一种膜装置与制备膜的方法及生产氢气的方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种方法、装置及制造装置的方法；全部用于生产氢气，特别是合成气。本发明专利技术的优选实施方案包括在一侧用ＴｉＯ↓［２］修补基面涂层处理过的α氧化铝膜，和在对面另一侧的活性γ氧化铝层。将优选铑的金属催化剂沉积在氧化铝的孔内。氧气穿过该膜且在接触位于该膜另一侧的甲烷之前被活化，并通过与甲烷的部分氧化形成合成气。本发明专利技术的实施方案有许多优点，其包括高的氧气转化率（１００％）、使得可以使用优化的比率而没有爆炸危险的分开进料的甲烷和氧气料流、以及改变进料速度而不改变所形成产物的有利环境。回收自遥远的油井（例如海洋油井）中的通常为气态的烃因此可以转化成合成气，然后通过费－托型反应转化成通常为液态的烃。通常为液态的烃比通常为气态的烃更容易从遥远的油井运走。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种膜和制备该膜的方法，该膜特别而不专门地可用于石油和天然气勘探工业中的费-托法气体-至-液体生产中的制备合成气，或用于制备用作燃料的氢气。
技术介绍
尽管近几年海上石油生产稍有增加，但天然气(其主要由甲烷组成)的生产却出现显著增加。天然气经常是在从地下抽出液态烃如石油的过程中被抽取出来的，由于将天然气运输到陆地上的基础设施的缺乏，所以其经常是不受欢迎的。基础设施的缺乏可以解释为是由于天然气在它基础气态下难以安全和/或有效地运输的物理性质。因此天然气经常被燃烧(点燃)掉，这导致经济浪费和环境问题。因此可能理想的是将天然气转化成容易运输的一些其它物质，或以液体状态来运输天然气。这样，通过利用海上石油工业原地已有的用于运输液态烃的广泛的基础设施和技术，新油田的开发将更经济可行。用适于这种目的载于船只上的特殊结构的容器来运输液化天然气(LNG)的天然气是已知的。然而，这存在许多缺点，其包括；所需的难以按比例缩小至适于较小的开采油田的昂贵的加压设备、在运输中的气体损失(“蒸发”)、在运输中由于高压引起的对船只和全体船员的危险、高度易燃的气体和在用户端将LNG降压到可以使用的气态的需求。利用海上开采的天然气(CH4)的更好方法被认为是可以在靠近海上生产平台之上或之中将天然气转化成合成气(syngas)，合成气又可以用来制备气体、流体和化学品例如甲醇、氨，重要地是，可以容易地通过用开采石油同样的管线泵送原油。合成气包含一氧化碳(CO)和氢气(H2)的混合物。作为给读者的背景资料，合成气至液态烃的转化是一种在非均相催化剂的表面上进行的、在一氧化碳和氢气之间的链增长反应。催化剂为铁系催化剂或钴系催化剂，而反应为高放热的。温度、压力和催化剂决定产生的是轻合成油或重合成油。例如在330℃下主要生成汽油和烯烃，而在180℃至250℃下主要生成柴油和蜡。有两类主要的费-托反应器。垂直固定管型在通过加压沸水外冷的管中装有催化剂。在大型装置中，可以使用几个平行布置的垂直固定管型反应器以节约能量。另一种工艺使用淤浆反应器，其中将预热过的合成气进料到反应器的底部，并分散到由液态蜡和催化剂颗粒组成的淤浆中。当合成气呈泡状向上通过该淤浆时，它被分散并通过费-托反应而转化成更多的蜡。产生的热量通过产生供该工艺用蒸汽的反应器冷却盘管移走。此外，作为给读者的背景资料，该工艺见图7中所示。由此，如果可以将甲烷(或其它的气态烃)转化成合成气，然后转化成液态烃，就可以减轻以上所述的运输成本和运输困难。合成气可以通过甲烷的部分氧化来制备(尽管它更通常是通过甲烷和蒸汽在压力下的反应来制备的)。引起甲烷部分氧化的主要安全问题是因为要将甲烷和空气(或氧气)同时加到反应器中，因此存在爆炸的危险。在本领域中，已知具有相对致密的传导氧气的陶瓷膜的反应器可用于生产合成气(例如，WO 98/48921和WO 01/93987)。这些膜通过避免氧气和烃原料之间的直接接触而产生合成气，但为了获得必需的氧气流量该工艺需要使用非常高的温度。而且，由于致密意味着膜不得不尽可能薄，从而导致脆性和龟裂形成、效率的损失和操作使用寿命降低。在一些情况下，需要所述膜如此薄以至于它不能支持它自己的重量，因此不能在实际中使用。因此节省成本地将天然气(甲烷)转化成用于气体至液体生产的合成气将是一个重要的工业发展方向。氢气可以用作清洁燃料。然而，可通过使用可再生能源如太阳、风和水力生产的氢气的量目前不足以满足需求。至少在本世纪的前半个世纪内，利用天然气和/或由天然气来生产氢气看来可以成为可行的替代方案和最现实的解决方案。广泛利用天然气的进展的实例包括使用微型燃气轮机的小型热电联合系统的开发。另外，燃料电池有望成为一种高效率的发电系统。燃料电池除了在电动车辆上安装外预期还可用于住宅。燃料电池的家用可以同时提供热水和电。为了使固定式燃料电池工业化，必须确定可以选择的氢气发生技术。
