專利名稱：一種計算機監(jiān)控的多通道和多功能高壓微反應系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于催化劑評價的新裝置和新方法。具體是采用計算機監(jiān)控的多通道高壓微反應系統(tǒng)，實現在高壓條件下進行多種催化劑的氣相反應、液相反應或氣液混合相反應的并行評價和篩選。適用于石油化工、能源、環(huán)境等領域中的基礎研究和工業(yè)應用。
背景技術：
微反應系統(tǒng)是用于催化劑評價和篩選的一種常用而有效方法。一般是采用惰性材料例如石英、不銹鋼等構成的管式容器，將催化材料內置其中。將反應物(氣體或液體)通過連接管線可控地輸入到反應容器中，反應產物(氣體或液體)則利用產物檢測裝置(色譜或質譜)進行分析。據此可以獲得該催化劑在特定反應中的反應性能，包括活性、選擇性和穩(wěn)定性。目前催化材料的篩選主要還是通過經驗性的方法，需要制備大量的催化材料，并對其進行有效的篩選。采用傳統(tǒng)的單通道進行催化劑的篩選費時費力，而且催化劑性能無法嚴格在相同條件下進行相互比較。因此實現高通量的催化劑評價就顯得尤其重要，而發(fā)展多通道微反應系統(tǒng)是實現高通量催化劑篩選的一種有效方法。在多通道微反應系統(tǒng)中需要對每個通道的反應進行有效監(jiān)控，實現計算機對反應系統(tǒng)進行控制是必要的。在微反應系統(tǒng)中對流量、溫度、壓力等利用流量計、熱電偶、壓力儀等傳感單元進行實時測量，通過串行接口將流量、溫度、壓力等數據與計算機連接，實現計算機程序進行讀寫和控制。另一方面，多通道反應系統(tǒng)中需要保持每個反應通道在反應條件上的同一性，特別是反應溫度的同一性。因此，需要在反應爐的設計中充分考慮實現各個反應通道反應條件的均一性。我們利用金屬儲熱塊結構，將多通道反應管置于其中，由于高導熱金屬塊能夠保持溫度的均一性，因此這一結構可以保證在各個反應通道中溫度的同一控制。這一特征在并行反應器的設計中至關重要。考慮催化反應的廣泛性，對于不同的催化劑體系，可能適用于不同的反應，這包括氣相反應、液相反應以及氣液混合相反應。在設計該類微反應系統(tǒng)時需要能夠施行包括氣相反應、液相反應和氣液混合反應。反應的壓力也需要從常壓到高壓之間進行變化。綜上所述，從多相催化的基礎研究和工業(yè)應用等方面考慮亟需發(fā)展一種先進的多通道、多功能催化評價裝置，該裝置在石油化工、能源、環(huán)境等領域將有著重要的應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種計算機監(jiān)控的多通道和多功能高壓微反應系統(tǒng)。本發(fā)明采用的技術方案為:一種新型計算機監(jiān)控的多通道和多功能高壓微反應系統(tǒng)，實現多個催化劑并行評價和篩選。1.采用多個反應管平行放置，可用于多種催化劑的并行評價；在多通道加熱爐中利用金屬儲熱塊的設計實現多通道反應管具有均勻一致的溫度；具有反應爐與閥門保溫箱；反應管以及連接部件采用耐壓設計，可以在高壓條件進行氣相以及液相高壓反應的評價；多通道反應管的溫度、反應氣體、液體流量、反應氣體、液體壓力采用計算機監(jiān)控。2.