以串联方式放置于图15和16中任何或所有串联的组件排之间或下游。
另外地或另一选择，催化剂可以放置于一排并联组件中的各组件之间以促进在组件间通过的气体中的重整反应。例如，在图15中催化剂505d和505e可以放置于组件505a和505b之间以及505b和505c之间。另一选择，催化剂505d和505e可以在第一至第五排组件之间轴向连续延伸。例如，在图16中，催化剂506d和506e可以放置于组件406a和506b之间以及506b和506c之间。一般地，催化剂以并联方式放置于图15和16中任何或所有并联组件之间。
因此，在此概念的最广应用中，催化剂可以放置于图15和16实施方案或者有串联和并联组件布置的任何其它实施方案中任何两个相邻组件之间的空间中。另外，当压力容器513与其它相似压力容器串联操作时，催化剂可以放置于容器之间以致从一个压力容器中流出的气体在进入第二个压力容器之前通过催化剂。
催化剂的类型和/或数量可根据压力容器中各组件之间的轴向或径向位置而变化。在一种选择中，例如催化剂的活性在轴向上可以不同，以便对整个反应器中的组件温度进行最佳控制。例如靠近反应器入口的催化部分可以包括在较低温度下显示活性的催化剂(即高Ni负载)，而在反应器的较高温区域最佳催化剂组合物可能具有较低的活性和较大的热稳定性(即低Ni负载)。这样，可在反应器内任何轴向位置获得最佳催化剂活性，同时保持催化剂的热稳定性。也可以采用其它催化剂布置，其均落入要求保护发明的实施方案的范围内。
在此实施方案中使用的催化剂可以包括一种或多种选自镍、钴、铂、金、钯、铑、钌和铁的金属或者含有这些金属的化合物。催化剂可以负载于氧化铝或其它氧化物载体之上，而且可以包括其它组分比如镧或钾。催化剂可以任何已知的方法放置于组件之间，包括，例如使用整体催化剂或使用在装配于组件间空间内的合适催化剂夹持器中的粒状催化剂。
上述离子迁移膜系统使用串联操作的多个膜组件，用于氧回收或氧化工艺，组件按串联流动构型排列以控制经过各组件抽提氧的量或经过各组件的转化程度。当单个组件或成排的多个组件沿着基本上与容器轴平行的轴串联排列时，容器的长度由串联的组件或排的数目确定。大量的组件可能需要极长的容器，而在许多设计情况下需要较短的容器长度。例如，很长容器的运输可能困难而且费用高。同样，很长容器所需占地面积或“轨迹”在诸如城区、海上平台、和船舶等空间有限的应用中存在困难。而且，在某些应用中，直径稍大的明显较短的容器可能更划算。
下述本发明实施方案中，通过装有多个流过膜组件外表面的气体通道的容器设计解决了这些问题。一种应用中，偶数的通道允许在容器的同一端布置进气喷嘴和出气喷嘴，从而减小通到其它工艺装置如换热器的管道的长度或复杂性。这可以使设备布局更紧凑，通过减少管道的热损失而获得较低的投资和操作费用。
前述单通路或多个并联通路的系统中，流过膜外侧的气体大体上沿轴向流过膜组件容器，即从入口到出口的流动大体上与容器轴平行。撞击膜组件的气流可能造成局部非轴向流动，但总体流动是沿轴向的。有第一端和第二端的容器轴由从第一端到第二端通过容器的平行于侧面的直线确定。大多数用于加压操作的容器是圆筒形的，圆筒形容器中容器轴与圆筒轴相同，并与容器壁平行。
本发明各实施方案中，通过使用一个或多个置于压力容器内部、用于在容器内引导气体以任意方向流动和/或使气体的流动转向非轴向的气流控制隔板而获得多个气体流动通路。例如，可以安装气流控制隔板以在与容器轴成约90度和约180度之间的方向改变气体流动，如后面所述。相对于容器轴任何方向的气流控制都是可能的。
将气流控制隔板定义为放置或安装在容器内、用于引导容器内气体的流动和/或改变容器内气体的流动方向的任何形状的构件。气流控制隔板是与容器壁分开的，但该隔板可以固定在容器壁上，并且可以和容器壁协作来控制和/或引导容器内气体的流动。气流控制隔板与安装在容器内的膜组件或催化剂是不同的。术语“气流的方向”和“气体流动方向”等同，意指在容器内第一位置和第二位置之间流过膜外部的气体的方向。尽管局部气流可能有漩涡、湍流或横流，但气体的总体流动确定了在第一位置和第二位置之间气流的方向。
图17A举例说明了多气流通路的一种实施方案。流动限制通道1701外形类似于图15和图16中的，有外壁1703、入口1705和出口1707。如图4A和图5所示，该通道可以与压力容器共轴安装。该通道装有与气流控制隔板1711相连的气流控制隔板1709。该通道还装有与气流控制隔板1715相连的气流控制隔板1713。由下壁1703、气流控制隔板1709和气流控制隔板1711形成的通道中装有膜组件1717、1719、1721、1723和1725。由气流控制隔板1709、1711、1713和1715形成的通道中装有膜组件1727、1729、1731、1733和1735。由气流控制隔板1715、气流控制隔板1713和上壁1703形成的通道中装有膜组件1737、1739、1741、1743和1745。这些膜组件可以是前面描述的用于氧回收或氧化工艺的任何组件。
气流控制隔板1709使输入气流1747转向，依次流经在壁1703和气流控制隔板1711之间通道中的膜组件1717、1719、1721、1723和1725。气流控制隔板1713和相邻的部分器壁1703使气流1749相对于通道轴和压力容器轴反转180度，反转的气体依次流经气流控制隔板1711和1715之间通道中的膜组件1727、1729、1731、1733和1735。气流控制隔板1709和相邻的部分器壁1703使气流1751反转180度，反转的气体平行于通道轴和压力容器轴依次流经气流控制隔板1715和器壁1703之间通道中的膜组件1737、1739、1741、1743和1745。输出气流1753经出口1707从通道中排出。使用这些气流控制隔板引导气体在约为没有这些隔板的通道和容器长度的三分之一的通道和容器长度内连续流经膜组件1717～1745。
气流1747、1749、1751和1753以非轴向通过，同时流过膜外部的气体如图17A所示改变方向。
