专利名称：一种连续独立制取氢气和合成气的管式载氧膜型反应装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种连续独立制取氢气和合成气的管式载氧膜型反应装置，属于化工设备技术领域。
背景技术：
天然气的主要成份是甲烷(含量>90%)，除可直接用作燃料外，还可作为高效、优质、清洁的能源和化工原料。甲烷的转化可分为直接转化和间接转化。由于直接转化所需目的产物在反应中很容易被深度氧化，产率很低，所能达到的技术水平离工业化要求还有较大差距，目前天然气的化工利用研究更多采用间接转化制合成气途径。作为费托合成的原料，摩尔比(H2/C0)等于2的合成气的生产是目前研究的重点。氢能作为未来的理想能源其制备方法目前较多，形成规模化的主要有:含烃化石燃料转化制氢、电解水制氢等。目前，世界上约95%的氢是通过含烃化石燃料转化制备，而这其中最具规模化的工艺是天然气蒸汽重整(CH4+H20 — C0+3H2)，该过程生产技术较为成熟，但能耗和生产成本都高，设备投资大，产物为一氧化碳(CO)和氢气(H2)的混合气体，如要单独利用其中的氢气(H2)，就势必增加分离成本。因此研究开发廉价的制氢新工艺或其它制氢新技术具有重大意义。膜分离技术被认为是20世纪末至21世纪中期最有发展前途的高新技术之一。催化膜反应器即是膜反应器中一个重要的分支。膜具有催化和分离双重功能，最近催化膜反应器的发展主要集中在石油化工和某些精细化工领域，如催化加氢反应及烃类催化氧化反应等。以往的催化膜反应器结构较为复杂，产量低，既要设计有膜装填区，又要设计有催化剂装填区，大大制约了其应用范围，成本也相应较高。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种反应连续、操作简便、产量较高的管式载氧膜型反应装置。本实用新型的技术方案是:一种连续独立制取氢气和合成气的管式载氧膜型反应装置，包括容器1、管式载氧催化膜2、进气管3、出气口 I 4、进气口 5、密封盖7、出气口 II 8。管式载氧催化膜2装在容器I内，密封盖7穿过管式载氧催化膜2上端并与容器I顶端密封连接，进气管3置于管式载氧催化膜2内并通过密封盖7固定，容器I底端设有出气口 II 8，管式载氧催化膜2上端设有出气口 I 4，密封盖7的一侧设有进气口 5。所述管式载氧催化膜2还装有控温装置6。所述进气管3伸入至距离管式载氧催化膜2底部表面2 4mm处。所述管式载氧催化膜2的担体采用非对称多孔膜，膜孔径为2-100微米。管式载氧催化膜的担体采用A1203或Si02非对称多孔膜，载氧催化剂活性组分为金属氧化物及其复合物，载氧催化剂均匀分布于担体的两侧。容器1、进气管3为石英管或不锈钢管。[0012]本实用新型的工作原理是:甲烷从容器I进气口 5进入容器I内部，与管式载氧催化膜2外部的活性组分发生反应。其中晶格氧发生变化生成合成气(H2+C0)，产物气体从容器I的出气口 II 8排出进行收集；水蒸气从进气管3进入管式载氧催化膜2内部，与管式载氧催化膜2充分接触，补充或减少载氧催化膜活性组分中变化的晶格氧，生成氢气，从管式载氧催化膜2上端的出气口 I 4排出进行收集。反应维持在一个动态平衡下，氢气和合成气连续不断产出。本实用新型的有益效果是:设备简单，整套设备共采用一个容器和一个管式载氧催化膜，使膜反应器实现结构简化；本装置将膜材料和催化剂高效耦合，解决了以往膜反应中催化剂装填问题；具有良好的稳定性，产物、副产物浓度高，长时间连续反后载氧催化性能没有明显下降；产物和副产物分开收集，减少分离成本；管式载氧催化膜有效面积大，增
加产量。
