Удаление загрязнителей из питающего газа в мембранных системах ионного транспорта

010413 Перекрестная ссылка на родственные заявки Заявка на данное изобретение представляет собой частичное продолжение заявки с серийным 10/635695, зарегистрированной 6 августа 2003 г. Сведения относительно исследований или разработок предоставляются при финансовой поддержке федерального правительства. Настоящее изобретение осуществлено при поддержке правительства по контракту с номеромDE-FC26-97FT96052, заключенному между Air Products and Chemicals, Inc. и U.S. Department of Energy. Правительство обладает определенными правами на настоящее изобретение. Уровень техники Проникновение ионов кислорода через керамические мембраны ионного транспорта является основой разнообразных устройств для разделения газов и систем реакторов окисления, работающих при высоких температурах, в которых пермеат кислорода удаляется на стороне пермеата в качестве продукта кислорода высокой чистоты или взаимодействует на стороне пермеата с окисляемыми соединениями с образованием окисленных или частично окисленных продуктов. Практическое применение этих устройств для разделения газов и систем реакторов окисления требует мембранных сборок, имеющих большие площади поверхности, средства для контакта питающего газа с входными сторонами мембран и средства для извлечения газового продукта из мембран со стороны пермеата. Эти мембранные сборки могут содержать большое количество отдельных мембран, размещенных и собранных в модули, имеющие соответствующие трубопроводы для протекания газа, для введения питающего газа в модули и извлечения газового продукта из модулей. Мембраны ионного транспорта могут изготавливаться либо в плоской, либо в трубчатой конфигурации. В плоской конфигурации некоторое количество плоских керамических пластин изготавливаются и собираются в пакеты или модули, имеющие средства трубопроводов для прохождения питающего газа над плоскими мембранами и извлечения газового продукта из плоских мембран со стороны пермеата. В трубчатой конфигурации некоторое количество керамических труб может размещаться в конфигурациях со стыковым соединением или конфигурациях, когда трубы находятся одна в другой, с соответствующими листовыми сборками из труб для разделения входных сторон и сторон пермеата у некоторого количества труб. Индивидуальные мембраны, используемые в плоских или трубчатых модульных конфигурациях,как правило, содержат очень тонкие слои активного материала мембраны, нанесенного на материал,имеющий большие поры или каналы, которые делают возможным протекание газа к поверхностям активных слоев мембран и от них. Материал керамической мембраны и компоненты мембранных модулей могут подвергаться значительным механическим напряжениям во время нормальной работы в стационарном режиме, а особенно в нестационарных условиях запуска, выключения и изменения режима. Эти напряжения могут вызываться тепловым расширением и сокращением керамического материала и пространственной неоднородностью, связанной с изменениями химической композиции или кристаллической структуры, из-за изменений в стехиометрии кислорода материала мембраны. Эти модули могут работать при значительных перепадах давления на мембране и уплотнениях мембраны и напряжения, вызываемые этими перепадами давления, должны приниматься во внимание при конструировании мембранного модуля. В дополнение к этому относительная важность этих явлений может различаться в зависимости от того, работают ли эти модули с целью разделения газов или окисления. Потенциальные рабочие проблемы, вызываемые этими явлениями, могут иметь значительное отрицательное воздействие на чистоту извлекаемых продуктов и на срок службы мембраны. Твердые материалы на основе оксидов металлов с ионной проводимостью, используемые в этих мембранных модулях, могут деградировать в присутствии летучих загрязнителей в газовой фазе, при высоких рабочих температурах, необходимых для осуществления ионной проводимости, тем самым уменьшая производительность мембран по отношению к проводимости или проницаемости ионов кислорода. Из-за этой потенциальной проблемы успешная работа мембранных систем на основе оксидов металлов с ионной проводимостью может потребовать контроля определенных загрязнителей в газе или газах, вводимых в мембрану. Эта необходимость удовлетворяется вариантами осуществления настоящего изобретения, как описывается ниже, и определяется формулой изобретения, которая следует далее. Сущность изобретения Один из вариантов осуществления настоящего изобретения относится к способу очистки газов,включающему в себя:(а) получение питающего газового потока, содержащего один или более загрязнителей, выбранных из группы, состоящей из летучих оксигидроксидов металлов, летучих оксидов металлов и летучего гидроксида кремния;(b) контактирование питающего газового потока с активным твердым материалом в защитном слое и взаимодействие по меньшей мере части загрязнителей с активным твердым материалом с формированием твердых продуктов реакции в защитном слое и(с) извлечение из защитного слоя очищенного газового потока.-1 010413 Активный твердый материал может содержать одно или более соединений, выбранных из группы,состоящей из оксида магния, оксида кальция, оксида меди, карбоната кальция, карбоната натрия, карбоната стронция, оксида цинка, оксида стронция и перовскитов, содержащих щелочно-земельные металлы. В одном из конкретных аспектов этого варианта осуществления активный твердый материал может содержать оксид магния. Один или более загрязнителей могут содержать любое соединение из CrO2(OH)2, Si(OH)4,WO2(OH)2, CrO3 и оксигидроксидов молибдена. Питающий газовый поток может содержать один или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из азота, кислорода, воды и диоксида углерода. Альтернативно, питающий газовый поток может содержать один или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из водорода, монооксида углерода, диоксида углерода, метана и воды. Питающий газовый поток может контактировать с активным твердым материалом при температуре от 600 до 1100C. Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к способу производства кислорода, включающему в себя:(b) контактирование горячего газа, содержащего кислород, с активным твердым материалом в защитном слое и извлечение из него очищенного горячего газа, содержащего кислород; и(c) контактирование очищенного горячего газа, содержащего кислород, с первой поверхностью мембраны, содержащей керамический материал на основе смешанных оксидов металлов, проникновение кислорода через мембрану ко второй поверхности мембраны и извлечение из нее продукта кислорода высокой чистоты. Горячий газ, содержащий кислород, может быть получен посредством прямого сжигания газообразного топлива на воздухе и содержит кислород, азот, диоксид углерода и воду. Горячий газ, содержащий кислород, может дополнительно содержать одно или более соединений загрязнителей, выбранных из группы, состоящей из CrO2(OH)2, Si(OH)4, WO2(OH)2, CrO3 и оксигидроксидов молибдена. Активный твердый материал может содержать одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из оксида магния, оксида кальция, оксида меди, карбоната кальция, карбоната натрия, карбоната стронция,оксида цинка, оксида стронция и перовскитов, содержащих щелочно-земельные металлы. В одном из конкретных аспектов этого варианта осуществления активный твердый материал может содержать оксид магния. Один из альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения относится к способу окисления, включающему в себя:(a) контактирование горячего питающего газа, содержащего кислород, с первой поверхностью мембраны, содержащей керамический материал на основе смешанного оксида металла, и проникновение кислорода через мембрану ко второй поверхности мембраны с получением пермеата кислорода;(b) взаимодействие горячего питающего газа, содержащего углеводород, с пермеатом кислорода с формированием продукта окисления и(d) по меньшей мере одну из следующих стадий:(1) получение горячего питающего газа, содержащего кислород, посредством контактирования горячего газового потока, содержащего кислород, с активным твердым материалом в защитном слое и извлечение из него горячего питающего газа, содержащего кислород, либо(2) получение горячего питающего газа, содержащего углеводороды, посредством контактирования горячего газового потока углеводородов с активным твердым материалом в защитном слое и извлечение из него горячего питающего газа, содержащего углеводороды. Активный твердый материал в защитном слое по меньшей мере в одном из (1) и (2) может содержать одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из оксида магния, оксида кальция,оксида меди, карбоната кальция, карбоната натрия, карбоната стронция, оксида цинка, оксида стронция и перовскитов, содержащих щелочно-земельные металлы. По меньшей мере один из горячего газового потока, содержащего кислород, и горячего газового потока углеводородов может содержать одно или более летучих соединений загрязнителей, выбранных из группы, состоящей из CrO2(OH)2, Si(OH)4,WO2(OH)2, CrO3 и оксигидроксидов молибдена. Горячий газовый поток, содержащий кислород, может быть получен посредством прямого сжигания газообразного топлива на воздухе и содержит кислород,азот, диоксид углерода и воду. Продукт окисления может представлять собой синтез-газ, содержащий водород, монооксид углерода и воду. Другой альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения относится к мембранной системе ионного транспорта, содержащей:(b) некоторое количество плоских мембранных модулей ионного транспорта, расположенных во внутреннем пространстве емкости высокого давления и расположенных последовательно, причем каждый мембранный модуль содержит керамический материал на основе смешанных оксидов металлов и имеет область внутреннего пространства и область наружного пространства, где каждый вход и каждый-2 010413 выход емкости высокого давления находятся в сообщении потоков с областью наружного пространства мембранных модулей;(c) один или более газовых коллекторов в сообщении потоков с областями внутренних пространств мембранных модулей и с наружным пространством емкости высокого давления и(d) по меньшей мере один из:(1) защитного слоя в сообщении потоков с входом емкости высокого давления и(2) защитного слоя в сообщении потоков по меньшей мере с одним или несколькими газовыми коллекторами. Защитный слой по меньшей мере в одном из (1) и (2) может содержать активный твердый материал,содержащий одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из оксида магния, оксида кальция, оксида меди, карбоната кальция, карбоната натрия, карбоната стронция, оксида цинка, оксида стронция и перовскитов, содержащих щелочно-земельные металлы. Защитный слой в (1) может располагаться в наружном пространстве емкости высокого давления. Альтернативно, защитный слой в (1) может располагаться во внутреннем пространстве емкости высокого давления. Защитный слой в (2) может располагаться в наружном пространстве емкости высокого давления. Альтернативно, защитный слой в (2) может располагаться во внутреннем пространстве емкости высокого давления. Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к мембранной системе ионного транспорта, содержащей:(b) некоторое количество плоских мембранных модулей ионного транспорта, расположенных во внутреннем пространстве емкости высокого давления и расположенных последовательно, каждый мембранный модуль содержит керамический материал на основе смешанных оксидов металлов и имеет области внутреннего и наружного пространства, где каждый вход и каждый выход емкости высокого давления находится в сообщении потоков с областями наружного пространства мембранных модулей;(c) один или более газовых коллекторов в сообщении потоков с областями внутреннего пространства мембранных модулей и с наружным пространством емкости высокого давления и(d) один или более защитных слоев, где каждый защитный слой располагается между любыми двумя соседними плоскими мембранными модулями ионного транспорта во внутреннем пространстве емкости высокого давления. Система может дополнительно содержать трубопровод для удерживания потока, расположенный во внутреннем пространстве емкости высокого давления, где трубопровод для удерживания потока (1) окружает некоторое количество плоских мембранных модулей ионного транспорта и один или более защитных слоев, и (2) находится в сообщении потоков с любым входом и любым выходом емкости высокого давления. Другой дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения относится к мембранной системе ионного транспорта, содержащей:(b) пакет мембран или модульную сборку, расположенную во внутреннем пространстве емкости высокого давления; сборка имеет некоторое количество плоских пластин, содержащих керамический материал на основе смешанных оксидов металлов, каждая пластина имеет внутреннюю и наружную области и некоторое количество полых керамических прокладок, где пакет или модульная сборка формируется посредством поочередного размещения пластин и прокладок, так что внутренние пространства пластин находятся в сообщении потоков с полыми прокладками, пластины ориентированы параллельно друг другу, и поочередно расположенные прокладки и пластины ориентируются коаксиально, с формированием пакета или модуля, так что пластины располагаются перпендикулярно оси пакета или модуля;(c) узел кожуха с газовым коллектором, расположенный вокруг пакета мембран или модульной сборки во внутреннем пространстве емкости высокого давления, где узел кожуха разделяет пакет или модуль по меньшей мере на первую зону пластин и вторую зону пластин, помещает любой вход емкости высокого давления в сообщении потоков с наружными областями пластин, в первой зоне пластин, и помещает наружные области пластин, в первой зоне пластин, в последовательном сообщении потоков с наружными областями пластин второй зоны пластин и(d) один или более защитных слоев, расположенных либо на входе емкости высокого давления, либо на узле кожуха с газовым коллектором, либо на входе и на узле. Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к мембранной системе реакторов ионного транспорта, содержащей:(b) некоторое количество мембранных модулей ионного транспорта, расположенных во внутреннем пространстве емкости высокого давления, где по меньшей мере часть модулей располагается последова-3 010413 тельно;(c) катализатор, расположенный между любыми двумя соседними мембранными модулями; и(d) один или более защитных слоев, где каждый защитный слой располагается между любыми двумя соседними мембранными модулями ионного транспорта во внутреннем пространстве емкости высокого давления. Катализатор может содержать один или более металлов или соединений, содержащих металлы, выбранных из группы, состоящей из никеля, кобальта, платины, золота, палладия, родия, рутения и железа. Каждый защитный слой может содержать активный твердый материал, содержащий одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из оксида магния, оксида кальция, оксида меди, карбоната кальция, карбоната натрия, карбоната стронция, оксида цинка, оксида стронция и перовскитов, содержащих щелочно-земельные металлы. Краткое описание некоторых видов чертежей Варианты осуществления настоящего изобретения иллюстрируются следующими чертежами, которые необязательно приводятся в реальном масштабе и не предназначены для ограничения этих вариантов осуществления каким-либо из признаков, показанных в них. Фиг. 1 представляет собой схематический вид спереди пакета или модуля мембранных пластин для использования при извлечении кислорода или в способах окисления в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Фиг. 2A представляет собой вид сбоку пакета или модуля мембранных пластин на фиг. 1 для использования в способах окисления. Фиг. 2B представляет собой вид сбоку пакета или модуля мембранных пластин на фиг. 1 для использования при извлечении кислорода. Фиг. 3A представляет собой вид в разрезе мембранной пластины на фиг. 1, 2A и 2B. Фиг. 3B представляет собой другой вид в разрезе мембранной пластины на фиг. 1, 2A и 2B. Фиг. 3C представляет собой вид в разрезе альтернативной мембранной пластины на фиг. 1, 2A и 2B. Фиг. 3D представляет собой другой вид в разрезе альтернативной мембранной пластины на фиг. 1,2A и 2B. Фиг. 4A представляет собой схематический вид сбоку внутреннего пространства емкости мембранного сепаратора для использования при извлечении кислорода. Фиг. 4B представляет собой вид в поперечном разрезе на фиг. 4 А. Фиг. 5 представляет собой схематический вид сбоку внутреннего пространства емкости мембранного реактора для использования в способах окисления. Фиг. 6 представляет собой вид в поперечном разрезе на фиг. 5. Фиг. 7 представляет собой вариант осуществления фиг. 4B, показывающий размещение изолирующего материала. Фиг. 8 представляет собой второй вариант осуществления фиг. 4B, показывающий альтернативное размещение термоизоляционного материала. Фиг. 9 представляет собой третий вариант осуществления фиг. 4B, показывающий альтернативное размещение термоизоляционного материала. Фиг. 10 представляет собой четвертый вариант осуществления фиг. 4B, показывающий альтернативное размещение термоизоляционного материала. Фиг. 11 представляет собой пятый вариант осуществления фиг. 4B, показывающий альтернативное размещение термоизоляционного материала. Фиг. 12 представляет собой шестой вариант осуществления фиг. 4B, показывающий альтернативное размещение термоизоляционного материала. Фиг. 13 представляет собой седьмой вариант осуществления фиг. 4B, показывающий размещение термоизоляционного материала. Фиг. 14 представляет собой схематический вид сбоку внутреннего пространства альтернативной мембранной емкости и расположение модулей для использования при извлечении кислорода или в способах окисления. Фиг. 15 представляет собой вид в разрезе сверху трубопровода для удерживания потока фиг. 4 А,имеющего коаксиальные параллельные мембранные модули. Фиг. 16 представляет собой вид в разрезе сверху трубопровода для удерживания потока со смещенными по отношению друг к другу рядами параллельных мембранных модулей. Фиг. 17 представляет собой схематический вид сбоку внутреннего пространства емкости мембранного сепаратора для использования при извлечении кислорода, который содержит защитные слои для удаления летучих загрязнителей из газа, вводимого в емкость. Фиг. 18 представляет собой схематический вид сбоку внутреннего пространства емкости мембранного реактора для использования в способах окисления, который содержит защитные слои для удаления летучих загрязнителей из газов, вводимых в емкость. Фиг. 19 представляет собой вид в разрезе сверху трубопровода для удерживания потока на фиг. 4 А,имеющего коаксиальные параллельные мембранные модули, которые содержат защитные слои для уда-4 010413 ления летучих загрязнителей в газах внутри емкости. Фиг. 20 представляет собой вид в разрезе сверху трубопровода для удерживания потока со смещенными по отношению друг к другу рядами параллельных мембранных модулей, который содержит защитные слои для удаления летучих загрязнителей в газах внутри емкости. Фиг. 21 представляет собой график парциальных давлений CrO3 как функции температуры в равновесии с CrO3 на поверхности сплава, содержащего хром, и в равновесии с материалом защитного слоя,содержащим MgO. Фиг. 22 представляет собой график парциальных давлений Si(OH)4 как функции температуры в равновесии с Si(OH)4 на поверхности сплава, содержащего Si, и в равновесии с материалом защитного слоя, содержащим MgO. Фиг. 23 представляет собой график парциальных давлений WO2(OH)2 как функции температуры в равновесии с WO2(OH)2 на поверхности сплава, содержащего W, и в равновесии с материалом защитного слоя, содержащим MgO. Фиг. 24 представляет собой график концентрации хрома как функции от глубины слоя для защитного слоя, содержащего MgO, который экспонируется для газа, содержащего CrO3. Подробное описание изобретения Варианты осуществления настоящего изобретения направлены на конструкцию и работу мембранных систем ионного транспорта, которые используют некоторое количество мембранных модулей, работающих последовательно, для использования либо для извлечения кислорода, либо в способах окисления. Обнаружено, что когда перенос кислорода через мембрану приводит к экзотермической реакции,например при получении синтез-газа из метана, степень преобразования реагентов на отдельной мембране должна быть ограничена для предотвращения возникновения избыточного градиента температуры на мембране. Обнаружено также, что когда мембрана переносит кислород в поток пермеата с более низким давлением, величина извлечения кислорода на отдельной мембране должна быть ограничена для предотвращения образования избыточного градиента вакансий кислорода в материале мембраны, между передним и задним краями мембраны. Избыточные градиенты температуры или вакансий кислорода могут вызывать избыточные напряжения в мембране, которые могут значительно сократить срок ее службы. Настоящее изобретение позволяет решить эти проблемы посредством последовательной ориентации некоторого количества мембранных модулей или ряда модулей, так что количество кислорода, извлекаемое на мембранах в каждом модуле, является достаточно низким, чтобы предотвратить возникновение избыточного градиента вакансий кислорода в материале мембраны. Количество кислорода, извлекаемое на каждом индивидуальном модуле, может ограничиваться посредством соответствующего выбора размера модуля и общая желаемая степень извлечения кислорода может достигаться посредством последовательной работы заданного некоторого количества модулей. Когда перенос кислорода через мембрану приводит к экзотермической реакции, степень преобразования реагентов на отдельных мембранах в каждом модуле должна быть достаточно низкой, чтобы предотвратить установление избыточного градиента температуры на мембране в направлении потока. Степень преобразования в каждом отдельном модуле может ограничиваться посредством соответствующего выбора размера модуля и полное желаемое преобразование может быть достигнуто посредством последовательной работы некоторого количества выбранных модулей. Газ, протекающий по наружной стороне мембран в каждом мембранном модуле, предпочтительно находится при более высоком давлении, чем газ на внутренней стороне мембран, внутри модуля, как описано ниже. Для того чтобы свести к минимуму сопротивление массопереносу в газовой фазе, газ более высокого давления должен направляться по наружной поверхности мембран при высокой скорости и настолько однородно, насколько это возможно. Благодаря уникальным рабочим условиям мембранных систем ионного транспорта, конструкция системы может включать в себя емкость высокого давления, необязательное устройство или трубопровод для удерживания газового потока, расположенный внутри емкости и окружающий ряды мембранных модулей, и термоизоляцию внутри емкости, чтобы дать возможность стенкам емкости работать при более низкой температуре, чем у мембранных модулей. Правильное физическое расположение каждого из этих компонентов, как описано ниже, улучшает возможности для изготовления, установки и долговременной работы системы. В дополнение к этому описываются другие признаки внутренней конструкции,которые, в целом, могут вносить вклад в долговременную надежность мембранной системы ионного транспорта. Следующие определения применяются к терминам, используемым при описании вариантов осуществления настоящего изобретения. Мембранный модуль ионного транспорта представляет собой сборку из некоторого количества мембранных структур, которая имеет область поступления газа и область выхода газа, расположенные так, что газ протекает через наружные поверхности мембранных структур. Газ, протекающий из области поступления в область выхода мембранного модуля, изменяет свою композицию, когда он проходит по поверхностям мембранных структур в модуле. Каждая мембранная структура имеет сторону ввода газа,содержащего кислород, и сторону пермеата, разделенные слоем или областью активной мембраны, кото-5 010413 рая делает возможным проникновение ионов кислорода через нее. Каждая мембранная структура также имеет внутреннюю и наружную области. В одном из вариантов осуществления, в котором мембранный модуль работает как устройство для выделения кислорода, сторона ввода газа, содержащего кислород,может находиться рядом с наружной областью мембранной структуры, а сторона пермеата может находиться рядом с внутренней областью мембранной структуры. В альтернативном варианте осуществления, в котором мембранный модуль работает как устройство для реакции окисления, сторона ввода газа, содержащего кислород, может находиться рядом с внутренней областью мембранной структуры, а сторона пермеата может находиться рядом с наружной областью мембранной структуры. В этом альтернативном варианте осуществления взаимодействующий входной газ протекает через наружную область мембранной структуры и взаимодействует с пермеатом кислорода. Таким образом, в этом варианте осуществления сторона пермеата представляет собой также сторону взаимодействующего газа мембранной структуры. Мембранная структура может иметь трубчатую конфигурацию, в которой газ, содержащий кислород, протекает в контакте с одной из сторон трубки (т.е. во внутренней области либо в наружной области трубки), и ионы кислорода проникают через материал активной мембраны в стенках трубки или на них на другую сторону трубки. Газ, содержащий кислород, может протекать внутри или снаружи трубки в направлении, в целом, параллельном оси трубки или, наоборот, может протекать над наружной стороной трубки в направлении, которое не является параллельным оси трубки. Модуль содержит некоторое количество трубок, расположенных в конфигурациях стыкового соединения или одна внутри другой, с соответствующими листовыми сборками трубок, для изоляции входных сторон и сторон пермеата у некоторого количества трубок. Альтернативно, мембранная структура может иметь плоскую конфигурацию, в которой пластина,имеющая центральную или внутреннюю и наружную области, формируется посредством двух параллельных плоских элементов, герметизированных по меньшей мере вокруг части ее периферийных краев. Ионы кислорода проникают через материал активной мембраны, который может располагаться либо на одной, либо на обеих поверхностях плоского элемента. Газ может протекать через центральную или внутреннюю область пластины, а пластина может иметь одно или более отверстий для протекания газа,чтобы дать газу возможность для поступления во внутреннюю область пластины и/или выхода из нее. Таким образом, ионы кислорода могут проникать из наружной области во внутреннюю область или,наоборот, могут проникать из внутренней области в наружную. Компоненты мембранного модуля включают в себя слой активной мембраны, который переносит или пропускает ионы кислорода, и может также переносить электроны, структурные компоненты, которые поддерживают слой активной мембраны, и структурные компоненты для направления газового потока к поверхностям мембран и от них. Слой активной мембраны, как правило, содержит керамический материал на основе смешанных оксидов металлов и также может содержать один или более элементарных металлов. Структурные компоненты мембранного модуля могут изготавливаться из любого соответствующего материала, такого, например, как керамические материалы на основе смешанных оксидов металлов, и также может содержать один или более элементарных металлов. Любые слои активной мембраны и структурных компонентов могут изготавливаться из одного и того же материала. Отдельные модули могут располагаться последовательно, это означает, что ряд модулей располагается вдоль одной и той же оси. Как правило, газ, который прошел сквозь поверхности мембранных структур в первом модуле, протекает из выходной области этого модуля, после чего некоторая часть газа или весь он поступает в область поступления второго модуля, а после этого протекает сквозь поверхности мембранных структур во втором модуле. Ось ряда из отдельных модулей может быть параллельной или приблизительно параллельной общему направлению потока или оси прохождения газа над рядом модулей. Модули могут располагаться в рядах из двух или более параллельных модулей, где ряд параллельных модулей лежит на оси, которая не является параллельной общему направлению потока или оси прохождения газа над модулями, и могут быть, в целом, ортогональными к ней. Некоторое количество рядов модулей может располагаться последовательно, что означает по определению, что ряды модулей располагаются таким образом, что по меньшей мере часть газа, которая проходит через поверхности мембранных структур в первом ряду модулей, протекает сквозь поверхности мембранных структур во втором ряду модулей. Любое количество отдельных модулей или рядов модулей может располагаться последовательно. В одном из вариантов осуществления модули, в ряду отдельных модулей или в последовательности из рядов модулей, могут лежать на общей оси или общих осях, при этом количество осей равно одной или равно количеству модулей в каждом ряду. В другом варианте осуществления, описанном ниже, последовательные модули или ряды модулей в последовательности модулей или рядов модулей могут смещаться поочередным образом, так что модули лежат по меньшей мере на двух осях или на количестве осей,большем, чем количество модулей в ряду соответственно. Оба этих варианта осуществления включаются в определение последовательных модулей, как здесь используется.-6 010413 Предпочтительно газ в контакте с наружными поверхностями в наружных областях мембранных модулей находится при более высоком давлении, чем газ во внутренних областях мембранных модулей. Трубопровод для удерживания потока определяется как трубопровод или закрытый канал, окружающий некоторое количество рядов мембранных модулей, который направляет протекающий газ над последовательными модулями. Коллектор представляет собой сборку из труб или трубопроводов, которая направляет газ для поступления во внутренние области мембранных модулей и/или для выхода из них. Два коллектора могут объединяться посредством установки первого или внутреннего трубопровода внутри второго или наружного трубопровода, где первый трубопровод создает первый коллектор, а кольцевой зазор между трубопроводами создает второй коллектор. Трубопроводы могут быть концентрическими или коаксиальными,при этом эти два термина имеют одно и то же значение. Альтернативно, трубопроводы могут не быть концентрическими или коаксиальными, но могут иметь раздельные параллельные или непараллельные оси. Эта конфигурация из внутреннего и наружного трубопроводов для обеспечения функционирования комбинированного коллектора определяется здесь как вложенный коллектор. Сообщение потоков означает, что компоненты мембранных модулей и систем емкостей ориентируются по отношению друг к другу таким образом, что газ может легко протекать от одного компонента к другому компоненту. Пластина представляет собой мембранную структуру, имеющую центральную или внутреннюю область и наружную область, где пластина формируется посредством двух параллельных плоских элементов, герметизированных вокруг по меньшей мере части их периферийных краев. Материал активной мембраны может располагаться либо на одной, либо на обеих поверхностях плоского элемента. Газ может протекать через центральную или внутреннюю область пластины, т.