图17B是图17A中10-10剖面(旋转90度)的视图，说明通过由气流控制隔板和通道壁形成的通道的气体流动。气流1747a(已接触组件1717)流入图17B的平面，进入由壁1703、气流控制隔板1711、通道上壁1712和通道下壁1714形成的通道1755，其中气体流经膜组件1719以及连续的组件1721～1725(未示出)。气流1749反转并经由气流控制隔板1711和1715、通道上壁1712和通道下壁1714形成的通道1757通过组件1727～31(未示出)和1733，气流1749a从图17b的平面流出。该气流经过组件1735(未示出)，受气流控制隔板1709和相邻的器壁部分(图17A)作用而反转180度，然后流经组件1737(未示出)。该气流(现在作为气流1751a示出)流入图17B的平面，进入由气流控制隔板1715、通道上壁1712、通道下壁1714和壁1703形成的通道1759，流经组件1739和组件1741～1745(未示出)。
图17A和图17B的组件可以是氧分离组件(如图4A和4B)或氧化反应组件(如图5和6)。
图18A举例说明了一种可供选择的实施方案，其中设计的流动限制通道包围两组并联膜组件，使输入气流和输出气流在通道和容纳通道的压力容器(未示出)的同一端。通道1801包括入口1803、出口1805、第一壁1807、第二壁1809、端壁1811和内部气流控制隔板1813。输入气体1815流经两组并联的五个膜组件1817～1825和1827～1835。中间气流1836被端壁1811转向180度而流经两组并联的五个膜组件1837～1845和1847～1855。输出气流1857经由出口1805排出。
图18B是图18A中12-12剖面(旋转90度)的视图，举例说明气体通过由气流控制隔板和通道壁形成的通道的流动。输入气流1815流入图18B的平面和由壁1809、内部隔板1813、上壁1861和下壁1863形成的通道1859。气体流经并联组件1817和1827，然后再流经并联组件1819～1825和1829～1835(未示出)。如上所述使气流反转，并流经由壁1807、气流控制隔板1813、上壁1861和下壁1863形成的通道1865，其中气体流经并联组件1837～1843和1847～1853(未示出)。气体最后流经组件1845和1855，输出气流1857经由出口1805排出。
图18A和图18B的组件可以是氧分离组件(如图4A和图4B)或氧化反应组件(如图5和6)。
图19示出对图18A和18B所示系统的修改。在这种可选排列中，气体在流动限制通道中形成四个通道，而且这些通道在多于一个的水平面内。图19中，通道1901和1903在较低的水平面内，而通道1905和1907在较高的水平面内。通道1901由侧壁1909、下壁1914、气流控制隔板1921和气流控制隔板1923形成。通道1903由侧壁1911、下壁1914、气流控制隔板1921和气流控制隔板1923形成。通道1905由侧壁1911、上壁1913、气流控制隔板1921和气流控制隔板1923形成。通道1907由侧壁1909、上壁1913、气流控制隔板1921和气流控制隔板1923形成。
在此修改中，通道1905和1907中的两组并联组件是反向的，并且组件集管在膜组件的上方。这可以使温度较低的集管和密封区域往靠近流动通道外部的较低温区域放置，使组件寿命更长。另一实施方案(未示出)中所有组件都是竖立的(即不是反向)，所有组件集管都以大体相同的方向取向。为使密封区域保持在较低温度，集管应在侧面或底部从流动通道中伸出。
图20说明另一实施方案，其中气流控制隔板这样取向以使气体流动方向以90度和180度转向的组合改变。此实施方案中，流动限制通道2001由外壁2003、2005、2007和2009、入口2011和出口2013限定。输入气流2015流过通道2001的内部区域，相继有90°、180°、90°、180°和180°的流向改变，最终气流2017经由出口2013排出。这些气流方向的改变分别由壁2003与气流控制隔板2019、壁2005、气流控制隔板2019和气流控制隔板2021、气流控制隔板2023与壁2009、壁2007、气流控制隔板2023与气流控制隔板2025、气流控制隔板2021及气流控制隔板2025与壁2005实现。壁与气流控制隔板的此组合提供相继的流动通道2027、2029、2031、2035、2037、2039和2041。如图所示，流经这些通道的气体依次通过13个膜组件2043～2067。
通过由气流控制隔板形成的通道的气体流动不必与容器的轴大体平行，可以是任意需要的有利方向。而且，多个通道可以在同一流动通道或容器内沿着不同轴排列，其它角度也是可以的。与容器轴成直角的通道有便于维修或拆除膜组件或容器部件的优点，尤其是在容器和流动通道在沿着容器长度的一个或多个位置设有主体法兰时。另外，有垂直于容器轴的通道可有助于保持温度、压力和/或气体组成分布仅随容器长度的轴向距离而变化。这可以降低膜和容器内的热-化学-机械应力，从而可延长膜组件和容器系统的操作寿命。容器可以串联连接，每个容器可以有根据系统的特定工艺操作条件而设计的不同排列的隔板和气体通道。
内部气流控制隔板可以由任意所希望的材料制造，例如碳钢、钢合金、高温合金和陶瓷。气流控制隔板及隔板之间或隔板与流动通道之间的接头未必需要密封，通道之间的少量泄漏是允许的。气流控制隔板可以用任何所希望的方法例如熔焊、螺栓连接、压入配合、弹簧垫架或夹紧连接来安装或固定。
上述多通道容器设计可以应用于任何用于氧回收或氧化反应工艺的、使用串联操作的多个膜组件的离子迁移膜系统。例如，任一实施方案都可以应用于参考图4A和4B描述的用于氧回收的膜组件。另一选择，任一实施方案都可以应用于前面参考图5和6描述的用于实现氧化过程的膜组件。如前参考图15和图16所述，串联的膜组件可有设置在任意串联组件之间的重整催化剂。

