一種從氣態體系中選擇性去除產物的方法技術

一種從氣態體系中選擇性去除氣態產物（P）的方法，該氣態體系含有所述產物和其他組分（R1，R2），其特征在于，所述氣態體系進入第一環境，所述第一環境通過界面墻與第二環境隔開，滲透膜（3，300）形成所述界面墻的至少一部分；位于所述第一環境的一個或多個第一電極（1，301）與位于所述第二環境的一個或多個第二電極（2，302）之間產生空間非均勻電場（4），所述非均勻電場的電場線穿過所述滲透膜，作用于所述氣態組分（P）粒子的介電泳力為通過所述膜滲透的驅動力的至少一部分，大量的所述產物（P）被從所述第一環境中選擇性地去除，并在所述第二環境中被收集。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及進行化學反應的方法和相關的反應器。本專利技術尤其涉及氣態體系中的氣態組分的選擇性去除。更具體地說，本專利技術能夠從氣態體系中選擇性去除反應產物，所述氣態體系含有反應物和產物。本專利技術適用于多種工藝，包括：合成氨、甲醇、DME、硝酸、和硫酸，所引的上述工藝僅作為非限定性的舉例。本專利技術還公開了適于實施所述選擇性去除工藝的反應器。
技術介紹
去除反應產物是提高化學反應產率的公知手段。通過從進行反應的體系中去除產物，可提高“正向（direct）”反應的轉化率，所述“正向”反應即通常所表示的從左到右的反應。一種去除產物的現有技術是基于膜的選擇性滲透。例如，制氫反應器通常利用膜的選擇性去除氫氣。膜具有微孔，其尺寸允許選擇性滲透。因此，基于膜的選擇性滲透對分子的物理尺寸很敏感，因為較小的分子能更容易地通過膜。例如，氫氣的選擇性去除是可能的，因為H2分子的尺寸小。這意味著當產物與反應物的分子尺寸相當時，基于膜的系統的效率較差（即選擇性較差），甚至當產物的分子尺寸小于一種或多種反應物時，效率也較差。例如，氨氣（NH3）分子的尺寸為2.90埃（A），其介于氫氣分子尺寸（2.83A）和氮氣分子尺寸（3.78A）之間，因而使用常規的膜選擇性去除NH3效率是不高的，因為大量的氫氣會與氨氣一起從體系中逸出。在合成甲醇時發生同樣的情況，由于CH3OH分子的尺寸與一氧化碳和二氧化碳的分子尺寸相當，因而基于膜的選擇性去除效率不高。現有的基于膜的分離方法通常要求在膜的兩側之間存在驅動力。已知的驅動力有：壓力差、濃度差；在電離裝置存在下使用均勻電場。EP-A-1892216公開了一種選擇性滲透膜反應器，其中驅動力是由位于反應器供給側和滲透側之間的氫氣分壓的差值提供的；所述差值可以實現，例如通過在一定的壓力下操作供給側，而所述壓力顯著高于或低于滲透側的壓力。US4762535公開了從氫氣和氮氣中分離氨，該分離借助含有選擇性鹽的分離膜，所述選擇性鹽影響氨的膜滲透，驅動力由所述膜兩側之間的分壓提供。JP2006817公開了一種基于電場、膜和電離工具的分離系統，在該系統中，分子被電離并被驅使向具有相反電荷的電極靠攏；所述電場對離子產生作用力使其透過所述膜以實現所需的分離。需要注意的是，在膜的兩側缺少至少一種上述驅動力時，常規的基于膜的系統將無法完成任何分離。選擇性膜目前被用在（不限于）制氨和制甲醇的設備中，用于回收包含在合成回路的吹掃氣中的氫氣。所述氫氣的回收是利用選擇性膜來完成的，所述選擇性膜利用壓力差為驅動力。所述合成回路吹掃氣在高壓力下被供給至所述膜的兩側之中的一側，通常對于制氨設備所述高壓力為100÷150巴（bar），對于制甲醇設備為50÷100巴（bar）；所述膜的另一側在低得多的壓力下操作，例如對于制氨設備為60÷70巴（bar），對于制甲醇設備為25÷60巴（bar）。所述膜兩側之間的壓力差是該方法的驅動力，兩側之間的氫氣分壓顯著不同。分子不同程度地透過所述膜，尤其是最小的分子（本例中為氫氣）以更高的濃度透過。選擇性滲透的另一種公知應用是從空氣的其他組分中分離氧氣。空氣被輸送到傳導膜的一側；該傳導膜的兩側均配備有產生電場的電極；在電場作用下，氧以O2-離子的形式通過該膜，即電子在相反的方向流動產生所述氧離子，所述電場作為驅動力。在所述膜的另一側氧重新獲得電子生成純氧。所述膜例如為氧化釔摻雜的二氧化鋯膜。工業使用的膜包括聚合物膜或無機膜，以及單層膜或多層膜。根據孔的尺寸，膜被命名為大孔、介孔或微孔。孔尺寸通常如下：大孔膜的孔至少為5nm（納米）；介孔膜的孔為2-5nm，微孔膜的孔小于2nm。如上所述，現有的基于膜的分離技術的缺點為：在相同或相似尺寸的氣體分子間的選擇性差；需要驅動力如膜兩側間的顯著壓力差，或為了使分子對電場敏感需要離子化。在氨或甲醇合成領域，反應器的輸出流中含有大量未轉化的反應物。為了回收至少部分所述的反應物，輸出流的相關部分通常被再次循環到反應器；然而，在化學反應的壓力下壓縮回輸出流所用的功耗（power?demand）影響該工藝的整體效能。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的上述缺陷。