甲烷部分氧化LSF中空纖維膜反應(yīng)器性能研究.pdf

1、采用溶膠-凝膠法（sol-gel）合成了La0.7Sr0.3FeO3-δ（LSF）鈣鈦礦型陶瓷粉體。利用掃描電子顯微鏡（SEM）、X-射線衍射儀（XRD）對(duì)合成的LSF粉體進(jìn)行了物相純度和粒度表征。結(jié)果表明：800℃下煅燒4h即能得到具有單一鈣鈦礦結(jié)構(gòu)、粒度小于200nm的LSF陶瓷粉體。
　　采用相轉(zhuǎn)化-燒結(jié)技術(shù)制備了致密的LSF中空纖維陶瓷膜。通過(guò)控制添加劑種類與用量、芯液組成及燒結(jié)工藝對(duì)LSF中空纖維膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。測(cè)定

2、了不同結(jié)構(gòu)的LSF中空纖維膜的微觀結(jié)構(gòu)、氣密性、孔隙率、機(jī)械強(qiáng)度及透氧等性能。結(jié)果表明：在鑄膜液中添加2.9wt％的P135作添加劑，采用30wt%EtOH-70wt%NMP混合液作芯液，1350℃下燒結(jié)4h得到的中空纖維膜具有內(nèi)側(cè)為指狀孔，外側(cè)為海綿層的高度非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其抗彎強(qiáng)度和孔隙率分別達(dá)到131.0Mpa、46.8%。添加劑、芯液及燒結(jié)溫度等因素對(duì)中空纖維膜的孔結(jié)構(gòu)具有很大影響，而纖維膜的孔結(jié)構(gòu)直接影響其氣密性、孔隙率及機(jī)械強(qiáng)度

3、等性能。
　　采用等體積浸漬法制備了Ni/γ-Al2O3催化劑，在微管式固定床反應(yīng)器中測(cè)定了其對(duì)甲烷催化部分氧化（POM）反應(yīng)的催化性能。結(jié)果表明：自制的Ni基催化劑具有良好的催化活性及穩(wěn)定性。900℃下，甲烷轉(zhuǎn)化率達(dá)到98.9%，CO及H2選擇性均超過(guò)94.0%。100h催化穩(wěn)定性測(cè)試中未見催化性能下降。
　　采用填充和浸漬涂覆方法分別將致密的LSF中空纖維膜與高活性的Ni/γ-Al2O3催化劑組裝成甲烷部分氧化制備合成氣

4、膜反應(yīng)器（MR）。POM反應(yīng)前后的LSF中空纖維膜經(jīng)XRD與SEM測(cè)定均呈現(xiàn)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)物相；反應(yīng)后的中空纖維膜與反應(yīng)前的相比反應(yīng)側(cè)表面呈疏松多孔狀態(tài)。在中空纖維膜內(nèi)通入空氣，膜外通入甲烷和氦氣的混合氣進(jìn)行POM反應(yīng)測(cè)試，并測(cè)定反應(yīng)過(guò)程中LSF中空纖維膜的透氧性能。結(jié)果表明：在900℃下，甲烷轉(zhuǎn)化率、CO和H2選擇性分別達(dá)到99.9%、50%和59.3%，產(chǎn)物中的H2/CO比接近2。POM反應(yīng)過(guò)程中測(cè)得LSF中空纖維膜的透氧量高達(dá)9.6m