Введение к работе
Актуальность проблемы. Для развития химической, медицинской и пищевой промышленности весьма актуален переход от периодических процессов гидрогенизации к легко автоматизируемым непрерывным процессам. Другое требование технического прогресса - сокращение числа технологических стадий, совмещение нескольких процессов в одном реакторе. Изготовление фармацевтических препаратов и других особо чистых продуктов тонкой химической технологии осложнено образованием большого количества отходов из-за недостаточной избирательности катализаторов.
Все эти проблемы могут быть решены при использовании проницаемых для водорода мембранных катализаторов, которые превосходят обычные катализаторы в отношении избирательности по продуктам неполной гидрогенизации благодаря независимому регулированию поверхностных концентраций водорода и гидрируемого вещества. Высокая механическая прочность и коррозионная устойчивость мембранных катализаторов в виде фольги или тонкостенных трубок обеспечивают легкое отделение от них продуктов реакции, исключают потери драгоценных металлов, фильтрование продуктов от частиц катализатора.
Цель работы. Разработка физико-химических основ процессов жидкофазной гидрогенизации хинонов и ацетиленовых спиртов на мембранных катализаторах из палладиевых сплавов в виде фольги и тонкостенных трубок, что включает изучение проницаемости для водорода, активности и селективности ряда мембранных катализаторов, нахождение условий их использования и регенерации, конструирование реакторов жидкофазной гидрогенизации с мембранным катализатором и их испытания.
Научная новизна работы. Установлено, что для жидкофазной гидрогенизации хинонов и ацетиленовых спиртов оптимальное соотношение активности, селективности, стабильности в работе, механической прочности и коррозионной устойчивости имеют мембранные катализаторы из сплава палладия с 6% рутения.
Гидрирование 2-метилнафтохинона-1,4 впервые сопряжено с этерификацией образующегося гидрохинона уксусным ангидридом в витамин К4. Это устраняет 3 стадии производственного процесса и повышает выход продукта до 97%.
Впервые перенос водорода через мембранный катализатор осуществлен не за счет перепада давления, а только в результате расходования водорода на гидрирование.
Разработан защищенный авторским свидетельством метод активации мембранных катализаторов за счет фазовых переходов в системе палладиевый сплав - водород.
Показано, что после циклической регенерации воздухом при 720 К и затем водородом при 600 К производительность мембранного катализатора в гидрировании дегидроизофитола повышается вдвое против исходной с сохранением селективности 0,98 по изофи-толу.
Предложена новая конструкция реактора со съемным мембранным катализатором.
Практическая ценность работы. Болоховским химическим комбинатом принят указанный выше способ получения изофитола и усовершенствованная автором диссертации методика хроматогра-фического анализа смесей ацетиленового спирта С:о с продуктами его гидрирования.
В соответствии с заданием «Создание и освоение производства новых высокоэффективных катализаторов, обновление и расширение их ассортимента» целевой комплексной научно-технической программы 0.18.014 разработан монолитный катализатор для непрерывного жидкофазного гидрирования ацетиленовых спиртов, обеспечивающий снижение на 50% потерь драгоценных металлов. Сконструирован проточный реактор и составлены согласованные с главным инженером Болоховского химкомбината «Данные для проектирования опытно-промышленной установки непрерывного жидко-фазного гидрирования».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Международном симпозиуме «Водород в металлах» (Белфаст, Великобритания, 1985), Гордоновской конференции (Мэриден, США, 1988), Советско-английском семинаре по катализу (Оксфорд, Великобритания, 1989), III Европейской конференции по материалам и процессам (Страсбург, Франция, 1992), I Европейском конгрессе по катализу (Монпелье, Франция, 1993), Российско-Американском симпозиуме по катализу в защите окружающей среды (Вилмингтон, США, 1994), XIII Ежегодной конференции по мембранной технологии (Ньютон, США, 1995), семинаре Экономической комиссии по Европе Организации Объединенных Наций «Экологические применения новейшей мембранной технологии в химической промышленности» (Четраро, Италия, 1996).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, включая 18 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 149 наименований.