е. все части внутренней области находятся в сообщении потоков, и пластина имеет одно или более отверстий для протекания газа, чтобы дать возможность газу для поступления во внутреннюю область пластины и/или для выхода из нее. Внутренняя область пластины может содержать материал с порами и/или каналами, что делает возможным протекание газа через внутреннюю область и механически поддерживает параллельные плоские элементы. Материал активной мембраны переносит или пропускает ионы кислорода, но является непроницаемым для протекания любого газа. Кислород представляет собой общий термин для форм кислорода, составляющих элемент, имеющий атомный номер 8. Общий термин "кислород" включает в себя ионы кислорода, а также газообразный кислород (O2 или дикислород). Газ, содержащий кислород, может включать в себя, но не ограничиваясь этим, воздух или газовые смеси, содержащие один или более компонентов, выбранных из группы,состоящей из кислорода, азота, воды, монооксида углерода и диоксида углерода. Взаимодействующий газ или питающий взаимодействующий газ представляет собой газ, содержащий по меньшей мере один компонент, который взаимодействует с кислородом, с образованием продукта окисления. Взаимодействующий газ может содержать один или более углеводородов, где углеводород представляет собой соединение, содержащее, в основном или исключительно, атомы водорода и углерода. Углеводород также может содержать другие атомы, такие, например, как кислород. Синтез-газ представляет собой газовую смесь, содержащую, по меньшей мере, оксиды водорода и углерода. Мембрана ионного транспорта представляет собой активный слой материала керамической мембраны, содержащего смешанные оксиды металлов, способные к переносу или пропусканию ионов кислорода при повышенных температурах. Мембрана ионного транспорта также может переносить электроны, как и ионы кислорода, и этот тип мембраны ионного транспорта, как правило, описывается как мембрана со смешанной проводимостью. Мембрана ионного транспорта также может содержать один или более элементарных металлов, тем самым образуя композитную мембрану. Мембранная система ионного транспорта представляет собой общий термин для набора из некоторого количества мембранных модулей ионного транспорта, используемых для извлечения кислорода или для реакций окисления. Мембранная система разделения ионного транспорта представляет собой мембранную систему ионного транспорта, используемую для выделения и извлечения кислорода из газа,содержащего кислород. Мембранная система реакторов ионного транспорта представляет собой мембранную систему ионного транспорта, используемую для реакций окисления. Последовательные мембранные модули в вариантах осуществления настоящего изобретения могут изготавливаться либо в трубчатой, либо в плоской конфигурации, как описано выше. Плоские конфигурации являются предпочтительными для многих применений, и возможны многочисленные конфигурации плоских мембранных модулей. Конфигурации плоских мембранных модулей описаны, например, в ожидающей совместного решения заявке на патент США, имеющей серийный номер 10/394620, зарегистрированной 21 марта 2003 г., эта заявка включена в описание в качестве ссылки. Использование терминов в единственном числе предполагает также множественное число, если не указано иное. Пример плоского мембранного модуля иллюстрируется на фиг. 1, которая представляет собой схематический вид спереди пакета или модуля мембранных пластин для использования при извлечении ки-7 010413 слорода или в способах окисления в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Пакет или модуль в этом примере содержит некоторое количество плоских пластин 1, разделенных полыми прокладками 3 и имеющих необязательную крышку 5. Пластины и прокладки располагаются и соединяются поочередным образом, как показано, и образуют ось 7 пакета или модуля. Пластины могут быть любой формы, если смотреть сверху, но, как правило, предпочтительной является квадратная или прямоугольная форма. Размер любой стороны квадратной или прямоугольной пластины может находиться в пределах между 2 и 45 см. Количество пластин в пакете может составлять до 1000. Наружная область пакета или модуля представляет собой область, окружающую собой наружные поверхности пластин и прокладок. Как подробно описано ниже, пластины 1 имеют внутренние области,которые располагаются в сообщении потоков с внутренними пространствами прокладок 3, где формируются газонепроницаемые уплотнения между пластинами и прокладками. Отверстие 9 в нижней полой прокладке 11 дает возможность газу входить во внутреннюю область пакета или модуля и/или выходить из нее, где внутренняя область модуля формируется посредством внутренних областей пластин и отверстий в полых прокладках. Таким образом, отверстие 9 находится в сообщении потоков с внутренней областью модуля. Вид сбоку модуля на фиг. 1 показан на фиг. 2 А, он иллюстрирует примерную конфигурацию для использования в способах окисления. В этом примере прокладки 201 между пластинами 200, каждая,имеют по два отдельных набора отверстий 203 и 205. Отверстия 203 в прокладках 201 и дополнительные отверстия в прокладках, расположенных выше и ниже прокладок 201, формируют внутренний коллектор,который находится в сообщении потоков с внутренними областями пластин при помощи соответствующим образом расположенных отверстий (не показаны), сквозь слои пластин, на левых краях пластин. Эти отверстия сквозь слои пластин также помещают внутренние отверстия 203 прокладок 201 и внутренние отверстия в прокладках выше и ниже прокладок 201 в сообщении потоков друг с другом. Подобным образом отверстия 205 в прокладках 201 и дополнительные отверстия в прокладках, расположенных выше и ниже прокладок 201, формируют внутренний коллектор, который находится в сообщении потоков с внутренними областями пластин, посредством соответствующим образом расположенных отверстий (не показаны), сквозь слои пластин, на правых краях пластин. Эти отверстия сквозь слои пластин также помещают внутренние отверстия 205 прокладок 201 и внутренние отверстия в прокладках выше и ниже прокладок 201 в сообщении потоков друг с другом. В этом примере конфигурации газовый поток 207 протекает, восходя через внутренний коллектор,образованный посредством отверстий 203 и отверстий выше их, и затем протекает горизонтально через внутренние области пластин. Затем газ из внутренних областей пластин стекает вниз через внутренний коллектор, образованный посредством отверстий 205 и отверстий выше них, и покидает модуль как газовый поток 209. Второй газ 211 в области поступления газа модуля протекает через наружную область модуля на любой стороне прокладок 201 и в контакте с наружными поверхностями пластин 200. Газ 213,после контактирования с наружными поверхностями пластин 200, протекает через область выхода газа модуля. Модуль может работать в типичном диапазоне температур от 600 до 1100C. Модуль на фиг. 2A может использоваться как часть системы реакторов окисления, где примерный газ 211 представляет собой взаимодействующий газ, а примерный газ 207 представляет собой окислитель или газ, содержащий кислород. Газ 207, содержащий кислород, протекает через внутренний коллектор через отверстия 203 и через внутренние области пластин, кислород проходит через материал активной мембраны в плоских элементах пластин, а газ 209, обедненный кислородом, вытекает из модуля через отверстия 205. Пермеат кислорода взаимодействует с компонентами реагентами во взаимодействующем газе или во взаимодействующем входном газе 211, когда газ протекает над наружными поверхностями пластин, и образует продукты окисления. Уходящий газ 213 из модуля содержит продукты окисления и непрореагировавшие компоненты. В одном из примеров варианта осуществления взаимодействующий газ 211 содержит метан или входной газ, содержащий метан, и уходящий газ 213 представляет собой смесь непрореагировавшего метана, водорода, оксидов углерода и воды, газ 207, содержащий кислород,представляет собой воздух, а газ 209, обедненный кислородом, является обогащенным азотом и обедненным кислородом по отношению к газу 207. Как правило, давление газов 211 и 213 является более высоким, чем давление газа во внутренней области модуля. Альтернативный вид сбоку модуля на фиг. 1 показан на фиг. 2 В, он иллюстрирует пример конфигурации для использования в способах извлечения кислорода высокой чистоты из газа, содержащего кислород. В этом примере прокладки 215 между пластинами 217 имеют отверстия 219, где отверстия 219 и дополнительные отверстия в прокладках, расположенных ниже прокладок 215, образуют внутренний коллектор, который находится в сообщении потоков с внутренними областями пластин. Таким образом,отверстие 221 помещает внутреннюю область модуля в сообщении потоков с трубопроводом для продукта газа (не показан). Газ 223, содержащий кислород, например воздух, в области поступления газа модуля протекает через наружную область модуля на любой стороне прокладок 215 и в контакте с наружными поверхностями пластин 217. После контактирования с наружными поверхностями пластин 217 газ 225, обедненный кислородом, протекает через область выхода газа модуля. Модуль может работать в типичном диапазоне температур от 600 до 1100C.-8 010413 Газ, содержащий кислород, протекает через наружную область модуля и контактирует с наружными поверхностями пластин, кислород проникает в материал активной мембраны, в плоских элементах пластин, и газообразный кислород высокой чистоты собирается во внутренней области модуля. Продукт газообразного кислорода 227 высокой чистоты вытекает из отверстия 221. Как правило, давление газов 223 и 225, содержащих кислород, выше, чем давление кислорода высокой чистоты во внутренней области модуля. Один из возможных примеров конфигурации внутренних областей пластин на фиг. 1, 2A и 2 В иллюстрируется на видах в разрезе фиг. 3A и 3B. Обращаясь к фиг. 3A, который представляет собой разрез 2-2 на фиг. 1, пластина имеет слои 301 и 303 наружной насадки из пористого керамического материала,который дает возможность газу для протекания через поры. Плотные слои 305 и 307 активной мембраны находятся в контакте со слоями 301 и 303 наружной насадки и поддерживаются посредством опорных ребер 321 и 329, которые представляют собой часть слоев 315 и 317 канала для потока. Эти ребра, в свою очередь, поддерживаются посредством имеющего щели опорного слоя 309, который имеет отверстия или щели 313 для протекания газа. Открытые каналы 319 и 325 находятся в сообщении потоков через отверстия или щели 313. Необязательно, слои насадки 301 и 303 могут и не требоваться, когда модуль на фиг. 2 В используется для извлечения кислорода из газа, содержащего кислород. Термин "плотный" относится к керамическому материалу, через который, когда он спекается или сжигается, не может протекать газ. Газ не может протекать через плотные керамические мембраны, изготовленные из материала на основе многокомпонентных оксидов металлов со смешанной проводимостью настолько, насколько мембраны являются интактными и имеют трещины, отверстия или дефекты, которые делают возможными утечки газа. Ионы кислорода могут проникать в плотные керамические мембраны, изготовленные из материала на основе многокомпонентных оксидов металлов со смешанной проводимостью при повышенных температурах, как правило больше чем 600C. Фиг. 3B, которая представляет собой разрез 4-4 фиг. 2A и 2B, иллюстрирует разрез пластины, повернутый на 90 от разреза на фиг. 3A. Этот разрез показывает идентичные виды слоев 301 и 303 наружной насадки и слоев 305 и 307 материала плотной активной мембраны. Этот разрез также показывает чередующиеся виды имеющего щели опорного слоя 309 и слоев 315 и 317 каналов для потока. Открытые каналы 331 формируются между чередующимися опорными ребрами 333 и делают возможным протекание газа через внутреннюю область пластины. По этой причине внутренняя область пластины определяется как объединенный открытый объем внутри слоя 315 каналов для потока, слоя 317 каналов для потока и имеющего щели опорного слоя 309. Слои 305 и 307 плотной активной мембраны предпочтительно содержат керамический материал на основе смешанных оксидов металлов, содержащих по меньшей мере одно соединение многокомпонентного оксида металла со смешанной проводимостью, имеющее общую формулу (LaxCa1-x)yFeO3-, где 1,0x0,5, 1,1y1,0 ипредставляет собой число, которое делает композицию материала электрически нейтральной. Любой пригодный для использования материал может использоваться для слоев 301 и 303 пористой насадки, и этот материал может представлять собой, например, керамический материал,имеющий такую же композицию, как и слои 305 и 307 активных мембран. Предпочтительно слои 301 и 303 пористой насадки представляют собой материал на основе многокомпонентных оксидов металлов со смешанной проводимостью. Любой, пригодный для использования материал может использоваться для структурных элементов имеющего щели опорного слоя 309 и слоев 315 и 317 каналов для потока, и этот материал может представлять собой, например, керамический материал, имеющий такую же композицию, как и слои 305 и 307 активных мембран. Материал опорного слоя с каналами предпочтительно представляет собой плотный керамический материал. В одном из вариантов осуществления слои 305 и 307 активных мембран, слои 301 и 303 пористой насадки, имеющий щели опорный слой 309 и слои 315 и 317 каналов для потока, - все они могут изготавливаться из материала, имеющего одинаковую композицию. Слои 305 и 307 плотных активных мембран необязательно могут содержать один или более катализаторов восстановления кислорода на стороне окислителя. Катализатор или катализаторы могут содержать металлы, выбранные из группы, состоящей из платины, палладия, рутения, золота, серебра, висмута, бария, ванадия, молибдена, церия, празеодима, кобальта, родия и марганца или соединений, содержащих эти металлы. Слои 301 и 303 пористой насадки необязательно могут содержать один или более катализаторов для ускорения окисления, риформинга и/или других реакций углеводородов, которые происходят в пористом слое. Катализатор или катализаторы могут располагаться либо на одной, либо на обеих поверхностях слоев 301 и 303 пористой насадки, или альтернативно, могут диспергироваться в слое. Один или более катализаторов могут содержать металлы, выбранные из группы, состоящей из платины, палладия, родия,рутения, иридия, золота, никеля, кобальта, меди, калия и их смесей или из соединений, содержащих эти металлы. Если это желательно по структурным и/или технологическим причинам, дополнительный пористый слой может располагаться между слоями 305 и 307 активных мембран и соседними слоями 315 и 317 каналов для потока соответственно.