采用兩路或兩路以上的反應管垂直地并行放置于反應爐的儲熱金屬塊中，保證每個反應管的溫度均一性，實現兩種或兩種以上催化劑的在相同溫度條件下的并行評價。3.由開啟式中空的電阻爐和儲熱金屬塊組成；儲熱金屬塊安裝在電阻爐當中，在金屬塊中于垂直方向同心圓周平行開穿孔，用于放置多通道的反應管；開啟式電阻爐實現多通道反應管的快速加熱和快速冷卻，其中反應管溫度可以從室溫到1300°C之間控制；根據反應溫度的不同，儲熱金屬塊可以由銅塊或高熔點金屬，例如鑰、鎢和鉭構成。4.閥門保溫箱正面開孔安裝背壓閥，側面開孔安裝多位閥，上面開孔讓多通道反應管穿過。5.反應爐安裝在閥門保溫箱上，集成為一體，結構緊湊。6.多通道反應管和相應的閥門、管線等采用耐壓設計，可以在壓力從常壓到IOMPa大氣壓的條件下進行氣相反應；多通道反應管和相應的閥門、管線等考慮液體反應功能，實現在高壓液相反應和高壓氣液混合相反應的功能。壓力實現從常壓到IOMPa可控。7.利用計算機通過串行接口連接到反應系統(tǒng)中的壓力測量儀表、壓力變送器、氣體質量流量控制儀、氣體質量流量控制器、液體質量流量控制器、多路溫度巡檢儀、反應爐溫控儀、保溫箱控溫儀和多位閥控制儀。通過“多通道高壓微反應系統(tǒng)控制系統(tǒng)”實現計算機監(jiān)控反應過程。具體為:一種計算機監(jiān)控的多通道和多功能高壓微反應系統(tǒng)，包括計算機、反應爐、閥門保溫箱、色譜儀或質譜儀；反應爐由開啟式電阻爐及其內設置的儲熱金屬塊構成，儲熱金屬塊內垂直設有二個以上的用于安裝高壓反應管的孔道，開啟式電阻爐上設有通過電源接線端子，電源接線端子與程序控溫儀電源導線相連；儲熱金屬塊內設置有加熱爐熱電偶，加熱爐熱電偶與程序控溫儀補償導線連接；程序控溫儀經通訊接口與計算機通迅導線連接；儲熱金屬塊的孔道內安裝有高壓反應管，高壓反應管上端開口通過管線與氣體質量流量控制器和/或液體質量流量控制器相連，氣體質量流量控制器的另一端與反應氣源相連，液體質量流量控制器的另一端與反應液源相連；反應爐下端固定在閥門保溫箱上，高壓反應管下端通過管線經背壓閥與多位閥的一個入口相連，多位閥的公共出口與色譜儀或質譜儀的入口相連；背壓閥)與多位閥均置于閥門保溫箱內；多位閥與多位閥驅動器電纜連接；多位閥驅動器經通訊接口與計算機通迅導線連接；同時高壓反應管下端通過管線與壓力變送器連接，壓力變送器與壓力測量儀表通迅電纜連接；壓力測量儀表經通訊接口與計算機通迅電纜連接；高壓反應管內設置有高壓反應管熱電偶，高壓反應管熱電偶使用補償導線與多路溫度巡檢儀連接，多路溫度巡檢儀經通訊接口與計算機通迅導線連接；閥門保溫箱內設有保溫箱加熱器和保溫箱熱電偶；保溫箱熱電偶與控溫儀補償導線連接，保溫箱加熱器與控溫儀導線連接，控溫儀經通訊接口與計算機通迅導線連接。氣體質量流量控制器/或液體質量流量控制器與反應氣源和/或反應液源相連的管路上設有壓力變送器，壓力變送器與壓力測量儀表通迅電纜連接；壓力測量儀表經通訊接口與計算機通迅電纜連接；氣體質量流量控制器與氣體質量流量控制儀通迅電纜連接；氣體質量流量控制儀經通訊接口與計算機通迅電纜連接；液體質量流量控制器與液體質量流量控制儀通迅電纜連接；液體質量流量控制儀經通訊接口與計算機通迅電纜連接。通訊接口為485通迅模塊。開啟式電阻爐為圓式柱形、開啟式、中空結構，其內設置有圓柱形金屬儲熱塊，金屬儲熱塊內垂直設有二個以上的用于安裝高壓反應管的孔道，金屬儲熱塊內設有安裝測溫熱電偶孔；開啟式電阻爐固定側下方設有半圓形固定鋼板，金屬儲熱塊的上端和下端設有保溫板，開啟式電阻爐上設有電源連接端子。