焦炉煤气在透氧膜反应器中的重整机理

通过实验设计和透氧量测定研究焦炉煤气(coke-oven-gas,COG)或天然气中的甲烷在透氧膜反应器中的部分氧化重整途径,提出反应器内的"重整-透氧"机理模型.在由混合导体和催化床构成的透氧膜反应器中,催化床主要实现甲烷裂解和催化重整的功能,在膜表面处的催化金属微粒完成了还原性气体的"吸附—溢流—氧化"过程,进而强化混合导体内部的氧离子传导.     

BaCo_(0.7)Fe_(0.2)Nb_(0.1)O_(3-δ)钙钛矿型混合导体透氧膜的性能

混合导体固体透氧膜与POM制氢工艺相耦合,可以较大幅度地降低制氢成本.由于透氧膜在高温、强还原性气氛下工作,仅仅具有较高的透氧能力并不能满足实际应用需求,还必须具有较高的化学稳定性.通过O2-TPD,CO2-TG及透氧实验研究了两种透氧能力最高的膜材料BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ及Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ.研究发现,由于Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ钙钛矿中A位的Sr2+被Ba2+取代及B位的Co4+部分被Nb5+取代,有效地提高了BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ钙钛矿材料的化学稳定性.     

BaCoO3基透氧材料的B位掺杂优化

采用传统的固相合成法制备BaCo_0.9-xFe_xNb_0.1O3-δ(BC0.9-xFxN0.1O, x=0.1,0.2,0.3,0.4)和BaCo_1-yNb_yO_3-δ(BC_1-yN_yO,y=0.10,0.12,0.14,0.16)混合导体透氧膜材料,较系统地研究Fe和Nb掺杂量对BC_0.9-xF_xN_0.1O和BC_1-yN_yO的晶体结构、晶粒大小、结构稳定性以及透氧率的影响.结果表明：Fe和Nb掺杂有助于提高BaCoO₃基钙钛矿材料的结构稳定性,但会降低材料的透氧能力;与Fe相比,Nb掺杂能够更有效地提高材料的高温化学稳定性,并细化晶粒;厚度为1 mm的BaCo_0.88Nb_0.12O_3-δ膜片在850 ℃和Air/He（110 mL·min^-1/80 mL·min^-1）的吹扫条件下,透氧率为2.02 mL·cm-²·min^-1.