CN103349942A - 一种双分析高压微反中试装置 - Google Patents

Abstract

一种双分析高压微反中试装置，涉及一种固态浆态一体、气液双混、在线或离线的双分析高压微反中试装置。装置同时具有固定床管式反应釜与浆态床釜式反应釜，两种反应釜以三通并联，或者以卡套切换连接方式及四路气一路液的连接方式；装置设有气路1，气路2，气路3，气路4，通过三通阀在气路1和气路2连接反应管线，并连接分子筛过滤器，再连接减压阀，减压阀后接定压阀，三通阀所相连的两路中一路接色谱仪，另一路接固定床管式反应釜或者浆态床釜式反应釜；装置能够满足常用的催化反应，如加氢、脱氢、脱硫、部分氧化、羰基化、FT反应等，改变了实验设计针对某一特定反应搭建对应的高压微反装置。

Description

一种双分析高压微反中试装置

技术领域

本发明涉及一种中试装置，特别是涉及一种固态浆态一体、气液双混、在线或离线的双分析高压微反中试装置。

背景技术

结合文献、专利报道、以及已知的高压微反装置的设计，实验室现有的中试及小试微反装置只有如下几种类型：

1）高压气固两相或者液体气化后保持气态进样固定床反应釜；

2）高压气液固三相浆态床反应釜；

3）高压液固两相固定床反应釜；

4）常压气固两相固定床反应釜。

而分析方法基本上都采用在线保温色谱分析。现有反应装置功能设计单一，分析方法简单，可重复性较差，不能有效的适用于催化各种反应类型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双分析高压微反中试装置，该装置针对实验室具有中试、小试高压微反装置，提出了一种同时具有多功能的常压/高压微反的中试装置，该反应装置可以同时实现气固、液固两相以及气液固三相反应物均匀混合，发生反应。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种双分析高压微反中试装置，所述装置同时具有固定床管式反应釜与浆态床釜式反应釜，两种反应釜以三通并联，或者以卡套切换连接方式及四路气一路液的连接方式；装置设有气路1，气路2，气路3，气路4，通过三通阀在气路1和气路2连接反应管线，并连接分子筛过滤器，再连接减压阀，减压阀后接定压阀，之后接一个压力表，压力表之后接质量流量计，质量流量计前接一个过滤器并且分别并联一个串联一个截止阀，在质量流量计后连接一个单向阀，单向阀后面接一个三通阀，与三通阀所相连的两路中一路接色谱仪，另一路接固定床管式反应釜或者浆态床釜式反应釜；反应管内加装热电偶，反应管外同样加装热电偶，反应釜釜内设有高速搅拌桨，由电机连接，反应釜顶设一取样口和一个压力测量口，从反应釜外部直接焊一密封空管直接插入到反应釜内部并深入到底部。

 所述的一种双分析高压微反中试装置，所述装置在临近固定床管式反应釜和浆态床釜式反应釜尾气出口管线外面加装一套循环冷凝装置。

所述的一种双分析高压微反中试装置，所述装置在进反应釜前加装一个反应原料预混合器和预处理器。

所述的一种双分析高压微反中试装置，所述原料预处理器由管式反应釜、高温加热炉，压力表组成。

所述的一种双分析高压微反中试装置，所述装置高压微反装置气路前加装减压阀。

 所述的一种双分析高压微反中试装置，所述装置在冷井尾部添加取样装置。

本发明的优点与效果是：

1.本发明涉及实验室小试、中试常压/高压微反装置的设计与搭建，尤其是集合多功能为一体的反应装置，同时具有固定床、流化床、浆态床反应釜，分析方法为在线分析与离线分析相结合。

2.本发明设计搭建的中试常压/高压微反装置能够满足任何常用的催化反应，如加氢、脱氢、脱硫、部分氧化、羰基化、FT反应等等。打破了之前的实验设计人员心理上针对某一特定反应特点搭建对应高压微反装置的观念。

附图说明

图1为本发明装置构成示意图；

图2为本发明浆态床釜式反应釜结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

如图所示，图1为气固、液固两相以及气液固三相，集合固定床管式反应釜与浆态床釜式反应釜为一体的，同时具有在线与离线双分析系统的常压/高压微反中试装置构成示意图。

本发明整合现有的实验室具有单一功能的中试、小试高压微反装置的基础上，提出了一种同时具有多功能的常压/高压微反中试装置的设计方案。该反应装置可以同时实现气固、液固两相以及气液固三相反应物均匀混合，发生反应；固定床反应釜和浆态床反应釜由卡套切换，共用一条气路管线，方便快捷，扩展了反应釜的使用种类；在现有的伴热带在线保温色谱分析系统的基础上设计了控温冷凝系统，采用气液分离器收集不同温度条件下的冷凝产物，加入定量内标进行高温色谱分析。该离线分析方法尤其适用于高沸点产物的分离和分析，以免高沸点产物冷凝在反应釜尾管以及毛细管柱中。