閥門保溫箱為一中空箱體，包括外側鐵板和內側鋼板，外側鐵板和內側鋼板間設有保溫棉，閥門保溫箱上端開設有安裝高壓反應管竄板孔，閥門保溫箱側壁上設有安裝多位閥孔、安裝隔壁接頭孔、安裝電加阻加熱器孔、安裝熱電偶孔、安裝背壓閥孔。本發(fā)明系統(tǒng)采用多個反應管并行安裝在具有開啟式反應爐儲熱金屬塊中，使得每個反應管具有一致溫度場，實現多個催化劑的平行評價和篩選；設計加熱爐與閥門保溫箱集成化的結構，使得管線緊湊、裝卸方便；反應管以及連接部件采用耐壓設計，可以在高壓條件進行氣相、液相以及氣液混合相的高壓反應評價；多通道反應管的溫度、反應氣體、液體流量、反應氣體、液體壓力采用計算機監(jiān)控；該系統(tǒng)實現并行評價催化劑的功能、結構緊湊、功能齊全、安裝簡單、控制方便，在石油化工、能源、環(huán)境等領域中的基礎研究和工業(yè)應用等可發(fā)揮重要作用。


圖1是本發(fā)明一個實施方案中計算機控制的高通量和多功能高壓微反應系統(tǒng)結構圖。圖2是本發(fā)明具體一個具體實施方案中反應爐斷面圖；圖3是本發(fā)明一個具體實施方案中閥門保溫箱結構具體實施例方式實施例:一種計算機監(jiān)控的多通道和多功能高壓微反應系統(tǒng)，其整體結構包括(附圖1):反應爐1、閥門保溫箱2、氣體質量流量控制器3、壓力變送器4、計算機5、通訊接口 6、色譜儀或質譜儀7、壓力測量儀表8、氣體質量流量控制儀9、多路溫度巡檢儀10、程序控溫儀11、控溫儀12、多位閥驅動儀13、多位閥14、背壓閥15、高壓反應管16、高壓反應管熱電偶17、反應爐熱電偶18、保溫箱熱電偶19，液體質量流量控制器20、保溫箱加熱器(21)、液體質量流量控制儀(22)。其結構同上發(fā)明內容處描述:具體采用的技術方案為:I)反應爐(附圖2)。包括中空的可開啟式電阻加熱爐，實現爐體的快速加熱，同時開啟式的設計使得多個反應通道快速冷卻，并且便于樣品的放置和更換。爐體中間放置圓柱形儲熱金屬塊，儲熱塊體中開有穿孔，用于放置多通道的反應管，保證多通道反應管置于同一個溫度場。2)閥門保溫箱(附圖3)。保溫箱包括外側鐵板2-1、保溫棉2-2、內側鋼板2_3，多通道反應管傳過穿板孔2-4、安裝多位閥孔2-5和多位閥、安裝隔壁接頭孔2-6和隔壁接頭、安裝電加熱棒孔2-7和電加熱棒、安裝熱電偶孔2-8和熱電偶、安裝背壓閥孔2-9和背壓閥。3)開啟式多通道加熱裝爐放置在閥門保溫箱上，形成一體化結構；4)多通道反應設計。多個反應管并行放置在加熱爐中，并且相應的反應物的輸入和產物的分析也實現相應的各個通道的獨立控制和分析。系統(tǒng)設計中包括多套氣體流量計、壓力傳感器、高壓閥門、背壓閥、截止閥等。例如產物的分析可采用多通道質譜儀。5)高壓氣相和液相反應功能。多通道反應管采用金屬結構，內表面用石英管做內襯，該結構可以實現耐壓功能。相關連接部件，包括閥門、管線、流量計等都做耐壓考慮。實現壓力從常壓到IOMPa大氣壓變化。6)反應系統(tǒng)的計算機控制。在微反應系統(tǒng)中對流量、溫度、壓力等利用流量計、熱電偶、壓力儀等傳感單元進行實時測量，通過串行接口將流量、溫度、壓力等數據與計算機連接，實現計算機程序進行讀寫和控制。