多通道催化劑評價裝置的製作方法
2023-06-13 19:58:37
本發明涉及一種多通道催化劑評價裝置，屬於多通道平行反應器、催化劑評價的技術領域。
背景技術：
在化學反應中，少量的催化劑在不改變化學平衡、自身質量和化學性質在反應前後都不發生改變的情況下顯著提高主反應速率，降低副反應速率，可以使化學反應速率加快到幾百萬倍以上。催化劑在現代化學工業中佔有極其重要的地位，據統計，約有90％以上的工業過程中使用催化劑，如化工、石化、生化、環保等。隨著化學工業的發展，對新型高效催化劑的需求不斷增加，而開發新型催化劑主要手段是通過各種不同有效成分進行組合試驗，包括反應條件、優化催化活性、選擇性和壽命，需要經歷催化劑配方篩選、小試評價、中試放大，再到模式運行，最後才投入工業生產，催化劑的開發定型經歷了漫長的研發過程，傳統的技術手段遠遠跟不上新工藝、新催化材料需求的步伐，而應用先進的組合化學方法則可以大大加快開發和優化選擇的速度，該技術是在對催化反應機理和催化劑設計有了深刻了解的基礎上，運用組合化學方法和快速篩選技術來確定特定催化反應中的最優催化劑，已經成為催化劑研究領域最活躍的前沿技術之一。組合化學技術離不開先進的催化劑評價裝置，多通道、高通量催化劑評價裝置成為眾多公司競相進入的技術領域，市場需求大，但限於科學和技術的壁壘，目前全球僅幾家高科技企業掌握了這項技術，且多集中在歐美，國內中石化、中石油等大型企業的下屬研究院只能投入巨資從國外引進相關裝置。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是：提供了一種用於催化劑開發過程中多樣品同時評價篩選的多通道催化劑評價裝置，解決了如何加快開發和優化選擇催化劑速度的問題。
為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供了一種多通道催化劑評價裝置，其特徵在於，包括氣體減壓模塊和液體原料存儲模塊，氣體減壓模塊出口端連接多通道氣體進料計量/分配模塊進口端，液體原料存儲模塊出口端連接多通道液體進料計量/分配模塊進口端，多通道液體進料計量/分配模塊出口端和多通道氣體進料計量/分配模塊出口端均連接多通道反應器及電加熱爐模塊進口端，多通道反應器及電加熱爐模塊出口端分別連接各通道壓控模塊進口端，各通道壓控模塊出口端均與低分兼廢油收集模塊連接，各通道壓控模塊出口端分別與各通道低壓分離器模塊進口端連接，各通道低壓分離器模塊分成兩類連接，一類為各通道低壓分離器模塊出口端連接多通道氣相選通模塊進口端，多通道氣相選通模塊出口端連接氣相色譜，另一類為各通道低壓分離器模塊出口端連接多通道低分壓控模塊，兩類各通道低壓分離器模塊還分別與各通道液體採樣模塊連接。
優選地，所述的多通道液體進料計量/分配模塊和多通道氣體進料計量/分配模塊均可採用各通道獨立進料計量，也可採用所有通道統一計量，再通過分配模塊均勻分配成相同流量進入各通道。
優選地，所述通道的數量為2-16。
優選地，所述的氣體減壓模塊包括氣源總開關、氣體減壓閥，各通道氣體進料計量模塊由各通道的氣體質量流量控制器及其出口背壓閥組成，液體原料存儲模塊由各通道原料罐及其底部電子秤組成，各通道液體進料計量模塊包括原料油/開停工油切換閥、進料計量泵，多通道反應器及電加熱爐模塊由多通道反應器及電加熱系統組成，各通道的反應器集成在一個反應器外殼中，反應器外殼外側設有電加熱系統，各通道壓控模塊由背壓閥組成，各通道液體採樣模塊由氣動選通閥、液體採樣瓶、採樣瓶恆溫箱組成，多通道氣相選通模塊包括氣動選通閥、選通閥恆溫箱和去氣相色譜管線上的開關閥組成；
