2. Керамические мембраны

Эти мембраны изготовлены из оксидов алюминия, титана или диоксида кремния. Они показывают преимущества химической инертности и стабильности при высоких температурах. Эта стабильность делает керамические мембраны для микрофильтрации и ультрафильтрации особенно подходящими для пищевых, биотехнологических и фармацевтических применений, в которых мембраны требуют многократной стерилизации паром и химической очистки. Керамические мембраны также были предложены для разделения газов, а также для применения в МР.

Однако некоторые проблемы остаются нерешенными: трудности с надлежащим уплотнением мембран в модулях, работающих при высокой температуре, чрезвычайно высокая чувствительность мембран к градиенту температуры, приводящему к растрескиванию мембран, химическая нестабильность некоторых материалов.

3. Углеродные мембраны

Мембраны из углеродного молекулярного сита (CMS) были определены как очень многообещающие кандидаты для разделения газов, как с точки зрения свойств разделения, так и стабильности. CMS представляют собой пористые твердые вещества, содержащие сжатые отверстия, которые приближаются к молекулярным размерам молекул диффундирующего газа. Таким образом, молекулы с незначительными различиями в размерах могут быть эффективно разделены путем молекулярного просеивания (Fuertes 1998).

Мембраны CMS могут быть получены путем пиролиза многих термореактивных полимеров, таких как поли (винилиденхлорид) или PVDC, поли (фурфуроловый спирт) или PFA, триацетат целлюлозы, полиакрилонитрил или PAN.

2. Мембранный реактор

Как уже говорилось, мембранный реактор сочетает химическую реакцию и разделение газов. Значительный прогресс в области МР отражается в увеличении количества публикаций, связанных с этой тематикой. Многие гетерогенные газотвердые каталитические процессы промышленного назначения (обычно осуществляемые с использованием реакторов с неподвижным, псевдоожиженным или струйным слоем) включают сочетание операций при высоких температурах и в химически агрессивных условиях окружающей среды. Из-за этих двух факторов неорганические мембраны являются предпочтительными по сравнению с полимерными материалами.

1. Применение мембранных реакторов

Рисунок 1.

Мембранные реакторы в основном используются для проведения реакций, ограниченных равновесной конверсией, таких как смещение водяного газа и так далее. Фактически, в МР разделительная способность мембраны используется для улучшения характеристик каталитической системы. Обычно существует два основных общих подхода: селективное разделение продуктов (экстрактор) и селективное добавление реагентов (дистрибьютор), как показано на рисунке 1.

Первый тип MР облегчает удаление на месте одного из продуктов (рисунок 1.a). Например, для реакций риформинга с водяным паром выход H2 и селективность продукта CO2 ограничены термодинамикой. Путем селективного удаления Н2 со стороны реакции ограничения термодинамического равновесия могут быть преодолены. Благодаря эффекту сдвига могут быть достигнуты как высокий выход H2, так и высокая селективность CO2. Кроме того, этот эффект позволяет работать в более мягких условиях реакции с точки зрения температуры и давления (Zaman 1994).

Второй вид МР использует мембрану для контроля контакта внутри реагентов (Рисунок 1.b. Для реакций частичного окисления, обогащенное кислородом сырье приводит к низкой селективности продукта и высокой конверсии реагента. Напротив, низкое содержание кислорода в сырье приводит к высокой селективности по продукту, но к меньшей конверсии. Используя мембрану для распределенной подачи O2 вдоль осевой координаты каталитического слоя, можно сочетать как высокую конверсию реагента, так и высокую селективность продукта (Bredesen 2004, Coronas 1999, Julbe 2001a, Saracco 1999). Дополнительным преимуществом этого подхода является то, что исходные реагенты (углеводороды) и O2 не смешиваются заранее, и, следовательно, значительно снижается возможность получения смесей, а также обратного воспламенения в линии подачи. Кроме того, распределение корма может представлять собой перспективный подход для быстрых реакций.