Техника - молодёжи 1985-07, страница 48

Таковы конструктивные варианты мембранных катализаторов.

Схема блона мембранного катализатора в виде спиралей из тонкостенных трубок.

обладают высокой проницаемостью для водорода и значительной прочностью. Эти качества довольно тесно связаны. Когда палладий начинает поглощать водород (этот этап называется «альфа»-фазой), кристаллическая решетка катализатора остается неизменной. Но затем наступает так называемая «бета »-фаза — водород в большом количестве проникает в кристаллическую решетку, и от этого она резко увеличивается в объеме, «распухает». После многократных переходов из «альфа»- в «бета»-фазу и наоборот в решетке происходят необратимые изменения, в результате чего катализатор становится хрупким и разрушается. Температура этих переходов зависит от состава сплава, из которого изготовлен катализатор. Вместе с коллегами из Института металлургии АН СССР мы подобрали соответствующие сплавы — палладий плюс рутений, родий или никель (они в настоящее время запатентованы), которые позволили сместить температуру «альфа»-«бета» переходов в область выше или ниже той, при которой идут реакции гидри

рования или дегидрирования. Таким образом удалось избежать опасных для катализатора переходов.

Однако прочность катализатора зависит не только от того, из какого материала он изготовлен, но и от его конструкции. Над ней нам пришлось много поработать, ибо задача была не из. простых. С одной стороны катализатор должен состоять из тонкостенных элементов, хорошо пропускающих водород, а с другой — выдерживать высокие температуры.

Столь противоречивые требования удалось совместить, использовав принцип механического подобия. Известно, что прочность любой трубы зависит от отношения ее диаметра к толщине стенок. Скажем, в водопроводной трубе оно равно 10. Если ее размеры уменьшить в 1000 раз, это отношение, а значит, и прочность останутся прежними — сработает принцип механического подобия. Мы изготовили из палладиевого сплава трубки диаметром 1 мм и толщиной стенок всего 0,1 мм, но они выдерживали перепады давления в 100 атм.

Чтобы повысить производительность единицы объема реактора, увеличили поверхность катализатора — свили трубки в спирали. Во избежание вибрации трубок, которая приводила к образованию трещин в местах спаев с коллекторами, наложили спирали друг на друга так, чтобы они не соскальзывали одна с другой. Получился блок из плотно сжатых, зеркально обращенных друг к другу двухза-ходных спиралей. Реактор с катализатором такой конструкции был изготовлен в СКВ Института нефтехимического синтеза АН СССР и успешно испытан в опытно-промыш-ленных масштабах. Но этот конструктивный вариант мы не считаем оптимальным и работаем сейчас над созданием нового, еще более прочного.

Энергосберегающие н малооперационные

Такими должны в недалеком будущем стать все химические процессы. В осуществлении этой задачи немалая роль принадлежит мембранным катализаторам. О том, как экономится энергия при получении нужных продуктов с помощью реакций сопряжения, мы уже говорили. Но и при раздельном проведении гидрирования и дегидрирования на этих катализаторах можно также сберечь значительное количество тепла и уменьшить число стадий технологического процесса. За счет чего? Опять-таки за счет высокой избирательности мембранного катализатора.

Вот, к примеру, процесс получе

ния парааминофенола — проявителя фотографических пленок. Сейчас этот процесс довольно сложен, проходит в несколько стадий, кроме того, с образованием вредных отходов — кислых сточных вод. Мы предложили проводить его на мембранном катализаторе. На Шосткин-ском комбинате он успешно испытан. В новом процессе благодаря высокой избирательности катализатора не образуется побочных продуктов, то есть он стал безотходным. К тому же чистота получаемого в нем парааминофенола намного выше, чем при старом методе.

Интересным является и процесс получения линалоола гидрированием ацетиленового спирта в этиленовый. Он также проводится на мембранном катализаторе и разработан в ИНХС АН СССР и Университете дружбы народов. Линало-ол — вещество с запахом ландыша — широко применяется не только в парфюмерной промышленности, но и в фармакологии. Из него приготовляют ценное лекарство цигерол для лечения ожогов я ран. В настоящее время его получают из кориандра. Плантации этого растения занимают значительные посевные площади Крыма и Кавказа. Переход на производство синтетического линалоола, по качеству не уступающего натуральному, позволит освободить их для выращивания других культур сельскохозяйственного назначения, скажем винограда...

Я рассказал лишь о немногих процессах, идущих с помощью мембранного катализатора. Их преимущество не только в том, что они энергосберегающие и малооперационные. Эти процессы также значительно дешевле тех, что проводятся на катализаторах других видов, ибо для них не требуется водород особой чистоты, а вполне пригодны и «грязные» дешевые технологические газы. Ведь катализатор не пропустит примеси в реакционную зону: выделит из смеси газов водород, затем активирует его, расщепив на атомы, и, наконец, в муж-ном количестве присоединит его к необходимому агенту для получения ценного целевого продукта.

Знаете, в отелях есть ключ, которым в экстренных случаях можно открыть любой номер. Его называют «мастер ки» — «король ключей». Такое название можно дать мембранному катализатору за то, что он является универсальным «ключом» к самым разнообразным химическим реакциям. Этот класс катализаторов будет, несомненно, играть важную роль в создании технологических процессов будущего — безотходных, энергосберегающих, малостадийных.

46