本发明同时具有固定床管式反应釜与浆态床釜式反应釜，两种反应釜以三通并联使用，或者以卡套切换连接使用。进样方式以多路气和多路液混合进样，或者既能满足气相进样方式又能满足液相进样方式。离线分析方法：采用循环冷凝，控制不同冷凝温度收集液相产物，进行离线分析。同时具有在线分析和离线分析两种分析方法。浆态床的设计方式，搅拌桨由电机带动，转数50-3000转/分，热电偶插入式测温方式方法，反应釜连接压力表，直接显示反应釜内压力，反应釜设有取样系统。高压微反装置气路前加装减压阀，可以满足常压反应要求。一套装置可以同时满足气固，液固，液液两相，以及气液固三相原料均匀混合，发生反应。一套装置同时具有对催化剂进行前处理功能，如还原、碳化等。一套装置同时具有对催化剂的表征功能，如作为程序升温还原（TPR），程序升温吸附（TPD），脱附表征装置使用。

本发明是在整合现有单一功能的中试、小试高压微反装置的基础上，提出了一种同时具有多功能的常压/高压微反装置的设计方案，并设计了全新的离线气液分离分析方法。采用四路气一路液的进样方式，同时实现了气固、液固两相以及气液固三相均匀反应；固定床管式反应釜、流化床管式反应釜以及浆态床釜式反应釜由卡套切换，共用一条气路，方便快捷，扩展了反应釜的使用种类；在现有的在线保温分析系统的基础上设计了控温冷凝系统，采用气液分离器收集不同温度条件下的冷凝产物，加入定量内标进行色谱分析。该离线分析方法尤其适用于高沸点产物的分离和分析，以免在线分析条件下高沸点产物冷凝在反应尾管中，难以分离。钢瓶气出口端加装减压阀，可以控制原料气压力为1个大气压，同时又具有常压反应功能。

气路1，气路2，气路3，气路4分别为反应气，标准气（用于校正和修订色谱测量值，计算用），惰性气体（可以是氮气也可以是氩气或者其他惰性气体组分，用于催化剂表面的预处理；反应过程中催化剂所在外部环境惰性化处理），还原气（可以是不同组分的氢气、一氧化碳或者是合成气，其另外一种组分的添加气为惰性气体）。气路3和气路4可以换为1%氧气具有氧化功能的气体（对催化剂表面进行钝化处理，以免催化剂初始反应活性太高，导致催化剂积碳或烧结迅速失活）。首先通过三通阀在气路1和气路2的气体选择其中一路进入反应管线，经过活性炭过滤，除去钢瓶气中的固体杂质颗粒，然后经过分子筛过滤器，除去反应气中的水分子或者吸附少量硫化氢气体以及其它少量的不纯气体。然后经过减压阀，通过减压阀可以控制气路中气体的压力，可以是高压，也可以是常压，压力范围为0-20MPa，这样实现了同一套装置既可以做高压反应（适用于分子数减少的反应）又可以做常压反应（分子数不变或增加的反应）。减压阀之后接一个定压阀，起到稳定管线压力的作用（保证管线及反应釜内压力波动近似不变）。之后接一个压力表，测量反应管线中的实际压力。在压力表之后接质量流量计，用于控制高压及常压气体的流速。质量流量计的接法如图1所示，在质量流量计前必须接一个过滤器（确保无粉末状的颗粒进入到质量流量计中，造成损坏），并且分别并联一个（起到对质量流量计保护的作用），串联一个截止阀或者微调阀。在实际操作过程中，先将串联的截止阀关闭，此时质量流量计两端无气体通过。打开并联的截止阀，这样高压气体从并联路通过，稳定一定时间后（3-5min），打开串联的截止阀或者微调阀，由于质量流量计两端压力差接近为零，基本无压差。如此操作的目的是：防止当单独串联一个截止阀时，打开的一瞬间质量流量计两端瞬间压差过大，瞬时的气体流速远超流量计实测量程，造成损坏。

在质量流量计后加一个单向阀，其作用是气体或者液体只能从质量流量计一侧流入，既从管线左边流向右边，而不能逆向流动（防止反应釜或预混器内瞬间压力过大，反冲到质量流量计中）。逆止阀后面接一个三通阀，与三通阀所相连的两路中一路是直接进色谱，用于分析未反应气和标准气的成分，另一路是进固定床管式反应釜或者浆态床釜式反应釜。固定床管式反应釜外由高温加热炉恒温段加热，加热能够达到的最高温度为1000摄氏度。反应管内加装热电偶，用于测量反应床层的实际温度，反应管外同样加装热电偶，用于测量高温加入炉恒温段的温度，反馈给程序升温温控表，对实际加热温度进行控制。浆态床釜式反应釜详细构造图如图2所示，反应釜容积根据实际需要设计，可以为50-1000ml，釜内有高速搅拌桨，由电机带动，搅拌速度最大可以达到2000转/分，反应釜顶设一取样口和一个压力测量口，从反应釜外部直接焊一密封空管直接插入到反应釜内部并深入到底部，用于测量反应过程中反应物的实际温度。当反应物，无论是气相或者液相反应物进入反应釜中，在高速运转的搅拌桨的扰动下，能够近似认为催化剂与反应物均匀混合，反应后的产物在反应釜顶部以气相的形式离开反应釜，如果生成的是液态高沸点的产物，那么可以从取样口收集产物。这样就实现了固定床管式反应釜和浆态床釜式反应釜并联使用，根据实际反应条件需求切换使用，极大的扩充了目前单一反应釜的使用范围，而并无额外的高压密封元件及管线的使用。