Claims (25)

1、一种离子迁移膜系统，包括：
(a)压力容器，该压力容器具有内部、用于向容器内部引入气体的入口、用于从容器内部排出气体的出口和轴；
(b)布置于压力容器内部而且串联排列的多个平板离子迁移膜组件，每个膜组件都包括混合金属氧化物陶瓷材料并具有内部区域和外部区域；和
(c)一个或多个气流控制隔板，其布置在压力容器内部，用于改变容器内气流的方向。
2、权利要求1的系统，其中每个平板膜组件包括多个具有平行表面的膜片，压力容器是圆筒形的，其轴可以与膜片的部分或全部平行表面平行。
3、权利要求1的系统，还包括布置在压力容器内部的流动限制通道，其中流动限制通道有内部区域，包围多个平板离子迁移膜组件，而且与压力容器的入口和出口流通，并且在流动限制通道内部区域中设置了一个或多个气流控制隔板。
4、权利要求3的系统，其中流动限制通道和一个或多个气流控制隔板包含抗氧化金属合金，此合金含有铁和选自镍和铬的一种或多种元素。
5、权利要求1的系统，其中至少两个平板离子迁移膜组件确定一个组件轴，其中压力容器是圆筒形的，具有与该组件轴平行或共轴的轴。
6、权利要求1的系统，其中至少两个平板离子迁移膜组件确定一个组件轴，其中压力容器是圆筒形的，具有与该组件的轴垂直的轴。
7、权利要求1的系统，其中一个或多个气流控制隔板的每一个都这样定位以使气流的初始方向被转向成气流的最终方向，其中气流的初始方向和最终方向之间形成的夹角大于0度且小于或等于180度。
8、权利要求7的系统，其中一个或多个气流控制隔板的每一个都这样定位以使气流的初始方向被转向成气流的最终方向，其中气流的初始方向和最终方向之间形成的夹角大于90度且小于或等于180度。
9、权利要求7的系统，其中一个或多个气流控制隔板的每一个都这样定位以使气流的初始方向被转向成气流的最终方向，其中气流的初始方向和最终方向之间形成180度角。
10、权利要求1的系统，进一步包括：
(d)一个或多个附加压力容器，每个附加压力容器都有内部、用于向容器内部引入气体的入口、用于从容器内部排出气体的出口和轴；
(e)布置于每个压力容器内部而且串联排列的多个平板离子迁移膜组件，每个膜组件都包括混合金属氧化物陶瓷材料并具有内部区域和外部区域；和
(f)一个或多个气流控制隔板，其布置在每个压力容器内部，用于改变所述一个或多个压力容器中任意容器内气流的方向；
其中至少两个压力容器串联排列，使一个压力容器的出口与另一个压力容器的入口流通。
11、权利要求1的系统，进一步包括：
(d)一个或多个附加压力容器，每个附加压力容器都有内部、用于向容器内部引入气体的入口、用于从容器内部排出气体的出口和轴；
(e)布置于每个压力容器内部而且串联排列的多个平板离子迁移膜组件，每个膜组件都包括混合金属氧化物陶瓷材料并具有内部区域和外部区域；和
(f)一个或多个气流控制隔板，其布置在每个压力容器内部，用于改变所述一个或多个压力容器中任意容器内气流的方向；
其中至少两个压力容器并联排列，使一个压力容器的任一入口和另一个压力容器的任一入口与同一进料管流通。
12、权利要求11的系统，进一步包括布置在任意两个串联排列的平板离子迁移膜组件之间的催化剂。
13、权利要求12的系统，其中催化剂包括一种或多种金属或含有金属的化合物，所述金属选自镍、钴、铂、金、钯、铑、钌和铁。
14、权利要求12的系统，其中催化剂安置在多个串联组件之间，在串联组件之间的不同位置处催化剂的活性不同。
15、一种从含氧气体中回收氧的方法，包括：
(a)提供离子迁移膜分离器系统，该系统包括：
(1)压力容器，该压力容器具有内部、用于向容器内部引入气体的入口、用于从容器内部排出气体的出口和轴；
(2)布置于压力容器内部而且串联排列的多个平板离子迁移膜组件，每个膜组件都包括混合金属氧化物陶瓷材料并具有内部区域和外部区域；和
