一種氣氛在線可控的合成氣制乙醇醛反饋裝置及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于乙醇醛生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣氛在線可控的合成氣制乙醇醛反饋裝置及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]乙醇醛作為有機(jī)合成的一種重要原料，不僅是乙二醇的中間體，也是最小的糖分子，能與丙烯醛反應(yīng)生成核糖，對(duì)生物體內(nèi)RNA的合成有非常重要意義，同時(shí)也可用于農(nóng)藥、藥物的合成、蛋白質(zhì)改性劑、還原劑和抗菌劑等，具有十分可觀的市場(chǎng)價(jià)值。目前乙醇醛主要是通過(guò)乙二醇或二羥馬來(lái)酸為原料制備，這些合成途徑成本較高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。甲醛加氫甲?；ê铣梢掖既┎捎贸杀镜土亩嗑奂兹┖秃铣蓺釮2/CO為原料，是一種具有發(fā)展前景的生產(chǎn)方法。
[0003]甲醛加氫甲酰化法合成路線屬于高壓均相反應(yīng)，不同的銠前驅(qū)體要求的高壓原料氣配比有所不同，而且原料氣配比直接影響反應(yīng)過(guò)程催化劑結(jié)構(gòu)及反應(yīng)性能。銠前驅(qū)體在C0/H2氣氛下大量生成中間產(chǎn)物HRh(CO)2(PPh3)2，若氫壓過(guò)低不利于活性銠氫化物的形成，高CO壓力又將形成惰性物種Rh(C0)4—，控制合適的C0/H2配比對(duì)不同的銠前驅(qū)體活化尤為重要;其次在反應(yīng)過(guò)程中，C0/H2過(guò)高抑制中間產(chǎn)物HRh(CO)2(PPh3)2轉(zhuǎn)化為配位數(shù)不飽和的活性物種HRh (CO) 2 (PPh3)，配位能力弱的甲醛難以配位銠氫化物，降低反應(yīng)活性;反應(yīng)過(guò)程中CO隨插入反應(yīng)的消耗，C0/H2降低，氫壓過(guò)高容易直接氧化加成形成副產(chǎn)物甲醇，甲醇產(chǎn)量增大。因此高壓原料氣配比對(duì)催化劑的活化及反應(yīng)過(guò)程催化劑結(jié)構(gòu)微調(diào)至關(guān)重要，根據(jù)不同銠前驅(qū)體結(jié)構(gòu)和反應(yīng)產(chǎn)物評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)及時(shí)反饋指導(dǎo)原料氣出/⑶配比調(diào)節(jié)有利于提高乙醇醛產(chǎn)率。而采用常規(guī)的高壓反應(yīng)釜存在以下問(wèn)題:1.原料氣H2/C0配比調(diào)節(jié)操作繁瑣且周期長(zhǎng)，無(wú)法根據(jù)不同銠前驅(qū)體及時(shí)調(diào)節(jié)原料氣配比，長(zhǎng)時(shí)間放置后原料氣各組分分布不均；2.反應(yīng)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)無(wú)法及時(shí)地反饋指導(dǎo)反應(yīng)過(guò)程的原料氣H2/C0配比調(diào)節(jié);3.氣路拆卸切換頻繁，增加氣體泄漏安全隱患且工作繁瑣。
[0004]針對(duì)上述問(wèn)題設(shè)計(jì)一種氣氛在線可控的合成氣制備乙醇醛的反饋裝置及其應(yīng)用十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種氣氛在線可控的合成氣制備乙醇醛的反饋裝置及其應(yīng)用的技術(shù)解決方案，主要用于解決現(xiàn)有合成氣制備乙醇醛高壓反應(yīng)裝置存在的技術(shù)問(wèn)題:1.原料氣配比相對(duì)固定，變更周期長(zhǎng)，無(wú)法根據(jù)銠前驅(qū)體組分有針對(duì)性地調(diào)節(jié)原料氣配比；2.反應(yīng)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)分析周期長(zhǎng)，無(wú)法及時(shí)地反饋指導(dǎo)反應(yīng)過(guò)程原料氣配比調(diào)變;3.氣路拆卸頻繁，增加安全隱患且工作繁瑣。
[0006]1.本發(fā)明所提供的一種氣氛在線可控的合成氣制備乙醇醛的反饋裝置，其特征在于:
