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ProboStat CMR Reactor de Membrana Catalítica
ProboStat CMR
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Introducción
Las membranas cerámicas o metálicas densas, así como las de cerámica microporosa, encuentran aplicaciones potenciales para separar el oxígeno del aire, el hidrógeno de los gases de síntesis y el CO2 de los gases de combustión, todos ellos de gran importancia en diversas tecnologías energéticas para reducir las emisiones de CO2 del uso de combustibles fósiles. Además, pueden aplicarse en procesos de oxidación / reducción o hidrogenación / deshidrogenación. Se pueden usar como una membrana independiente (reactor de membrana, MR) o en combinación íntima con un catalizador (reactor de membrana catalítica, CMR). En este último, la membrana puede eliminar o agregar efectivamente un reactivo, cambiando el equilibrio termodinámico y por lo tanto el rendimiento y / o la selectividad.
Muchas membranas funcionan a temperaturas elevadas, especialmente las membranas cerámicas densas que utilizan la selectividad superior de la permeación de gases por el transporte ambipolar de iones y electrones. Para estos, las membranas tubulares, que generalmente tienen la membrana densa como una película delgada soportada por una estructura principal porosa ("membranas asimétricas"), ofrecen una buena alternativa a los conjuntos de membranas superpuestas monolíticas o planas de espacio eficiente durante las pruebas de laboratorio y la prueba de -concepto etapas. Las principales virtudes de la configuración tubular son la posibilidad de sellos fríos, fácil reemplazo de los tubos y enfoques geométricos relativamente simples para la integración con un catalizador y flujo de gas y análisis.
Sin embargo, la construcción de tales configuraciones de laboratorio para geometrías de membranas tubulares (como para otras) requiere mucho tiempo y es costosa, y ha habido una falta de estándares y productos comerciales. El sistema de soporte de muestras ProECStat de NorECs para caracterización eléctrica a altas temperaturas y en atmósferas controladas ha ganado un amplio uso y aceptación, y ahora está disponible como versión especializada para pruebas de reactor de membrana catalítica más optimizadas.
ProboStat normal
Un ProboStatTM es un soporte de muestra que puede acomodar una membrana de disco soportada y sellada en la parte superior de un tubo de soporte en la zona caliente, o una membrana tubular cerrada en la zona de alta temperatura, y sellada de otra manera al soporte de la muestra en la zona fría. Los tubos de soporte o tubos de membrana están sellados a un pedestal y forman una cámara interna, mientras que un tubo envolvente externo forma una cámara exterior. Con una versión normal de ProboStatTM, cada una de las dos cámaras tiene dos conexiones de gas (entrada y salida, cuatro en total) y una serie de conexiones eléctricas (4 para el interior y 12 para el exterior). Estos avances se pueden usar para electrodos, termopares y calentadores óhmicos internos, como también por ejemplo. sensores de oxigeno. El ProboStat es adecuado para mediciones eléctricas en muestras de muchas geometrías y, en el foco de esta nota, de permeación a través de discos o membranas tubulares.
Las siguientes figuras muestran esquemáticamente tres configuraciones diferentes con membranas tubulares. Los dos a la izquierda muestran una membrana tubular cerrada de tamaño mediano con un tubo de lavado de gas en el interior. La fotografía muestra la unidad base y el tubo de membrana, mientras que el esquema muestra también el tubo de lavado interno y un tubo envolvente exterior. Se puede usar un tubo de lavado para la cámara exterior, pero se omite en las figuras, por simplicidad. La tercera figura muestra el tubo de membrana en su lugar como el tubo interior más delgado, y el tubo de extremo abierto de tamaño mediano sirve para guiar el flujo de gas a lo largo del lado de la membrana. La figura de la derecha muestra este tubo guía lleno de un catalizador para que funcione como un reactor de membrana catalítica. Por supuesto, el catalizador también se puede colocar en la superficie (s) de los tubos de membrana en las otras dos configuraciones.
La figura de la izquierda de arriba muestra el devanado de un calentador óhmico interno (Pt10Rh) alrededor del área de la membrana activa. El uso de esto ayuda a alcanzar la temperatura de operación en la parte caliente de la membrana mientras se usa menos energía en el horno de tubo alrededor de la celda. Esto ayuda a evitar que se sobrecaliente el cuello de la unidad base y los sellos de los tubos en esa parte. También es posible utilizar un pequeño calentador óhmico de Pt10Rh dentro del tubo de la membrana para ayudar a reducir el gradiente de temperatura entre la membrana exterior e interior. Los termopares se pueden colocar en varios lugares para monitorear las temperaturas y los gradientes.
Cosas a tener en cuenta
El ProboStat y especialmente el ProboStatTM CMR son muy versátiles y ofrecen muchas posibilidades de configurar la permeación y otros experimentos. Todas las piezas en la zona caliente pueden reemplazarse fácilmente y pueden solicitarse en dimensiones y materiales estándar o personalizados de NorECs o pueden ser hechas por el cliente. Nosotros y el manual ayudamos con las dimensiones y consejos para este último caso. Pero ProboStatTM y, debido a sus usos típicamente exigentes, ProboStatTM CMR también tienen sus limitaciones y desafíos. Las configuraciones pueden ser tan complejas y basadas en los tubos y las dimensiones del usuario que el usuario debe responsabilizarse de que él mismo comprenda cómo se deben realizar y realizar las configuraciones y las medidas, y que las dimensiones de la cerámica están dentro de los límites.