(3)布置在压力容器内部、用于改变容器内气流方向的一个或多个气流控制隔板；
(b)提供加热、加压的含氧进料气流，经由压力容器的入口将所述进料气流引入膜组件的外部区域，并使所述进料气流与混合金属氧化物陶瓷材料接触；
(c)使氧离子渗透穿过混合金属氧化物陶瓷材料，在膜组件的内部区域回收高纯氧气产品，并通过气体集管从膜组件的内部区域将高纯氧气产品排到压力容器的外部；和
(d)从压力容器出口取出贫氧的含氧气体。
16、权利要求15的方法，其中含氧进料气的压力大于高纯氧气产品的压力。
17、权利要求15的方法，还包括布置在压力容器内部的流动限制通道，其中流动限制通道有内部区域和外部区域，包围多个平板离子迁移膜组件，而且与压力容器的入口和出口流通，并且在流动限制通道内部区域中设置了一个或多个气流控制隔板。
18、权利要求17的方法，其中在压力容器入口和出口之间的任何位置，流动限制通道内部区域和外部区域之间的压差保持在等于或大于0的值，其中限制通道内部的压力等于或大于限制通道外压力容器内的压力。
19、一种氧化工艺，包括：
(a)提供离子迁移膜分离器系统，包括：
(1)压力容器，该压力容器具有内部、用于向容器内部引入气体的入口、用于从容器内部排出气体的出口和轴；
(2)布置于压力容器内部而且串联排列的多个平板离子迁移膜组件，每个膜组件都包括混合金属氧化物陶瓷材料并具有内部区域和外部区域；和
(3)布置在压力容器内部、用于改变容器内气流方向的一个或多个气流控制隔板；
(b)提供加热、加压的反应物进料气流，经由压力容器的入口将所述反应物进料气流引入膜组件的外部区域；
(c)向膜组件的内部区域提供含氧的氧化剂气体，使氧离子渗透穿过混合金属氧化物陶瓷材料，使氧与膜组件外部区域中的反应物进料气流中的各组分发生反应而生成氧化产物，并通过出口从膜组件的外部区域将氧化产物排列压力容器的外部以提供氧化产物流；和
(d)经由一个或多个集管从膜组件的内部区域将贫氧的含氧气体排到压力容器的外部。
20、权利要求19的工艺，其中加压反应物进料气流的压力大于含氧氧化剂气体的压力。
21、权利要求19的工艺，还包括布置在压力容器内部的流动限制通道，其中流动限制通道有内部区域和外部区域，包围多个平板离子迁移膜组件，而且与压力容器的入口和出口流通，并且在流动限制通道内部区域中设置了一个或多个气流控制隔板。
22、权利要求21的工艺，其中在压力容器入口和出口之间的任何位置，流动限制通道内部区域和外部区域之间的压差保持在等于或大于0的值，其中限制通道内部的压力等于或大于限制通道外压力容器内的压力。
23、权利要求19的工艺，其中加压反应物进料气流包括一种或多种含有一个或多个碳原子的烃。
24、权利要求23的工艺，其中加压反应物进料气流包括甲烷。
25、权利要求23的工艺，其中氧化产物流包括氢和碳氧化物。
CNB2006100040112A 2005-01-03 2006-01-03 内部气流被引导的离子迁移膜组件和容器系统 Expired - Fee Related CN100450593C (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/028,124 US7425231B2 (en) 2003-08-06 2005-01-03 Feed gas contaminant removal in ion transport membrane systems
US11/028124 2005-01-03
US11/284188 2005-11-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1876220A CN1876220A (zh) 2006-12-13
CN100450593C true CN100450593C (zh) 2009-01-14