-9 010413 Другая возможная конфигурация внутренних областей пластин для применения при извлечении кислорода на фиг. 1, 2A и 2B иллюстрируются на видах в разрезе на фиг. 3C и 3D. Обращаясь к фиг. 3C,которая представляет собой разрез 2-2 на фиг. 1, пластина имеет наружные плотные слои 351 и 353. Пористые керамические слои 355 и 357 находятся в контакте с наружными плотными слоями 351 и 353. Пористый керамический слой 355 поддерживается посредством опорных ребер 371, которые являются частью слоя 365 каналов для потока. Пористый керамический слой 355 находится в контакте с каналами 366 для потока, которые являются частью слоя 365 каналов для потока. Пористый керамический слой 357 находится в контакте с каналами 368 для потока, которые представляют собой часть слоя 367 каналов для потока. Ребра 371 поддерживаются, в свою очередь, посредством слоя 358 каналов для потока, который имеет отверстия или щели 363 для газового потока. Слой 367 каналов для потока поддерживается посредством ребер 373 слоя 359 каналов для потока, и мостики 379 формируют края каналов 368 для потока. Мостики 372 формируют края каналов 363 для потока, и каналы 368 для потока находятся в сообщении потоков с каналами 374 для потока слоя 359 каналов для потока. Открытые каналы 374 и 363 находятся в сообщении потоков. Фиг. 3D, которая представляет собой разрез 4-4 фиг. 2A и 2B, иллюстрирует разрез пластины, повернутый на 90 по отношению к разрезу на фиг. 3C. Этот разрез показывает идентичные виды наружных плотных слоев 351 и 353 и пористых керамических слоев 355 и 357. Пористый керамический слой 355 поддерживается слоем 365 каналов для потока. Пористый керамический слой 355 находится в контакте с каналами 366 для потока, которые являются частью слоя 365 каналов для потока. Пористый керамический слой 357 поддерживается посредством ребер 378 слоя 367 каналов для потока. Пористый слой 357 находится в сообщении потоков с каналами 368 для потоков, которые представляют собой часть слоя 367 каналов для потока. Ребра 378 поддерживаются, в свою очередь, слоем 359 каналов для потока, которые имеют отверстия или щели 374 для газового потока. Слой 365 каналов для потока поддерживается ребрами 375 слоя 358 каналов для потока. Мостики 371 формируют края каналов 366 для потока. Мостики 376 формируют края каналов 374 для потока, и каналы 366 для потока находятся в сообщении потоков с каналами 363 для потока слоя 358 каналов для потока. Открытые каналы 374 и 363 находятся в сообщении потоков. По этой причине внутренняя область пластины определяется как объединенный открытый объем внутри слоя 365 каналов для потока, слоя 367 каналов для потока, слоя 358 каналов для потока и слоя 359 каналов для потока. Каналы для потоков в слоях 365 и 358 могут быть ортогональными друг другу,как и каналы для потоков в слоях 367 и 359. Альтернативно, каналы 358 и 359 для потока могут быть заменены одним слоем каналов для потока, который содержит каналы для потока, которые радиально расходятся от центра пластины и находятся в сообщении потоков с центральным соединительным узлом в центре пластины. Примеры композиций для плотных активных мембран описаны в патенте США 6056807, который включается сюда в качестве ссылки. Слои 351 и 353 плотных активных мембран предпочтительно содержат керамический материал на основе смешанных оксидов металлов, содержащий по меньшей мере одно соединение многокомпонентного оксида металла со смешанной проводимостью, имеющее общую формулу (LaxSr1-x)CoyO3-, где 1,0x0,4, 1,02y1,0 ипредставляет собой число, которое делает композицию материала электрически нейтральной. Любой, пригодный для использования керамический материал может использоваться для слоев 355 и 357 пористой насадки и может представлять собой, например, материал с такой же композицией, как у слоев 351 и 353 активных мембран. Предпочтительно слои 355 и 357 пористой насадки представляют собой материал на основе многокомпонентных оксидов металлов со смешанной проводимостью. Любой, пригодный для использования материал может использоваться для структурных элементов слоев 365, 367, 358 и 359 каналов для потока, и этот материал может представлять собой, например, керамический материал, имеющий такую же композицию, как и слои 351 и 353 активных мембран. Материал слоев с каналами для потока предпочтительно представляет собой плотный керамический материал. В одном из вариантов осуществления слои 351 и 353 активных мембран, слои 355 и 357 пористой насадки и слои 358, 359, 365 и 367 с каналами для потока, - все они могут изготавливаться из материала, имеющего одинаковую композицию. Необязательно, пористый слой может наноситься на наружную поверхность плотных слоев 351 и 353. Другие примеры конфигурации для внутренних областей пластин для применений при генерации кислорода приводятся в патенте США 5681373, который включается сюда в качестве ссылки. Варианты осуществления настоящего изобретения используют некоторое количество мембранных модулей, расположенных последовательно, как определено выше. Последовательные модули, в свою очередь, могут устанавливаться в одной или нескольких емкостях с соответствующими трубопроводами,каналами и/или коллекторами для удерживания потока газа, для направления газовых потоков к модулям и от них. Один из этих вариантов осуществления иллюстрируется на фиг. 4 А, которая представляет собой схематический вид сбоку внутреннего пространства примера емкости мембранного сепаратора для использования при извлечении продукта кислорода высокой чистоты из газа, содержащего кислород.- 10010413 Продукт кислорода высокой чистоты может содержать по меньшей мере 99,9% объемного кислорода. Мембранные модули 401, 403, 405, 407 и 409 устанавливаются последовательно в необязательном трубопроводе 411 для удерживания потока внутри емкости 413 высокого давления. Эти мембранные модули могут, например, быть сходными с модулем, описанным выше со ссылками на фиг. 1 и 2B. Необязательный трубопровод 411 для удерживания потока имеет вход 415 для направления питающего газового потока 417 через трубопровод для контактирования с наружными поверхностями пластин в модулях 401409. Входной газовый поток представляет собой газообразный окислитель под давлением, содержащий кислород, например воздух, который нагревается с помощью пригодного для использования способа (не показан) до температуры от 600 до 1100C. Давление газа в трубопроводе 411 может находиться в пределах от 0,2 до 8 МПа. Трубопровод для удерживания потока предпочтительно содержит сплав металлов,стойкий к окислению, содержащий железо и один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из никеля и хрома. Коммерчески доступные сплавы, которые могут использоваться для трубопроводов для удерживания потока, включают в себя сплавы Haynes 230, Incolloy 800H, Haynes 214 иInconel 693. Давление газа во внутреннем пространстве трубопровода 411 для удерживания потока предпочтительно является большим, чем давление газа во внутреннем пространстве емкости 413 высокого давления между внутренней стенкой емкости и наружной стенкой трубопровода 411 для удерживания потока. Разность давлений между внутренним пространством и наружным пространством трубопровода 411 в любой точке между входом и выходом емкости 413 высокого давления предпочтительно поддерживается при значении, равном или большем чем ноль, при этом давление во внутреннем пространстве трубопровода является равным или большим, чем давление в емкости высокого давления снаружи трубопровода. Это можно осуществить, например, путем продувки пространства снаружи трубопровода газом при давлении, более низком, чем у технологического газа внутри трубопровода; предоставления возможности для сообщения потоков между пространством снаружи трубопровода и технологическим газом в трубопроводе, на выходе 421 для технологического газа; введения продувочного газа в пространство снаружи трубопровода или извлечения продувочного газа через выход для продувочного газа, при этом используя контроллеры давления на выходе для продувочного газа для поддержания в пространстве снаружи трубопровода давления более низкого, чем внутри трубопровода. Когда газ, содержащий кислород, последовательно проходит над поверхностями пластин в мембранных модулях 401-409, кислород проникает в слои плотных активных мембран и собирается во внутренних областях модулей. Поток 419 газа, обедненного кислородом, покидает трубопровод и емкость высокого давления через выход 421. Продукт пермеата кислорода высокой чистоты из внутренних областей модулей протекает через первичные коллекторы 423, 425, 427, 429 и 431, вторичные коллекторы 433, 435, 437, 439 и 441 и главный коллектор 445 и покидает систему как поток 447 продукта газа высокой чистоты. По меньшей мере два из мембранных модулей 401-409 определяют ось модуля, которая может быть параллельной оси емкости 413 высокого давления или оси трубопровода 411 для удерживания потока или совпадать с ними. В то время как пример емкости мембранного сепаратора, описанный выше, имеет один вход для питающего газа в мембранных модулях, один трубопровод для удерживания потока и один выход из мембранных модулей, возможны и другие варианты осуществления, в которых может использоваться некоторое количество входов, некоторое количество трубопроводов для удерживания потока и/или некоторое количество выходов. Например, емкость высокого давления может иметь два (или более) трубопровода для удерживания потока, каждый из которых имеет один или более входов и один или более выходов. Как правило, когда емкость сепаратора описывается как имеющая вход и выход, это означает,что она имеет один или более входов и один или более выходов. Как правило, когда емкость сепаратора описывается как имеющая трубопровод для удерживания потока, это означает, что она имеет один или более трубопроводов для удерживания потока. Другой вид примера емкости мембранного сепаратора на фиг. 4A дается разрезом 6-6, как показано на фиг. 4B. В этом варианте осуществления ряд из трех мембранных модулей 401a, 401b и 401c устанавливается параллельно в трубопроводе 411 и имеет три первичных коллектора 423a, 423b и 423c, которые соединяются с вторичным коллектором 433. Вторичный коллектор 433 соединяется, в свою очередь, с главным коллектором 445. Альтернативно, в каждом ряду могут использоваться один мембранный модуль, два параллельных мембранных модуля или более чем три параллельных мембранных модуля. В то время как вторичные коллекторы 433, 435, 437, 439 и 441 и главный коллектор 445 располагаются во внутреннем пространстве емкости 413 высокого давления, в вариантах осуществления на фиг. 4A и 4B, эти коллекторы могут располагаться снаружи емкости высокого давления в альтернативном варианте осуществления. Первичные коллекторы 423, 425, 427, 429 и 431, в этом альтернативном варианте осуществления, проходили бы сквозь стенку емкости 413 высокого давления.- 11010413 В альтернативном варианте осуществления плоские мембранные модули 401-409 могут заменяться трубчатыми мембранными модулями, располагаемыми в виде последовательности по отношению к продольному потоку газа через необязательный трубопровод 411. Эти модули могут использовать некоторое количество отдельных трубок или могут использоваться трубки со стыковым соединением, и модули могут ориентироваться так, что газ протекает через трубки в поперечном потоке или контактирует с трубками в параллельном потоке. В этом альтернативном варианте осуществления все коллекторы располагаются внутри емкости высокого давления, как показано на фиг. 4A и 4B. Другой вариант осуществления настоящего изобретения иллюстрируется на фиг. 5 и представляет собой схематический вид сбоку примера емкости мембранного реактора для использования в способах окисления. Мембранные модули 501, 503, 505, 507 и 509 устанавливаются последовательно в трубопроводе 511 для удерживания потока внутри емкости 513 высокого давления. Эти мембранные модули могут быть, например, сходными с модулем, описанным выше со ссылками на фиг. 1 и 2 А. Необязательный трубопровод 511 для удерживания потока имеет вход 515 для направления питающего газового потока 517 через проход для контактирования с наружными поверхностями пластин в модулях 501-509. Входной газовый поток представляет собой взаимодействующий входной газ, содержащий один или более компонентов, которые взаимодействуют с кислородом при повышенных температурах, где входной взаимодействующий газ на входе нагревается посредством любого, пригодного для использования способа (не показан) до температуры от 600 до 1100C. Давление газа в трубопроводе 511 может находиться в пределах от 0,2 до 8 МПа. Пример взаимодействующего питающего газа представляет собой смесь пара и природного газа, где природный газ содержит в основном метан, с меньшими количествами легких углеводородов. Смесь может подвергаться предварительному риформингу при температуре примерно ниже 800C с получением взаимодействующего питающего газа, содержащего пар, метан и оксиды углерода. Другие окисляемые взаимодействующие входные газы могут содержать, например, различные смеси водорода, монооксида углерода,пара, метанола, этанола и легких углеводородов. Давление газа во внутреннем пространстве трубопровода 511 для удерживания потока предпочтительно больше, чем давление газа во внутреннем пространстве емкости 513 высокого давления между внутренней стенкой емкости и наружной стенкой трубопровода 511 для удерживания потока. Разность давлений между внутренним пространством и наружным пространством трубопровода 511 в любой точке между входом и выходом емкости 513 высокого давления предпочтительно поддерживается при значении, равном или большем чем ноль, при этом давление во внутреннем пространстве трубопровода равно или больше, чем давление в емкости высокого давления снаружи трубопровода. Это может осуществляться, например, посредством продувки пространства снаружи трубопровода газом при давлении, более низком, чем у технологического газа внутри трубопровода; предоставления возможности для сообщения потоков между пространством снаружи трубопровода и технологическим газом в трубопроводе 559 на выходе технологического газа; введения продувочного газа в пространство снаружи трубопровода и извлечения продувочного газа через выход для продувочного газа, в то же время используя контроллеры давления на выходе продувочного газа для поддерживания в пространстве снаружи трубопровода давления, более низкого, чем внутри трубопровода. Внутренние области мембранных модулей 501-509 находятся в сообщении потоков с двумя системами коллекторов, одна - для введения газообразного окислителя, содержащего кислород, в модули, а другая - для извлечения газообразного окислителя, обедненного кислородом, из модулей. Первая из этих систем коллекторов содержит главный входной коллектор 519, первичные входные коллекторы 521, 523,525, 527 и 529 и вторичные входные коллекторы 531, 533, 535, 537 и 539. Вторая из этих систем коллекторов содержит главный выходной коллектор 541 и первичные выходные коллекторы 543, 545, 547, 549 и 551. В конфигурации (не показана), альтернативной к конфигурации на фиг. 5, вторичные входные коллекторы 531, 533, 535, 537 и 539 могут объединяться с первичными выходными коллекторами 543, 545,547, 549 и 551 соответственно, когда они располагаются внутри трубопровода 511 для удерживания потока. Два коллектора могут объединяться посредством установки первого или внутреннего трубопровода внутри второго или наружного прохода, при этом первый трубопровод создает первый коллектор, а кольцевой зазор между трубопроводами создает второй коллектор. Трубопроводы могут быть концентрическими или коаксиальными; альтернативно, трубопроводы могут не быть концентрическими или коаксиальными и могут иметь отдельные параллельные или непараллельные оси. Эта конфигурация из внутреннего и наружного трубопроводов для обеспечения функционирования объединенного коллектора определяется здесь как вложенный коллектор. В этой альтернативной конфигурации газ 553 протекал бы через центральный трубопровод, а газ 555 протекал бы через кольцевой зазор каждого набора этих вложенных коллекторов. Вложенные коллекторы составляли бы переход для отделения наружного пространства коллекторов от трубопровода 511 для удерживания потока, т.