氣源總開關連接氣體減壓閥，氣體減壓閥連接各通道的氣體質量流量控制器，氣體質量流量控制器連接出口背壓閥，原料罐連接原料油/開停工油切換閥，原料油/開停工油切換閥連接進料計量泵，出口背壓閥與料計量泵均連接各通道的反應器，各通道的反應器連接背壓閥，背壓閥連接兩位三通閥，兩位三通閥一端連接低分兼廢油收集模塊，兩位三通閥另一端連接各通道低壓分離器模塊，各通道低壓分離器模塊的氣相管線連接多通道低分壓控模塊，各通道低壓分離器模塊的液相管線連接液體採樣瓶，液體採樣瓶通過其頂部的氣動選通閥連接低分兼廢油收集模塊，液體採樣瓶設於採樣瓶恆溫箱內，各通道低壓分離器模塊的氣相管線上連接有氣動選通閥，氣動選通閥連接去氣相色譜管線上的開關閥，氣動選通閥的外側設有選通閥恆溫箱。
優選地，所述的氣動選通閥的接口數與通道的數量相同，一個接口對應一個通道。
本發明的各通道的反應溫度一致，各通道的氣液進料量和反應壓力可相同，也可不同，本發明的裝置可同時進行多個催化劑評價實驗。根據實驗要求可進行不同催化劑相同反應條件下的催化性能篩選實驗，也可進行同一催化劑不同反應條件的工藝優化實驗，還可以利用組合化學方法進行不同催化劑不同反應條件的正交實驗。
本發明的裝置配備自動化控制所需的集散控制系統(DCS)，實現裝置進料、溫度壓力自動控制，反應進入穩定狀態後自動採集氣液樣品，故障報警、自動聯鎖，可短期無人值守操作，大大減少操作人員的數量，提高工作效率，加快催化劑研發步伐。
附圖說明
圖1為一種多通道催化劑評價裝置的原理圖；
圖2為一種多通道催化劑評價裝置的方案流程圖。
具體實施方式
為使本發明更明顯易懂，茲以優選實施例，並配合附圖作詳細說明如下。
本發明為一種多通道催化劑評價裝置，用於催化劑開發過程中多樣品同時評價篩選，通過自動化控制大大提高工作效率，加快催化劑研發步伐。如圖1所示，本發明的一種多通道催化劑評價裝置由氣體減壓模塊、多通道氣體進料計量/分配模塊、液體原料存儲模塊、多通道液體進料計量/分配模塊、多通道反應器及電加熱爐模塊、各通道壓控模塊、低分兼廢油收集模塊、各通道低壓分離器模塊、各通道液體採樣模塊、多通道低分壓控模塊、多通道氣相選通模塊、氣相色譜等部分組成。
氣體減壓模塊出口端連接多通道氣體進料計量/分配模塊進口端，液體原料存儲模塊出口端連接多通道液體進料計量/分配模塊進口端，多通道液體進料計量/分配模塊出口端和多通道氣體進料計量/分配模塊出口端均連接多通道反應器及電加熱爐模塊進口端，多通道反應器及電加熱爐模塊出口端分別連接各通道壓控模塊進口端，各通道壓控模塊出口端均與低分兼廢油收集模塊連接，各通道壓控模塊出口端分別與各通道低壓分離器模塊進口端連接，各通道低壓分離器模塊分成兩類連接，一類為各通道低壓分離器模塊出口端連接多通道氣相選通模塊進口端，多通道氣相選通模塊出口端連接氣相色譜，另一類為各通道低壓分離器模塊出口端連接多通道低分壓控模塊，兩類各通道低壓分離器模塊還分別與各通道液體採樣模塊連接。
本發明結合高度自動化的控制系統，可實現對多個催化劑樣品同時評價，各通道氣液進料流量、反應溫度壓力可完全自動控制，氣液相自動識別反應是否進入穩態，並根據預先設定的程序自動採集樣品，氣相自動在線分析，液相自動收集、離線分析。
