分离工程II--09膜分离技术分析.ppt

* 二氯乙烷与氮气分离装置流程图 1、真空泵， 2、氮气瓶， 3、针型阀， 4、汽化瓶 ，5、冷阱 6、膜分离器， 7、膜管 ， 8、气相色谱，9、皂沫流量计 1 6 7 4 2 3 5 8 9 GC 沸石分子筛膜的制备及应用—FAU膜 * MFI分子筛膜的制备及应用研究 ZSM-5分子筛膜的制备及应用研究 在中石化公司的资助下，我们对ZSM-5分子筛及膜的合成、表证及应用进行了深入的研究，建成了膜催化分离小试装置两套，模试装置一套。这些装置可应用于有小分子产生的催化反应过程，如乙苯催化脱氢制苯乙烯的过程、甲醇氧化脱氢过程、异丙醇脱氢过程等。其分子筛及膜的电镜照片、装置、膜反应器及流程图如下面所示： 沸石分子筛膜的制备及应用—MFI膜 * 膜反应过程 小试装置 沸石分子筛膜的制备及应用—MFI膜 * 沸石膜乙苯催化脱氢的小试结果 在乙苯空速0.5~0.75hr-1、水烃体积比2和反应温度600oC下，在实验所用顺向吹扫膜反应器中，乙苯单程转化率超过80%；苯乙烯收率可达95%，比工业固定床装置高10~15个百分点。 沸石分子筛膜的制备及应用—MFI膜 * 膜催化分离模式装置 模式反应装置流程图 沸石分子筛膜的制备及应用—MFI膜 * 模式装置实物图 沸石分子筛膜的制备及应用—MFI膜 * 沸石膜乙苯催化脱氢的模式实验结果 在上海石油化工研究院对两套固定床按模式流程进行了改装并进行了实验研究,膜分离催化装置比原来的固定床装置的乙苯的转化率提高8~10%,效果较好。 沸石分子筛膜的制备及应用—MFI膜 * MCM-48分子筛膜的制备（仿生合成） MCM-48分子筛为介孔分子筛，具有~2.6nm 的均一孔径、三维螺旋面孔道结构、良好的长程有序性和较高的稳定性等特征而一直备受人们的关注。因具有三维网状结构和可通性较高的孔道而在催化反应中不易堵塞，其应用前景非常广阔。将MCM-48分子筛采用仿生合成的方法制备出连续完整的膜，使其在催化分离方面具有更广阔的应用前景。 沸石分子筛膜的制备及应用—介孔筛膜 * 手性环氧化合物是非常重要的合成中间体,烯烃的不对称环氧化反应是十分活跃的研究领域。 产物分离纯化困难 催化剂回收利用率低 匀相催化 匀相反应多相化 扩散、传质问题 间歇式反应 应用:新型介孔无机膜反应器中的烯烃 不对称环氧化反应 沸石分子筛膜的制备及应用—介孔筛膜 * 关键问题 1.介孔分子筛膜在基质上的合成技术 （要求制备的膜致密，且通量能够满足反应要求） 2.手性催化剂在分子筛膜上的固载技术 （要求既保持手性催化剂的性能，又不破坏分子筛膜的完整性） 3. 膜反应器的组装及设计 沸石分子筛膜的制备及应用—介孔筛膜 * 反应分离双功 能的催化膜 反应物 产物 设想一 设想二 反应物 产物 分离膜 手性催化剂 反应分离一体化 膜反应器 连续操作分离型 膜反应器 研究思路 沸石分子筛膜的制备及应用—介孔筛膜 * 介孔膜催化反应 1.高度隔离的活性位 2.可控的扩散与传质 3. 连续操作，反应、分离一体化 沸石分子筛膜的制备及应用—介孔筛膜 * 无机介孔膜的选择 介孔材料是常用的手性催化剂载体，其孔道 效应可能提高手性选择性。 考虑到物料传输的问题，拟采用具有类似MCM-48三维孔道结构的介孔材料开始. 沸石分子筛膜的制备及应用—介孔筛膜 * 沸石分子筛膜在分离及催化中的应用 沸石分子筛膜的气体渗透率大，热稳定性好，适用温度高，有小分子气体产生的催化反应过程，为膜高温催化分离的应用提供了广阔的前景。我们在催化及分离方面对沸石膜的应用进行了大量的研究，具体如下： 膜渗透蒸发脱除有机物中的水 烯烃、烷烃的气体分离 膜催化甲醇制二甲醚及烯烃 低碳烃气体(乙烷、丙烷、丁烷)芳构化反应 1. 丙烷脱氢芳构化制芳烃 2. 正己烷芳构化制苯 3. 辛烷芳构化制甲苯 沸石分子筛膜在分离及催化中的应用 * 催化脱氢反应 1.乙苯催化脱氢制苯乙烯，膜法比固定床提高10%以上 2. 异戊烯脱氢制异戊二烯反应 3. 异丙醇脱氢制丙酮反应 4. 丁烯脱氢制丁二烯反应 5. 异丁烷脱氢制异丁烯反应 6. 硝基苯脱氢制苯胺，等 通过将反应产物之一的氢气通过膜分离出去，可抑制逆反应发生，使平衡向产物方向移动，因此可大大提高反应的转化率。 沸石