Family

ID=36117655

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005101191789A Expired - Fee Related CN100548443C (zh) 2005-01-03 2005-12-30 离子迁移膜系统中原料气污染物的去除
CNB2006100040112A Expired - Fee Related CN100450593C (zh) 2005-01-03 2006-01-03 内部气流被引导的离子迁移膜组件和容器系统

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005101191789A Expired - Fee Related CN100548443C (zh) 2005-01-03 2005-12-30 离子迁移膜系统中原料气污染物的去除

Country Status (11)

Country Link
US (1) US7425231B2 (zh)
EP (2) EP1676624B1 (zh)
JP (2) JP5161424B2 (zh)
KR (1) KR100793674B1 (zh)
CN (2) CN100548443C (zh)
AU (1) AU2006200004B2 (zh)
CA (2) CA2531706C (zh)
EA (1) EA010413B1 (zh)
ES (1) ES2538212T3 (zh)
NO (1) NO20060026L (zh)
ZA (1) ZA200600043B (zh)

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7179323B2 (en) 2003-08-06 2007-02-20 Air Products And Chemicals, Inc. Ion transport membrane module and vessel system
US7771519B2 (en) * 2005-01-03 2010-08-10 Air Products And Chemicals, Inc. Liners for ion transport membrane systems
US7954490B2 (en) 2005-02-09 2011-06-07 Vbox, Incorporated Method of providing ambulatory oxygen
JP2008540070A (ja) 2005-04-29 2008-11-20 ユニバーシティー オブ ロチェスター 超薄多孔質ナノスケール膜、その製造方法および使用
WO2006119252A2 (en) * 2005-04-29 2006-11-09 University Of Rochester Ultrathin nanoscale membranes, methods of making, and uses thereof
US7556675B2 (en) * 2005-10-11 2009-07-07 Air Products And Chemicals, Inc. Feed gas contaminant control in ion transport membrane systems
WO2007106868A2 (en) * 2006-03-14 2007-09-20 University Of Rochester Cell culture devices having ultrathin porous membrane and uses thereof
US8262755B2 (en) * 2007-06-05 2012-09-11 Air Products And Chemicals, Inc. Staged membrane oxidation reactor system
CN101571508B (zh) * 2009-06-16 2012-10-10 清华大学 多层平板结构高场非对称波形离子迁移谱仪
US9044714B2 (en) * 2009-10-26 2015-06-02 Meidensha Corporation Membrane module, membrane unit, and membrane separation device
JP5463124B2 (ja) * 2009-11-19 2014-04-09 三菱重工業株式会社 水素製造装置
JP5455607B2 (ja) * 2009-12-21 2014-03-26 三菱重工業株式会社 固体酸化物燃料電池及びその運転方法
US8148583B2 (en) 2010-05-06 2012-04-03 Air Products And Chemicals, Inc. Feed gas contaminant removal in ion transport membrane systems
US8455382B2 (en) * 2010-05-25 2013-06-04 Air Products And Chemicals, Inc. Fabrication of catalyzed ion transport membrane systems
RU2477649C1 (ru) * 2011-07-26 2013-03-20 Учреждение Российской академии наук Институт химии нефти Сибирского отделения РАН (ИХН СО РАН) Способ очистки углеводородного газа от сероводорода
KR101165186B1 (ko) 2011-09-19 2012-07-11 박정봉 가스화 시스템에서 파울링 물질을 포집하여 제거하는 방법 및 장치
TWI452992B (zh) * 2011-10-17 2014-09-21 Taichung Veterans General Hospital Vacrs Interlocking plate system
DE102012219141A1 (de) * 2012-10-19 2014-04-24 Robert Bosch Gmbh Chromresistentes Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betrieb desselben
US8945276B2 (en) * 2013-06-07 2015-02-03 Membrane Technology And Research, Inc. Parallel feed gas separation membrane element assembly
US9028720B1 (en) 2014-03-05 2015-05-12 Air Products And Chemicals, Inc. Ion transport membrane reactor systems and methods for producing synthesis gas
US10084192B2 (en) 2014-03-20 2018-09-25 Versa Power Systems, Ltd Cathode contact layer design for preventing chromium contamination of solid oxide fuel cells
US9559366B2 (en) * 2014-03-20 2017-01-31 Versa Power Systems Ltd. Systems and methods for preventing chromium contamination of solid oxide fuel cells
CN104474888B (zh) * 2014-12-03 2016-04-20 华中科技大学 一种燃煤烟气中单质汞的处理方法
GB201515984D0 (en) * 2015-09-09 2015-10-21 Lg Fuel Cell Systems Inc A fuel cell system and method
JP6909897B2 (ja) * 2016-05-30 2021-07-28 東京瓦斯株式会社 燃料電池システム
CN106268225A (zh) * 2016-08-04 2017-01-04 李祖良 一种微波净化器
WO2018221372A1 (ja) * 2017-05-31 2018-12-06 シャープ株式会社 残渣層除去方法、残渣層除去装置、及び表示モジュール
RU2696906C2 (ru) * 2017-08-22 2019-08-07 Общество с ограниченной ответственностью "ВИРОТЕХ" Термокаталитическая установка переработки и утилизации нерадиоактивных отходов
NL2021248B1 (en) * 2018-07-04 2020-01-15 Redstack Bv Flow distributor for a stack assembly
WO2020123811A2 (en) 2018-12-14 2020-06-18 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Filtration of chromium from flue gas in furnace stacks
ES2770149B2 (es) * 2018-12-31 2023-02-23 Kerionics S L Procedimiento e instalación para la separación selectiva de gases en un proceso de oxicombustión mediante membranas permeables de oxígeno
CN111569643A (zh) * 2020-04-29 2020-08-25 江苏卓高环保科技有限公司 一种净化pm2.5甲醛的复合净化材料及其制备的空气净化器
CN113713606B (zh) * 2021-07-22 2024-04-02 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 一种用于化学氧气发生器的净化材料及净化床层

