膜反应器制造技术

膜反应器(1)具备催化剂层(21)、分离膜(3)以及缓冲层(22)。催化剂层(21)包含使从含有氢以及氧化碳的原料气体向液体燃料的转化反应进行的催化剂。分离膜(3)使作为转化反应的副产物的水蒸气透过。缓冲层(22)配置于分离膜(3)与催化剂层(21)之间，使水蒸气通过至分离膜(3)侧。膜(3)侧。膜(3)侧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】膜反应器


[0001]本专利技术涉及膜反应器。

技术介绍

[0002]近年来，开发了一种膜反应器，其在从含有氢和氧化碳(一氧化碳、二氧化碳等)的原料气体向液体燃料(甲醇等在常温常压下为液体状态的燃料)的转化反应中，通过分离作为副产物的水蒸气而能够提高转化效率。
[0003]在专利文献1中公开了一种膜反应器，其具备：使从含有二氧化碳以及氢的原料气体向甲醇的转化反应进行的催化剂；以及使作为转化反应的副产物的水蒸气透过的分离膜。在先技术文献专利文献
[0004]专利文献1：日本特开2018
‑
8940号公报

技术实现思路

专利技术所要解决的课题
[0005]但是，在专利文献1所记载的膜反应器中，由于催化剂与分离膜直接接触，因此当催化剂用反应热加热时，有可能在分离膜产生以与催化剂的接触点为起点的裂缝。
[0006]本专利技术鉴于上述状况而作，其目的在于提供一种能够抑制分离膜的裂缝的膜反应器。用于解决课题的手段
[0007]本专利技术所涉及的膜反应器具备催化剂层、分离膜以及缓冲层。催化剂层包含使从含有氢以及氧化碳的原料气体向液体燃料的转化反应进行的催化剂。分离膜使作为转化反应的副产物的水蒸气透过。缓冲层配置于分离膜与催化剂层之间，使水蒸气通过至分离膜侧。专利技术效果
[0008]根据本专利技术，能够提供一种能够抑制分离膜的裂缝的膜反应器。
附图说明
[0009]图1是膜反应器的立体图。图2是图1的A
‑
A剖视图。图3是变形例3所涉及的膜反应器的剖视图。
具体实施方式
[0010]接着，参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。但是，附图是示意性的，存在各尺寸的比率等与现实不同的情况。
[0011](膜反应器1)图1是膜反应器1的立体图。在图1中，部分地示出了膜反应器1的剖面构造。
[0012]膜反应器1用于使原料气体向液体燃料转化。原料气体含有氢以及氧化碳。作为氧化碳，例如可举出一氧化碳、二氧化碳以及它们的混合物。液体燃料只要是在常温常压下为液体状态的燃料即可，例如可举出甲醇、乙醇、由C
n
H
2(m－2n)
(m、n为小于30的整数)表示的液体燃料、以及它们的混合物。
[0013]例如，通过将包含一氧化碳、二氧化碳以及氢的原料气体在催化剂存在下进行接触氢化来合成甲醇时的反应式如下所示。
[0014][0014][0014][0015]上述反应均为平衡反应，为了提高转化率以及反应速度这两者，优选在高温高压下(例如200℃以上、2MPa以上)进行反应。液体燃料在合成的时间点为气体状态，至少从膜反应器1流出之前的期间维持气体状态不变。膜反应器1优选具有与液体燃料的制造条件相应的耐热性以及耐压性。
[0016]本实施方式所涉及的膜反应器1通过分离作为从原料气体向液体燃料的转化反应的副产物的水蒸气，能够利用平衡位移效应来进一步提高转化效率。通过利用平衡位移效应，能够使上述式(1)～(3)的反应平衡向生成物侧移动。
[0017]膜反应器1具有多孔质基材2、分离膜3、第一密封部4以及第二密封部5。
[0018]多孔质基材2具有沿长度方向延伸的整块形状。所谓整块形状，是指具有在长度方向上贯通的多个隔室的形状，是包含蜂窝形状的概念。
[0019]在本实施方式中多孔质基材2形成为圆柱状，但多孔质基材2的形状并无特别限定。多孔质基材2的尺寸没有特别限定，例如能够设为长度150以上且2000mm以下、宽度30以上且220mm以下。
[0020]多孔质基材2在内部具有排列成3列的非透过侧隔室C1、排列成7列的透过侧隔室C2、3条供给狭缝S1以及3条排出狭缝S2。
