УСТРОЙСТВО РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ, МЕМБРАННЫЙ РЕАКТОР И УСТРОЙСТВО ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА

1. Устройство разделения газов, осуществляющее отделение диоксида углерода и водяного пара по отдельности от первой смеси газов, содержащей заданный основной газовый компонент и, по меньшей мере, диоксид углерода и водяной пар, причем указанное устройство разделения газов содержит первую разделительную мембрану и вторую разделительную мембрану, выполненные из разных материалов, при этом,
когда подается первая смесь газов, первая разделительная мембрана отделяет вторую смесь газов, содержащую диоксид углерода и водяной пар, от первой смеси газов путем обеспечения селективного проникновения диоксида углерода и водяного пара, содержащихся в первой смеси газов; и
когда подается вторая смесь газов, вторая разделительная мембрана отделяет водяной пар от второй смеси газов путем обеспечения селективного проникновения водяного пара, содержащегося во второй смеси газов.
2. Устройство разделения газов по п. 1, причем, когда первую смесь газов подают при температуре 100°С или выше, первая разделительная мембрана отделяет вторую смесь газов, содержащую диоксид углерода и водяной пар, от первой смеси газов путем обеспечения селективного проникновения диоксида углерода и водяного пара, содержащихся в первой смеси газов.
3. Устройство разделения газов по п. 1 или 2, причем водяной пар, проникший сквозь вторую разделительную мембрану, используется повторно путем подачи его на стадию, предшествующую второй разделительной мембране.
4. Устройство разделения газов по п. 3, причем водяной пар, проникший сквозь вторую разделительную мембрану, подается на стадию после первой разделительной мембраны в качестве продувочного газа для первой разделительной мембраны.
5. Мембранный реактор, в котором осуществляется процесс конверсии СО в отношении подлежащего обработке газа, содержащего монооксид углерода и водяной пар, включающий в себя:
первую секцию обработки, имеющую первую разделительную мембрану, образованную на, по меньшей мере, части наружной периферийной поверхности занятого ею пространства, при этом внутренняя часть первой секции обработки заполнена катализатором конверсии СО; и
вторую секцию обработки, имеющую вторую разделительную мембрану, образованную на, по меньшей мере, части наружной периферийной поверхности занятого ею пространства, при этом, вторая разделительная мембрана выполнена из материала, отличного от материала первой разделительной мембраны; при этом,
указанная первая секция обработки производит первую смесь газов, содержащую водород, диоксид углерода и водяной пар, путем осуществления процесса конверсии в отношении подлежащего конверсии газа с использованием катализатора конверсии СО и при температурном режиме 100°С или выше, и обеспечивает селективное проникновение диоксида углерода и водяного пара, содержащихся в первой смеси газов, сквозь первую разделительную мембрану; и
указанная вторая секция обработки, принимает подачу второй смеси газов, содержащую диоксид углерода и водяной пар, которые проникли сквозь первую разделительную мембрану, и обеспечивает
селективное проникновение водяного пара, содержащегося во второй смеси газов, сквозь вторую разделительную мембрану.
6. Мембранный реактор по п. 5, причем первая секция обработки и вторая секция обработки помещены в один и тот же коробчатый корпус.
7. Мембранный реактор по п. 6, причем первая секция обработки и вторая секция обработки имеют форму соосных цилиндров.
2
2
2
8. Мембранный реактор по любому из пп. 5-7, причем первая разделительная мембрана, обеспеченная в первой секции обработки, является мембраной облегченного транспорта СО, характеризующуюся способностью селективного разделения СО/Н при температурном режиме 100°С или выше и изготовлена таким образом, что на гидрофильной пористой мембране, обладающей термической стойкостью при 100°С или более, имеется слой геля, причем указанный слой геля включает в себя добавку, выполненную из карбоната цезия, бикарбоната цезия или гидроксида цезия, в гидрогелевой мембране.
2
2
2
9. Мембранный реактор по любому из пп. 5-7, причем первая разделительная мембрана, обеспеченная в первой секции обработки, является мембраной облегченного транспорта СО, характеризующуюся способностью селективного разделения СО/Н при температурном режиме 100°С или выше и изготовлена таким образом, что на гидрофильной пористой мембране, обладающей термической стойкостью при 100°С или более, имеется слой геля, причем указанный слой геля включает в себя добавку, выполненную из
карбоната рубидия, бикарбоната рубидия или гидроксида рубидия, в гидрогелевой мембране.
