催化膜反应器

摘要

一种组件，其特征在于：或者包含由包含至少75体积％和至多100体积％式(I)：M_1-x-uM′_xM″_uM_1-y-vM′_yM″_vO_3-w的化合物的材料构成的致密层(CD1)，与所述致密层(CD1)相邻的由包含至少75体积％和至多100体积％式(II)：M_1-x-uM′_xM″_uM_1-y-vM′_yM″_vO_3-w的化合物的材料构成的多孔层(CP1)，和与所述致密层(CD1)相邻的由包含至少75体积％和至多100体积％式(III)：M_1-x-uM′_xM″_uM_1-y-vM′_yM″_vO_3-w的化合物的材料构成的催化层(CC1)；或者包含如上定义的致密层(CD1)、多孔层(CP1)、厚度为EC1的催化层(CC1)和插在所述催化层(CC1)和所述致密层(CD1)之间的由包含至少75体积％和至多100体积％式(IV)：M_1-x-uM′_xM″_uM_1-y-vM′_yM″_vO_3-w的化合物的材料构成的第二多孔层(CP2)，在该组件中，相邻层的化学元素中至少两种相同且一种元素不同。新型反应器用于通过天然气的氧化制造合成气。

主权项

1.以具有类似化学性质的材料的叠加层为基础的有序组件，其特征在于包含：或者：(a)-致密层CD1，其厚度为ED1，孔隙率不超过5体积％，所述致密层CD1由材料AD1构成，该材料包含，以其体积为100％计：(i)-至少75体积％和至多100体积％的式I的化合物C1，该化合物选自在使用温度为具有钙钛矿相氧化物离子空位的晶格形式的掺杂陶瓷氧化物：Mα1-x-u Mα′xMα″uMβ1-y-vMβ′yMβ″vO3-w (I)其中：-Mα代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mα′与Mα不同，代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mα″与Mα和Mα′不同，代表选自铝Al、镓Ga、铟In、铊Tl或选自碱土金属族的原子；-Mβ代表选自过渡金属的原子；-Mβ′与Mβ不同，代表选自过渡金属、铝Al、铟In、镓Ga、锗Ge、锑Sb、铋Bi、锡Sn或铅Pb的原子；-Mβ″与Mβ和Mβ′不同，代表选自过渡金属、碱土族金属、铝Al、铟In、镓Ga、锗Ge、锑Sb、铋Bi、锡Sn或铅Pb的原子；-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；-0≤v≤0.9；0≤(y+v)≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达25体积％的化合物C2，其与化合物C1不同，或者选自氧化物型材料；或者选自非氧化物型材料；或者选自镍Ni、铂Pt、钯Pd、或铑Rh；这些各种类型材料的金属合金或混合物；和(iii)-任选地，最多达2.5体积％的化合物C1-2，其由至少一种下式所示的化学反应制成：xFC1+yFC2→zFC1-2，在该公式中，FC1、FC2和FC1-2代表化合物C1、C2和C1-2各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；(b)-多孔层CP1，其厚度为EP1，体积孔隙率为20％至80％，与所述致密层CD1相邻，所述多孔层CP1由材料AP1构成，该材料包含，以其体积为100％计：(i)-至少75体积％和至多100体积％的式II的化合物C3，该化合物选自在使用温度为具有钙钛矿相氧化物离子空位的晶格形式的掺杂陶瓷氧化物：Mγ1-x-u Mγ′xMγ″uMδ1-y-vMδ′yMδ″vO3-w (II)其中：-Mγ代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mγ′与Mγ不同，代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mγ″与Mγ和Mγ′不同，代表选自铝Al、镓Ga、铟In、铊Tl或选自碱土金属族的原子；-Mδ代表选自过渡金属的原子；-Mδ′与Mδ不同，代表选自过渡金属、铝Al、铟In、镓Ga、锗Ge、锑Sb、铋Bi、锡Sn或铅Pb的原子；-Mδ″与Mδ和Mδ′不同，代表选自过渡金属、碱土族金属、铝Al、铟In、镓Ga、锗Ge、锑Sb、铋Bi、锡Sn或铅Pb的原子；-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；-0≤v≤0.9；-0≤(y+v)≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达25体积％的化合物C4，其与化合物C3不同，或者选自氧化物型材料；或者选自非氧化物型材料；或者选自镍Ni、铂Pt、钯Pd、或铑Rh；这些各种类型材料的金属合金或混合物；和(iii)-任选地，最多达2.5体积％的化合物C3-4，其由至少一种下式所示的化学反应制成：xFC3+yFC4→zFC3-4，在该公式中，FC3、FC4和FC3-4代表化合物C3、C4和C3-4各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；(c)和催化层CC1，其能够促进甲烷被气态氧不完全氧化成一氧化碳和氢的反应，所述催化层CC1的厚度为EC1，体积孔隙率为20％至80％，与所述致密层CD1相邻并由材料AC1构成，该材料包含，以其体积为100％计：(i)-至少10体积％和至多100体积％的式III的化合物C5，该化合物选自在使用温度为具有钙钛矿相氧化物离子空位的晶格形式的掺杂陶瓷氧化物：Mε1-x-u Mε′xMε″uMη1-y-vMη′yMη″vO3-w (III)其中：-Mε代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mε′与Mε不同，代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mε″与Mε和Mε′不同，代表选自铝Al、镓Ga、铟In、铊Tl或选自碱土金属族的原子；-Mη代表选自过渡金属的原子；-Mη′与Mη不同，代表选自过渡金属、铝Al、铟In、镓Ga、锗Ge、锑Sb、铋Bi、锡Sn或铅Pb的原子；-Mη″与Mη和Mη′不同，代表选自过渡金属、碱土族金属、铝Al、铟In、镓Ga、锗Ge、锑Sb、铋Bi、锡Sn或铅Pb的原子；-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；-0≤v≤0.9；-0≤(y+v)≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达90体积％的化合物C6，其与化合物C5不同，选自镍Ni、铁Fe、钴Co、钯Pd、铂Pt、铑Rh、钌Ru或这些金属的混合物，任选地，以所述金属或金属混合物的0.1重量％至60重量％的量沉积在氧化物或非氧化物陶瓷载体上，所述陶瓷载体：或者选自氧化物型材料；或者选自非氧化物型材料；(iii)-任选地，最多达2.5体积％的化合物C5-6，其由至少一种下式所示的化学反应制成：xFC5+yFC6→zFC5-6，在该公式中，FC5、FC6和FC5-6代表化合物C5、C6和C5-6各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数；由此构成了由三层连续层CC1、CD1、CP1构成的组件E1，其中：-化合物C1中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少两种与化合物C5中实际存在的化学元素Mε、Mε′、Mε″、Mη、Mη′或Mη″中的两种相同；-化合物C1中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少一种与化合物C5中实际存在的化学元素Mε、Mε′、Mε″、Mη、Mη′或Mη″中的一种不同；-化合物C1中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少两种与化合物C3中实际存在的化学元素Mγ、Mγ′、Mγ″、Mδ、Mδ′或Mδ″中的两种相同；-化合物C1中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少一种与化合物C3中实际存在的化学元素Mγ、Mγ′、Mγ″、Mδ、Mδ′或Mδ″中的一种不同；或者：(a)-如上定义的致密层CD1，其厚度为ED1；(b)-如上定义的多孔层CP1，其与所述致密层CD1相邻，厚度为EP1；(c)-如上定义的催化层CC1，其厚度为EC1；和(d)-第二多孔层CP2，其插在所述催化层CC1和所述致密层CD1之间，厚度为EP2，体积孔隙率为20％至80％，所述多孔层CP2由材料AP2构成，该材料包含，以其体积为100％计：(i)-至少75体积％和至多100体积％的式IV的化合物C7，该化合物选自在使用温度为具有钙钛矿相氧化物离子空位的晶格形式的掺杂陶瓷氧化物：Mθ1-x-u Mθ′xMθ″uMκ1-y-vMκ′yMκ″vO3-w (IV)其中：-Mθ代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mθ′与Mθ不同，代表选自钪、钇或选自镧系、锕系或碱土金属族的原子；-Mθ″与Mθ和Mθ′不同，代表选自铝Al、镓Ga、铟In、铊Tl或选自碱土金属族的原子；-Mκ代表选自过渡金属的原子；-Mκ′与Mκ不同，代表选自过渡金属、铝Al、铟In、镓Ga、锗Ge、锑Sb、铋Bi、锡Sn或铅Pb的原子；-Mκ″与Mκ和Mκ′不同，代表选自过渡金属、碱土族金属、铝Al、铟In、镓Ga、锗Ge、锑Sb、铋Bi、锡Sn或铅Pb的原子；-0＜x≤0.5；-0≤u≤0.5；-(x+u)≤0.5；-0≤y≤0.9；-0≤v≤0.9；-0≤(y+v)≤0.9；且-w使得所述结构是电中性的；(ii)-任选地，最多达25体积％的化合物C8，其与化合物C7不同，或者选自氧化物型材料；或者选自非氧化物型材料；或者选自镍Ni、铂Pt、钯Pd、或铑Rh；这些各种类型材料的金属合金或混合物；和(iii)-任选地，最多达2.5体积％的化合物C7-8，其由至少一种下式所示的化学反应制成：xFC7+yFC8→zFC7-8，在该公式中，FC7、FC8和FC7-8代表化合物C7、C8和C7-8各自的原式，且x、y和z代表大于或等于0的有理数，由此构成由四层连续层CC1、CP2、CD1、CP1构成的组件E2，其中：-化合物C7中实际存在的化学元素Mθ、Mθ′、Mθ″、Mκ、Mκ′或Mκ″中的至少两种与化合物C5中实际存在的化学元素Mε、Mε′、Mε″、Mη、Mη′或Mη″中的两种相同；-化合物C7中实际存在的化学元素Mθ、Mθ′、Mθ″、Mκ、Mκ′或Mκ″中的至少一种与化合物C5中实际存在的化学元素Mε、Mε′、Mε″、Mη、Mη′或Mη″中的一种不同；-化合物C1中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少两种与化合物C7中实际存在的化学元素Mθ、Mθ′、Mθ″、Mκ、Mκ′或Mκ″中的两种相同；-化合物C1中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少一种与化合物C7中实际存在的化学元素Mθ、Mθ′、Mθ″、Mκ、Mκ′或Mκ″中的一种不同；-化合物C1中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少两种与化合物C3中实际存在的化学元素Mγ、Mγ′、Mγ″、Mδ、Mδ′或Mδ″中的两种相同；和-化合物C1中实际存在的化学元素Mα、Mα′、Mα″、Mβ、Mβ′或Mβ″中的至少一种与化合物C3中实际存在的化学元素Mγ、Mγ′、Mγ″、Mδ、Mδ′或Mδ″中的一种不同。