[0021]各非透过侧隔室C1的长度方向两端由封孔部2a密封。各透过侧隔室C2的长度方向两端分别在第一密封部4以及第二密封部5开口。
[0022]各供给狭缝S1形成为贯通各列的非透过侧隔室C1。各供给狭缝S1配置于长度方向上的多孔质基材2的一端部侧。各排出狭缝S2形成为贯通各列的非透过侧隔室C1。各排出狭缝S2配置于长度方向上的多孔质基材2的另一端部侧。
[0023]原料气体经由各供给狭缝S1而供给到各列的非透过侧隔室C1。供给到非透过侧隔室C1的原料气体通过后述的催化剂层21所包含的催化剂而向液体燃料转化。所生成的液体燃料经由各排出狭缝S2从各列的非透过侧隔室C1排出。
[0024]分离膜3形成于各透过侧隔室C2的内表面。分离膜3使作为转化反应的副产物的水蒸气透过。分离膜3优选具有1000nmol/(s
·
Pa
·
m2)以上的水蒸气透过系数。水蒸气透过系数越大，越能够使在催化剂层21中生成的水蒸气向透过侧隔室C2移动，因此上述式(2)、(3)的反应平衡向生成物侧移动，能够在更平稳的制造条件下得到高的反应效率。水蒸气透过
系数能够利用已知的方法(参照Ind.Eng.Chem.Res.,40,163
‑
175(2001))来求取。
[0025]分离膜3优选不使水蒸气以外的成分(即氢、氧化碳以及液体燃料)透过。具体而言，分离膜3优选具有1000以上的分离系数。分离系数越大，越容易使水蒸气透过、并且越难以使水蒸气以外的成分透过。分离系数能够通过已知的方法(参照“Separation and Purification Technology 239(2020)116533”的图1)来求取。
[0026]作为分离膜3，能够使用无机膜。无机膜具有耐热性、耐压性、耐水蒸气性，故而优选。作为无机膜，可举出沸石膜、二氧化硅膜、氧化铝膜、它们的复合膜等。特别是，硅元素(Si)与铝元素(Al)的摩尔比(Si/Al)为50以下的沸石膜由于水蒸气透过性优异，因而优选。
[0027]透过分离膜3而流入透过侧隔室C2的水蒸气从第一密封部4以及第二密封部5各自的开口排出。或者，也可以通过从第一密封部4的开口供给吹扫气体，使水蒸气与吹扫气体一起从第二密封部5的开口排出。作为吹扫气体，例如，能够使用氮、空气等。
[0028]第一密封部4以及第二密封部5覆盖多孔质基材2的两端面，使得从透过侧隔室C2排出的水蒸气不浸润多孔质基材2。但是，第一密封部4以及第二密封部5分别不包覆透过侧隔室C2的两端。第一密封部4以及第二密封部5能够由玻璃、金属、橡胶、树脂等构成。
[0029](多孔质基材2)图2是图1的A
‑
A剖视图。
[0030]多孔质基材2支承分离膜3。多孔质基材2具有催化剂层21以及缓冲层22。在本实施方式中，催化剂层21以及缓冲层22配置于分离膜3的非透过侧。
[0031]催化剂层21是由多孔质材料和使上述转化反应进行的催化剂构成的多孔体。
[0032]催化剂层21的平均细孔径能够设为5μm以上且25μm以下。催化剂层21的平均细孔径能够通过水银压入法来测定。催化剂层21的气孔率能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种膜反应器，其具备：催化剂层，其包含使从含有氢以及氧化碳的原料气体向液体燃料的转化反应进行的催化剂；分离膜，其使作为所述转化反应的副产物的水蒸气透过；以及缓冲层，其配置于所述分离膜与所述催化剂层之间，使所述水蒸气通过至所述分离膜侧。2.一种膜反应器，其具备：催化剂层，其包含使从含有氢以及氧化碳的原料气体向液体燃料的转化反应进行的催化剂；分离膜，其使所述液体燃料透过；以及缓冲层，其配置于所述分离膜与所述催化剂层之间，使所述液体燃料通过至所述分离膜侧。3.根据权利要求1或2所述的膜反应器，其中，所述缓冲层以及所述催化剂层配置...

【专利技术属性】
技术研发人员：菅博史，鸟井淳史，饭田和希，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：