图1为本实用新型主视示意图；图中各标号为:1:容器,2:管式载氧催化膜,3:进气管,4:出气口 I ,5:进气口，6:控温装置，7:密封盖，8:出气口 II。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的内容并不限于所述范围。实施例1:如图所示，一种连续独立制取氢气和合成气的管式载氧膜型反应装置，包括容器1、管式载氧催化膜2、进气管3、出气口 I 4、进气口 5、密封盖7、出气口 II 8。管式载氧催化膜2装在容器I内，密封盖7穿过管式载氧催化膜2上端并与容器I顶端密封连接，进气管3置于管式载氧催化膜2内并通过密封盖7固定，容器I底端设有出气口 II 8，管式载氧催化膜2上端设有出气口 I 4，密封盖7的左侧设有进气口 5。管式载氧催化膜2还装有控温装置6。进气管3伸入至距离管式载氧催化膜2底部表面2_处。管式载氧催化膜2的担体采用非对称多孔膜，膜孔径为2微米。实施例2:如图所示，一种连续独立制取氢气和合成气的管式载氧膜型反应装置，包括容器1、管式载氧催化膜2、进气管3、出气口 I 4、进气口 5、密封盖7、出气口 II 8。管式载氧催化膜2装在容器I内，密封盖7穿过管式载氧催化膜2上端并与容器I顶端密封连接，进气管3置于管式载氧催化膜2内并通过密封盖7固定，容器I底端设有出气口 II 8，管式载氧催化膜2上端设有出气口 I 4，密封盖7的右侧设有进气口 5。管式载氧催化膜2还装有控温装置6。进气管3伸入至距离管式载氧催化膜2底部表面4_处。管式载氧催化膜2的担体采用非对称多孔膜，膜孔径为100微米。实施例3:如图所示，一种连续独立制取氢气和合成气的管式载氧膜型反应装置，包括容器1、管式载氧催化膜2、进气管3、出气口 I 4、进气口 5、密封盖7、出气口 II 8。管式载氧催化膜2装在容器I内，密封盖7穿过管式载氧催化膜2上端并与容器I顶端密封连接，进气管3置于管式载氧催化膜2内并通过密封盖7固定，容器I底端设有出气口 II 8，管式载氧催化膜2上端设有出气口 I 4，密封盖7的右侧设有进气口 5。管式载氧催化膜2还装有控温装置6。进气管3伸入至距离管式载氧催化膜2底部表面3mm处。管式载氧催化膜2的担体采用非对称多孔膜，膜孔径为50微米。实施例4:如图所示，一种连续独立制取氢气和合成气的管式载氧膜型反应装置，包括容器1、管式载氧催化膜2、进气管3、出气口 I 4、进气口 5、密封盖7、出气口 II 8。管式载氧催化膜2装在容器I内，密封盖7穿过管式载氧催化膜2上端并与容器I顶端密封连接，进气管3置于管式载氧催化膜2内并通过密封盖7固定，容器I底端设有出气口 II 8，管式载氧催化膜2上端设有出气口 I 4，密封盖7的左侧设有进气口 5。进气管3伸入至距离管式载氧催化膜2底部表面2mm处。管式载氧催化膜2的担体采用非对称多孔膜，膜孔径为2微米。实施例5:如图所示，一种连续独立制取氢气和合成气的管式载氧膜型反应装置，包括容器1、管式载氧催化膜2、进气管3、出气口 I 4、进气口 5、密封盖7、出气口 II 8。管式载氧催化膜2装在容器I内，密封盖7穿过管式载氧催化膜2上端并与容器I顶端密封连接，进气管3置于管式载氧催化膜2内并通过密封盖7固定，容器I底端设有出气口 II 8，管式载氧催化膜2上端设有出气口 I 4，密封盖7的左侧设有进气口 5。实施例6:如图所示，一种连续独立制取氢气和合成气的管式载氧膜型反应装置，包括容器1、管式载氧催化膜2、进气管3、出气口 I 4、进气口 5、密封盖7、出气口 II 8。管式载氧催化膜2装在容器I内，密封盖7穿过管式载氧催化膜2上端并与容器I顶端密封连接，进气管3置于管式载氧催化膜2内并通过密封盖7固定，容器I底端设有出气口 II 8，管式载氧催化膜2上端设有出气口 I 4，密封盖7的左侧设有进气口 5。管式载氧催化膜2还装有控温装置6。进气管3伸入至距离管式载氧催化膜2底部表面2_处。管式载氧催化膜2的担体采用Al2O3非对称多孔膜，膜孔径为2微米。