Abstract We discuss here a hybrid system combining a membrane reactor (MR) and an adsorptive reactor (AR), with the MR's reject stream serving as the AR's feed. We apply this system for the water gas shift (WGS) reaction for H2 generation and simultaneous CO2 capture in the context of the Integrated Gas Combined Cycle (IGCC) process for power generation from coal and biomass. This MR-AR system attains a high conversion exceeding equilibrium, produces a pure H2 product for power generation, and delivers a high-pressure CO2 stream ready for sequestration. Specifically, in our study we use carbon molecular sieve membranes (CMSMs) and a commercial sour-shift WGS catalyst. Lab experiments were carried-out to determine the membrane characteristics, and the MR performance under IGCC-relevant conditions, i.e., for temperatures up to 250 °C and pressures up to 25 bar, employing a model coal gasifier syngas. The CMSM and the catalyst have displayed robust and stable performance during a long-term run (~750 h of syngas exposure). We evaluated the MR-AR system in multi-cycle runs and it has demonstrated superior performance to that of a conventional packed-bed reactor, producing a high-purity H2 product directly useable in a turbine for power generation. We conclude from the study, that the CMSM-based MR-AR system is a good candidate technology for environmentally-benign power generation. We are currently constructing a pilot-scale system for field demonstration of the technology.

中文翻译：

---

一种用于燃烧前CO2捕集的碳分子筛膜反应分离工艺

摘要 我们在此讨论了一种混合系统，它结合了膜反应器 (MR) 和吸附反应器 (AR)，其中 MR 的废液作为 AR 的进料。我们将此系统应用于水煤气变换 (WGS) 反应，以在煤和生物质发电的综合燃气联合循环 (IGCC) 工艺的背景下生成 H2 和同时捕获 CO2。该 MR-AR 系统实现了超过平衡的高转化率，生产用于发电的纯 H2 产品，并提供准备封存的高压 CO2 流。具体而言，在我们的研究中，我们使用碳分子筛膜 (CMSM) 和商业酸转换 WGS 催化剂。进行了实验室实验以确定膜特性，以及在 IGCC 相关条件下的 MR 性能，即，适用于高达 250 °C 的温度和高达 25 bar 的压力，采用模型煤气化炉合成气。CMSM 和催化剂在长期运行（约 750 小时的合成气暴露）中表现出强大而稳定的性能。我们在多循环运行中评估了 MR-AR 系统，它表现出优于传统填充床反应器的性能，可生产出可直接用于涡轮机发电的高纯度 H2 产品。我们从研究中得出结论，基于 CMSM 的 MR-AR 系统是环境友好型发电的良好候选技术。我们目前正在建设一个中试规模的系统，用于该技术的现场演示。CMSM 和催化剂在长期运行（约 750 小时的合成气暴露）中表现出强大而稳定的性能。我们在多循环运行中评估了 MR-AR 系统，它表现出优于传统填充床反应器的性能，生产的高纯度 H2 产品可直接用于涡轮机发电。我们从研究中得出结论，基于 CMSM 的 MR-AR 系统是环境友好型发电的良好候选技术。我们目前正在建设一个中试规模的系统，用于该技术的现场演示。CMSM 和催化剂在长期运行（约 750 小时的合成气暴露）中表现出强大而稳定的性能。我们在多循环运行中评估了 MR-AR 系统，它表现出优于传统填充床反应器的性能，生产的高纯度 H2 产品可直接用于涡轮机发电。我们从研究中得出结论，基于 CMSM 的 MR-AR 系统是环境友好型发电的良好候选技术。我们目前正在建设一个中试规模的系统，用于该技术的现场演示。基于 CMSM 的 MR-AR 系统是环境友好型发电的良好候选技术。我们目前正在建设一个中试规模的系统，用于该技术的现场演示。基于 CMSM 的 MR-AR 系统是环境友好型发电的良好候选技术。我们目前正在建设一个中试规模的系统，用于该技术的现场演示。