Жоғары тазалықтағы формальдегидті катализаторлардың көмегімен өндіру

Жоғары Тазалықтағы Формальдегид Неліктен Маңызды: Өнеркәсіптік Қозғаушы Күштер мен Сипаттамалар

Өнеркәсіптік мақсаттар үшін формальдегид таза затқа жақын болуы керек, 99,9%-дан астам, әйтпесе кейін ақша талап ететін мәселелер пайда болады. Шайырларды жасау кезінде формиялық қышқылдың 50 миллионнан астам бөлігі тіпті аз болса да, істі үлкен көлемде бұзады. Шайыр полимерленуді тым ерте бастайды, бұл әрбір партиядан шығатын өнімді 15%-ға дейін азайтады. Болжаңдаршы? Қалдықтар көбірек болса, зауыттардың қалдықтарды төгу шығындары жоғарылайды. Фармацевтикалық жұмыста осыған қарағанда көп таза зат қажет. Дәрілерді өндіруде қолданылатын формальдегид катализаторлар уланбау үшін формиялық қышқылдың 10 ppm-нан төмен болуы керек. Ластанған партиялар кейде өндірісті толығымен тоқтатады. Жабыстырғыштар мен құрылымдық ағаш өнімдер үшін метанолды 0,1%-дан төмен ұстау өте маңызды. Әйтпесе полиацетальдар түзіледі де, осы маңызды құрылымдық байланыстардың беріктігі төмендейді. Автокөлік өндірушілері де осының маңызды екенін біледі. Олардың шығарылатын газдарды бақылау жүйелері SCR қондырғылары үшін формальдегидтың 99,95% тазалығын талап етеді. Төменгі сортты материалдағы күкірт қосылыстары жұмыстың 500 сағатынан кейін катализатордың тиімділігін жартыға жуықтап төмендетуі мүмкін. Барлық осы тазалық талаптардың іс жүзінде үлкен маңызы бар. Олар өнімдердің жұмыс істеу сапасына, компаниялардың нормативтік талаптарды орындауына және соңында амалдар кірісті бола ма, болмай ма дегенге әсер етеді.

99,9% формальдегид тазалығы үшін катализатор дизайн принциптері

Ультра жоғары тазалықтағы формальдегидті алу (>99,9%) метанолды формиялық қышқыл мен CO сияқты қосалқы өнімдерді түзу процесін басу арқылы таңдамалы түрде түрлендіретін катализаторларды қажет етеді. Өнеркәсіптік жүйелер конверсияның тиімділігі мен қоспаларды бақылауды тепе-теңдікке келтіру үшін дәл метал оксидтерінің құрамына және құрылымдық инженерияға сүйенеді.

Fe-Mo-O және Ag негізіндегі катализаторлар арқылы таңдамалы метанол тотығуы

Темір молибден оксид жүйесі, Fe2Mo3O12, түбі бекітілген реакторлар үшін стандарт болып табылады. Олар 350-ден 450 градус Цельсийге дейінгі температурада ең жақсы жұмыс істейді, мұнда олар метанолды 99,2%-ға жуық жылдамдықпен өзгертеді. Олардың тиімділігінің сырі қабатты құрылымында, бұл метанолды формальдегитке өзгертуге қажетті қышқылдық орындардың пайда болуына мүмкіндік береді, бірақ тым алысқа барып, қосымша өнімдерді түзбеу үшін. Күміс катализаторлар басқа таңдау болып табылады, бірақ олар 600 градус Цельсийге жуық қатты ыстық жағдайларды қажет етеді. Температураның жоғары болуына қарамастан, күміс бетінде бүйірлік реакция ретінде CO2 түзілуге жеткілікті оттегі болмағандықтан, 99,5% селективтілікпен жақсырақ нәтижелерге қол жеткізеді. Операторлар кеңістік жылдамдығын сағатына 0,5-тен төмен болатындай етіп бақылап отырса, екі тәсіл де тазалығы үнемі 99,9%-дан жоғары болатын формальдегит өндіреді, осылайша бұл жүйелер өнеркәсіптік қолданулар үшін сенімді таңдаулар болып табылады.