計算機5通過串行接口 6并行依次連接現場的壓力測量儀表8、壓力變送器9、多路溫度巡檢儀10、溫控儀11、控溫儀12、多位閥控制儀13等。壓力測量儀表8輸入端連接壓力變送器4輸出端，氣體質量流量控制儀9輸入端連接氣體質量流量控制器3輸出端，多路溫度巡檢儀10輸入端連接反應管熱電偶17，程序溫控儀11負載輸出端連接反應爐電源端，程序溫控儀11熱電偶輸入端連接加熱爐熱電偶18，控溫儀12負載輸出端連接閥門保溫箱電源端，控溫儀12熱電偶輸入端連接保溫箱熱電偶19，多位閥控制儀13輸出端連接多位閥14輸入端。本實施例為計算機控制的四通道高壓微反應系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用高壓反應管并行安裝在一個反應爐內的金屬儲熱塊中、反應爐與閥門保溫箱自上而下一體化設計結構、計算機監(jiān)控系統(tǒng)，其設計特點使得高壓反應管具有一致溫度場、可以同時評價多個催化劑、組成結構緊湊、節(jié)省管線、易于安裝、節(jié)省時間、提高工作效率。要分析研究的催化劑裝在的高壓反應管內，反應加熱爐溫度室溫-60(TC程序升溫，最高升溫速率5°C /分鐘，系統(tǒng)最高承受壓力lOMPa，閥門保溫箱控制溫度室溫到200°C連續(xù)可調，計算機通過各種儀表和通訊接口實現與反應爐、閥門保溫箱、氣體質量流量控制器、液體質量流量控制器、壓力變送器連接，監(jiān)控系統(tǒng)的溫度、氣體流量和壓力，并記錄相關數據，控制多微閥讓某一個反應管與分析儀接通。
權利要求
1.一種計算機監(jiān)控的多通道和多功能高壓微反應系統(tǒng)，其特征在于:包括計算機(5)、反應爐(I)、閥門保溫箱(2)、色譜儀或質譜儀(7)； 反應爐(I)由開啟式電阻爐(1-1)及其內設置的儲熱金屬塊(1-2)構成，儲熱金屬塊(1-2)內垂直設有二個以上的用于安裝高壓反應管(16)的孔道，開啟式電阻爐(1-1)上設有通過電源接線端子(1-3)，電源接線端子(1-3)與程序控溫儀(11)電源導線相連；儲熱金屬塊(1-2)內設置有加熱爐熱電偶(18)，加熱爐熱電偶(18)與程序控溫儀(11)補償導線連接；程序控溫儀(11)經通訊接口(6)與計算機(5)通迅導線連接； 儲熱金屬塊(1-2)的孔道內安裝有高壓反應管(16)，高壓反應管(16)上端開口通過管線與氣體質量流量控制器(3)和/或液體質量流量控制器(20)相連，氣體質量流量控制器(3)的另一端與反應氣源相連，液體質量流量控制器(20)的另一端與反應液源相連； 反應爐(I)下端固定在閥門保溫箱(2)上，高壓反應管(16)下端通過管線經背壓閥(15)與多位閥(14)的一個入口相連，多位閥(14)的公共出口與色譜儀或質譜儀(7)的入口相連；背壓閥(15)與多位閥(14)均置于閥門保溫箱(2)內；多位閥(14)與多位閥驅動器(13)電纜連接；多位閥驅動器(13)經通訊接口(6)與計算機(5)通迅導線連接；同時高壓反應管(16)下端通過管線與壓力變送器(4)連接，壓力變送器(4)與壓力測量儀表(8)通迅電纜連接；壓力測量儀表(8)經通訊接口(6)與計算機(5)通迅電纜連接； 高壓反應管(16)內設置有高壓反應管熱電偶(17)，高壓反應管熱電偶(17)使用補償導線與多路溫度巡檢儀(10)連接，多路溫度巡檢儀(10)經通訊接口(6)與計算機(5)通迅導線連接； 閥門保溫箱⑵內設有保溫箱加熱器(21)和保溫箱熱電偶(19);保溫箱熱電偶(19)與控溫儀(12)補償導線連接，保溫箱加熱器(21)與控溫儀(12)導線連接，控溫儀(12)經通訊接口(6)與計算機(5)通迅導線`連接。
