膜催化技术的应用_用氢渗透膜同时实现催化反应和产品分离

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244第
卷第期膜科学与技术13
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膜催化技术的应用7)8用氢渗透膜同时实现催化反应和产品分离—沈宁仓卢冠忠汪仁,,7华东化工学院工业催化研究所上海9::9;8摘要本文介绍了膜技术在新的领域催化反应过程中的应用。特别是对涉氮,—。,反应全属膜或金属多孔膜本身具有催化作用同时用氢渗透膜控制氮的传递可以,,达到选择性加红的效果在脱氮反应中产物氢连续地透过膜而移走可使反应的转化率大大提高。膜技术的有效应用还可同时实现产品

2、分离,即一膜两用。
引言,4随着膜科学的迅速发展膜技术在其它科技领域内的应用也越来越受到重视在化学反应,。,工程上膜反应技术由于具有独特的优点而倍受人们关注对于传统的化学工业来说化学反,而,应和产品分离是两个相对独立的单元操作在膜催化反应系统中膜反应器内装备了分离膜,在进。可以选择性分离出反应生成物的一部分或全部行化学反应的同时实现了产品分离另外用,膜的选择性渗透特性还可以控制反应物的传递速度从而控制反应进行的程度和减少副反应的发生4而且,产物中部分生成物被分离后,逆反应受到抑制,使反应不受化学平衡的限

3、制,从而克服了催化反应过程受化学平衡制约的缺点。用膜催化反应技术不但使化学反应的选择,而且还,4性和转化率都能大提高可使反应条件大为缓和催化剂寿命得以延长同时在整个过,,程中不需要或大大方便了生成物的分离以及产物和未反应物的分离等后继处理工艺达到了节约能耗的目的。这种膜技术和催化反应技术的结合将预示着传统化学工业的一项重大变革。9膜催化在选择性加氢过程的应用,,主选择性加氢和脱氢都是化学工业上常见的两个过程在传统的选择性加氢过程中产物的选择性受催化剂和反应条件的制约。从加氢的机理分析我们知道,在固定床反

4、应过程中,氢和,待加氢基体是同时在催化剂表面吸附并被活化而发生反应的加氢反应的程度取决于两种吸,。,附质在催化剂表面上的浓度比这是难以控制的而在膜催化加氢过程中氢和待加氢基体,因而,是分别在膜的两侧吸附两种反应物在膜表面上的浓度是可以独立控制的氢可以通过渗透,。膜有控制地传递从而使反应被控制在选择性加氢阶段而不发生深度加氢反应<第
期沈守仓等用氢渗透膜同时实现催化反应和产品分离,对于加氢反应金属把是一种很好的膜催化材料,=
>一方面把膜可以使氢选择性渗透,另一方面把或把的合金也是多种原料加氢的良好催化剂

5、。

9图
是一种典型的流通体系膜催化反应器4,阁整个反应器被把膜分成两部分加氢基,,氢体由一侧通入反应产物同时流出气由另一侧通入并渗透至膜的反应侧在把膜的催化图
流通式双室膜反应器示意图4Η4Η4作。
上流侧9反流侧把膜,用下与基体发生反应4,4,4≅ΑΑΧ2〔,,一ΓΙ热电偶ϑ进口Κ出口美国!?ΒΔ等人报道了用ΕΦ∃4。79一Λ<;Λ一Μ8合金作氢选择性渗透膜和催化剂进行硝基苯加氢还原制苯胺反应他们,、用
::拼Ν厚度的把合金作为渗透膜氢气以35ΟΝ:Ν3ΠΝ?Χ的流速连续通入膜催化反应器,

6、,,一Γ,一侧硝基苯蒸气以Ν3ΠΝ?ΧΠΝ的速率通入另一侧氢在透过ΕΦ∃合金膜的同时被活化并与吸附的硝基苯进行选择性加氢生成苯胺ΘΘ&−&,,人。人Ρ”刃甲口,,反应温度保持在
;:℃小时内这一催—化反应的转化率和选择性都可达
:Μ同时也没有发现催化剂的失活。这一过程不需要进行产物的分离提纯,反应条件也比传统的催化加氢工艺缓和。,,通多烯加氢形成单烯的过程亦说明了膜催化的优越性=’
传统的环多烯加氢生成单烯常,需引入含氮或含硫化物作钝化剂同时还要在高氢分压条件下于过渡金属附载催化剂上进行,4一,44

7、:Γ
,:
Κ反应而在3ΝΝΕΦ∃合金膜上一环辛二烯的催化加氢生成单烯当压力为
一,4,,4−!5Κ一Κ℃,:Ε湿度为Κ9;Ι物料流速ΛΝ3Π≅时获得单烯的选择性可达ΙΜ得率ΛΜ,、从机理上来看氢在膜上的传递可分为三个过程
氢在膜表面上的吸附脱附并达到平衡。氢在膜内表面的传递。在达到膜另一侧同时被催化剂活化。所以氢在膜内表面的扩。。∃!∀#散过程从很大程度上决定了反应面上活化氢的浓度为了增加把膜对氢的渗透性%∋(,,,1&)∗+等人采用了一种在膜上产生多孔的方法使膜的渗透率提高了,−倍./℃下0

8、他们,,首先在把膜上用电解沉积的方法覆盖,即2厚的3(膜在4−/℃温度下加热4小时冷却后用,。,4/5的盐酸洗去3(便可得到多孔的把膜用这种多孔的把膜反应器进行,6一环戊二烯加,,,,氢反应转化率可达,/5戊烷的选择性7−5而用没有经过这种处理的把膜进行反应转化,、一一、、1率只有−/5产物中戊烷,戊烯和4戊烯的选择性分别为,5,65685,,另一个更有意义的过程是在电极把膜上进行选择性加氢+#,即以把膜作为电极并在其一。对于二甲基乙炔基甲