膜反应器
膜反应器(membranereactor , MR)是钯复合膜最重要的应用领域,可用于烃类和醇类水蒸汽重整制氢。
Tong等采用管式膜反应器研究了不同温度、压力以及空速条件下甲烷水蒸汽重整过程,反应管内壁镀有6μm厚的钯膜 ,催化剂置于环隙中。甲烷转化率、氢气收率高达96.9 %和90.4% ,而产氢能力可达180ml/min。Ferreira-Aparicio等通过调节吹扫气流速、原料气组成 ,使用不同催化剂使甲烷水蒸汽重整制氢的收率高达95 % ,而且积碳量较小。
Kikuchi等考察了催化剂装填模式的影响,认为在反应区与氢渗透区之间应该装填足够量的催化剂,这样可以达到提高过程效率、节约膜面积的目的。Barbieri等借助数学模型研究了管式膜反应器的热效应及其对甲烷转化率的影响。Lasa等使用156μm厚的钯膜进行催化重整过程研究,发现甲烷的最高转化率比平衡转化率高20 %。Lin等的实验结果也显示,甲烷转化率比热力学平衡转化率高15 %。
在Han等的实验中,甲醇与水蒸汽催化转化之后,富氢产物进入由数十根25μm厚钯铜合金膜管组成的纯化器中进行处理, 可制备出纯度高达99.995%的氢气 ,处理能力达10Nm3/h ,氢气收率为75 %。该装置结构紧凑 ,易于搬运。Lin等设计了双夹层膜反应器用于甲醇水蒸汽重整,可以同时完成甲醇的水蒸汽重整和水煤气变换反应。催化剂装填在内侧的环隙中,反应产物为氢气、一氧化碳和二氧化碳。氢气通过内层的钯膜移出 ,而剩余气体进入装有催化剂的外层进行变换反应 ,反应过程在300—400℃温度范围内进行。可产出99.9 %的氢气,处理能力为 5 m3/h·m2。另外 ,由于外层反应产生的热量可以补偿内层所需的热量 ,热效率高于普通反应器。Itoh等观测到透过氢气的返回会影响甲醇水蒸汽重整的转化率。他们的实验结果表明,使用吹扫气和加长催化剂床层可以有效地解决这一问题。