[发明专利]一种制备氮气的装置及方法

权利要求书

1.一种制备氮气的装置，所述装置包括：

1)反应器，所述反应器包括透氧膜(1)，催化剂(2)和反应器外壳(3)，所述透氧膜(1)密封于所述反应器中，将反应器分隔为透氧膜的空气侧和透氧膜的燃料气侧；

2)空气供气装置(4)；

3)燃料气供气装置(5)；

4)用于收集空气侧产物的产物收集装置(6)；

5)用于收集燃料气侧产物的产物收集装置(7)；

其中，所述空气供气装置(4)和用于收集空气侧产物的产物收集装置(6)分别与所述透氧膜的空气侧流体连通，所述燃料气供气装置(5)和用于收集燃料气侧产物的产物收集装置(7)分别与透氧膜的燃料气侧流体连通，并且所述透氧膜(1)选择性透过氧气，所述催化剂(2)位于所述透氧膜的燃料气侧。

2.根据权利要求1所述的装置，所述透氧膜(1)是同时传导氧离子和电子的混合离子电子透过膜，优选是传导氧离子但不传导电子的材料和传导电子但不传导氧离子的材料构成的双相复合膜，更优选Zr_0.84Y_0.16O_2-δ-La_0.8Sr_0.2Cr_0.5Fe_0.5O_3-δ(YSZ-LSCrF)双相非对称陶瓷透氧膜，所述透氧膜(1)的厚度优选为0.1-5mm。

3.根据权利要求1所述的装置，所述催化剂(2)负载于透氧膜表面或与透氧膜分开放置，所述催化剂(2)优选选自由以下各项组成的组：镍基催化剂、钌基催化剂、铑基催化剂、铂基催化剂或其任意组合，更优选为负载型的镍基催化剂，最优选为α-Al₂O₃负载的Ni催化剂。

4.根据权利要求1所述的装置，所述空气供气装置(4)包括：

至少一个空气贮存装置，

至少一个空气预热装置，

连通空气贮存装置和反应器的气体输运管道，

控制空气流速和压力的装置，

其中所述空气贮存装置优选用鼓风机替换。

5.根据权利要求1所述的装置，所述燃料气供气装置(5)包括：

至少一个燃料贮存装置，

至少一个燃料气预热装置，

连通燃料贮存装置和反应器的气体输运管道，

控制燃料气流速和压力的装置，

其中所述燃料贮存装置优选用还原性气发生装置或氢气发生装置替换。

6.根据权利要求1所述的装置，所述用于收集空气侧产物的产物收集装置(6)和用于收集燃料气侧产物的产物收集装置(7)分别包括至少一个气体贮存装置。

7.根据权利要求1所述的装置，所述燃料气选自碳氢燃料或还原性气体，所述碳氢燃料优选包括甲烷、汽化的乙醇、丙烷、汽化的汽油、汽化的柴油，所述还原性气体优选包括氢气、一氧化碳。

8.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括用于汽化液体燃料的汽化器。

9.一种制备氮气的方法，所述方法使用权利要求1-8中任一项所述装置，包括如下步骤：

1)通过空气供气装置(4)向透氧膜的空气侧通入空气，通过燃料气供气装置(5)向透氧膜的燃料气侧通入燃料气；

2)在用于收集空气侧产物的产物收集装置(6)和用于收集燃料气侧产物的产物收集装置(7)中分别收集产物和副产品。

10.根据权利要求9所述的方法，所述反应器的工作温度为500-1000℃。