从固定床管式反应釜和浆态床釜式反应釜出来的尾气，通过备压井（用于控制和稳定整个反应釜内压力），使用伴热带缠绕反应管线，保持温度在120-200摄氏度附近，控制产物完全、直接进入色谱进行在线分析。该分析可以即时测定反应状态，计算反应物的当前转化率、产物的选择性。但该分析方法生成的高沸点的，难以气化的液相产物极易残留在反应管线中，使测量及计算结果出现偏差；当高沸点难以气化的液相产物被气相产物进入色谱时，由于其难以气化，极易残留在毛细管色谱柱中，并很难被载气带离，导致毛细管色谱柱的柱效下降，当遇到产物中有难以挥发的组分时，必须采用离线分析的方法，是在临近固定床管式反应釜和浆态床釜式反应釜尾气出口管线外面加装一套循环冷凝装置。采用不同冷凝液（可以为水、乙醇或乙二醇等等）控制循环冷凝的温度（-20-30摄氏度），使用冷井冷凝并收集不同沸点的产物。在在冷井尾部添加取样装置，收集到的液相产物加内标后进入高温色谱进行分析，高温气相色谱色谱柱固定相的气化温度可以达到350-400摄氏度。

液路1是为纯液相或混合液相反应物准备的，由高压微量恒流泵进样并控制液体进样流速（0.1-200ml/h），同样加装活性炭过滤器，分子筛过滤器。管线部分与气路1近似相同，在进反应釜前加装一个反应原料预混合器和预处理器。原料预处理器由管式反应釜、高温加热炉，压力表组成，其作用是对液态反应原料在一定温度和压力下进行预处理，如加氢，脱水，除杂质等。或者控制液态原料与惰性气体不同比例均匀混合。这样该四路气、一路液的高压微反中试装置可以同时完成液固，液液两相或者气液固三相反应，极大地扩充该装置的使用范围。

该高压微反中试装置还可以在线对催化剂进行前处理，如使用不同组分的氢气，一氧化碳气体，或者合成气还原催化剂、碳化催化剂。还可以作为测定程序升温还原（TPR），程序升温吸附（TPD），脱附表征装置使用。同样一套装置不但可以作为反应装置，可以用做催化剂前处理装置以及催化剂表征装置使用。所搭建的装置采用四路气、一路液的进样方式，同时实现了气固、液固两相以及气液固三相原料均匀反应；固定床管式反应釜、流化床管式反应釜以及浆态床釜式反应釜由卡套切换，共用一条气路管线，方便快捷，扩展了反应釜的使用种类；在现有的使用伴热带在线保温分析系统的基础上设计了控温冷凝系统，使用气液分离器收集不同温度条件下的冷凝产物，加入定量内标进行高温色谱离线分析。钢瓶气出口端加装减压阀，可以控制原料气压力为1个大气压，可以调控反应压力范围为0.1-15MPa。

Claims (6)

1.一种双分析高压微反中试装置，其特征在于，所述装置同时具有固定床管式反应釜与浆态床釜式反应釜，两种反应釜以三通并联，或者以卡套切换连接方式及四路气一路液的连接方式；装置设有气路1，气路2，气路3，气路4，通过三通阀在气路1和气路2连接反应管线，并连接分子筛过滤器，再连接减压阀，减压阀后接定压阀，之后接一个压力表，压力表之后接质量流量计，质量流量计前接一个过滤器并且分别并联一个串联一个截止阀，在质量流量计后连接一个单向阀，单向阀后面接一个三通阀，与三通阀所相连的两路中一路接色谱仪，另一路接固定床管式反应釜或者浆态床釜式反应釜；反应管内加装热电偶，反应管外同样加装热电偶，反应釜釜内设有高速搅拌桨，由电机连接，反应釜顶设一取样口和一个压力测量口，从反应釜外部直接焊一密封空管直接插入到反应釜内部并深入到底部。

2.根据权利要求1所述的一种双分析高压微反中试装置，其特征在于，所述装置在临近固定床管式反应釜和浆态床釜式反应釜尾气出口管线外面加装一套循环冷凝装置。

3.根据权利要求1所述的一种双分析高压微反中试装置，其特征在于，所述装置在进反应釜前加装一个反应原料预混合器和预处理器。

4.根据权利要求3所述的一种双分析高压微反中试装置，其特征在于，所述原料预处理器由管式反应釜、高温加热炉，压力表组成。

5.根据权利要求1所述的一种双分析高压微反中试装置，其特征在于，所述装置高压微反装置气路前加装减压阀。

6.根据权利要求1所述的一种双分析高压微反中试装置，其特征在于，所述装置在冷井尾部添加取样装置。

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