Mixed conducting materials for partial oxidation of hydrocarbons

Abstract

Thermodynamic calculations with additional conditions for the conservation of carbon and hydrogen were used to predict the gas composition obtained by partial oxidation of methane as a function of oxygen partial pressure and temperature; this was used to assess the stability and oxygen permeability requirements of mixed conducting membrane materials proposed for this purpose. A re-examination of known mixed conductors shows that most materials with highest permeability still fail to fulfil the requirements of stability under reducing conditions. Other materials possess sufficient stability but their oxygen permeability is insufficient. Different approaches were thus used to attempt to overcome those limitations, including changes in composition in the A and B site positions of ABO3 perovskites, and tests of materials with different structure types. Promising results were obtained mainly for some materials with perovskite or related K2NiF4-type structures. Limited stability of the most promising materials shows that one should rely mainly on kinetic limitations in the permeate side to protect the mixed conductor from severe reducing conditions.<br><br>Se han usado cálculos termodinámicos con condiciones adicionales para la conservación del carbono e hidrógeno para predecir la composición del gas obtenido mediante la oxidación parcial del metano en función de la presión parcial de oxígeno y de la temperatura; esto se ha usado para asegurar los requerimientos de estabilidad y permeabilidad al oxígeno de los materiales conductores mixtos empleados como membrana para este propósito. Un nuevo exámen de los conductores mixtos conocidos muestra que la mayoría de los materiales con la mayor permeabilidad todavía fallan en el cumplimiento de los requerimientos de estabilidad bajo condiciones reductoras. Otros materiales poseen suficiente estabilidad, pero su permeabilidad al oxígeno es insuficiente. Por ello se han empleado diferentes aproximaciones para intentar superar esas limitaciones, incluyendo cambios en la composición en las posiciones A y B de de las perovsquitas ABO3, y pruebas con materiales con estructuras diferentes. Se han obtenido resultados prometedores principalmente en algunos materiales con estructura perovsquita o estructuras relacionadas con K2NiF4. La estabilidad limitada de los materiales más prometedores muestra que los estudios deben hacerse principalmente sobre las limitaciones cinéticas del lado permeable para proteger el conductor mixto en condiciones reductoras severas.