Mo-V-Te-Nb-O Катализаторлар: 5 ppm-нан төмен қышқыл және 99,95% формальдегит тазалығына жету

Ең соңғы Mo-V-Te-Nb-O катализаторлар қышқылды побочный өнімдерді толығымен жою арқасында 99,95% тазалық деңгейіне жетті. Бұл материалдар неге қаншалықты тиімді? Олардың ерекше орторомбылық M1 фазалық құрылымы активті ванадий орындарын бөліп тұрады, сондықтан метанол тотығуына кедергісіз жүреді. Сол уақытта Te4+ оттегі молибден байланыстары формальды қышқылдың мөлшерін 1 миллионға 5 бөлікке дейін төмендету арқылы өте жақсы бақылайды. In situ XRD зерттеулері қызықты нәтиже көрсетті. Егер V4+ пен V5+ қатынасы 15-20 пайыз шамасында болса, көміртегі қалдығы минимумға дейін төмендейді. Бұл катализаторлардың 8 000 сағаттан астам уақыт бойы үздіксіз жұмыс істеуіне мүмкіндік береді. Бұл 2023 жылы Catalysis Today журналында жарияланған соңғы зерттеулерге сәйкес 92% астам қоспалар қалдыратын ескі Fe-Mo катализаторлармен салыстырғанда қаншалықты таза жұмыс істейтінін ескерсек, өте тамаша нәтиже.

Формальдегидтің кірімін максималдандыру және өнімдердің жанама түрлерін азайту

Аспақ артық тотығудың алдын алу үшін наноқұрылымды тірек (мезопорлық SiO₂, Анасқы TiO₂)

Мезопоралы диоксид кремний және анатаз диоксид титан сияқты арнайы наноқұрылымды материалдар химиялық процестер кезінде қанша формальдегид өндірілетінін бақылауға көмектеседі. Бұл материалдар 500-ден 800 шаршы метрге дейінгі өте үлкен беттік аудандары мен шамамен 2-ден 10 нанометрге дейінгі тең қашықтықта орналасқан поралары болғандықтан жұмыс істейді. Бұл катализатордың белсенді бөліктері физикалық түрде бұл құрылымдардың ішінде шектелгенін, соның арқасында олар көміртек диоксидін өндіруге дейін жетпейтінін білдіреді. Нәтижесінде бұл алғашқы әдістерге қарағанда жаңа тіреулерді пайдаланған кезде побочный өнім ретінде түзілетін қышқыл мөлшері әлдеқайда аз болады, мықты түрде 40-60 пайызға дейін азаяды, бірақ формальдегид шығыны 99 пайыздан аспайтындай сақталады. Титанның диоксидінің нақты анатаз түрі оттегі құрылымындағы белгілі бір саңылаулар арқасында электрондар жүйеге қозғалуын жақсартады. Бұл қасиет 300-ден 400 градус Сельцийге дейінгі температурада жүретін өнеркәсіптік жағдайларда да қажетсіз реакциялардың болуын тоқтатуға көмектеседі.

Тұрақты беттік оттегіні басқару үшін in situ DRIFTS және XRD арқылы Ce³⁺/Ce⁴⁺ қатынасын реттеу

In situ DRIFTS және XRD сияқты әдістерді қолдана отырып, Ce³⁺/Ce⁴⁺ тотығу-тотықсыздану жұбын оптимизациялаған кезде біз ол шиеленіскен реактивті оттегі түрлерін көп қалай басқара аламыз. Кейбір шебер легирлеу инженериясы арқылы Ce³⁺/Ce⁴⁺ қатынасын 0,7-ден 1,2-ге дейін ұстау нақты метанол молекулаларын ұстап тұратын оттегі вакансияларын жасайды. Шынымен тамаша жағдай — бұл жиналым көміртегінің жиналуына да қарсы күреседі. Нақты уақыттағы XRD деректерін қарау аталған тепе-теңдік тәсіл реакция кезінде катализаторды тұрақты ұстап, формальдегид қоспаларын миллионға 50 бөліктен төмен түсіретінін көрсетеді. Бұл әдіс жалпы алғанда жақсы жұмыс істейді, бір өтуде шамамен 92-95 пайыз формальдегид табысын береді және 99,9 пайыздық таза өнім сапасын сақтайды. Бұл пероксидтер оңай түзілмейтіндіктен және қажетсіз көміртегі жиналуына түсіп қалу ықтималдығы аз болғандықтан болады.

