Дегидрирование пропана с использованием каталитически-активных неорганических мембран

• Автор: Бобров, Вадим Сергеевич
• Шифр специальности: 05.17.07, 05.17.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 154 с. : ил.

Введение.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1 Мембраны и методы их получения. Общие положения

1.2. Классификация мембран.

1.3. Методы получения композиционных неорганических мембран

1.3.1 Пористые подложки композиционных неорганических мембран.

1.3.2. Методы получения селективных слоев композиционных неорганических

мембран

1.3.2.1 .Методы осаждения тонких дисперсий.

1.3.2.2.Методы осаждения тонких пленок и покрытий

1.4. Массонеренос на неорганических мембранах

1.2.1. Массоперенос в пористых мембранах.
1.2.2. Массоперенос в ненористых мембранах.
1.3. Композиционные неорганические мембраны и химическая реакция.
1.3.1. Мембранный катализ метод, открывающий новые перспективы.
1.3.2. Классификация и конструкции мембранных реакторов
1.3.3. Дегидрирование пропана в промышленности.
1.3.4. Дегидрирование пропана в мембранных реакторах.
1.4. Выводы из литературного обзора
Глава 2. Характеристики исходных материалов. Методики экспериментов и анализа
2.1. Характеристики исходных материалов
2.2. Методика осаждения молибдена на пористые подложки С0 методом
2.3. Методика хроматографического анализа газов
2.4. Методика определения открытой пористости
2.5. Методика исследования подложек и мембран с селективным слоем на основе
молибдена сканирующей электронной микроскопией.
2.6. Методика проведение рентгеновского микроанализа.
2.7. Методика определения однородности слоя Мо.
2.8. Методика определения удельной поверхности мембран.
2.9. Методика исследования распределения пор мембран по размерам методом ртутной
порометрии.
2 Методика экспериментального определения проницаемости, фактора разделения и
каталитических свойств мембран.
. Методика определения газопроницаемости мембран
. Методика определения фактора разделения мембран.
. Методика определения кататитической активности мембран и Мо катализатора
2 Методика определения термической стабильности мембран
Глава 3. Получение неорганических композиционных мембран по технологии
химического осаждения из газовой фазы
3.1. О каталитических мембранах.
3.2. О методе химического осаждения из газовой фазы.
3.3. Выбор условий осаждения Мо в СУЭреакторе с нагревом подложки
3.3.1 Выбор давления.
3.3.2. Выбор температуры осаждения
3.3.3. Выбор температуры возгонки гексакарбонила молибдена
3.3.4 Выбор линейной скорости газаносителя на накопление Мо.
3.3.5. Влияние продолжительности осаждения на накопление Мо.
3.3.6. Влияние продолжительности осаждения на однородность слоя Мо
3.4. Анализ структуры селективного слоя молибден керамических мембран,
полученных в реакторе с нагревом подложки
3.4.1. Влияние температуры подложки на морфологию молибденового слоя
3.4.2. Влияние времени осаждения на морфологию молибденового слоя.
3.4.3. Влияние газовой среды и высокотемпературной обработки образцов мембран на
структуру Мослоя
3.5. Получение Моуглсродных мембран
3.6. Норовые характеристики, полученных композиционных мембран с селективным
слоем на основе Мо
3.7. Оценка возможности создания пилотной установки для получения молибден
керамических мембран
3.8. Выводы
Глава 4. Определение разделительных характеристик композиционных Мокерамичсских мембран
4.1. Обоснование выбора рабочих условий и газов для определения разделительных
характеристик мембран
4.2. Определение проницаемости подложек и мембран по индивидуальным газам.
4.3. Определение фактора разделения мембран
4.4. Определение термической с табильности мембран.
Глава 5. Определение каталитических характеристик мембран с селективным слоем на
основе Мо
5.1. Обоснование выбора рабочих условий для проведения реакции
дегидрирования пропана.
5.2. Термодинамический анализ процесса дегидрирования пропана в выбранных
рабочих условиях
5.3. Оценка влияния материала подложки и молибденового слоя мембраны на степень превращения и селективность по пропилену.
5.4. Дегидрирование пропана в мембраннокаталитическом реакторе и использованием Мокерамичсских мембран.
5.5. Дегидрирование пропана в мембраннокаталитическом реакторе и использованием Моуглеродных мембран
5.6. Основные рабочие характеристики Мокерамической и Моуглеродной мембран
6. Заключение.
7. Выводы.
Список литературы


