[發(fā)明專利]一種連續(xù)監(jiān)測催化還原硝基苯反應(yīng)的在線分析系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310691232.1
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN104713938A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李海洋;謝園園;花磊;侯可勇;陳平;趙無垛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): G01N27/62
• 分類號(hào): G01N27/62
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 劉陽

1.一種連續(xù)監(jiān)測催化還原硝基苯反應(yīng)的在線分析系統(tǒng)，其特征在于：包括微反應(yīng)器裝置（1）、溫度控制裝置（3）、反應(yīng)流出氣傳輸部分（4）、供氣裝置（11）和反應(yīng)流出氣檢測裝置（2）；

其中，所述供氣裝置（11）包括載氣鋼瓶（18）、其出口管路上的質(zhì)量流量控制器（21）、兩通閥（19）與除氧除水管（20）；

所述微反應(yīng)器裝置（1）包括微反應(yīng)管（9），為中空變徑的密閉腔體；腔體內(nèi)填充有石英棉（5）和催化劑（7），腔體側(cè)壁上設(shè)有與外界電源相連的加熱爐（6），加熱爐（6）內(nèi)部設(shè)有加熱棒（8）；腔體的一端設(shè)有樣品稀釋氣進(jìn)樣口，稀釋氣進(jìn)樣口與不銹鋼管的一端相連，遠(yuǎn)離稀釋氣進(jìn)樣口的另一端為反應(yīng)流出氣出口，靠近反應(yīng)流出氣出口的一處內(nèi)徑小于其他部位，用于阻擋石英棉（5）和催化劑（7）被帶出微反應(yīng)管（9）；樣品稀釋氣為還原氣與氣態(tài)樣品的混合氣，體積混合比在1:1與10⁶:1之間；

所述溫度控制裝置（3）包括溫度控制儀及熱電偶感溫元件；熱電偶感溫元件的一端與微反應(yīng)管（9）中部的外壁緊密相貼；

所述反應(yīng)流出氣傳輸部分（4）為金屬毛細(xì)管，金屬毛細(xì)管的外徑小于微反應(yīng)管（9）的內(nèi)徑；毛細(xì)管的一端直接插入微反應(yīng)管（9）內(nèi)部，緊靠石英棉（5），另一端與反應(yīng)流出氣檢測裝置（2）的樣品進(jìn)樣口相連，金屬毛細(xì)管外部纏繞加熱帶加熱。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線分析系統(tǒng)，其特征在于：

所述反應(yīng)流出氣檢測裝置（2）為直接氣體進(jìn)樣的分析裝置，主要為氣體進(jìn)樣的在線質(zhì)譜儀，反應(yīng)流出氣的全部進(jìn)入分析裝置進(jìn)行分析，無尾氣排出。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：

所述微反應(yīng)管（9）為石英玻璃，石英棉（5）填充在微反應(yīng)管（9）的兩端，催化劑（7）則填充于石英棉（5）之間，以避免氣流將催化劑吹出微反應(yīng)管（9）。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線分析系統(tǒng)，其特征在于：

還原氣為高純氫氣，通過不銹鋼管傳輸，并經(jīng)過除氧除水管（20）的清潔，除氧除水管（20）通過不銹鋼管與兩通閥（19）連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線分析系統(tǒng)，其特征在于：

所述催化劑（7）為固體催化劑。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線分析系統(tǒng)，其特征在于：

高純氫氣流過硝基苯液體載帶其揮發(fā)氣進(jìn)入微反應(yīng)器裝置（1），高純氫的流量與金屬毛細(xì)管的進(jìn)氣流量保持一致，通過皂泡流量計(jì)調(diào)節(jié)。

7.一種連續(xù)監(jiān)測催化還原硝基苯反應(yīng)的在線分析方法，其特征在于：

采用權(quán)利要求1-6中任一所述裝置進(jìn)行操作，包括如下步驟：

A.填裝催化劑（7）：稱取催化劑樣品，裝入事先填入石英棉（5）的微反應(yīng)管（9）內(nèi)，最后填入石英棉（5）封堵；

B.設(shè)定程序升溫條件：根據(jù)催化劑（7）種類和質(zhì)量設(shè)定合適的程序升溫條件對催化劑進(jìn)行高溫還原；

C.還原反應(yīng)過程：在控制溫度和不斷通入高純H₂的條件下，對催化劑（7）進(jìn)行還原反應(yīng)，將催化劑（7）中的基團(tuán)還原去除；

D.催化還原為苯胺的反應(yīng)過程：于微反應(yīng)管（9）進(jìn)氣口一端接入硝基苯液樣，在控制溫度和不斷通入高純H₂的條件下，進(jìn)行催化合成苯胺的反應(yīng)，探索催化劑（7）在不同溫度下的催化活性和副產(chǎn)物的產(chǎn)量變化；

E.采樣分析：利用反應(yīng)流出氣檢測裝置（2）對通過反應(yīng)流出氣傳輸部分（4）流出的全部氣體連續(xù)在線采樣，并將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)繪成曲線，得到流出氣中苯胺及其他副產(chǎn)物含量隨時(shí)間的變化趨勢。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于：

將反應(yīng)流出氣傳輸部分（4）中金屬毛細(xì)管的一端插入到石英棉（5）旁邊，即可實(shí)時(shí)在線對反應(yīng)產(chǎn)物采集繪圖，保證了零死體積和零延遲時(shí)間。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于：

所用催化劑（7）在mg量級，使用精密分析天平稱量得到。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于：

微反應(yīng)器裝置（5）最高可加熱至500℃，適于高溫常壓的催化合成苯胺反應(yīng)，并根據(jù)催化劑（7）的種類調(diào)節(jié)最高穩(wěn)定溫度。

11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：

反應(yīng)流出氣檢測裝置（2）采用在線質(zhì)譜儀，使用單光子電離（SPI）或單光子電離與化學(xué)電離的復(fù)合電離方式（SPI-CI）對反應(yīng)流出氣進(jìn)行軟電離，便于定性分析和定量分析。