Las dimensiones en los tubos son particularmente importantes. La longitud debería ser idealmente al menos 30 cm; por ejemplo, 5 cm de frío, 10 cm de zona de transición y 15 cm de zona caliente. Con tubos más cortos, uno debe comprometerse; la zona fría puede calentarse demasiado y con una vida útil más corta de sellos y piezas. La zona de transición se acorta y pone tensión en los tubos. Y la zona caliente se vuelve corta y potencialmente menos homogénea.
Los tubos cortos pueden prolongarse con tubos elevadores de metal o cerámica, pero esto requiere el uso de un sello caliente.
El grosor de los tubos también es crítico. El espacio interior del tubo envolvente ProboStatTM es de unos 30 mm de diámetro. Esto limita el diámetro exterior de la membrana y los tubos medios. Idealmente, un tubo de membrana tiene un diámetro exterior de alrededor de 10 mm. Del mismo modo, el diámetro interno de los tubos de membrana no debe ser demasiado pequeño, ya que los tubos de lavado de gas, los calentadores y los termopares no pueden encajar.
La rectitud de los tubos y la alineación correcta durante el pegado también son importantes si los tubos son largos, ya que varios tubos corren uno dentro del otro.
En general, la configuración de las pruebas de permeación de membrana ProboStatTM normales con membranas tubulares es bastante sencilla a menos que los tubos sean demasiado cortos, mientras que la posibilidad adicional del quinto gas de la versión CMR requiere un análisis más cuidadoso de los diámetros y otros detalles. Ayudamos al cliente a obtener las mejores partes posibles, pero el cliente debe asumir la responsabilidad de entender lo que quiere configurar.
Las piezas en la zona caliente, como los calentadores óhmicos, pueden tener una vida útil limitada. Pueden ser reparados por el usuario o ordenados a NorECs.
Un ProboStatTM CMR se puede usar como un ProboStatTM normal para las pruebas de permeación y catalíticas al no usar la 5ta conexión de gas y al usar la toma normal en lugar del especial CMR.
En una versión especial, todas las entradas de electrodo normales se reemplazan con un cable de compensación para permitir un mayor número de termopares en la zona caliente: 7 en total.
Estos artículos se refieren a ProboStat u otros productos NORECS, filtrados con palabras clave: 'CMR'
Conversión directa de metano a compuestos aromáticos en un reactor de membrana coiónico catalítico
Autores: S.H.Morejudo, R.Zanon, S.escolastico, I. Yuste-Tirados, H. Malerød-Fjeld, P.K. Vestre, W.G.Coors, A.Martinez, T.Norby, J.M.Serra, C.Kjølseth
Fuente: Ciencia, Volumen: 353, Número: 6299, Páginas: 563-566
Editor: Asociación Americana para el Avance de la Ciencia (AAAS), ISBN: Imprimir ISSN: 0036-8075 En línea ISSN: 1095-9203, Hora de publicación: 2016-08
Resumen: La deshidroaromatización con metano no oxidativo (MDA: 6CH4 ↔ C6H6 + 9H2) utilizando catalizadores de Mo / zeolita de forma selectiva es una tecnología clave para la explotación de las reservas de gas natural trenzadas mediante la conversión directa en líquidos transportables. Sin embargo, esta reacción enfrenta dos problemas principales: la conversión de un solo paso está limitada por la termodinámica, y el catalizador se desactiva rápidamente a través de la formación de coque favorecida cinéticamente. Mostramos que la integración de una membrana basada en BaZrO3 electroquímica que exhibe conductividad de iones de óxido y protones en un reactor MDA da lugar a altos rendimientos aromáticos y mejora la estabilidad del catalizador. Estos efectos se originan en la extracción simultánea de hidrógeno y la inyección distribuida de iones de óxido a lo largo de la longitud del reactor. Además, demostramos que el reactor de membrana coiónico electroquímico permite altas eficiencias de carbono (hasta un 80%) que mejoran la viabilidad del proceso tecnoeconómico. El gas metano es caro de enviar. Por lo general, se convierte en monóxido de carbono e hidrógeno y luego se licua. Esto es económicamente viable solo en escalas muy grandes. Por lo tanto, el metano producido en pequeñas cantidades en lugares remotos se quema o no se extrae. Una alternativa prometedora es la conversión a benceno e hidrógeno con catalizadores de molibdenumzeolita. Desafortunadamente, estos catalizadores se desactivan debido a la acumulación de carbono; Además, el hidrógeno debe eliminarse para impulsar la reacción. Morejudo et al. resuelva estos dos problemas con un reactor de membrana BaZrO3 de estado sólido que elimina electroquímicamente el hidrógeno y suministra oxígeno para suprimir la acumulación de carbono.
Palabras clave: CMR, MDA, reactor de membrana catalítica, ZSM-5, MCM-22, FBR, FBR-PolyM, Pd-CMR, CMR coiónica, FT, unidad base ProboStat CMR (NorECs)
BaZrO3 Enlace