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大連化物所透氧陶瓷膜氫分離研究取得進(jìn)展

分離提純是氫氣生產(chǎn)面臨的最大問題之一，費(fèi)用高昂。迄今，廣泛研究的氫氣分離純化用的膜主要為鈀及鈀合金膜，但它們在一些氣氛下不能穩(wěn)定存在，例如H2S；之后研究了可在H2S氣氛下穩(wěn)定存在的質(zhì)子導(dǎo)體型陶瓷膜，但是限于質(zhì)子導(dǎo)體電導(dǎo)率的不足，難以用于實(shí)際應(yīng)用。日前中國科學(xué)院大連化物所楊維慎和朱雪峰帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)研制出一種非對稱透氧陶瓷膜用于氫分離，在900℃下氫滲透速率高達(dá)16.2mL/(cm2·min)，比常見的質(zhì)子導(dǎo)體型透氫膜高了1～2個數(shù)量級，可與鈀基金屬膜媲美；并且該陶瓷膜在含H2S氣氛中可以長期穩(wěn)定工作，保持性能不衰減。

此前該研究團(tuán)隊(duì)在混合導(dǎo)體透氧膜反應(yīng)器中一步同時制備合成氨原料氣和合成液體燃料原料氣的研究中也取得進(jìn)展。該創(chuàng)新性概念是在膜i側(cè)通入水蒸汽和空氣，膜ii側(cè)通入天然氣(甲烷)，高溫下膜i側(cè)空氣中的氧和水分解生成的氧通過透氧膜到達(dá)膜ii側(cè)與甲烷反應(yīng)生成液體燃料合成氣（n(H2)/n(CO)=2），同時膜i側(cè)流出氣體經(jīng)冷凝干燥后即可得到氨合成氣(n(H2)/n(N2)=3)。結(jié)果表明，在膜反應(yīng)器中，可以同時獲得18.8mL/(cm2·min)的氨合成氣生成速率和45.6mL/ (cm2·min)的液體燃料合成氣生成速率，即：一個同時年產(chǎn)30萬噸氨和100萬噸甲醇的工廠，所需膜面積約7500m2，反應(yīng)器體積僅為75m3，體現(xiàn)了高度的過程強(qiáng)化。此外，能耗比現(xiàn)有工業(yè)過程降低63%；膜反應(yīng)器無飛溫和爆炸風(fēng)險；環(huán)境友好，無直接CO2排放以及氨合成氣清潔，無有害氣體，如CO、H2S等。

（王熙庭）