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1239014A (zh) * 1998-06-03 1999-12-22 普拉塞尔技术有限公司 带有陶瓷膜的合成气体反应器
CN1269488A (zh) * 1999-03-29 2000-10-11 普拉塞尔技术有限公司 用固体电解质离子导体体系增强燃烧的方法
CN1279627A (zh) * 1997-11-18 2001-01-10 普拉塞尔技术有限公司 带有氧选择性离子迁移膜的热动力氧/氮设备
JP2003137505A (ja) * 2001-11-06 2003-05-14 Teikoku Oil Co Ltd 膜式反応器
US6565632B1 (en) * 2001-12-17 2003-05-20 Praxair Technology, Inc. Ion-transport membrane assembly incorporating internal support
CN1455755A (zh) * 2000-04-10 2003-11-12 普莱克斯技术有限公司 用于氧化硅设备的氧迁移膜

Family Cites Families (71)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US39601A (en) * 1863-08-18 Improved ship of war
US3278266A (en) 1963-05-13 1966-10-11 Petro Tex Chem Corp Vapor phase separation of hydrogen halides from hydrocarbons
US3935295A (en) 1973-01-23 1976-01-27 Catalysts And Chemicals, Inc. Process for removing chlorine-containing compounds from hydrocarbon streams
DE2931169A1 (de) 1979-08-01 1981-02-19 Alberta Chem Fab Gmbh Verfahren zur beseitigung von sauren komponenten aus abgasen
US4513093A (en) 1981-03-30 1985-04-23 Ashland Oil, Inc. Immobilization of vanadia deposited on sorbent materials during treatment of carbo-metallic oils
US4542010A (en) * 1982-06-30 1985-09-17 Bend Research, Inc. Method and apparatus for producing oxygen and nitrogen and membrane therefor
DE3235558A1 (de) 1982-09-25 1984-03-29 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt Verfahren zur abtrennung von schadstoffen aus abgasen
US4595844A (en) * 1984-01-16 1986-06-17 Itt Corporation CMOS high current output driver
US4721824A (en) 1984-09-24 1988-01-26 Mobil Oil Corporation Guard bed catalyst for organic chloride removal from hydrocarbon feed
US4629611A (en) 1985-04-29 1986-12-16 International Business Machines Corporation Gas purifier for rare-gas fluoride lasers
US6488739B1 (en) * 1987-03-13 2002-12-03 Bp Corporation North America Inc. Oxygen production process
US5591315A (en) 1987-03-13 1997-01-07 The Standard Oil Company Solid-component membranes electrochemical reactor components electrochemical reactors use of membranes reactor components and reactor for oxidation reactions
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
US5714091A (en) * 1987-03-13 1998-02-03 The Standard Oil Company Process for the partial oxydation of hydrocarbons
US4980049A (en) 1988-06-10 1990-12-25 Mobil Oil Corporation Catalytic cracking of heavy oils
CA2017243C (en) 1989-05-25 2003-09-30 Terry J. Mazanec Novel solid multi-component membranes, electrochemical reactor and use of membranes and reactor for oxidation reactions
EP0438902B2 (en) 1989-12-27 2003-06-18 The Standard Oil Company Electrochemical reactors and multicomponent membranes useful for oxidation reactions
US5174866A (en) * 1990-05-24 1992-12-29 Air Products And Chemicals, Inc. Oxygen recovery from turbine exhaust using solid electrolyte membrane
US5599510A (en) 1991-12-31 1997-02-04 Amoco Corporation Catalytic wall reactors and use of catalytic wall reactors for methane coupling and hydrocarbon cracking reactions
GB9201630D0 (en) * 1992-01-25 1992-03-11 British Steel Plc Off-gas treatment
US5750279A (en) 1992-02-28 1998-05-12 Air Products And Chemicals, Inc. Series planar design for solid electrolyte oxygen pump
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
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
US5364506A (en) 1993-04-28 1994-11-15 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Method and apparatus for partial oxidation of methane and cogeneration of electrical energy
GB2278113A (en) * 1993-05-22 1994-11-23 Boc Group Plc The production of a carbon dioxide and nitrogen mix from the combustion exhaust gases of a hydrocarbon source
US6355093B1 (en) 1993-12-08 2002-03-12 Eltron Research, Inc Two component-three dimensional catalysis
US20020022568A1 (en) 1993-12-08 2002-02-21 Richard Mackay Ceramic membranes for use in catalytic membrane reactors with high ionic conductivities and improved mechanical properties
GB9412028D0 (en) * 1994-06-16 1994-08-03 Bp Chem Int Ltd Waste processing
MX9504741A (es) * 1994-11-14 1997-03-29 Praxair Technology Inc Sorbentes selectivos de oxigeno.
US5681373A (en) 1995-03-13 1997-10-28 Air Products And Chemicals, Inc. Planar solid-state membrane module
CA2172301C (en) 1995-05-18 2001-08-07 Ravi Prasad Pressure driven solid electrolyte membrane gas separation method
EP0747108B1 (en) 1995-06-07 2002-02-20 Air Products And Chemicals, Inc. Oxygen production by ion transport membranes with work recovery
CA2222284A1 (en) 1995-06-23 1997-01-09 Curtis Robinson Fincher, Jr. Method for monomer recovery