е. составляли бы переход для вторичных входных коллекторов 531, 533,535 и 539 и первичных выходных коллекторов 543, 545, 547, 549 и 551, как показано на фиг. 5. Необязательно, первичные выходные коллекторы 543, 545, 547, 549 и 551 могут быть вложены внутрь вторичных входных коллекторов 531, 533, 535, 537 и 539 соответственно в трубопроводе 511 для удерживания пото- 12010413 ка. При такой возможности газ 555 протекал бы через центральный трубопровод, а газ 553 протекал бы через кольцевой зазор каждого набора этих вложенных коллекторов. В общих терминах, по этой причине вторичные входные коллекторы и первичные выходные коллекторы могут быть вложенными, когда располагаются внутри трубопровода 511 для удерживания потока, и посредством кольцевого зазора может создаваться либо вторичный входной коллектор, либо первичный выходной коллектор. Нагретый газообразный окислитель 553 под давлением, содержащий кислород, например воздух,который нагревается посредством любого, пригодного для использования способа (не показано) до температуры от 600 до 1100C, поступает в главный входной коллектор 519 и протекает через первичные входные коллекторы 521, 523, 525, 527 и 529 и вторичные входные коллекторы 531, 533, 535, 537 и 539 ко входам мембранных модулей 501, 503, 505, 507 и 509. Кислород из газообразного окислителя во внутренних областях мембранных модулей проникает в слои плотных активных мембран в пластинах модулей 501-509, и пермеат кислорода взаимодействует с активными компонентами в наружных областях мембранных модулей. Обедненный кислородом газообразный окислитель покидает выходы из внутренних областей мембранных модулей через первичные выходные коллекторы 543, 545, 547, 549 и 551 и главный выходной коллектор 541, и конечный газообразный окислитель, обедненный кислородом, извлекается как газовый поток 555. Выходной газовый поток 557, который содержит продукты реакции и непрореагировавшие входные компоненты, извлекается из системы реакторов через выход 559. В то время как примерная емкость реактора, описанного выше, имеет один вход для взаимодействующего питающего газа в мембранные модули, один трубопровод для удерживания потока и один выход из мембранных модулей, возможными являются и другие варианты осуществления, в которых может использоваться некоторое количество входов, некоторое количество трубопроводов для удерживания потока и/или некоторое количество выходов. Например, емкость высокого давления может иметь два или более трубопроводов для удерживания потока, каждый из них имеет один или более входов и один или более выходов. Как правило, когда емкость реактора описывается как имеющая вход и выход, это означает, что она имеет один или более входов и один или более выходов. Как правило, когда емкость реактора описывается как имеющая трубопровод для удерживания потока, это означает, что она имеет один или более трубопроводов для удерживания потока. Другой вид примера емкости мембранного реактора на фиг. 5 приводится в разрезе 8-8, как показано на фиг. 6. В этом варианте осуществления ряд из трех мембранных модулей 503 а, 503b и 503 с устанавливается параллельно в трубопроводе 511. Газообразный окислитель протекает через главный входной коллектор 519, первичный входной коллектор 523 и вторичные входные коллекторы 533 а, 533b и 533 с к входам мембранных модулей 503 а, 503b и 503 с. Газообразный окислитель, обедненный кислородом, покидает мембранные модули 503 а, 503b и 503 с через первичные выходные коллекторы 545a, 545b и 545c (расположенные за вторичными входными коллекторами 533 а, 533b и 533 с), вторичный выходной коллектор 561 и главные выходные коллекторы 541a и 541b. В то время как в варианте осуществления на фиг. 6 показаны три параллельных мембранных модуля, по желанию, может использоваться один мембранный модуль, два параллельных мембранных модуля или более чем три параллельных мембранных модуля. Дополнительные емкости высокого давления могут устанавливаться последовательно с емкостью 413 высокого давления, так что выходящий газ из одной емкости поступает в другую емкость. Дополнительные емкости высокого давления могут располагаться параллельно, при этом некоторое количество емкостей высокого давления работает параллельно и последовательно. Подобным же образом дополнительные емкости высокого давления могут устанавливаться последовательно с емкостью 513 высокого давления, так что выходящий газ из одной емкости поступает в другую емкость. Дополнительные емкости высокого давления могут располагаться параллельно, при этом некоторое количество емкостей высокого давления работает параллельно и последовательно. По желанию, защитные слои могут располагаться между любыми последовательными емкостями высокого давления. В вариантах осуществления, описанных выше, является желательным использование внутренней изоляции для поддерживания стенок емкости 413 и 513 высокого давления при температурах, более низких, чем температуры соответствующих мембранных модулей 401-409 и 501-509. Это может осуществляться посредством различных альтернатив изоляции на фиг. 7-13, которые иллюстрируют конфигурации изоляции для вариантов осуществления на фиг. 4A и 4B, используемых для извлечения кислорода из газа, содержащего кислород. Подобные конфигурации изоляции (не показаны) могут использоваться для варианта осуществления реактора окисления на фиг. 5 и 6. Первая из этих альтернатив показана на фиг. 7, где изоляция 701 располагается внутри и может находиться в контакте с внутренними стенками емкости 703 высокого давления. В этом варианте осуществления трубопровод для удерживания потока не используется; вместо этого, посредством самой изоляции, формируется полость 705, которая предназначена для направления газового потока над наружными областями мембранных модулей. Изоляция может находиться в контакте с первичными коллекторами 423 а, 423b и 423 с, вторичным коллектором 433 и главным коллектором 445. Вторая конфигурация изоляции показана на фиг. 8, где изоляция 801 располагается рядом с внутренней стенкой емкости 413 высокого давления и может находиться в контакте с ней. В этом варианте- 13010413 осуществления используется трубопровод 411 для удерживания потока, и предпочтительно он не находится в контакте с изоляцией 801. Изоляция, предпочтительно, не находится в контакте с первичными коллекторами 423 а, 423b и 423 с, вторичным коллектором 433 и главным коллектором 445. Третья конфигурация изоляции показана на фиг. 9, где изоляция 901 полностью заполняет внутреннюю область емкости высокого давления между внутренними стенками емкости и наружными поверхностями трубопровода 411 для удерживания потока, первичных коллекторов 423a, 423b и 423c, вторичного коллектора 433 и главного коллектора 445. Изоляция может находиться в контакте с внутренними стенками емкости и с наружными поверхностями трубопровода 411 для удерживания потока, первичными коллекторами 423a, 423b и 423c, вторичным коллектором 433 и главным коллектором 445. Другая альтернативная конфигурация изоляции показана на фиг. 10, где изоляция 1001 образует полость 1003 вокруг мембранных модулей, и эта полость служит для направления газового потока над наружными областями модулей. Изоляция 1001 может находиться в контакте с первичными коллекторами 423a, 423b и 423c и, как правило, не находится в контакте с внутренними стенками емкости 413 высокого давления. Фиг. 11 показывает другую альтернативную конфигурацию изоляции, в которой изоляция 1101 окружает собой трубопровод 411 для удерживания потока, который, в свою очередь, окружает собой мембранные модули, как описывается выше. Изоляция 1101 может находиться в контакте с первичными коллекторами 423a, 423b и 423c и, как правило, не находится в контакте с внутренними стенками емкости 413 высокого давления и наружной поверхностью трубопровода 411 для удерживания потока. Другая конфигурация изоляции показана на фиг. 12, где изоляция 1201 окружает собой трубопровод 411 для удерживания потока, который, в свою очередь, окружает собой мембранные модули, как описывается выше. Изоляция 1201 может находиться в контакте с первичными коллекторами 423a, 423b и 423c и, как правило, находится в контакте с наружной поверхностью трубопровода 411 для удерживания потока и, как правило, не находится в контакте с внутренними стенками емкости 413 высокого давления. Последняя конфигурация изоляции показана на фиг. 13, где изоляция 1303 располагается внутри трубопровода 411 для удерживания потока и, как правило, в контакте с его внутренними стенками, где изоляция образует полость 1305 вокруг мембранных модулей, и эта полость служит для направления газового потока над наружными областями модулей. Изоляция 1303 может находиться в контакте с первичными коллекторами 423a, 423b и 423c. В любом из вариантов осуществления, описанных выше, на фиг. 7-13, как правило, используется уплотнение металл-керамика, в первичных коллекторах 423a, 423b и 423c, для перехода от металлических коллекторов к керамическим модулям. Подобным же образом в варианте осуществления реактора окисления на фиг. 6 и в соответствующих вариантах осуществления изоляции, подобных вариантам осуществления на фиг. 7-13, уплотнение металл-керамика, как правило, используется в первичных коллекторах 533a, 533b и 533c для перехода от металлических коллекторов к керамическим модулям. В вариантах осуществления на фиг. 10-13 (и в подобных им вариантах осуществления для реактора окисления) эти уплотнения предпочтительно располагаются внутри изоляции 1001, 1101, 1201 и 1303 (в контакте с коллекторами 423a, 423b и 423c, но не с коллектором 433) для получения желаемых рабочих температур для уплотнения. В любом из вариантов осуществления на фиг. 7-13 дополнительная изоляция (не показана) может располагаться вокруг наружной поверхности емкости высокого давления, например, для защиты работающего персонала от потенциально горячей поверхности емкости. Эта дополнительная изоляция также может служить для обеспечения того, чтобы внутреннее пространство емкости находилось выше точки росы любого газа внутри емкости. В любом из вариантов осуществления фиг. 10-13 дополнительная изоляция (не показана) может располагаться рядом с внутренней поверхностью емкости высокого давления. В любом из вариантов осуществления фиг. 4 А, 4B и 5-13 любой из коллекторов может изолироваться изнутри и/или снаружи (не показано). Эта изоляция служила бы для улучшения однородности теплового расширения трубопровода 411 для удерживания потока и коллекторов. Изоляция, используемая в вариантах осуществления фиг. 7-13, может содержать окись алюминия,алюмосиликат, окись кремния, силикат кальция или другие обычные изоляционные материалы, пригодные для использования при повышенных температурах. Изоляция может содержать, например, один или более материалов, выбранных из группы, состоящей из волокнистой окиси алюминия, волокнистого алюмосиликата, пористой окиси алюминия и пористого алюмосиликата. В вариантах осуществления на фиг. 7, 10 и 13, где сама изоляция формирует полость вокруг мембранных модулей, внутренние стенки полости могут иметь покрытие или накрываться материалом, который предотвращает вступление в контакт летучих компонентов из изоляции с мембранными модулями. Например, полость может быть проложена фольгой, изготовленной из металла, такого как Haynes 214, для предотвращения контактирования частиц в парах, содержащих Si, которые могут генерироваться из материалов изоляции, и/или частиц в парах, содержащих Cr, которые могут генерироваться из материалов металлических трубопроводов, с мембранными модулями.- 14010413 Изоляция может содержать один или более дополнительных материалов, выбранных из группы, состоящей из оксида магния, оксида кальция, оксида меди, карбоната кальция, карбоната стронция, карбоната натрия, оксида цинка, оксида стронция и перовскитов, содержащих щелочно-земельные металлы,при этом эти материалы могут наноситься на поверхность изоляции и/или диспергироваться в изоляции. Эти дополнительные материалы могут использоваться вместо защитного слоя или слоев, описанных выше, или в дополнение к ним. Эти материалы взаимодействуют с загрязнителями, которые могут присутствовать во входном потоке взаимодействующего газа, и удаляют их; эти загрязнители могут содержать,например, частицы в газах, содержащие серу, хром, кремний или кислород. Альтернативный вариант осуществления размещения групп пластин в виде последовательной конфигурации вдоль потока показан на фиг. 14. В этом варианте осуществления высокий пакет формируют из пластин и прокладок, как описывается выше, и пакет устанавливают в емкости 1401 высокого давления. Входная линия 1403 и выходная линия 1405 соединяются с узлом кожуха 1407 с газовым коллектором, который направляет поток питающего газа 1408 для протекания в различных направлениях среди групп пластин и через выходную линию 1405 в виде выходного потока 1409. В этом варианте осуществления пакет разделяется посредством узла кожуха на первую зону 1411 пластин, вторую зону 1413 пластин и третью зону 1415 пластин. Входной газ 1408, таким образом, последовательно протекает через зоны 1411, 1413 и 1415 пластин и выходит через выходную линию 1405. Хотя здесь показаны в целя иллюстрации три зоны пластин, может использоваться любое количество зон пластин, по потребности. Вариант осуществления на фиг. 14 может использоваться в качестве устройства для извлечения кислорода или в качестве устройства реактора окисления. Когда он используется в качестве устройства для извлечения кислорода, пакет формируется из пластин и прокладок, как описывалось раньше со ссылками на фиг. 1 и 2B. В способе извлечения кислорода входной газ 1408 представляет собой нагретый газ под давлением, содержащий кислород (например, воздух), выходной поток 1409 представляет собой обедненный кислородом газ, содержащий кислород, и поток 1417, протекающий через выходную линию 1419, представляет собой поток продукта кислорода высокой чистоты, как правило, при давлении, более низком, чем газ под давлением, содержащий кислород. Когда он используется в качестве системы реакторов окисления, пакет формируется из пластин и прокладок, как описано ранее со ссылками на фиг. 1 и 2 А. В способе окисления входной газ 1408 представляет собой нагретый взаимодействующий газ под давлением, и выходной газ 1409 представляет собой смесь продуктов реакции окисления и непрореагировавших компонентов взаимодействующего газа. Поток 1417 представляет собой обедненный кислородом газовый поток, содержащий кислород, как правило, при давлении, более низком, чем взаимодействующий газ под давлением. Свежий газообразный окислитель (например, воздух), содержащий кислород, протекает в пакет через внутренний коллектор пакета, как описано со ссылками на фиг. 2 А; вход в этот коллектор не виден на фиг. 14, поскольку лежит за выходной линией 1419. Вариант осуществления на фиг. 14 может работать с некоторым количеством емкостей высокого давления, расположенных последовательно и/или параллельно, по желанию. Некоторое количество модулей может устанавливаться в одной емкости высокого давления, по желанию. Последовательные мембранные модули могут располагаться в виде рядов параллельных модулей,как описано ранее со ссылками на фиг. 4 А, 4B, 5 и 6. Это иллюстрируется на фиг. 15, которая представляет собой вид в разрезе сверху (не в масштабе) трубопровода 511 для удерживания потока и мембранных модулей внутри трубопровода. В этом примере варианта осуществления пять рядов по три параллельных модуля располагаются так, что каждый индивидуальный набор последовательных модулей лежит на общей оси модулей, т.е. модули 501a, 503a, 505a, 507a и 509a лежат на одной и той же оси, модули 501b, 503b, 505b, 507b и 509b лежат на одной и той же оси, и модули 501c, 503c, 505c, 507c и 509c лежат на одной и той оси. Таким образом, в этом примере имеются три оси, по количеству модулей в каждом ряду. Каждый ряд содержит некоторое количество параллельных модулей; например модули 501a,501b и 501c составляют один ряд параллельных модулей. Некоторое количество модулей также может располагаться последовательно; например модули 501c, 503c, 505c, 507c и 509c составляют последовательные модули. Определение последовательных модулей также может включать в себя ряды модулей; например ряд модулей 501a, 501b и 501c располагается последовательно с рядом модулей 503a, 503b и 503c. Таким образом, конфигурация модулей на фиг. 15 включает в себя последовательные и параллельные модули. Практически может быть желательным ускорение достаточного радиального перемешивания (т.е. газового потока в направлениях, отклоняющихся от оси последовательных модулей) газа между последовательными рядами модулей, чтобы свести к минимуму вредное воздействие газа, обходящего вокруг мембранные модули. Конфигурация модулей на фиг. 15, таким образом, может быть описана лучше всего как включающая в себя параллельные модули и ряды параллельных модулей, работающие последовательно. Как и в конструкции многих систем с распределением газовых потоков, степень радиального перемешивания может быть доведена до максимума посредством правильного выбора аксиальных и радиальных расстояний между внутренними элементами (т.е. мембранными модулями) и/или использования отбойников потока для ускорения перемешивания газа.- 15010413 Питающий газовый поток 1501 на входе 1503 протекает последовательно над каждым рядом радиально ориентированных (т.