[0007]包括氣體控制系統(tǒng)A、增壓系統(tǒng)B、反應(yīng)釜系統(tǒng)C、分析系統(tǒng)D和中央處理系統(tǒng)E;其中:
[0008](I)氣體控制系統(tǒng)A包括原料氣管路、惰性氣管路、混合氣管路、分析管路和放空管路五部分;原料氣管路一包括依次連接的第一原料氣鋼瓶、輸氣管道、第一減壓閥3a、第一壓力表4a、第一開關(guān)閥5a、第一針型閥9a、第一壓力傳感器10a、第一壓力處理系統(tǒng)I Ia和第一儲(chǔ)氣罐13a;原料氣管路二包括依次連接的第二原料氣鋼瓶、輸氣管道、第二減壓閥3b、第二壓力表4b、第二開關(guān)閥5b、第二針型閥9b、第二壓力傳感器10b、第二壓力處理系統(tǒng)Ilb和第二儲(chǔ)氣罐13b;
[0009]惰性氣管路依次連接惰性氣鋼瓶、第三減壓閥3c、第三壓力表4c和第一三通球閥6c;惰性氣體管路在第一三通球閥6c處分為三路:一路吹掃氣管路、一路稀釋氣體管路和一路增壓驅(qū)動(dòng)氣管路;吹掃氣管路依次連接惰性氣體管路的第一三通球閥6c、第三開關(guān)閥5c、第三針型閥9c、第三單向閥8c和第六針型閥9f;稀釋氣體管路依次連接惰性氣體管路的第一三通球閥6c、第^^一針型閥9m、第三壓力傳感器1m和第三壓力處理系統(tǒng)11m，進(jìn)入第一儲(chǔ)氣罐13a;增壓驅(qū)動(dòng)氣管路依次連接惰性氣體管路的第一三通球閥6c、第六開關(guān)閥5f和驅(qū)動(dòng)氣流量調(diào)節(jié)閥7，進(jìn)入氣體增壓栗12;第一原料氣和惰性氣在第一儲(chǔ)氣罐13a混合成第一混合氣，分為兩路:一路分析管路，依次連接第四開關(guān)閥5d、第四針型閥9d、第五針型閥9e、第五單向閥Se和第九針型閥9i，進(jìn)入分析系統(tǒng)D;—路混合氣管路，依次連接第四單向閥8d、第十針型閥9j、第四壓力傳感器10d、第四壓力處理系統(tǒng)lld，進(jìn)入第二儲(chǔ)氣罐13b;在第二儲(chǔ)氣罐1313與第二原料氣混合成第二混合氣，分為兩路:一路分析管路，依次連接第五開關(guān)閥5e、第五針型閥9e、單第五向閥Se和第九針型閥9i，進(jìn)入分析系統(tǒng)D，一路混合氣管路，依次連接第一單向閥8a、第五壓力表4e和第二三通球閥6e，進(jìn)入氣體增壓栗12;放空管路包括第二三通球閥6e、氣體增壓栗12、氣體安全閥14和第八開關(guān)閥5h分別連接的排空管路；
[0010](2)增壓系統(tǒng)B包括氣體增壓栗12、高壓儲(chǔ)氣罐13c和氣體安全閥14;第二儲(chǔ)氣罐13b經(jīng)過(guò)氣體增壓栗12依次通過(guò)氣體安全閥14、高壓儲(chǔ)氣罐13c、第四壓力表4d、第二單向閥8b和第六針型閥9f進(jìn)入反應(yīng)釜釜體15a ；
[0011](3)反應(yīng)釜系統(tǒng)C包括氣體進(jìn)樣口第六針型閥9f和取樣口第八針型閥9h、液體進(jìn)樣口第七開關(guān)閥5g和取樣口第七針型閥9g、液體進(jìn)料栗20、液相產(chǎn)物處理模塊21、泄壓口第八開關(guān)閥5h、反應(yīng)爸爸體15a、加熱套15b、第一溫度傳感器16a、第二溫度傳感器16b、第六壓力傳感器4f、攪拌裝置17、電機(jī)、防爆膜18以及冷卻水19，第一溫度傳感器16a、第二溫度傳感器16b、第六壓力傳感器4f和攪拌裝置17連接至中央處理系統(tǒng)E;
[0012](4)分析系統(tǒng)D包括原料氣、氣相和液相產(chǎn)品分析單元三部分，原料氣分析單元分別包括兩路混合氣的分析:第一儲(chǔ)氣罐13a，連接第四開關(guān)閥5d、第四針型閥9d、第五針型閥9e、第五單向閥8e、第九針型閥9i進(jìn)入第一六通閥22a、第一定量管23a、填充柱24a和熱導(dǎo)檢測(cè)器25a;第二儲(chǔ)氣罐13b連接第五開關(guān)閥5e，連接第五針型閥9e、第五單向閥Se、第九針型閥9i進(jìn)入第二六通閥22a、第一定量管23a、填充柱24a和熱導(dǎo)檢測(cè)器25a;氣相產(chǎn)品分析單元由取樣口第八針型閥9h，連接第九針型閥91、第一六通閥22a、第一定量管23a、填充柱24a和熱導(dǎo)檢測(cè)器25a;液相產(chǎn)品分析單元包括液相取樣口第七針型閥9g、液相處理模塊21、第二六通閥22b、第二定量管23b、毛細(xì)管柱24b和氫火焰離子化檢測(cè)器25b;分析系統(tǒng)D的氣相色譜分析數(shù)據(jù)連接到中央處理系統(tǒng)E ；