技术实现思路
本专利技术的第一方面提供了一种装置，其包括第一室和第二室及隔开第一室和第二室的膜；所述膜包含无机载体和催化剂；所述膜适合于使第一反应物穿过所述膜从第一室到第二室；其中通过所述的穿过使第一反应物被催化剂赋予足够的能量，以便和第二反应物反应。本专利技术的第二方面提供了一种制备膜的方法，该方法包括提供载体；和将催化剂加到该载体上。优选第一反应物通过所述的穿过被催化剂赋予了足够的能量而活化，以便和第二反应物反应。优选赋予第一反应物的能量使第一反应物分子活化，不形成离子种，例如O2-。优选载体适合在超过250℃的温度下操作。优选所述载体包括无机载体。优选地，该膜最初包括粗糙的多孔无机载体。最优选地，所述膜最初包含粗糙的多孔陶瓷载体，例如α氧化铝。优选地，第一涂层改变所述载体的表面，更优选地，第一涂层使所述表面变粗糙。优选第一涂层选择性地改变孔的尺寸，更优选为改变孔的直径和弯曲度。优选通过将载体浸渍到可以包含修补基面涂层的溶液、例如包含浓缩的(retracting)金属氧化物溶液的溶液中来涂覆第一涂层。在优选的实施方案中，修补基面涂层溶液包含二氧化钛(TiO2)。通常，可以向载体的圆柱形外表面涂覆第一涂层。典型地，本方法还包括向载体的第二表面涂覆第二涂层的步骤，所述第二表面优选为载体的内表面，更优选为载体的孔的内表面。第二涂层优选包括流动(flux)控制层，且更优选第二涂层为多孔的无机层。最优选第二涂层包含γ氧化铝层。优选地，第二涂层是通过将载体浸渍到可以包含勃姆石溶液的溶液中来涂覆的。典型地，本方法还包括干燥载体和加热/烧制载体的步骤。典型地，第二涂层的浸渍-干燥-烧制顺序可以按照要求重复许多次。优选地，本方法还包括向膜表面涂覆催化剂的步骤。典型地，将催化剂涂覆到膜孔的内腔中。典型地，该催化剂包括金属或非金属的催化剂，更优选为金属的活性催化剂。最优选地，该催化剂包括活性铑。或者，催化剂可以包括镍。优选地，通过使渗透性溶液通过可以是膜的第一侧面的所述第一表面、和使阳离子或阴离子催化剂母体溶液通过可以是膜的另外一侧面的所述第二表面来将催化剂涂覆到所述表面，以使催化剂沉积在膜孔的内腔。优选地，渗透性溶液包含在室温下水溶液中的不同电解质和非电解质。更优选地，渗透性溶液包含蔗糖溶液。优选地，本方法还包括将膜加热到相对高温的步骤，还可以包括使氢气穿过膜孔以便发生煅烧的其它步骤。优选地，载体可以包含一层或多层的内部结构体如撑架(strut)以增加内腔体内表面的表面积。本专利技术的第三方面提供了一种生产氢气的方法，该方法包括提供一种膜，该膜包含载体和催化剂；使第一反应物穿过该膜从第一室到第二室；使第一反应物可以在穿过所述膜时与催化剂接触；使第一反应物具有足够的能量以便与第二反应物反应；使第一反应物与第二反应物反应生成氢气。优选地，该膜包含基本上环状的柱面，更优选第一室和第二室包含基本上圆柱形的横截面。更优选地，膜的侧壁将第一室和第二室隔开，而第二圆柱形室可以位于第一圆柱形室内。优选地，第二圆柱形室通过所述膜的内腔来限定。优选地，一部分膜是可透过的。或者，整个膜是可透过的。优选地，第一反应物穿过在膜的侧壁上形成的孔从第一室到第二室。或者，第二反应物穿过膜从第二室到第一室。优选地，第一反应物是氧气，第二反应物是烃。更优选第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，其包括第一室和第二室及隔开第一室和第二室的膜；所述膜包含载体和催化剂；所述膜适合于使第一反应物穿过所述膜从第一室到第二室；其中通过所述的穿过使第一反应物被催化剂赋予足够的能量，以便和第二反应物反应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华戈比纳，苏珊奥尔森，
申请(专利权)人：罗伯特戈登大学，
类型：发明
国别省市：GB[英国]