Адсорбция и диффузия индивидуальных компонентов смесей газов в цеолитах по данным ИК-спектроскопии

• Автор: Соколова, Наталия Алексеевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 104 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

1. Литературный обзор

1.1. Промышленные методы разделения смесей газов с использованием цеолитов.

1.1.1 Разделение компонентов воздуха методом короткоцикловой безнафевной адсорбции КБА

1.1.2Азотселективные адсорбенты для получения кислорода

1.1.3 Получение 0 водорода методом КБ А

1.2. Методы определения коэффициентов диффузии веществ в цеолитах .

1.3. Определение коэффициентов диффузии веществ в цеолитах методом ИКспектроскопии

1.4. Диффузия простых молекул 2, , и Н2 и этана в цеолитах

1.4.1 Диффузия молекулярного азота .

1.4.2 Диффузия молекулярного кислорода .
1.4.3 Диффузия этана
1.4.4 Диффузия молекулярного водорода в цеолите ЫаА
1.5. Адсорбция смесей газов на цеолитах.
2. Экспериментальная часть .
2.1 Исходные вещества и цеолиты
2.2 Подготовка образцов цеолитов
2.3 Приготовление смесей газов
2.4 Измерение ИКспектров газов, адсорбированных на цеолитах
2.5 Построение кинетических кривых адсорбции газов на цеолитах
2.6 Измерение изотерм адсорбции газов на цеолитах объемным методом
2.7 Расчет коэффициентов диффузии
3. Результаты и их обсуждение.
3.1. Адсорбция смесей азота с кислородом
3.1.1. ИКспектры 0 азота, адсорбированного на цеолитах .
3.1.2. Цеолит КаЬБХ.
3.1.3. Цеолит ИаА.
3.1.4. Цеолит СаА.
3.1.5. Цеолит ШХ
3.2. Адсорбция смесей этана с водородом.
3.2.1. ИКсиектры 0 этана, адсорбированного на цеолитах
3.2.2. Адсорбция 0 этана
3.2.3. Цеолит ЫЬБХ .
3.2.4. Цеолит СаА.
3.2.5. Цеолит ИаА.
3.3. Адсорбция смесей азота с водородом.
3.3.1. Цеолит УЬБХ .
3.3.2. Цеолит СаА.
3.4.Адсорбция смесей этана с азотом цеолитом 1лЬБХ
3.5.Транспорт этана внутри слоя гранул цеолита ЫаА
Заключение
Выводы .
Список литературы


Использование ИКспектроскопии ИКС пропускания для изучения диффузии в цеолитах было впервые предложено Карге с сотр. ИКС с Фурье преобразованием РТЖ в работах того же Карге в х годах и др. Исследования диффузионного поведения смесей в цеолитах методом РТШ касались преимущественно бензола и С8ароматических углеводородов, что обусловлено их практической значимостью для нефтехимии. В тоже время, в литературе отсутствуют данные по ИКС исследованиям диффузии простых газов Ы2, , Н2 и легких углеводородов, а также их смесей в цеолитах. Выяснение закономерностей диффузии смесей этих газов имеет не только научное, но и практическое значение для контроля ряда промышленных процессов, в которых в качестве адсорбентов используют цеолиты разделение компонентов воздуха с целью получения чистых И2 и О, извлечение 0 Н2 из газовых смесей нефтепереработки, содержащих примеси легких углеводородов и др. В связи с этим представляло интерес использовать ИКС диффузного отражения ИКС ДО 6 для изучения процессов диффузии смесей простых газов, а также смесей этана с водородом и азотом на катионных формах различных типов цеолитов. ИКС пропускания обычно проигрывает изза значительного рассеяния света частицами адсорбента, а также в проведении измерений на порошкообразных и гранулированных адсорбентах. Настоящая диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Первая глава представляет собой обзор литературы по следующим вопросам промышленные методы разделения смесей с использованием цеолитов методы определения коэффициентов диффузии веществ в цеолитах определение коэффициентов диффузии веществ в цеолитах методом ИКспектроскопии диффузия простых молекул 2, и Н2 и этана в цеолитах, адсорбция смесей газов в цеолитах. Во второй главе дана характеристика изученных цеолитов и описаны применяемые в работе методы исследования. В третьей главе приведены экспериментальные данные по кинетике адсорбции 0 азота и азота в смесях с кислородом в цеолитах ЫаЬ8Х, КаЛ, СаА и ЫЬ8Х, установлена зависимость скорости адсорбции азота от концентрации азота в смеси, от размера гранул и от толщины слоя цеолита рассмотрены экспериментальные данные по кинетике адсорбции 0 этана и этана в смесях с водородом в цеолитах 1лЬ8Х, СаА и А, установлена зависимость скорости адсорбции этана от концентрации этана в смеси и от толщины слоя цеолита представлены результаты изучения кинетики адсорбции обоих компонентов смесей азота с водородом в цеолитах ЫЬБХ и СаА и этана с азотом в цеолите 1лЬ8Х, а также приведен анализ транспорта этана по различным механизмам диффузии внутри слоя гранулированного цеолита ЫаА. Основные положения диссертации, выносимые на защиту, изложены в разделе Выводы. В настоящее время для получения кислорода и азота в промышленных масштабах, наряду с криогенной дистилляцией воздуха, применяются процессы, основанные на селективной адсорбции компонентов воздуха пористыми сорбентами. К таким процессам относятся короткоцикловая безнагревная адсорбция КБА оригинальное название i i или вакуумная короткоцикловая адсорбция без нагревания v i i V 7. Промышленная КБ А система может включать в себя 34 адсорбционные колонны, соединенные между собой. Адсорбент, применяемый в процессе, регенерируется путем быстрого уменьшения парциального давления адсорбирующегося компонента, что достигается понижением общего давления. Для получения кислорода в V процессах применяются адсорбенты, селективные по отношению к азоту, например цеолиты 5А или Х. Разделение в этом случае обусловлено тем, что изза сильного взаимодействия квадруполя 2 с катионами, входящими в структуру цеолита, в равновесных условиях количество адсорбированного на них азота в 4 раз больше, чем количество адсорбированного кислорода. Поскольку на практике не обнаружены адсорбенты, селективные в равновесии к адсорбции кислорода по сравнению с азотом, то для выделения азота из воздуха используют различия в кинетических свойствах данных молекул. Для получения азота используют модифицированный цеолит 4А или углеродные молекулярные сита с размером пор 35 А.