е. параллельных) модулей. При правильном выборе аксиальных и радиальных расстояний между модулями малое количество газа может обойти модули 501a, 501b и 501c, но наверняка вступит в контакт с последующими модулями, когда он перемешивается или диффундирует в радиальном направлении. Выходной газовый поток 1505 протекает через выход 1507. Газовый поток над каждым последовательным рядом модулей определяет последовательное расположение этого варианта осуществления, в котором весь или почти весь газ от одного ряда параллельных модулей вступает в контакт со следующим рядом параллельных модулей в последовательности модулей. Любое желаемое количество модулей может использоваться параллельно, в радиальном направлении, и любое желаемое количество рядов параллельных модулей может использоваться последовательно, вдоль оси. В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения, связанном с фиг. 4A и 4B или фиг. 5 и 6, ряды параллельных мембранных модулей могут ориентироваться в шахматном или смещенном последовательном расположении, так что после первого ряда из трех модулей идет последовательно смещенный второй ряд из трех модулей, за которым, в свою очередь, идет последовательно смещенный третий ряд из трех модулей и т.д. Это иллюстрируется на фиг. 16, где за первым рядом из трех модулей 502a, 502b и 502c идет последовательно второй ряд из трех модулей 504a, 504b и 504c, смещенный в направлении, перпендикулярном оси трубопровода 511 для удерживания потока. Третий ряд из трех модулей 506a, 506b и 506c смещен по отношению ко второму ряду, но модули являются коаксиальными с модулями в первом ряду. Это смещенное соотношение может продолжаться подобным же образом на протяжении четвертого ряда модулей 508a, 508b и 508c и пятого ряда модулей 510a, 510b и 510 с. Каждый ряд может содержать некоторое количество параллельных модулей; например модули 502a, 502b и 502c составляют один ряд параллельных модулей. Некоторое количество модулей также может располагаться последовательно; например модули 502c, 504c, 506c, 508c и 510 с могут составлять последовательные модули. Определение последовательных модулей также может включать в себя ряды модулей; например ряд модулей 502a, 502b и 502c является последовательным по отношению к ряду модулей 504a, 504b и 504c. Таким образом, конфигурация модулей на фиг. 16 включает в себя последовательные и параллельные модули. Модули на фиг. 16 лежат на шести осях, т.е. модули 502c, 506c и 510 с лежат на одной оси, модули 504c и 508c лежат на другой оси и т.д. Эти оси могут быть параллельными общему направлению течения газа над модулями. В этом варианте осуществления количество осей больше, чем количество модулей в каждом ряду модулей. В варианте осуществления на фиг. 16 питающий газовый поток 1601 поступает через вход 1603 и протекает над модулями 502a, 502b и 502c в первом ряду. Часть этого газа может обойти модуль 502a, но в отсутствие значительного радиального перемешивания вступит в контакт, по меньшей мере, со смещенным модулем 504a. Газ, который протекает между модулями 502a, 502b и 502c, вступит в контакт, по меньшей мере, со следующими в последовательности смещенными модулями 504b и 504c. Часть газа,который протекает от модуля 502a в первом ряду, вступит в контакт по меньшей мере с двумя модулями(504a и 504b) во втором ряду. Таким образом, такое расположение со смещением предотвращает прямой обход газа через зазор между группами модулей на общей оси. Вместо этого газ, обходящий какой-либо модуль в ряду модулей, встретится непосредственно с модулем в следующем ряду модулей. В отсутствие значительного радиального перемешивания по меньшей мере часть газа от одного или нескольких модулей в ряду вступит в контакт с одним или несколькими модулями в следующем ряду, и это определяет последовательное расположение модулей в настоящем варианте осуществления. Определение модулей, расположенных последовательно, в соответствии с настоящим изобретением, таким образом, включает в себя оба варианта осуществления, описанных выше со ссылками на фиг. 15 и 16. В этих вариантах осуществления оси рядов модулей и оси последовательностей модулей могут быть в целом ортогональными, и оси последовательностей модулей могут быть в целом параллельными общему направлению протекания газа через емкость. Возможны альтернативные варианты осуществления, в которых оси рядов модулей не являются, в целом, ортогональными осям последовательностей модулей и/или в которых оси последовательностей модулей не являются, в целом, параллельными общему направлению протекания газа через емкость. В этих альтернативных вариантах осуществления ряды модулей лежат под острыми углами к общему направлению протекания газа через емкость. Эти альтернативные варианты осуществления включаются в определения модулей, расположенных последовательно, в соответствии с настоящим изобретением. Последовательная система реакторов, описанная выше, может использоваться в службе окисления для производства синтез-газа из питающего газа, содержащего углеводороды, такого как природный газ. В этом применении катализатор риформинга может быть расположен между любыми последовательными модулями, любыми параллельными модулями, любыми последовательными и параллельными модулями и/или после конечных модулей в емкости. Катализатор риформинга ускоряет эндотермические реакции воды и/или диоксида углерода с углеводородами, в частности с метаном, с генерацией водорода и монооксида углерода. Катализатор может использоваться для дополнения или баланса экзотермических реакций окисления, которые осуществляются между пермеатом кислорода и реагентами рядом с поверх- 16010413 ностями материала активной мембраны в модулях. Посредством правильного использования катализатора риформинга в стратегических положениях между модулями в многомодульной последовательной системе реакторов профили температуры в реакторе и композиция продукта газа могут контролироваться для достижения оптимальной работы реактора. Вариант осуществления настоящего изобретения иллюстрируется примером размещения соответствующего катализатора между модулями системы последовательных реакторов окисления с многомодульными последовательностями. Например, обращаясь к фиг. 15, катализатор 501d, 501e и 501f может располагаться последовательным образом в пространстве между любыми модулями в первом ряду модулей 501a, 501b и 501 с и во втором ряду модулей 503a, 503b и 503c. Альтернативно, катализатор 501d,501e и 501f может располагаться непрерывно между внутренними стенками трубопровода для удерживания потока 511. Подобным же образом катализатор может располагаться между любыми из второго и третьего ряда модулей, третьего и четвертого ряда модулей, четвертого и пятого ряда модулей, или после пятого ряда (не показано), или между всеми ними. Подобным же образом катализатор может располагаться последовательным образом между любыми смещенными рядами модулей в варианте осуществления на фиг. 16 или между всеми ними. Например, обращаясь к фиг. 16, катализатор 502d, 502e и 502f может располагаться последовательным образом в пространстве между первым и вторым рядами модулей. Альтернативно, катализатор 502d, 502e и 502f может располагаться непрерывно между внутренними стенками трубопровода для удерживания потока 511. В целом, катализатор может располагаться последовательным образом между любыми из последовательных рядов модулей на фиг. 15 и 16, или между всеми ними, или после них. Дополнительно или альтернативно, катализатор может располагаться между модулями в ряду параллельных модулей для ускорения реакций риформинга в газе, проходящем между модулями. Например, на фиг. 15 катализатор 505d и 505 е может располагаться между модулями 505a и 505b и между 505b и 505 с. Альтернативно, катализатор 505d и 505 е может располагаться непрерывно в аксиальном направлении от первого до пятого ряда модулей. Например, на фиг. 16 катализатор 506d и 506 е может располагаться между модулями 406a и 506b и между 506b и 506c. В целом, катализатор может располагаться в параллельном направлении между любыми модулями на фиг. 15 и 16 или между всеми ними. Таким образом, при самом широком применении этой концепции, катализатор может располагаться в пространстве между любыми двумя соседними модулями в вариантах осуществления на фиг. 15 и 16,или в любых других вариантах осуществления, как при последовательном, так и при параллельном размещении модулей. В дополнение к этому, когда емкость высокого давления 513 работает последовательно с другой подобной емкостью высокого давления, катализатор может располагаться между емкостями таким образом, чтобы выходящий газ из одной емкости высокого давления проходил через катализатор перед прохождением во вторую емкость высокого давления. Катализатор может различаться по типу и/или количеству, в зависимости от аксиального или радиального положения между модулями в емкости высокого давления. В качестве одной из альтернатив,например, активность катализатора может изменяться в аксиальном направлении для оптимального контроля температур модулей в реакторе. Например, секции катализатора вблизи входа в реактор могут содержать катализатор, который активен при более низкой температуре (т.е. высокую нагрузку Ni), в то время как в более высокотемпературных областях реактора оптимальная композиция катализатора может иметь меньшую активность и большую термостойкость (т.е. низкую нагрузку Ni). Таким образом,оптимальная активность катализатора может достигаться в любом аксиальном положении в реакторе, в то же время поддерживая термостойкость катализатора. Другие расположения катализатора являются возможными и попадают в рамки вариантов осуществления настоящего изобретения. Катализатор для использования в настоящем варианте осуществления может содержать один или более металлов или соединений, содержащих металлы, выбранные из группы, состоящей из никеля, кобальта, платины, золота, палладия, родия, рутения и железа. Катализатор может наноситься на окись алюминия или на другие оксидные носители и может содержать добавки, такие как лантан или калий. Катализатор может располагаться между модулями с помощью любых известных средств, включая, например, использование монолитов или использование гранулярных катализаторов в соответствующих держателях для катализатора, которые находятся в пространствах между модулями. Структурные компоненты систем реакторов, описанных выше, как и в большинстве химических реакторов, изготавливаются из сплавов металлов, которые могут содержать любой элемент из хрома, кремния, вольфрама и других элементов, и при высоких рабочих температурах на поверхностях сплавов могут образовываться оксиды этих элементов. Структурные компоненты также могут содержать жаропрочные материалы на основе оксидов, которые могут содержать такие соединения, как окись кремния (диоксид кремния) или другие термостойкие материалы на основе оксидов. Когда эти оксиды экспонируются для газовых потоков, содержащих пар, таких, например, как горячий синтез-газ или воздух, предварительно нагретый посредством прямого сжигания, соединения летучих загрязнителей могут образовываться на поверхностях сплавов или жаропрочных материалов и сублимироваться в горячий газовый поток. Даже в присутствии сухого газа, содержащего кислород, могут образовываться соединения летучих загрязнителей, содержащих хром.- 17010413 Загрязнитель определяется как любое соединение или элемент, который взаимодействует с компонентами в структуре технологического устройства и приводит к понижению производительности технологического устройства. Например, загрязнители могут взаимодействовать с керамическим материалом на основе смешанных оксидов металлов, используемым для мембран, проницаемых для кислорода, и понижать проницаемость мембран для кислорода. Летучий загрязнитель представляет собой соединение или элемент, который существует в виде газа при повышенных температурах в пределах от 600 до 1100C. Активный твердый материал представляет собой любой материал, который взаимодействует с летучим загрязнителем, с образованием нелетучего продукта реакции. Типичные летучие загрязнители могут включать в себя, например, любое соединение из газообразного оксигидроксида CrO2(OH)2, газообразного оксигидроксида WO2(OH)2 и газообразного гидроксидаSi(OH)4. Подобным образом, при экспонировании для окислительных газов, таких как воздух, определенные оксиды металлов могут образовываться на поверхностях сплавов и сублимироваться в горячий газовый поток. Один из этих летучих оксидов металлов, которые могут присутствовать, представляет собой CrO3. В зависимости от конкретных сплавов или жаропрочных материалов, используемых в трубопроводах и емкостях, другие летучие гидроксиды, летучие оксигидроксиды металлов или летучие оксиды металлов могут присутствовать в качестве соединений загрязнителей в технологических газах, в мембранных реакторах ионного транспорта. В этих газовых потоках могут присутствовать летучие соединения, содержащие серу, такие как SO2 и H2S, и эти соединения также могут понижать производительность и срок работы мембран ионного транспорта. Другие частицы, которые могут присутствовать в газовых потоках, включают в себя любое соединение из Cl2, Br2, I2 и соединения, содержащие любой изCl, Br и I. Эти соединения или элементы также могут понизить производительность и срок работы мембран ионного транспорта. Парциальные давления этих загрязнителей могут быть относительно низкими при некоторых условиях работы мембран. При других рабочих условиях, однако, парциальные давления могут быть достаточно высокими для того, чтобы загрязнители взаимодействовали с материалами мембран ионного транспорта, тем самым уменьшая производительность мембраны и ее срок работы. Наблюдалось, что мембраны ионного транспорта, используемые для производства синтез-газа, когда экспонируются для газовых потоков, содержащих повышенные парциальные давления CrO2(OH)2,CrO3, Si(OH)4 и WO2(OH)2 при температурах в пределах от 700 до 950C, испытывают быстрое уменьшение потока кислорода и понижение производительности по потоку кислорода. Анализы этих мембран после исследований показали, что поверхности со стороны воздуха у мембран были покрыты оксидом,содержащим Cr, в то время как поверхности со стороны синтез-газа были покрыты оксидами, содержащими Si или W. Поры на поверхности пористого слоя на стороне синтез-газа у мембраны были почти полностью забиты загрязняющими продуктами реакции. Наблюдается также, что когда мембраны, используемые при производстве кислорода, подвергаются воздействию газовых потоков, содержащих частицы паров, содержащих Cr, оксиды, содержащие Cr, формируются на поверхностях входной стороны этих мембран. Для предотвращения образования этих вредных осадков на поверхностях мембран, для удаления летучих загрязнителей из технологических газов перед вступлением газов в контакт с поверхностями мембран, могут устанавливаться защитные слои. Защитные слои могут стратегически располагаться в газовых потоках перед емкостью мембранного реактора ионного транспорта или внутри него, где температура защитных слоев может находиться в пределах между 600 и 1100C; как правило, температура защитных слоев может находиться в пределах между 700 и 950C. Защитные слои должны находиться вблизи мембранных модулей, чтобы свести к минимуму повторное загрязнение очищенного газового потока от металла в трубопроводе между защитным слоем и мембраной. Защитный слой определяется как любая емкость или корпус, который содержит активный твердый материал, и конструируется, чтобы сделать возможным протекание газа для контактирования с активным твердым материалом. Очищенный газовый поток определяется как технологический поток, в котором концентрация загрязнителей понижается посредством контактирования, в защитном слое, технологического потока, содержащего загрязнители, с активным твердым материалом. В одном из вариантов осуществления система реакторов на фиг. 4 А, используемая для производства продукта кислорода высокой чистоты, может модифицироваться, как показано на фиг. 17, посредством установки защитного слоя 1701 на входе 415 для обработки питающего газового потока 417 перед вступлением в контакт с мембранными модулями 401, 403, 405, 407 и 409. Альтернативно, защитный слой 1703 может устанавливаться, как показано, внутри емкости 413 высокого давления перед входом в трубопровод 411 для удерживания потока. Продукт кислорода высокой чистоты может содержать по меньшей мере 99,9 об.