[0013](5)中央控制系統(tǒng)E監(jiān)控整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)各個(gè)組件，包括第一溫度傳感器16a、第二溫度傳感器16b、第六壓力傳感器4f、攪拌裝置17，連接熱導(dǎo)檢測(cè)器25a和氫火焰離子化檢測(cè)器25b ο
[0014]所述氣體控制系統(tǒng)A的原料氣為不同濃度的一氧化碳或氫氣;優(yōu)選第一原料氣為純氫，第二原料氣為一氧化碳；
[0015]所述氣體控制系統(tǒng)A的惰性氣為氮?dú)狻⒑饣驓鍤獾娜我环N;優(yōu)選惰性氣為氮?dú)狻?br>[0016]所述氣體控制系統(tǒng)A的第一混合氣的第一原料氣惰性氣體積比例為1:O?1:10，第二混合氣的第一原料氣第一原料氣的體積比例為1:0.5?1:10。；優(yōu)選第一混合氣的第一原料氣惰性氣比例為1: O?1: 5，第二混合氣的第一原料氣第二原料氣的體積比例為1: 0.5?1: 3。。
[0017]所述增壓系統(tǒng)B的高壓儲(chǔ)氣罐耐壓范圍為O?50Mpa。
[0018]所述反應(yīng)釜系統(tǒng)C中的原料填加方式根據(jù)原料物性，液體經(jīng)液體進(jìn)料栗進(jìn)入，固體直接加入反應(yīng)釜;優(yōu)選固體直接加入反應(yīng)釜的進(jìn)料方式。
[0019]所述分析系統(tǒng)D的液相處理模塊根據(jù)催化劑特性不同可能是萃取、過(guò)濾或蒸餾的一種。
[0020]所述分析系統(tǒng)D的填充柱24a為5A分子篩、Porapak Q柱或TDX-01中的任一種。毛細(xì)管柱24b為OV-17、SE-30或PEG-20M中的任一種。
[0021]本發(fā)明所提供的一種氣氛在線可控的合成氣制備乙醇醛的反饋裝置的方法，具體如下:
[°022 ] (I)量取催化劑、反應(yīng)物、配體和溶劑，裝填入反應(yīng)爸爸體15a ；
[0023](2)裝填完畢后密封反應(yīng)釜，確認(rèn)第八針型閥9h、第八開關(guān)閥5h處于關(guān)閉狀態(tài);套上加熱套15b，固定第二溫度傳感器16b，打開冷卻水19，連接中央處理系統(tǒng)E;
[0024](3)打開惰性氣鋼瓶總閥，調(diào)節(jié)第三減壓閥3c，第一三通球閥6c轉(zhuǎn)向吹掃氣管路，打開第三開關(guān)閥5c，調(diào)節(jié)第三針型閥9c，惰性氣體經(jīng)第三單向閥8c、第六針型閥9f充滿反應(yīng)釜釜體內(nèi)，隨后關(guān)閉第六針型閥9f，打開第八針型閥9h和第八開關(guān)閥5h，除去反應(yīng)釜中的空氣，中央處理系統(tǒng)反應(yīng)釜壓力示數(shù)歸零后關(guān)閉第八針型閥9h和第八開關(guān)閥5h，重復(fù)此充放氣操作多次，排凈反應(yīng)釜內(nèi)空氣；吹掃工作結(jié)束后，確保吹掃管路的各個(gè)閥門處于關(guān)閉狀態(tài)；
[0025](4)第一三通球閥6c轉(zhuǎn)向稀釋氣管路，調(diào)節(jié)第十一針型閥9m，惰性氣經(jīng)第三壓力傳感器10m、第三壓力處理系統(tǒng)Ilm進(jìn)入第一儲(chǔ)氣罐13a;打開第一原料氣鋼瓶總閥，調(diào)節(jié)第一減壓閥3a、第一開關(guān)閥5a、第一針型閥9a，經(jīng)第一壓力傳感器10a、第一壓力處理系統(tǒng)Ila進(jìn)入第一儲(chǔ)氣罐13a;第一原料氣與惰性氣在第一儲(chǔ)氣罐13a配制成第一混合氣，打開第四開關(guān)閥5d，調(diào)節(jié)第四針型閥9d和第五針型閥9e，經(jīng)第五單向閥Se和第九針型閥9i進(jìn)入分析系統(tǒng)D，分析第一原料氣與惰性氣配比，若第一原料氣比例低于設(shè)計(jì)的第一原料氣與惰性氣配比，調(diào)節(jié)第一壓力處理系統(tǒng)11a，第一原料氣比例高于設(shè)計(jì)配比，調(diào)節(jié)第三壓力處理系統(tǒng)11m，根據(jù)分析結(jié)果反饋調(diào)節(jié)第一壓力處理系統(tǒng)Ila和第三壓力處理系統(tǒng)Ilm至設(shè)計(jì)的氣體配比；第一混