催化膜反应器原理与应用-定稿

催化膜反应器的原理与应用

摘要: 本文综述了催化膜反应器的提出、类型、特点、原理和应用。催化膜反应器将膜技术和反应器结合在一起，具有传统工艺无可比拟的优点。膜催化反应的优点在于利用膜的选择渗透性有选择地移去某个产物，从而使可逆反应的化学平衡向有利于产物的方向移动，从而达到“超平衡”。实际的催化反应一般都在远离平衡的条件下进行，因此研究在非平衡条件下膜催化反应器的行为及其与固定床反应器的比较有重要意义。本文主要从催化加氢、催化氧化、脱氢等方面阐述催化膜反应器的原理与应用。

关键词：催化膜；膜反应器；膜分离

Catalytic membrane reactor-principle and applications

Abstract: This article summarizes the origins, types, characteristics, principle and application of Catalytic membrane reactor. Catalytic membrane reactor combines membrane technology with membrane reactor, which has traditional crafts incomparable advantages. The advantages of membrane catalytic reaction is that use the selective permeability of membrane to remove a product selectively, so that the chemical equilibrium of reversible reaction can forward to the direction of product, so as to achieve "overbalance". Actual catalytic reaction is generally acted far from equilibrium conditions, so the investigation of membrane catalytic reactor under the condition of non-equilibrium and its comparison with fixed bed reactor is very important. This article mainly describes the principle and application of the catalytic membrane reactor from the respects such as catalytic hydrogenation, catalytic oxidation and dehydrogenation .

Key words: Catalytic membrane; membrane reactor; membrane separation

目录

一、催化膜反应器的提出 (4)

1.1膜 (4)

1.2膜反应器 (5)

二、催化膜反应器的原理 (6)

2.1 加氢原理 (8)

2.2脱氢机理 (8)

2.3催化氧化机理 (9)

三、催化膜反应器的特点 (10)

四、催化膜的制备方法 (11)

4. 1 表面吸附/ 沉积法 (11)

4. 2 掺杂法 (11)

4. 3 包埋法 (12)

五、催化膜反应器的类型 (13)

5.1膜与催化剂的组合方式 (13)

5.2有/无催化性能的膜和催化剂的装填方式 (13)

5.3催化膜反应器中膜在催化过程中所起的作用 (14)

5.3.1萃取型膜反应器 (14)

5.3.2 分布型膜反应器 (14)

六、催化膜反应器的应用 (16)

6.1 烯烃和炔烃的催化加氢 (16)

6.2 催化氧化 (17)

6.3 透氢膜反应器用于乙苯脱氢制苯乙烯 (18)

6.4 提高水煤气变换反应转化率 (19)

七、展望 (20)

八、参考文献 (21)

一、催化膜反应器的提出

1.1膜

膜是一个可渗透型或者半渗透性的相，通常以薄膜的形式存在，是由从无机固体到不同高分子聚合物等多种材料所制成的。其主要功能是用于控制在两种相邻流体相之间的物质交换。膜必须作为一个通过筛分或者控制组分透过膜的相对速率的屏障。这样有选择的使产物从反应混合物中排出，会导致有力的化学平衡移动。

后来有人用P d -A g 膜于环己烷的脱氢反应中[1]，此过程中, 膜本身不仅具有分离的功能, 还同时有催化剂的功能, 所以称之为催化膜。随后, 人们不断地拓展膜催化和膜反应器的研究与应用范围，有无机陶瓷膜、金属膜、合金膜、金属-陶瓷组合膜进行的研究，如表1所示。

表1所列的膜反应研究实例包括了脱氢、加氢、氧化、氨氧化还原、水蒸气转化等由此可见，在化学反应领域中，膜技术的应用正受到越来越广泛的重视。

1.2膜反应器

膜反应器过程通常也称为膜基反应过程。在这些反应系统中，膜分离过程和催化反应这两个截然不同功能的过程结合在一起。当分离和反应过程被合并到一个单元设备中时，其中的膜不仅具有分离的功能，而且经常能带来选择性或者产品收率的提高。膜基反应分离最初被应用于一些特点的反应中，在这类反应中，可以通过连续萃取出产物从而改变反应的平衡，提高反应速率，如加氢反应。

关于膜反应器这一概念的讨论首先出现于1968年，Michaels[3]指出：若将膜应用于反应工程，将会产生新的化工工程，即用一含有膜分离单元的反应器进行反应，所得到的将不是处于平衡组成的反应混合物，而是经膜选择性连续分离的结果，可以突破反应的热力学限制, 使转化率趋于100%。这种体系必然会提高产物的收率, 降低分离所需的能耗。这就是现在所认识的膜反应器的一种, 即由膜与反应器组合成的一个单元。