10. Устройство производства водорода, содержащее:
мембранный реактор по любому из пп. 5-9; и
риформер, внутренняя часть которого заполнена катализатором риформинга, при этом,
целевой газ, содержащий в качестве основного компонента водород, который не проникает сквозь первую разделительную мембрану в первой секции обработки, выводится из первой секции обработки;
указанный риформер выполненный с возможностью приема подлежащего риформингу газа, содержит углеводород и водяной пар, производства газа, подлежащего конверсии, посредством осуществления процесса риформинга в отношении подлежащего риформингу газа с использованием катализатора риформинга, и вывода газа, подлежащего конверсии, в первую секцию обработки,
водяной пар, который проник сквозь вторую разделительную мембрану во второй секции обработки, поступает в риформер или на, по меньшей мере, одну из сторон: сторону впуска и сторону выпуска первой разделительной мембраны первой секции обработки.
11. Устройство производства водорода по п. 10, дополнительно содержащее третью секцию обработки имеющую третью разделительную мембрану, выполненную из того же материала, что и вторая разделительная мембрана, при этом,
указанная третья секция обработки выполнена с возможностью отделения водяного пара от первой смеси газов путем обеспечения селективного проникновения водяного пара, содержащегося в
остаточном газе первой смеси газов, который не проник сквозь первую разделительную мембрану в первой секции обработки, и
водяной пар, который проник сквозь третью разделительную мембрану в указанной третьей секции обработки, поступает в риформер или на, по меньшей мере, одну из сторон: сторону впуска и сторону выпуска первой разделительной мембраны первой секции обработки.
12. Способ разделения газов, предназначенный для отделения диоксида углерода и водяного пара по отдельности от первой смеси газов, содержащей заданный основной газовый компонент и, по меньшей мере, диоксид углерода и водяной пар, причем способ разделения газов содержит, этапы на которых:
подают первую смесь газов, подлежащую приведению в контакт с поверхностью первой разделительной мембраны для отделения второй смеси газов, содержащей диоксид углерода и водяной пар, от первой смеси газов путем обеспечения селективного проникновения диоксида углерода и водяного пара, содержащихся в первой смеси газов, сквозь первую разделительную мембрану; и
подают вторую смесь газов, подлежащую приведению в контакт с поверхностью второй разделительной мембраны, выполненной из материала, отличного от материала первой разделительной мембраны, с целью отделения водяного пара от второй смеси газов путем обеспечения селективного проникновения водяного пара, содержащегося во второй смеси газов, сквозь вторую разделительную мембрану.
13. Способ разделения газов по п. 12, содержащий подачу первой смеси газов, подлежащей приведению в контакт с
поверхностью первой разделительной мембраны при температуре 100°С или выше для отделения второй смеси газов, содержащей диоксид углерода и водяной пар, от первой смеси газов путем обеспечения селективного проникновения диоксида углерода и водяного пара, содержащихся в первой смеси газов, сквозь первую разделительную мембрану.
14. Способ производства водорода, содержащий:
этап риформинга, на котором принимают подачу подлежащего риформингу газа, содержащего углеводород и водяной пар, и производят подлежащий конверсии газ, содержащий монооксид углерода, водород и водяной пар, путем осуществления процесса риформинга в отношении подлежащего риформингу газа с использованием катализатора риформинга;
этап конверсии, на котором принимают подачу подлежащего конверсии газа и производят первую смесь газов, содержащую водород, диоксид углерода и водяной пар, путем осуществления процесса конверсии СО в отношении подлежащего конверсии газа с использованием катализатора конверсии при температурном режиме 100°С или выше;
первый этап разделения, на котором подают первую смесь газов, подлежащую приведению в контакт с поверхностью первой разделительной мембраны для отделения второй смеси газов, содержащей диоксид углерода и водяной пар, которая проникает сквозь первую разделительную мембрану из первой смеси газов, путем обеспечения селективного проникновения диоксида углерода и водяного пара, содержащихся в первой смеси газов, сквозь первую разделительную мембрану, и для извлечения целевого газа,
содержащего водород, который не проникает сквозь первую разделительную мембрану, в качестве основного компонента; и
второй этап разделения, на котором подают вторую смесь газов, подлежащую приведению в контакт с поверхностью второй разделительной мембраны, выполненной из материала, отличного от материала первой разделительной мембраны, для отделения водяного пара, который проникает сквозь вторую разделительную мембрану из второй смеси газов, путем обеспечения селективного проникновения водяного пара, содержащегося во второй смеси газов, сквозь вторую разделительную мембрану, при этом,
этап конверсии и первый этап разделения осуществляют параллельно в рамках одного и того же механизма обработки, и,
по меньшей мере, часть водяного пара, извлеченного на втором этапе разделения, используют в реакции на этапе конверсии.