Удельная производительность, проницаемость поток количество вещества, проходящего за единицу времени, через единицу поверхности мембраны в направлении, нормальном к ее поверхности, отнесенный к единице трансмембранной движущей силы. Типичные единицы измерения кмольм2скПа или м3м2скПа, или кгм2скПа 4. Высокая удельная производительность является весьма важным свойством, мембраны, т. Для использования мембран на практике, необходимо, чтобы они обладали высокой проницаемостью и, вместе с тем, высокой селективностью по отношению к смеси. С физикохимической точки зрения, такие требования принципиально противоречат друг другу, однако это противоречие удалось преодолеть путем создания асимметричных мембран 2, представляющих собой мембраны, состоящие из двух или более структурно неоднородных слоев, отличающихся морфологией 4. Поверхностный слой толщина от 1,0 до 5 мкм асимметричной мембраны имеет тонкие поры с узким распределением по размерам, а пористая подложка, на которую наносится один или несколько поверхностных слоев, имеет толщину от до 0 мкм. Необходимо отметить, что асимметричные мембраны сочетают высокую селективность очень плотной мембраны с высокой скоростью массопереноса очень тонкой мембраны, причем скорость массопереноса обратнопропорциональна толщине поверхностного слоя асимметричной мембраны 4. Изобретение асимметричных мембран Лоебом и Сурираяном почти немедленно привело к поиску альтернативных путей создания тонких мембран 6. Так в конце х начале х гг. Широкое разнообразие используемых материалов для мембран, методов их получения, принципов работы, применения в различных средах и областях народного хозяйства требует введения довольно сложной классификации. По фазовому состоянию и материалу мембраны можно разделить на следующие газ или вакуум, жидкость, полимер из ткани животного и растительного происхождения, синтетические полимеры, полимеры с ионообменными группами, полимеры с комплексообразующими группами, металлы, стекла, керамики 8. Все мембраны в зависимости от возможности фазового массопереноса можно разделить на две группы пористой и сплошной матрицей. По поровой структуре матрицы мембран можно разделить на изотропные и анизотропные 2. Для мембранного разделения газов обычно применяют матрицы с переходными порами, эффективные радиусы которых колеблются от до А. Подробнее эти системы будут рассмотрены в главе 2 при рассмотрении механизмов газоразделения на неорганических мембранах 2. Органические мембраны, столь популярные для разделения жидких сред находят ограниченное применение для газоразделения в первую очередь изза крайне низкой термической устойчивости. Уже при температуре более С происходит их необратимое разрушение и потеря свойств разделять компоненты смеси. Так как в область рассмотрения настоящей работы не входят органические мембраны и низкотемпературные процессы менее 0 С, то остановимся на рассмотрении неорганических мембран дтя газоразделения. В обзоре неорганические мембраны делят на плотные и пористые, а также на нанесенные асимметричные и симметричные. Многие неорганические мембраны обладают так же и каталитической активностью, которая будет определяться материалом и структурой селективт ного слоя, рабочими условиями температура, давление, время контакта питающей смеси и т. В работе Грязновым была дана попытка классифицировать такие каталитически активные мембраны которые он назвал мембранные катализаторы. К монолитным мембранным катализаторам относятся фольги или тонкостенные трубки из сплавов палладия блок а на рис. З. Поверхность этих изделий может быть развита путем впекания химически активного металла, например, цинка или меди с последующим удалением его кислотой. На поверхности палладиевого сплава образуется пористый слой блок б на рис. З, подобный катализатору Ренея, но выгодно отличающийся прочной связью с массивной частью фольги или трубки. Способ создания таких слоев описан в . После указанной обработки обеих поверхностей фольги из палладиевого сплава в образовавшиеся пористые слои блок в можно внести дисперсионные частицы любого металла или оксида, чтобы увеличить активность или селективность каталитического действия палладиевого сплава.