% кислорода. В другом варианте осуществления система реактора на фиг. 5, используемая в качестве реактора окисления, может модифицироваться, как показано на фиг. 18, посредством установки защитного слоя 1801 на входе 515 для обработки питающего газового потока 517 перед вступлением в контакт с мембранными модулями 501, 503, 505, 507 и 509. Альтернативно, защитный слой 1803, как показано, может устанавливаться внутри емкости 513 высокого давления перед входом трубопровода 511 для удержива- 18010413 ния потока. Альтернативно или в дополнение к этому защитный слой 1805 может устанавливаться в наружной части главного входного коллектора 519 для обработки нагретого окислительного газа 553 под давлением, содержащего кислород. В качестве одной из альтернатив для защитного слоя 1805 защитный слой 1807 может устанавливаться, как показано, в главном входном коллекторе 519 внутри емкости 513 высокого давления. Защитные слои могут устанавливаться между любыми мембранными модулями 501,503, 505, 507 и 509, как описано ниже. Другой вариант осуществления настоящего изобретения иллюстрируется примером размещения соответствующих защитных слоев между модулями системы последовательных реакторов окисления с некоторым количеством модулей для удаления летучих загрязнителей. Например, реактор на фиг. 15 может модифицироваться, как показано на фиг. 19, посредством размещения защитных слоев 1901, 1903 и 1905 последовательным образом в пространстве между любыми модулями в первом ряду модулей 501a, 501b и 501 с и во втором ряду модулей 503 а, 503b и 503 с. Альтернативно, защитные слои 1901, 1903 и 1905 могут располагаться непрерывно между внутренними стенками трубопровода 511 для удерживания потока. Подобным же образом защитные слои (не показаны) могут располагаться между любыми модулями из второго и третьего ряда модулей, третьего и четвертого ряда модулей, четвертого и пятого ряда модулей, или всеми ними, или после пятого ряда. Подобным же образом защитные слои могут располагаться последовательным образом между любыми смещенными рядами модулей или между всеми ними посредством модификации варианта осуществления на фиг. 16, как показано на фиг. 20. Например,защитные слои 2001, 2003 и 2005 могут располагаться, как показано, последовательным образом в пространствах между любыми модулями первого ряда 502a, 502b и 502c и между любыми модулями второго ряда 504a, 504b и 504c. Альтернативно, защитные слои 2001, 2003 и 2005 могут располагаться непрерывно между внутренними стенками трубопровода 511 для удерживания потока. В целом, защитные слои могут располагаться последовательным образом между любыми последовательными рядами модулей на фиг. 19 и 20, или между всеми ними, или после них. В дополнение к этому или альтернативно защитные слои могут располагаться между модулями в ряду параллельных модулей для удаления загрязнителей из газа, проходящего между модулями. Например, на фиг. 19 защитные слои 1907 и 1909 могут располагаться между модулями 505a и 505b и между 505b и 505c соответственно. Альтернативно, защитные слои 1907 и 1909 могут располагаться непрерывно в аксиальном направлении от первого до пятого ряда модулей. На фиг. 20 защитные слои 2007 и 2009 могут располагаться между модулями 506a и 506b и между 506b и 506c. В целом, защитные слои могут располагаться параллельным образом между любыми параллельными модулями на фиг. 19 и 20 или между всеми ними. При самом широком применении этой концепции, следовательно, защитные слои могут располагаться в пространстве между любыми двумя соседними модулями в вариантах осуществления на фиг. 19 и 20 или в любых других вариантах осуществления как с последовательным, так и с параллельным размещением модулей. В дополнение к этому, когда емкость 513 высокого давления работает последовательно с другой подобной емкостью высокого давления, защитные слои могут располагаться между емкостями таким образом, чтобы выходящий газ из одной емкости высокого давления проходил через защитный слой перед прохождением в другую емкость высокого давления. Защитные слои могут использоваться в варианте осуществления на фиг. 14, где защитный слой (не показан) устанавливается во входной линии 1403, либо снаружи, либо внутри емкости 1401. Альтернативно или в дополнение к этому защитные слои (не показаны) могут устанавливаться на любой стороне из выходной стороны пластины первой зоны 1411 пластин, входной или выходной сторон пластины второй зоны 1413 пластин и на входной стороне пластины третьей зоны 1415 пластин. В вариантах осуществления защитных слоев, описанных выше, активный материал может содержаться в пористых контейнерах в форме параллелепипедов или в форме дисков, где пористые контейнеры конструируются, чтобы находиться, как показано, между модулями. Защитные слои преимущественно могут иметь аксиальные поперечные сечения по размеру и форме, подобные аксиальным поперечным сечениям мембранных модулей; альтернативно, защитные слои могут располагаться непрерывно между внутренними стенками трубопровода 511 для удерживания потока. Возможны другие варианты осуществления, в которых системы реакторов на фиг. 19 и 20 модифицируются посредством добавления защитных слоев, так что как катализатор, так и защитные слои располагаются между мембранными модулями в любой желаемой конфигурации. Например, катализаторы и защитные слои могут последовательно чередоваться в аксиальном направлении между последовательными рядами мембранных модулей. Альтернативно, как катализатор, так и защитные слои могут располагаться, по потребности, между последовательными мембранными модулями. Каждый защитный слой в вариантах осуществления, описанных выше, содержит активный материал, который взаимодействует с летучими загрязнителями. Активный материал или материалы могут располагаться в защитном слое в любой форме, выбранной из пористых гранул, шариков, стержней, экструдатов, пористых пен, трубок и твердых сот или монолитов. Защитный слойможет представлять собой типичную емкость высокого давления, имеющую вход и выход, в которой активный материал поддержи- 19010413 вается внутри реактора посредством сеток или других пористых опор, как известно в данной области. Альтернативно, пористый контейнер в форме диска или в форме параллелепипеда может использоваться для удерживания активного материала, при этом пористый контейнер может конструироваться для размещения внутри отрезка трубопроводов или внутри емкости реактора, как описано ниже. Защитный слой может содержать, например, один или более активных материалов, выбранных из группы, состоящей из оксида магния, оксида кальция, оксида меди, карбоната кальция, карбоната натрия,карбоната стронция, оксида цинка, оксида стронция и перовскитов, содержащих щелочно-земельные металлы. Перовскиты, содержащие щелочно-земельные металлы, имеют общую формулуAxA'x'ByB'y'O3-,где A включает в себя один или более элементов из лантана, иттрия и одного или нескольких из лантаноидных элементов; А' включает в себя один или более из Ca, Sr и Ba;B и B' включают в себя один или более из переходных металлов первого ряда Mg, Ga и Al; 0,9x+x'1,1; 0,9y+y'1,1; x'0 ипредставляет собой число, которое делает соединение электрически нейтральным. В одном из вариантов осуществления MgO может использоваться в защитных слоях для удаления соединений летучих загрязнителей из газов перед вступлением в контакт с мембранами в мембранных модулях. MgO представляет собой эффективный активный материал для такого применения и является безопасным, простым в обращении и недорогим. Парциальные давления летучих загрязнителей в газовой фазе могут быть понижены по величине на несколько порядков, что может значительно понизить или устранить загрязнение и повреждение мембраны.MgO может располагаться в защитном слое в любой форме, выбранной из пористых гранул, шариков, стержней, экструдатов, пористых пен, трубок, пористых сот и пористых и твердых сот или монолитов. MgO будет взаимодействовать с загрязнителями в газовой фазе, содержащими хром, кремний и/или вольфрам, с образованием MgCr2O4 (хромита магния), Mg2SiO4 (силиката магния) и Mg2WO4 (ванадата магния) соответственно. Эти продукты реакции являются очень стабильными, безопасными в обращении и не вредят окружающей среде; по этой причине утилизация отработанного материала защитного слоя должна быть простой и недорогой. Примеры реакций, которые имеют место на границе раздела газовой фазы и твердых оксидов, с формированием летучих загрязнителей, описанных выше, следующие: Реакции, которые имеют место в защитном слое, заполненном MgO, следующие: Вычисления термодинамического равновесия для этих реакций предсказывают, что парциальные давления фаз загрязнителей в газовых потоках будут понижаться по величине на порядок или более посредством реакции с MgO, которая будет уменьшать или устранять загрязнение мембранных материалов. Это иллюстрируется посредством сравнения вычисленных парциальных давлений соединений загрязнителей в равновесии с металлическими сплавами трубопроводов и в равновесии с материалом защитного слоя в соответствии с уравнениями (2)-(5), (7) и (8). Фиг. 21 показывает равновесные концентрации CrO3 над сплавом, содержащим Cr, и над материалом защитного слоя на основе MgO в пределах между 850 и 900C, при парциальном давлении кислорода 0,25 бар и показывает уменьшение на порядок парциального давления CrO3 в газовой фазе посредством защитного слоя по величине. Вычисление давления паров над сплавом предполагает, что поверхность сплава представляет собой чистый Cr2O3. Фиг. 22 показывает равновесные концентрации Si(OH)4 над сплавом, содержащим Si, и над материалом защитного слоя на основе MgO в пределах между 850 и 900C, при парциальном давлении воды 8,0 бар и показывает понижение величины парциального давления Si(OH)4 в газовой фазе посредством защитного слоя примерно на три порядка. Вычисление давления паров над сплавом предполагает, что поверхность сплава представляет собой чистый SiO2. Фиг. 23 показывает равновесные концентрации WO2(OH)2 над сплавом, содержащим W, и над материалом защитного слоя на основе MgO в пределах между 850 и 900C, при парциальном давлении воды 8,0 бар и показывает уменьшение величины парциального давления WO2(OH)2 в газовой фазе посредством защитного слоя более чем на два порядка. Вычисление давления паров над сплавом предполагает, что поверхность сплава представляет собой чистый WO3.MgO в защитных слоях может находиться в форме пористых гранул, шариков или стержней для обеспечения высокой площади поверхности для реакций и для усиления турбулентности потока через защитный слой, чтобы свести к минимуму любые сопротивления массопереносу в газовой фазе. Например, защитные слои могут быть заполнены стержнями MgO, имеющими чистоту 99,8 мас.%, средний диаметр 0,2 см, среднюю длину 0,4 см и открытую пористость 30%. По желанию, могут использоваться другие формы, размеры частиц и пористости. Альтернативно, могут использоваться соты из пористогоMgO для создания более низкого перепада давления. Другие конфигурации защитного слоя включают в себя пористые пены, структурированную насадку и случайную насадку. Магний представляет собой относительно малый катион и диффундирует быстрее, и должен обеспечить наименьшее сопротивление массопереносу в твердой фазе, если поверхность MgO будет заблокирована продуктом реакции. Размер защитного слоя будет определяться процессами, ограничивающими скорость, для переноса и реакции летучих частиц с MgO. Эти процессы включают в себя диффузию в газовой фазе летучих частиц к поверхности MgO, взаимодействие MgO с летучими частицами и диффузию Mg или летучих частиц через любой продукт реакции, который может образоваться на MgO. Варианты осуществления настоящего изобретения описываются выше для удаления приведенных в примерах летучих загрязнителей, образующихся посредством реакции воды с оксидами хрома, кремния и/или вольфрама. Эти варианты осуществления также могут применяться для подобных летучих загрязнителей, образующихся из оксидов любых других сплавляемых элементов или любых жаропрочных материалов на основе оксидов, когда горячие поверхности экспонируются для газовых потоков, содержащих пар, таких как горячий синтез-газ или воздух, предварительно нагретый посредством прямого сжигания. Например, эти другие сплавляемые элементы могут включать в себя молибден и/или ванадий; жаропрочные материалы на основе оксидов могут включать в себя оксиды молибдена и/или оксиды ванадия. В дополнение к удалению летучих загрязнителей, описанных выше, варианты осуществления настоящего изобретения также могут использоваться для удаления других летучих загрязнителей, которые могут присутствовать в технологических газах. Они могут включать в себя, например, любое соединение из Cl2, Br2, I2 и соединений, содержащих любой элемент из Cl, Br и I. Варианты осуществления настоящего изобретения также могут применяться для удаления летучих загрязнителей, содержащих серу, таких как диоксид серы и/или сернистый водород. Варианты осуществления настоящего изобретения также могут применяться для удаления оксигидроксидов молибдена. Следовательно, варианты осуществления настоящего изобретения могут применяться для удаления из газового потока одного или нескольких летучих соединений загрязнителей при повышенных температурах, например в пределах от 600 до 1100C, посредством приведения в контакт газового потока с одним или несколькими активными твердыми материалами. Газовый поток может содержать один или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из воды, кислорода, азота, монооксида углерода, диоксида углерода, водорода и метана. Один или более активных материалов могут выбираться из группы,состоящей из оксида магния, оксида кальция, оксида меди, карбоната кальция, карбоната натрия, карбоната стронция, оксида цинка, оксида стронция и перовскитов, содержащих щелочно-земельные металлы. В то время как защитные слои, рассмотренные выше, описываются для использования в мембранных системах ионного транспорта, они могут использоваться в любом применении, в котором сходные летучие загрязнители должны удаляться из высокотемпературного газового потока. Например, защитные слои могут использоваться в топливных элементах на основе твердых оксидов для защиты материала топливного элемента от повреждения газообразными загрязнителями. Следующие далее примеры иллюстрируют варианты осуществления настоящего изобретения, но не ограничивают изобретение какими-либо конкретными деталями, описанными в них. Пример 1. Осуществляют исследования в лабораторном масштабе для подтверждения того, что MgO может успешно удалять частицы паров, содержащие хром, из протекающего воздуха при 900C. Вертикальный трубчатый реактор, имеющий диаметр 1,0 дюйм, заполняют стержнями из MgO, расположенными непосредственно над слоем стружек из Incoloy 800H, сплава, который образует частицы паров, содержащие хром, на своей поверхности в окислительных условиях при высокой температуре. Слои стружек изIncoloy 800H и стержней MgO имеют длину 2,5 и 4,0 дюйм соответственно. Стержни MgO содержат 99,8 мас.% MgO и их получают от Ozark Technical Ceramics. Стержни имеют средний диаметр 0,2 см,среднюю длину 0,4 см и открытую пористость 30%. Мембрана ионного транспорта в форме плоского диска с диаметром 0,75 дюйм опирается на коронку с семью вершинами, на своей нижней поверхности, и помещается на верхнем выходе из трубчатого реактора, давая возможность воздуху для протекания в радиальном направлении наружу между нижней частью мембраны и опорной структурой. Композиция мембраны в виде плоского диска представляет собой La1-xCaxFeO3-z, где 0,95x0,5 и z представляет собой число, делающее соединение электрически нейтральным. Во время исследований в лабораторном масштабе нагретый воздух протекает, восходя последовательно через стружки сплава, через защитный слой и над нижней поверхностью диска мембраны ионного транспорта. Используют скорость потока воздуха 3,0 л при стандартных условиях в минуту (л/мин) и- 21010413 абсолютное давление воздуха 1 атм. Реактор нагревают со скоростью 2C/мин до 900C при протекании воздуха, а затем поддерживают при 900C в течение 750 ч. После 750 ч работы реактор охлаждают со скоростью 2C/мин до комнатной температуры. Затем мембрану удаляют для анализа, а слой MgO удаляют для анализа слоями по 0,2 дюйм глубиной. Свежие стружки сплава, свежий слой MgO и свежую мембрану собирают в такой же конфигурации,как описано выше, и используют такие же экспериментальные процедуры и условия во время эксперимента в течение 1500 ч. Экспонированные защитные слои на основе MgO от двух опытов анализируют, используя ICP (индуктивно связанную плазму) для определения содержания хрома в них. Анализы после исследований показывают, что защитные слои удаляют частицы паров, содержащие хром, из протекающего воздуха при временах экспонирования 750 и 1500 ч. На фиг. 24 представлены данные, которые представляют собой график концентрации Cr в миллионных долях массовых (м.д. мас.) в различных точках, в защитном слое, между входом и выходом. Концентрация хрома в слоях, по сравнению с термодинамическими прогнозами, показывает, что слои на основе MgO улавливают, по существу, все частицы в парах, содержащие хром, из протекающего газового потока. Форма кривых концентрации хрома на фиг. 24 говорит, что кинетические сопротивления и сопротивления массопереносу в защитном слое являются малыми. В дополнение к этому анализ с помощью сканирующей электронной микроскопии экспонированных мембран показывает, что мембраны являются не поврежденными и не загрязненными хромом как после 750, так и после 1500 ч экспонирования. Пример 2. Для сравнения с исследованиями в примере 1 осуществляются сравнительные эксперименты на такой же реакторной установке лабораторного масштаба, как в примере 1, но без защитного слоя на основеMgO между стружками сплава и мембраной ионного транспорта. В реактор загружают свежие стружки сплава и свежую мембрану. Реактор нагревают со скоростью 2C/мин до 900C, с помощью воздуха,протекающего при 3,0 л/мин, стандартного условия и при абсолютном давлении 1 атм. Реактор, содержащий стружки и мембрану, работает при этой скорости потока воздуха и при 900C в течение 100 ч, а затем охлаждается со скоростью 2C/мин до комнатной температуры. Мембрану удаляют и анализируют,и анализ показывает значительное загрязнение хромом на поверхности мембраны. Для сравнения, загрязнение хромом не наблюдалось на исследуемой мембране примера 1 после 750 и 1500 ч экспонирования при 900C с использованием защитного слоя между источником хрома и мембраной. Эти результаты подтверждают, что MgO может эффективно удалять летучие частицы, содержащие хром, из горячего газового потока. Пример 3. Два защитных слоя на основе MgO, каждый, диаметром 1,6 дюйм и длиной 8 дюйм, устанавливают последовательно на входе воздуха перед мембраной. Мембрана представляет собой мембрану в виде двусторонней плоской пластинки, как описано в публикации патента США 20040186018, и имеет ширину 3,5 дюйм и длину 5 дюйм. Композиция мембраны представляет собой La1-xCaxFeO3-, где 0,95x0,5 ипредставляет собой число, делающее соединение электрически нейтральным. Воздух вводится через коллектор и протекает внутри мембраны через внутренние каналы. Защитные слои загружают новыми стержнями из MgO, идентичными тем, которые используют в примерах 1 и 2. Нагреваемую трубу изIncoloy 800H длиной 8 фут и диаметром 0,25 дюйм устанавливают перед защитными слоями для предварительного нагрева воздуха. Труба, защитный слой и мембрана работают последовательно и нагреваются при 0,5C/мин до 900C при скорости потока воздуха 32 куб.фут при стандартных условиях в час(куб.фут/ч), при давлении 15 фунт/кв.дюйм. Трубу, защитные слои и мембрану выдерживают при температурах в пределах между 800 и 900C в течение примерно 1400 ч. Затем реактор охлаждают до комнатной температуры, и поверхности мембран со стороны воздуха изучают с использованием сканирующей электронной микроскопии. Осадка хрома на поверхностях мембран не обнаружено. Пример 4. Экспериментальную установку из примера 3 применяют в примере 4 с той разницей, что защитные слои не используют. Труба и мембрана работают, как в примере 3, при температурах в пределах между 800 и 900C примерно в течение 1400 ч. Затем реактор охлаждают до комнатной температуры и поверхности мембран со стороны воздуха исследуют с использованием сканирующей электронной микроскопии. На поверхностях мембран обнаружено значительное количество осадка хрома. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ очистки питающего газового потока от одного или более загрязнителей, выбранных из группы, состоящей из летучих оксигидроксидов металлов, летучих оксидов металлов и летучего гидроксида кремния, включающий контактирование питающего газового потока с активным твердым материалом в защитном слое таким образом, что по меньшей мере часть загрязнителей образуют с активным твердым материалом твердый продукт реакции в защитном слое, причем активный твердый материал содержит одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из оксида магния, оксида каль- 22010413 ция, оксида меди, карбоната кальция, карбоната натрия, карбоната стронция, оксида цинка, оксида стронция и перовскитов, содержащих щелочно-земельные металлы. 2. Способ по п.1, в котором активный твердый материал содержит оксид магния. 3. Способ по п.1, в котором один или более загрязнителей содержат любое соединение из ряда, состоящего из CrO2(OH)2, Si(OH)4, WO2(OH)2, CrO3 и оксигидроксидов молибдена. 4. Способ по п.1, в котором питающий газовый поток содержит один или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из азота, кислорода, воды и диоксида углерода. 5. Способ по п.1, в котором питающий газовый поток содержит один или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из водорода, монооксида углерода, диоксида углерода, метана и воды. 6. Способ по п.1, в котором питающий газовый поток контактирует с активным твердым материалом при температуре в пределах от 600 до 1100C. 7. Способ получения кислорода, включающий:(b) контактирование горячего газа, содержащего кислород, с активным твердым материалом в защитном слое и извлечение из него очищенного горячего газа, содержащего кислород; причем активный твердый материал содержит одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из оксида магния, оксида кальция, оксида меди, карбоната кальция, карбоната натрия, карбоната стронция, оксида цинка, оксида стронция и перовскитов, содержащих щелочно-земельные металлы;(c) контактирование очищенного горячего газа, содержащего кислород, с первой поверхностью мембраны, содержащей керамический материал на основе смешанных оксидов металлов, проникновение кислорода через мембрану на вторую поверхность мембраны и извлечение из нее продукта кислорода высокой чистоты. 8. Способ по п.7, в котором горячий газ, содержащий кислород, получают посредством прямого сжигания газообразного топлива с воздухом и содержит кислород, азот, диоксид углерода и воду. 9. Способ по п.8, в котором горячий газ, содержащий кислород, дополнительно содержит одно или более загрязняющих соединений, выбранных из группы, состоящей из CrO2(OH)2, Si(OH)4, WO2(OH)2,CrO3 и оксигидроксидов молибдена. 10. Способ по п.7, в котором активный твердый материал содержит оксид магния. 11. Способ окисления углеводородов, включающий:(a) контактирование горячего питающего газа, содержащего кислород, с первой поверхностью мембраны, содержащей керамический материал на основе смешанных оксидов металлов, и проникновение кислорода через мембрану на вторую поверхность мембраны с получением пермеата кислорода;(b) взаимодействие горячего питающего газа, содержащего углеводороды, с пермеатом кислорода с образованием продукта окисления;(d) по меньшей мере одну из следующих стадий:(1) получение горячего питающего газа, содержащего кислород, посредством контактирования горячего газового потока, содержащего кислород, с активным твердым материалом в защитном слое и извлечение из него горячего питающего газа, содержащего кислород, и(2) получение горячего питающего газа, содержащего углеводород, посредством контактирования горячего газообразного потока углеводородов с активным твердым материалом в защитном слое и извлечение из него горячего питающего газа, содержащего углеводороды; причем по меньшей мере один из защитных слоев (1) и (2) содержит активный твердый материал, содержащий одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из оксида магния, оксида кальция,оксида меди, карбоната кальция, карбоната натрия, карбоната стронция, оксида цинка, оксида стронция и перовскитов, содержащих щелочно-земельные металлы. 12. Способ по п.11, в котором по меньшей мере один из горячего газового потока, содержащего кислород, и горячего газового потока углеводородов содержит одно или более летучих загрязняющих соединений, выбранных из группы, состоящей из CrO2(OH)2, Si(OH)4, WO2(OH)2, CrO3 и оксигидроксидов молибдена. 13. Способ по п.11, в котором горячий газовый поток, содержащий кислород, получают посредством прямого сжигания газообразного топлива с воздухом и содержит кислород, азот, диоксид углерода и воду. 14. Способ по п.11, в котором продукт окисления представляет собой синтез-газ, содержащий водород, монооксид углерода и воду. 15. Мембранная система ионного транспорта, предназначенная для осуществления любого из способов по пп.1, 7 и 11, включающая:(b) некоторое количество плоских мембранных модулей ионного транспорта, помещенных во внутреннем пространстве емкости высокого давления и расположенных последовательно, причем каждый мембранный модуль содержит керамический материал на основе смешанных оксидов металлов и имеет внутреннюю область и наружную область, где любой вход и любой выход емкости высокого давления- 23010413 находятся в сообщении потоков с наружными областями мембранных модулей;(c) один или более газовых коллекторов в сообщении потоков с внутренними областями мембранных модулей и с наружным пространством емкости высокого давления;(d) по меньшей мере один из:(1) защитного слоя в сообщении потоков с входом емкости высокого давления либо(2) защитного слоя в сообщении потоков по меньшей мере с одним из одного или более газовых коллекторов; причем по меньшей мере один из защитных слоев (1) и (2) содержит активный твердый материал, содержащий одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из оксида магния, оксида кальция,оксида меди, карбоната кальция, карбоната натрия, карбоната стронция, оксида цинка, оксида стронция и перовскитов, содержащих щелочно-земельные металлы. 16. Система по п.15, в которой защитный слой (1) расположен снаружи емкости высокого давления. 17. Система по п.15, в которой защитный слой (1) расположен внутри емкости высокого давления. 18. Система по п.15, в которой защитный слой (2) расположен снаружи емкости высокого давления. 19. Система по п.15, в которой защитный слой (2) расположен внутри емкости высокого давления. 20. Мембранная система ионного транспорта, предназначенная для осуществления любого из способов по пп.1, 7 и 11, включающая:(b) некоторое количество плоских мембранных модулей ионного транспорта, помещенных во внутреннем пространстве емкости высокого давления и расположенных последовательно, причем каждый мембранный модуль содержит керамический материал на основе смешанных оксидов металлов и имеет внутреннюю область и наружную область, где любой вход и любой выход емкости высокого давления находятся в сообщении потоков с наружными областями мембранных модулей;(c) один или более газовых коллекторов в сообщении потоков с внутренними областями мембранных модулей и с наружным пространством емкости высокого давления;(d) один или более пористых контейнеров в форме параллелепипедов или дисков, где каждый контейнер расположен между любыми двумя соседними плоскими мембранными модулями ионного транспорта во внутреннем пространстве емкости высокого давления и включает активный твердый материал,содержащий одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из оксида магния, оксида кальция, оксида меди, карбоната кальция, карбоната натрия, карбоната стронция, оксида цинка, оксида стронция и перовскитов, содержащих щелочно-земельные металлы. 21. Система по п.20, которая дополнительно содержит трубопровод для удерживания потока, расположенный во внутреннем пространстве емкости высокого давления, в которой трубопровод для удерживания потока (1) окружает некоторое количество плоских мембранных модулей ионного транспорта и один или более защитных слоев и (2) находится в сообщении потоков с любым входом и любым выходом емкости высокого давления. 22. Мембранная система ионного транспорта, предназначенная для осуществления любого из способов по пп.1, 7 и 11, включающая:(b) пакет мембран или модульную сборку, расположенную во внутреннем пространстве емкости высокого давления, причем сборка имеет некоторое количество плоских пластин, содержащих керамический материал на основе смешанных оксидов металлов, каждая пластина имеет внутреннюю область и наружную область и некоторое количество полых керамических прокладок, где пакет или модульная сборка формируются посредством чередования пластин и прокладок, так что внутренние пространства пластин находятся в сообщении потоков через полые прокладки, пластины ориентированы параллельно друг другу и чередующиеся прокладки и пластины ориентированы коаксиально, образуя пакет или модуль, так что пластины перпендикулярны оси пакета или модуля;(c) узел кожуха газового коллектора, расположенный вокруг пакета мембран или модульной сборки во внутреннем пространстве емкости высокого давления, где узел кожуха разделяет пакет или модуль по меньшей мере на первую зону пластин и вторую зону пластин, помещает любой вход емкости высокого давления в сообщение потоков с наружными областями пластин в первой зоне пластин и помещает наружные области пластин в первой зоне пластин последовательно в сообщение потоков с наружными областями пластин во второй зоне пластин;(d) защитный слой (1), расположенный на входе в емкость высокого давления, и/или один или более пористых контейнеров в форме параллелепипедов или дисков (2), расположенных в узле кожуха газового коллектора, где защитный слой и пористые контейнеры, каждый, включают активный твердый материал,содержащий одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из оксида магния, оксида кальция, оксида меди, карбоната кальция, карбоната натрия, карбоната стронция, оксида цинка, оксида стронция и перовскитов, содержащих щелочно-земельные металлы.- 24010413 23. Система мембранных реакторов ионного транспорта, предназначенная для осуществления способов по пп.1 и 11, включающая:(b) некоторое количество мембранных модулей ионного транспорта, расположенных во внутреннем пространстве емкости высокого давления, где по меньшей мере часть модулей расположена последовательно;(c) катализатор, расположенный между любыми двумя соседними мембранными модулями;(d) один или более пористых контейнеров в форме параллелепипедов или дисков, где каждый контейнер расположен между любыми двумя соседними плоскими мембранными модулями ионного транспорта во внутреннем пространстве емкости высокого давления и включает в себя активный твердый материал, содержащий одно или более соединений, выбранных из группы, состоящей из оксида магния,оксида кальция, оксида меди, карбоната кальция, карбоната натрия, карбоната стронция, оксида цинка,оксида стронция и перовскитов, содержащих щелочно-земельные металлы. 24. Система реактора по п.23, в которой катализатор содержит один или более металлов или соединений, содержащих металлы, выбранные из группы, состоящей из никеля, кобальта, платины, золота,палладия, родия, рутения и железа.