多通道氣體進料計量/分配模塊和多通道液體進料計量/分配模塊可根據具體裝置需求配備，一種物料配備一套計量/分配模塊，每個模塊可採用各通道獨立進料計量方案，也可採用所有通道統一計量，再通過分配模塊均勻分配成相同流量進入各通道的方案，前者裝置投資大，但各通道的氣液進料流量可靈活設置，後者裝置投資小，但各通道的氣液流量完全相同，反應條件相對單一。
本發明的通道數可在2-16通道內可選，本實施例中以2通道為例介紹多通道催化劑評價裝置的方案流程，各通道配備一路獨立的氣體進料計量系統、一路獨立的液體進料計量系統，其方案流程圖如圖2所示。
本發明的通道數和各通道的進料計量系統可以實際需求按同樣配置拓展。按照本發明的原理圖，由氣體減壓模塊、多通道氣體進料計量模塊、液體原料存儲模塊、多通道液體進料計量模塊、多通道反應器及電加熱爐模塊、各通道壓控模塊、低分兼廢油收集模塊、各通道低壓分離器模塊、各通道液體採樣模塊、多通道低分壓控模塊、多通道氣相選通模塊、氣相色譜等部分組成。
氣體減壓模塊包括氣源總開關1、氣體減壓閥2組成，新鮮氣源經減壓模塊後進入各通道氣體進料計量模塊；各通道氣體進料計量模塊由各通道的氣體質量流量控制器(即第一氣體質量流量控制器3-1、第二氣體質量流量控制器3-2)及其出口背壓閥(即第一出口背壓閥4-1、第二出口背壓閥4-2)組成，出口背壓閥使得氣體質量流量控制器的性能不受反應壓力影響；液體原料存儲模塊由各通道原料罐(即第一原料罐5-1、第二原料罐5-2)及其底部電子秤(即第一電子秤6-1、第二電子秤6-2)組成，原料罐根據物料物性要求可選配氣體氣封和伴熱系統；各通道液體進料計量模塊包括原料油/開停工油切換閥(即第一原料油/開停工油切換閥7-1、第二原料油/開停工油切換閥7-2)、進料計量泵(即第一進料計量泵8-1、第二進料計量泵8-2)，各通道的原料油經計量泵控制流量向各通道反應器進料；多通道反應器及電加熱爐模塊由多通道反應器及其電加熱系統組成，各通道的反應器(即第一反應器9-1、第二反應器9-2)集成在一個反應器外殼中，採用電加熱系統10加熱，各通道具有相同的溫度控制，器內溫度分布一致；各通道壓控模塊由背壓閥(即第一背壓閥11-1、第二背壓閥11-2)組成，各背壓閥可單獨設置壓力，也可採用先導參考氣背壓，所有通道可以在不同壓力下反應，也可在同一個壓力下運行；反應產物經各通道背壓閥控制反應壓力後再經由兩位三通閥(即第一兩位三通閥12-1、第二兩位三通閥12-2)切換產物流向，當各通道不採集氣相或液相產物時，產物直接進入低分兼廢油收集模塊13，如果需要採樣時，產物進入各通道低壓分離器模塊(即第一各通道低壓分離器模塊14-1、第二各通道低壓分離器模塊14-2)進行氣液分離，氣相經公用的多通道低分壓控模塊21控壓後排放，液相進入各通道液體採樣模塊；各通道液體採樣模塊由氣動選通閥(即第一氣動選通閥15-1、第二氣動選通閥15-2)、液體採樣瓶(即第一液體採樣瓶16-1、第二液體採樣瓶16-2)、採樣瓶恆溫箱(即第一採樣瓶恆溫箱17-1、第二採樣瓶恆溫箱17-2)組成，每通道可配備多個液體採樣瓶，由氣動選通閥控制液體採樣瓶的收集順序，氣動選通閥上配有去廢油罐(即低分兼廢油收集模塊13)的接口，不採樣時液體可直接廢油罐；在各通道氣相管線上設有去多通道氣相選通模塊的管線，多通道氣相選通模塊包括氣動選通閥18、選通閥恆溫箱19和去氣相色譜管線上的開關閥20組成，氣動選通閥18的接口數與裝置的通道的數量相同，一個接口對應一個通道，之間不串通，裝置各通道可輪流進行氣相採樣、色譜在線分析。所有閥門、儀表和設備間由不同規格的管線22連接，管線根據物料性質可選配伴熱系統。所有開關閥和切換閥可選手動，也可選氣動。