Тұрақты қабатты формальдегид реакторларындағы конверсия мен тазалықты теңестіру

Тұрақты қабатты реакторлар формальдегидті ірі масштабта өндірудің негізгі элементі болып табылады, себебі оларды пайдалану қарапайым және шығындарды үнемдеуге мүмкіндік береді. Дегенмен, өнімнің тазалығын 99,9% немесе одан жоғары деңгейде ұстай отырып, мүмкіндігінше жоғары метанолдың айналу дәрежесін алу үшін бірнеше негізгі факторларға мұқият назар аудару қажет. Мұндай жүйелерде температураны реттеу ерекше маңызды. Катализаторлық қабатта температуралық градиент сантиметрге 5 градустан асқан кезде, өткен жылы «Reaction Engineering Journal» журналында жарияланған зерттеулерге сәйкес, формиялық қышқыл қоспаларының 50 млн-нан аса өсуіне әкелетін артық тотығу проблемалары байқала бастайды. Ішінде суыту қапшықтары бар жаңа көптүрлі реакторлар жылуды әлдеқайда жақсы басқарады, бұл жағдайда тіпті қажетсіз побочные реакциялар азаяды және айналдыру дәрежесі шамамен 97% шамасында ұсталады. Оттегі мен метанол арасындағы теңдестікті сақтау да соншалықты маңызды. Егер қатынас 1,3:1,5-тен төмен түссе, тотығу жеткіліксіз болып, шығым 90%-дан төмендейді. Артық оттегі көміртек диоксидін түзеді. Көбінесе зауыттар материалдардың реакторда қанша уақыт болуын реттеу үшін нақты уақыт режиміндегі газ хроматографиясын қолданады. Тұру уақытын жарты секундтан кем болатындай етіп қысқарту арқылы өндірушілер жалпы өндіру қуатын құртпастан формиялық қышқыл деңгейін 5 млн-нан анағұрлым төмен ұстауы мүмкін.

Негізгі оптимизациялық тетіктер

• Жылу реттеу : Керамикалық жылу шашыратқыш аймақтар осьтік температура ауытқуларын 70%-ға дейін төмендетеді
• Өнім құрамы : Автоматтандырылған қатынас реттеуіштер стехиометриялық дәлдікті ±0,05 бірлік ішінде сақтайды
• Катализатор сатылары : Қабатты Fe-Mo-O және Ag қабаттары түрлендіруді және қоспалардың шығарылуын тізбекті түрде оптималдайды

Бұл интегралды тәсіл қозғалмалы қабатты реакторларға қарағанда көлемді өткізуі төмен болса да, өнімнің бақылауын жақсартып, формиат қышқылының 3 ppm концентрациясында 99,95% формальдегид тазалығын қамтамасыз етеді.

ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

Жоғары тазалықты формальдегидтің өнеркәсіптік қолданысындағы маңызы қандай?

Жоғары тазалықты формальдегид маңызды, өйткені ол шайыр өндірісінің тиімділігін қамтамасыз етеді, фармацевтикалық өндірістің бүтіндігін сақтайды, жасанды ағаш өнімдеріндегі желім сапасын жақсартады және автокөлік өнеркәсібінде катализатордың улануын және құрылымдық байланыстың әлсіреуін алдын ала сақтап, шығарылымды бақылауды жақсартады.

Катализаторлар 99,9% формальдегид тазалығын қалай қол жеткізеді?

Катализаторлар метанолды таңдамалы түрде айналдыру және бөгде өнімдерді басу арқылы ультра таза формальдегид алуға мүмкіндік береді. Өнеркәсіптік жүйелер тиімді айналдыруды және қоспаларды бақылауды қамтамасыз ету үшін дәл метал оксидтерінің құрамын қолданады.

Формальдегид өндіруде наноқұрылымды тіректердің рөлі қандай?

Мезопоралы кремний диоксиді мен анастазия титан диоксиді сияқты наноқұрылымды тіректер формальдегид шығысын және селективтілігін сақтай отырып, артық тотығуды басуға және қажетсіз бөгде өнімдерге, мысалы, қышқыл қышқылына қарсы күресте көмектеседі.

Неліктен формальдегидті үлкен көлемде өндіруде фиксацияланған қабат реакторлары қолданылады?

Температураны, оттегі-метанол қатынасын және ұзақтығын мұқият бақылау арқылы жоғары метанол айналу деңгейін және формальдегид тазалығын сақтау қабілетіне байланысты фиксацияланған қабат реакторлары қарапайымдылығы мен құнының төмендігіне байланысты қолданылады.