FR2740444B1 (fr) * 1995-10-26 1997-12-26 Air Liquide Procede et installation de production d'hydrogene et d'energie
US6090265A (en) * 1996-09-26 2000-07-18 Air Products And Chemicals, Inc. Separation of oxygen from oxygen-containing gas
US5868918A (en) 1996-09-26 1999-02-09 Air Products And Chemicals, Inc. Method for separating oxygen from an oxygen-containing gas
US5980840A (en) 1997-04-25 1999-11-09 Bp Amoco Corporation Autothermic reactor and process using oxygen ion--conducting dense ceramic membrane
US6117210A (en) 1997-04-29 2000-09-12 Praxair Technology, Inc. Solid electrolyte systems for producing controlled purity oxygen
US5820655A (en) 1997-04-29 1998-10-13 Praxair Technology, Inc. Solid Electrolyte ionic conductor reactor design
US5820654A (en) 1997-04-29 1998-10-13 Praxair Technology, Inc. Integrated solid electrolyte ionic conductor separator-cooler
US5944874A (en) 1997-06-23 1999-08-31 Praxair Technology, Inc. Solid electrolyte ionic conductor systems for the production of high purity nitrogen
US5851266A (en) 1997-06-23 1998-12-22 Praxair Technology,Inc. Hybrid solid electrolyte ionic conductor systems for purifying inert gases
US6056807A (en) 1998-01-26 2000-05-02 Air Products And Chemicals, Inc. 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
US6060177A (en) 1998-02-19 2000-05-09 United Technologies Corporation Method of applying an overcoat to a thermal barrier coating and coated article
US6017646A (en) * 1998-06-03 2000-01-25 Praxair Technology, Inc. Process integrating a solid oxide fuel cell and an ion transport reactor
US6309612B1 (en) 1998-11-18 2001-10-30 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Ceramic membrane reactor with two reactant gases at different pressures
JP2000334304A (ja) * 1999-05-31 2000-12-05 Tokyo Gas Co Ltd ガス中ｃｏの選択的酸化触媒及びガス中ｃｏの選択的酸化方法
US6255010B1 (en) 1999-07-19 2001-07-03 Siemens Westinghouse Power Corporation Single module pressurized fuel cell turbine generator system
RU2165471C1 (ru) * 1999-11-02 2001-04-20 Кожевников Георгий Николаевич Способ извлечения рения и осмия из парогазовой смеси
US6293084B1 (en) 2000-05-04 2001-09-25 Praxair Technology, Inc. Oxygen separator designed to be integrated with a gas turbine and method of separating oxygen
EP1156026A1 (en) * 2000-05-19 2001-11-21 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Process for the production of liquid hydrocarbons
DE10029882A1 (de) 2000-06-16 2001-12-20 Linde Ag Separator zur Erzeugung von Sauerstoff
DE10114173A1 (de) 2000-06-16 2001-12-20 Linde Ag Reaktor
US6492290B1 (en) * 2000-08-22 2002-12-10 Air Products And Chemicals, Inc. Mixed conducting membranes for syngas production
JP4769350B2 (ja) * 2000-09-22 2011-09-07 大陽日酸株式会社 希ガスの回収方法及び装置
DE10056787A1 (de) 2000-11-16 2002-05-23 Linde Ag Reaktor
DE10056789A1 (de) 2000-11-16 2002-05-23 Linde Ag Separator zur Erzeugung von Sauerstoff
DE10064894A1 (de) 2000-12-23 2002-06-27 Alstom Switzerland Ltd Luftzerlegungseinrichtung
KR100444885B1 (ko) 2001-02-28 2004-08-18 주식회사 코캣 배가스에 함유된 입자상 물질 및 수분의 제거방법
US6777370B2 (en) 2001-04-13 2004-08-17 Engelhard Corporation SOx tolerant NOx trap catalysts and methods of making and using the same
US6695983B2 (en) * 2001-04-24 2004-02-24 Praxair Technology, Inc. Syngas production method utilizing an oxygen transport membrane
US6623880B1 (en) * 2001-05-29 2003-09-23 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Fuel cell-fuel cell hybrid system
US20030039601A1 (en) 2001-08-10 2003-02-27 Halvorson Thomas Gilbert Oxygen ion transport membrane apparatus and process for use in syngas production
US6602324B2 (en) * 2001-11-15 2003-08-05 Air Products And Chemicals, Inc. Sulfur control in ion-conducting membrane systems
RU2223138C1 (ru) * 2002-08-15 2004-02-10 Закрытое акционерное общество "Газоразделительные системы" Генератор азота для создания инертной технологической газовой среды
US6726893B2 (en) * 2002-09-17 2004-04-27 The University Of Chicago Hydrogen production by high-temperature water splitting using electron-conducting membranes
US6805728B2 (en) 2002-12-09 2004-10-19 Advanced Technology Materials, Inc. Method and apparatus for the abatement of toxic gas components from a semiconductor manufacturing process effluent stream
US6929825B2 (en) 2003-02-04 2005-08-16 General Electric Company Method for aluminide coating of gas turbine engine blade
US7279027B2 (en) 2003-03-21 2007-10-09 Air Products And Chemicals, Inc. Planar ceramic membrane assembly and oxidation reactor system
US7179323B2 (en) 2003-08-06 2007-02-20 Air Products And Chemicals, Inc. Ion transport membrane module and vessel system
KR20070043792A (ko) * 2004-07-20 2007-04-25 엔테그리스, 아이엔씨. 초고순도 기체로부터 금속 오염물의 제거