2.按照權利要求1所述反應系統(tǒng)，其特征在于: 氣體質量流量控制器(3)/或液體質量流量控制器(20)與反應氣源和/或反應液源相連的管路上設有壓力變送器(4)，壓力變送器(4)與壓力測量儀表(8)通迅電纜連接；壓力測量儀表(8)經通訊接口(6)與計算機(5)通迅電纜連接； 氣體質量流量控制器(3)與氣體質量流量控制儀(9)通迅電纜連接；氣體質量流量控制儀(9)經通訊接口(6)與計算機(5)通迅電纜連接； 液體質量流量控制器(20)與液體質量流量控制儀(22)通迅電纜連接；液體質量流量控制儀(22)經通訊接口(6)與計算機(5)通迅電纜連接。
3.按照權利要求1或2所述反應系統(tǒng)，其特征在于: 通訊接口(6)為485通迅模塊。
4.按照權利要求1或2所述反應系統(tǒng)，其特征在于:開啟式電阻爐(1-1)為圓式柱形、開啟式、中空結構，其內設置有圓柱形金屬儲熱塊(1-2)，金屬儲熱塊(1-2)內垂直設有二個以上的用于安裝高壓反應管(16)的孔道(1-7)，金屬儲熱塊(1-2)內設有安裝測溫熱電偶孔(1-4);開啟式電阻爐(1-1)固定側下方設有半圓形固定鋼板(1-5)，金屬儲熱塊(1-2)的上端和下端設有保溫板(1-6)，開啟式電阻爐(1-1)上設有電源連接端子(1-3)。
5.按照權利要求1或2所述反應系統(tǒng)，其特征在于:閥門保溫箱包括外側鐵板(2-1)和內側鋼板(2-3)，外側鐵板(2-1)和內側鋼板(2-3)間設有保溫棉(2-2)，閥門保溫箱上端開設有安裝高壓反應管竄板孔(2-4)，閥門保溫箱側壁上設有安裝多位閥孔(2-5)、安裝隔壁接頭孔(2-6)、安裝電 加阻加熱器孔(2-7)、安裝熱電偶孔(2-8)、安裝背壓閥孔(2-9)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種新型計算機監(jiān)控的多通道和多功能高壓微反應系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用多個反應管并行安裝在具有開啟式電阻爐儲熱金屬塊中，使得每個反應管具有一致溫度場，實現多個催化劑的平行評價和篩選；設計加熱爐與閥門保溫箱集成化的結構，使得管線緊湊、裝卸方便；反應管以及連接部件采用耐壓設計，可以在高壓條件進行氣相、液相以及氣液混合相的高壓反應評價；多通道反應管的溫度、反應氣體、液體流量、反應氣體、液體壓力采用計算機監(jiān)控；該系統(tǒng)實現并行評價催化劑的功能、結構緊湊、功能齊全、安裝簡單、控制方便，在石油化工、能源、環(huán)境等領域中的基礎研究和工業(yè)應用等可發(fā)揮重要作用。
文檔編號G01N1/28GK103162997SQ20111041427
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權日2011年12月13日
發(fā)明者譚大力, 傅強, 潘秀蓮, 楊志強, 包信和 申請人:中國科學院大連化學物理研究所