本專利技術的一個目的是提供一種從氣態體系中選擇性去除至少一種組分的新方法，例如從氣態體系中選擇性去除氣態產物，所述產物在該氣態體系中是與反應物混合的。這種情況例如發生在化學反應的中間階段。另一個目的是提供適于實施所述新方法的反應器。本專利技術的構思是利用氣體分子的誘導和/或永久電偶極矩（EDM）作為膜基分離的驅動力。通過使氣態體系處于空間非均勻電場中，使得偶極矩顯著高于其他分子的氣體分子通過多孔膜。本專利技術的第一個方面是從氣態流動體系中選擇性去除氣態產物的方法，該氣態流動體系含有所述產物和其他組分，其特征在于，所述氣態體系流動通過第一環境，所述第一環境通過界面墻與第二環境隔開，滲透膜形成所述界面墻的至少一部分；在位于所述第一環境的一個或多個第一電極與位于所述第二環境的一個或多個第二電極之間產生空間非均勻電場，所述非均勻電場的電場線穿過所述滲透膜，作用于所述氣態組分粒子的介電泳力是通過所述膜進行滲透的驅動力的至少一部分，大量所述產物被從所述第一環境中選擇性地去除，并在所述第二環境中被收集。術語產物代表所述體系內設定的氣態組分。所述產物可以是化學反應的產物，在此氣態體系中含有所述反應的反應物。根據不同的實施方式，所述方法可以從相同的氣態流動體系中去除一種或多種產物。術語粒子代表所述氣體的分子或原子。所述第一環境例如為反應器的一部分，所述反應器被安裝在一個連續的工藝中。所述產物和/或所述氣態流動體系中的其他組分的電偶極矩，可以是永久偶極矩或誘導偶極矩。通過空間非均勻電場在可極化的粒子上產生誘導電偶極矩。當所述產物粒子具有的永久電偶極矩大于所述氣態體系中的其他組分粒子的電偶極矩時，所述方法是適用的。所述方法在以下情況下也是適用的，即所述產物粒子具有的極化率大于所述氣態體系中的其他組分粒子的極化率，以便通過所述非均勻電場在所述產物粒子上誘導的電偶極矩，大于通過同一電場在所述體系中的其他氣態組分上誘導的電偶極矩。永久偶極矩是粒子的固有特征。可極化的分子是指應用外部電場時形成電偶極矩的分子。極化率被定義為誘導偶極矩與形成該偶極矩的電場的比。產物的EDM與剩余粒子的EDM之間的差別越大，所述方法的選擇性越大。在一個優選的實施例中，待分本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.06.30 EU 10168010.61.一種從氣態體系中選擇性去除氣態產物（P）的方法，所述氣態體系含有
所述產物和其他組分（R1，R2），其特征在于，所述氣態體系進入第一環境，所
述第一環境通過界面墻與第二環境隔開，滲透膜（3，300）形成所述界面墻的至
少一部分；位于所述第一環境的一個或多個第一電極（1，301）與位于所述第二
環境的一個或多個第二電極（2，302）之間產生空間非均勻電場（4），所述非
均勻電場的電場線穿過所述滲透膜，作用于所述氣態組分（P）粒子的介電泳力
為通過所述膜滲透的驅動力的至少一部分，大量的所述產物（P）被從所述第一
環境中選擇性地去除，并在所述第二環境中被收集。
2.根據權利要求1的方法，所述產物（P）粒子具有的永久電偶極矩大于所
述氣態體系中其他組分（R1，R2）粒子的電偶極矩。
3.根據權利要求1的方法，所述產物（P）粒子具有的極化率大于所述氣態
體系中其他組分（R1，R2）粒子的極化率，以便所述非均勻電場在所述產物（P）
粒子上誘導的電偶極矩，大于同一電場在所述體系其他組分上誘導的電偶極矩。
4.根據權利要求2或3的方法，所述產物（P）的永久電偶極矩或誘導電偶
極矩，比所述氣態體系其他組分的永久電偶極矩或誘導電偶極矩至少大50％，優
選至少大3倍。
5.根據前述任一權利要求的方法，所述第一電極的形狀與所述第二電極不
同，所以所述電場是非均勻的。
6.根據權利要求5的方法，所述電場具有從第一電極到第二電極的放射狀的
電場線，所述第一電極為圓柱，所述第二電極為與所述第一電極同軸的圓柱或導
線。
7.根據前述任一權利要求的方法，所述第一環境和所述第二環境基本處于相

\t同的壓力下。
8.根據前述任一權利要求的方法，所述電極上施加的電壓為1000-15000V范
圍。
9.根據前述任一權利要求的方法，所述空間非均勻電場的強度范圍為
10÷2000kV/m范圍。
10.根據前述任一權利要求的方法，所述待去除的產物為化學反應的產物，
所述氣態體系的其他組分包括所述化學反應的反應物，所述產物的選擇性去除直
接在所述反應的一個催化劑床中進行，或在一個催化劑床的上游或下游、或在兩
個催化劑床之間進行。
11.根據權利要求9的方法，所述產物為氨、甲醇、DME、硝酸和硫酸中的
任意一種。
12.一種化學反應器，包括：
-入口（13，137），用于通入反應物，
-反應空間和產物收集器（12，140），
-滲透膜（3，300），用于在所述反應器內的第...

【專利技術屬性】
技術研發人員：塞爾喬·潘沙，
申請(專利權)人：阿莫尼·卡薩爾公司，
類型：
國別省市：