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1279627A (zh) * 1997-11-18 2001-01-10 普拉塞尔技术有限公司 带有氧选择性离子迁移膜的热动力氧/氮设备
CN1239014A (zh) * 1998-06-03 1999-12-22 普拉塞尔技术有限公司 带有陶瓷膜的合成气体反应器
CN1269488A (zh) * 1999-03-29 2000-10-11 普拉塞尔技术有限公司 用固体电解质离子导体体系增强燃烧的方法
CN1455755A (zh) * 2000-04-10 2003-11-12 普莱克斯技术有限公司 用于氧化硅设备的氧迁移膜
JP2003137505A (ja) * 2001-11-06 2003-05-14 Teikoku Oil Co Ltd 膜式反応器
US6565632B1 (en) * 2001-12-17 2003-05-20 Praxair Technology, Inc. Ion-transport membrane assembly incorporating internal support

Also Published As

Publication number Publication date
EP1676624A2 (en) 2006-07-05
ZA200600043B (en) 2008-04-30
CA2531706C (en) 2010-09-14
AU2006200004B2 (en) 2008-04-24
CA2531922A1 (en) 2006-07-03
KR100793674B1 (ko) 2008-01-10
EP1676624A3 (en) 2009-07-29
JP5529667B2 (ja) 2014-06-25
AU2006200004A1 (en) 2006-07-27
EA200501894A1 (ru) 2006-08-25
JP2006224094A (ja) 2006-08-31
CN1830523A (zh) 2006-09-13
EP1676624B1 (en) 2015-05-20
CN1876220A (zh) 2006-12-13
CA2531706A1 (en) 2006-07-03
KR20060079757A (ko) 2006-07-06
ES2538212T3 (es) 2015-06-18
JP2010270002A (ja) 2010-12-02
NO20060026L (no) 2006-07-04
CA2531922C (en) 2010-09-14
EA010413B1 (ru) 2008-08-29
EP2428265A1 (en) 2012-03-14
JP5161424B2 (ja) 2013-03-13
US7425231B2 (en) 2008-09-16
US20080178736A1 (en) 2008-07-31
CN100548443C (zh) 2009-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100450593C (zh) 内部气流被引导的离子迁移膜组件和容器系统
US7658788B2 (en) Ion transport membrane module and vessel system with directed internal gas flow
EP1504811B1 (en) Pressure vessel containing ion transport membrane modules and processes making use thereof
US7771519B2 (en) Liners for ion transport membrane systems
AU737244B2 (en) Integrated solid electrolyte ionic conductor separator- cooler
AU4484799A (en) Ceramic membrane for endothermic reactions

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090114

Termination date: 20170103

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee