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大连化物所透氧陶瓷膜氢分离研究取得进展

分离提纯是氢气生产面临的最大问题之一，费用高昂。迄今，广泛研究的氢气分离纯化用的膜主要为钯及钯合金膜，但它们在一些气氛下不能稳定存在，例如H2S；之后研究了可在H2S气氛下稳定存在的质子导体型陶瓷膜，但是限于质子导体电导率的不足，难以用于实际应用。日前中国科学院大连化物所杨维慎和朱雪峰带领的研究团队研制出一种非对称透氧陶瓷膜用于氢分离，在900℃下氢渗透速率高达16.2mL/(cm2·min)，比常见的质子导体型透氢膜高了1～2个数量级，可与钯基金属膜媲美；并且该陶瓷膜在含H2S气氛中可以长期稳定工作，保持性能不衰减。

此前该研究团队在混合导体透氧膜反应器中一步同时制备合成氨原料气和合成液体燃料原料气的研究中也取得进展。该创新性概念是在膜i侧通入水蒸汽和空气，膜ii侧通入天然气(甲烷)，高温下膜i侧空气中的氧和水分解生成的氧通过透氧膜到达膜ii侧与甲烷反应生成液体燃料合成气（n(H2)/n(CO)=2），同时膜i侧流出气体经冷凝干燥后即可得到氨合成气(n(H2)/n(N2)=3)。结果表明，在膜反应器中，可以同时获得18.8mL/(cm2·min)的氨合成气生成速率和45.6mL/ (cm2·min)的液体燃料合成气生成速率，即：一个同时年产30万吨氨和100万吨甲醇的工厂，所需膜面积约7500m2，反应器体积仅为75m3，体现了高度的过程强化。此外，能耗比现有工业过程降低63%；膜反应器无飞温和爆炸风险；环境友好，无直接CO2排放以及氨合成气清洁，无有害气体，如CO、H2S等。

（王熙庭）