在透氧膜反应器中进行甲烷氧化偶联反应的研究

催化学报 , 2003, 24(3): 169-174.

在透氧膜反应器中进行甲烷氧化偶联反应的研究

王海辉 ^1, , 丛铀 ^2, , 杨维慎 ^3, , 林励吾 ^4,

1.中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室,辽宁大连,116023

2.中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室,辽宁大连,116023

3.中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室,辽宁大连,116023

4.中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室,辽宁大连,116023

基金项目: 国家重点基础研究发展计划(973计划)(1999022401)

关键词：钙钛矿 , 氧分离膜 , 甲烷 , 氧化偶联 , 膜反应器

Study on Oxidative Coupling of Methane in Oxygen Permeable Tubular Membrane Reactor

混合导体透氧膜是一类同时具有电子和氧离子两类导电性的陶瓷膜. 在高温下,氧会以氧离子的形式透过透氧膜,因此在膜表面存在丰富的氧物种(O-,O-2,O2-2和O2-),这些氧物种能够提高甲烷氧化偶联(OCM)反应的C2选择性. 采用挤压的方法制备出致密的Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCFO)透氧膜管,并考察了此透氧膜管对OCM反应的催化性能. 发现BSCFO的C2生成速率比La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ(LSCFO)和La-Ba-Co-Fe-O(LBCFO)要高得多,其原因主要是由于BSCFO中的氧空缺浓度比较高. 高的氧空缺浓度不仅能够加速氧离子的传输,而且能够提高甲烷分子的活化速度,所以BSCFO具有比LSCFO和LBCFO更好的催化性能. C2生成速率随着反应温度及原料气中甲烷浓度的升高而升高,C2选择性取决于氧离子结合与OCM反应竞争的结果,高的氧离子结合速率会降低C2选择性. 甲烷转化率随着富氧侧氧分压的升高而升高,但C2选择性则随着氧分压的升高而降低. 这说明在OCM过程中气相反应起着重要的作用.

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