High-Temperature Sorption Process for Oxygen Removal and Air Separation

用于除氧和空气分离的高温吸附过程

基本信息

  • 批准号:
    0132684
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.14万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2002
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2002-02-01 至 2005-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project is aimed at studying fundamental issues related to the development of a new, efficient high-temperature oxygen sorption process based on perovskite-type ceramic sorbents for oxygen removal and air separation. The new sorption process takes advantage of the unique properties of certain perovskite-type ceramics which can adsorb a large quantity of oxygen, but not other gases, at high temperatures (300-800oC). Three perovskite-type ceramic materials with different compositions are selected as the sorbents for this study. The sorbent pellets and particles of various sizes are prepared by citrate and press-sintering methods. The thermodynamic defect equilibrium for oxygen sites in these ceramics is being studied experimentally by the gravimetric method and theoretically using point-defect and cluster-defect models. This defect equilibrium study provides oxygen-sorption isotherm data for these sorbents. Heat of sorption and order-disorder phase transformation of these ceramic sorbents is studied also by TGA/DSC. Oxygen sorption kinetics on these ceramic sorbents are investigated experimentally by the transient gravimetric method and modeled using a simple linear-driving-force model and a more complex model based on the ambipolar diffusion theory. The chemical and mechanical stability of the ceramic sorbent particles is being studied systematically by dilatometry and attrition tests. Finally, fixed-bed experiments for oxygen removal or air separation are conducted to obtain data for design of a practical separation process based on this new concept. This project represents the first effort in developing sorption processes based on this new group of non-traditional sorbents. On the fundamental side, this project may lead to development of a large number of new sorption processes with unique separation characteristics that are not offered by the traditional sorption processes. If a hydrocarbon is used to regenerate the sorbent, this process can be extended to provide new chemical reactors for partial oxidation of hydrocarbons with improved selectivity. On the practical side, the proposed sorption process is based on perovskite-type ceramics with preferential equilibrium sorption for oxygen. Successful development of this sorption process will have a significant impact on industrial processes for air separation and oxygen removal.
该项目旨在研究与开发基于钙钛矿型陶瓷吸附剂的新型高效高温氧吸附工艺相关的基本问题,用于除氧和空气分离。 新的吸附工艺利用了某些钙钛矿型陶瓷的独特性能,在高温(300-800oC)下可以吸附大量氧气,但不能吸附其他气体。 本研究选择三种不同成分的钙钛矿型陶瓷材料作为吸附剂。 采用柠檬酸盐法和压制烧结法制备了各种尺寸的吸附剂颗粒和颗粒。 这些陶瓷中氧位点的热力学缺陷平衡正在通过重量分析方法进行实验研究,并在理论上使用点缺陷和簇缺陷模型。 该缺陷平衡研究提供了这些吸附剂的氧吸附等温线数据。 还通过 TGA/DSC 研究了这些陶瓷吸附剂的吸附热和有序-无序相变。 通过瞬态重力法对这些陶瓷吸附剂上的氧吸附动力学进行了实验研究,并使用简单的线性驱动力模型和基于双极扩散理论的更复杂的模型进行建模。 陶瓷吸附剂颗粒的化学和机械稳定性正在通过膨胀测量和磨损测试进行系统研究。 最后,进行了除氧或空气分离的固定床实验,以获得基于这一新概念的实际分离过程设计的数据。该项目代表了基于这组新的非传统吸附剂开发吸附工艺的首次努力。 从根本上讲,该项目可能会导致大量新吸附工艺的开发,这些工艺具有传统吸附工艺所不具备的独特分离特性。 如果使用碳氢化合物来再生吸附剂,则可以扩展该过程以提供新的化学反应器,用于碳氢化合物的部分氧化,并具有改进的选择性。 在实践方面,所提出的吸附过程基于钙钛矿型陶瓷,对氧气具有优先平衡吸附。 这种吸附工艺的成功开发将对空气分离和除氧的工业过程产生重大影响。

项目成果

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  • 资助金额:
    $ 24.14万
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