采用Al2O3作为担体，用溶胶凝胶法将摩尔比为2:1的镨锆复合氧化物浸涂于表面，制成管式载氧催化膜，原料气甲烷从进气口 5进入容器1，与管式载氧催化膜2的活性组分发生反应使膜材料中晶格氧不断失去生成合成气，合成气从容器I底部的出气口 II 8排出进行收集；水蒸气从进气管3进入管式载氧催化膜2内部，到达管式载氧催化膜表面上方，补充管式载氧催化膜材料失去的晶格氧，生成氢气，从管式载氧催化膜2上端的出气口I 4排出进行收集。反应维持在一个动态平衡下，合成气和氢气连续不断产出。实施例7:如图所示，一种连续独立制取氢气和合成气的管式载氧膜型反应装置，包括容器1、管式载氧催化膜2、进气管3、出气口 I 4、进气口 5、密封盖7、出气口 II 8。管式载氧催化膜2装在容器I内，密封盖7穿过管式载氧催化膜2上端并与容器I顶端密封连接，进气管3置于管式载氧催化膜2内并通过密封盖7固定，容器I底端设有出气口 II 8，管式载氧催化膜2上端设有出气口 I 4，密封盖7的左侧设有进气口 5。管式载氧催化膜2还装有控温装置6。进气管3伸入至距离管式载氧催化膜2底部表面2.5_处。管式载氧催化膜2的担体采用Si2O3非对称多孔膜，膜孔径为70微米。采用Si2O3作为担体，用浸溃法将摩尔比为3:1的铈铁复合氧化物浸涂于表面，制成管式载氧催化膜，原料气甲烷从进气口 5进入容器1，与管式载氧催化膜2的活性组分发生反应使膜材料中晶格氧不断失去生成合成气，合成气从容器I底部的出气口 II 8排出进行收集；水蒸气从进气管3进入管式载氧催化膜2内部，到达管式载氧催化膜表面上方，补充管式载氧催化膜材料失去的晶格氧，生成氢气，从管式载氧催化膜2上端的出气口 I 4排出进行收集。反应维持在一个动态平衡下，合成气和氢气连续不断产出。
权利要求1.一种连续独立制取氢气和合成气的管式载氧膜型反应装置，其特征在于:包括容器(I)、管式载氧催化膜(2)、进气管(3)、出气口 I (4)、进气口(5)、密封盖(7)、出气口 II (8)；管式载氧催化膜(2)装在容器(I)内，密封盖(7)穿过管式载氧催化膜(2)上端并与容器(I)顶端密封连接，进气管(3 )置于管式载氧催化膜(2 )内并通过密封盖(7 )固定，容器(I)底端设有出气口 II (8)，管式载氧催化膜(2)上端设有出气口 I (4)，密封盖(7)的一侧设有进气口(5)。
2.根据权利要求1所述的连续独立制取氢气和合成气的管式载氧膜型反应装置，其特征在于:所述管式载氧催化膜(2)还装有控温装置(6)。
3.根据权利要求1或2所述的连续独立制取氢气和合成气的管式载氧膜型反应装置，其特征在于:所述进气管(3)伸入至距离管式载氧催化膜(2)底部表面2 4mm处。
4.根据权利要求1所述的连续独立制取氢气和合成气的管式载氧膜型反应装置，其特征在于:所述管式载氧催化膜(2)的担体采用非对称多孔膜，膜孔径为2-100微米。
5.根据权利要求3所述的连续独立制取氢气和合成气的管式载氧膜型反应装置，其特征在于:所述管式载氧催化膜(2)的担体采用非对称多孔膜，膜孔径为2-100微米。
专利摘要本实用新型涉及一种连续独立制取氢气和合成气的管式载氧膜型反应装置，属于化工设备技术领域。本实用新型包括容器、管式载氧催化膜、进气管、出气口Ⅰ、进气口、密封盖、出气口Ⅱ。管式载氧催化膜装在容器内，密封盖穿过管式载氧催化膜上端并与容器顶端密封连接，进气管置于管式载氧催化膜内并通过密封盖固定，容器底端设有出气口Ⅱ，管式载氧催化膜上端设有出气口Ⅰ，密封盖的一侧设有进气口。本实用新型设备简单，整套设备共采用一个容器和一个管式载氧催化膜，使膜反应器实现结构简化。本装置将膜材料和催化剂高效耦合，解决了以往膜反应中催化剂装填问题，具有良好的稳定性，产物、副产物浓度高，长时间连续反后载氧催化性能没有明显下降。
文档编号C01B3/40GK203048585SQ20122054421
公开日2013年7月10日 申请日期2012年10月23日 优先权日2012年10月23日
发明者魏永刚, 王 华, 杜云鹏, 李孔斋, 祝星 申请人:昆明理工大学