一种甲醇氧化制甲醛催化剂评价装置

技术领域

本发明涉及到催化剂评价领域，具体为一种甲醇氧化制甲醛用催化剂评价装置的设计与使用方法。

背景技术

甲醛作为一种基础的有机化工原料，是甲醇下游产业链中的主干品种，目前已经广泛应用于我们的生活之中，首先，甲醛可以用来消毒杀菌，作为防腐剂，35%-40% 的甲醛水溶液具有防腐杀菌的特性，可用于浸泡生物标本、灭菌种子等。另外甲醛在木材工业中得到了广泛的应用，家具生产中使用的粘合剂和油漆中普遍含有甲醛。

甲醇氧化制甲醛是一个重要的化学工艺过程，工业上一般通过两种方法来实现甲醇至甲醛的转换，即采用银催化剂和采用铁钼催化剂的方法。采用银催化剂的方法工艺简单、调节能力强，但甲醇转化率低、单耗高、对原料纯度要求高，甲醛成品中甲醇含量高，只能生产低浓度甲醛，因此目前铁钼催化剂的研究与发展愈发受到重视。

甲醇氧化制甲醛是一个高放热反应，同时对温度控制的要求较高，如果温度过高将会导致催化剂中的部分组分升华，不仅影响催化剂的性能，更容易引起反应装置的堵塞，因此控温成为了甲醇氧化制甲醛反应的重中之重。

为了解决上述问题，提出了一种具有精准控温效果的甲醇氧化制甲醛用催化剂评价装置，保证每次油浴循环进入反应器夹套的油温一致，使评价结果准确，催化剂评价寿命长。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种甲醇氧化制甲醛用催化剂评价装置。

本发明的技术方案：一种甲醇氧化制甲醛用催化剂的评价装置，所述评价装置包括反应器、吸收塔和温控装置，反应器分别连接空气、氮气、原料进料管线和吸收塔，所述控温装置包含冷凝管、膨胀罐、换热器和加热器，反应器的换热夹套与加热器、循环泵、换热器、膨胀罐、冷凝管依次连接成换热油循环回路。膨胀罐和加热器采用外置油浴进行换热，油浴、冷凝管和换热器采用循环水换热。

所述的评价装置，空气经第一预热器预热后进入反应器，氮气和原料经第二预热器预热后进入反应器。

所述的评价装置，反应器的出料管线经冷却器连接吸收塔，吸收塔的两端分别连接尾气处理装置和废液处理装置。

所述的评价装置，空气管线和氮气管线上分别设置过滤器 、减压阀和流量计，原料罐上设置液位计、压力表。

所述的评价装置，所述反应器内部设置套管，套管内插有2-4个热电偶。

所述的评价装置，第二预热器通过伴热管线连接反应器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本装置设有多个温度控制点，能够及时反馈反应温度，为反应提供稳定的温度监控。通过设置控温装置，串联多级油浴达到精准的控温，解决了甲醇氧化制甲醛工艺因出现的大量放热无法控温问题，同时，保证油浴每次循环进入反应器夹套的油温一致，确保评价结果的持续准确，延长催化剂的评价寿命。另外，本发明评价工艺的预热方式为两路预热，有助于增加实际转化率。

附图说明

图1为一种甲醇氧化制甲醛用催化剂评价装置的结构示意图。

图中：1、氮气瓶 ，2、空气瓶，3、 第一过滤器 ，4、 第二过滤器 ，5、第一减压阀，6、第二减压阀 ，7、第一流量计 ，8、第二流量计 ，9、压力表 ，10、第一液位计， 11、原料罐，12、计量泵 ，13、第一预热器 ，14、伴热管线 ，15、 管线保温，16、冷凝管循环水出水口，17、冷凝管 ，18、 冷凝管循环水入水口 ，19、球阀 ，20、膨胀罐， 21、第二液位计， 22、恒温油浴 ，23、油浴出水口 ，24、油浴进水口， 25、换热器 ，26、换热器出水口， 27、换热器进水口， 28、循环泵， 29、取料阀 ，30、加热器 ，31、加热器油浴 ，32、加热器出水口 ，33、加热器进水口 ，34、冷却器， 35、吸收塔 ，36、尾气处理装置，37、废液处理装置， 38、油浴夹套，39、反应器 ，40、反应器套管， 41、第二预热器。

具体实施方法

为了更好的说明本发明，便于理解本发明的技术方案，以典型但非限制性的实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

一种甲醇氧化制甲醛用催化剂评价装置包括反应器39、吸收塔35和控温装置，控温装置包括冷凝管17、球阀19、膨胀罐20、换热器25、循环泵28、加热器30，反应器39的夹套采用下进上出结构，夹套的下端口、加热器30、循环泵28、换热器25、膨胀罐20、球阀19、冷凝管17、夹套的上端口依次连接组成换热油浴的循环回路。加热器30通过外置的加热器油浴31换热，膨胀罐20通过外置的恒温油浴22换热。加热器油浴31、恒温油浴22、冷凝管17和换热器25均以水作为换热介质。

空气瓶2中的空气经过第一预热器41换热后进入反应器，空气出口管路上依次设置过第二过滤器4、第二减压阀6、第二流量计8， 氮气瓶1中的氮气与原料罐11中的甲醇通过管路混合后经过第二预热器13预热后进入反应器39，氮气出口管路上依次设置过第一过滤器3、第一减压阀5、第一流量计7，原料罐11上设置液位计10和压力表9。

反应器39的出料管经冷却器34连接吸收塔35，吸收塔35的两端分别连接尾气处理装置36和废液处理装置37，出料管上设置取料阀29。反应器39的内部设有套管40，套管内插有3个的热电偶，用于监控反应器内的实时温度。第二预热器13和反应器39之间通过伴热管线连接。

恒温油浴22设有油浴出水口23 和油浴进水口24，加热器油浴3设有加热器出水口32 和加热器进水口33。油浴循环回路上的管线以及反应器39与吸收塔35连接的管线均设有管线保温15。

实施例1

装填催化剂100g至反应器39中，将三根热电偶插入电偶管40中并调节热电偶头部的位置，使得其感温处处于整个催化剂上中下层中。第二预热器13和第一预热器41温度设置为200°C，将加热器30设置温度为240°C，将恒温油浴22设置为150°C,调节第一流量计1使氮气流量控制在1.5L/min，调节第二流量计2使空气流量控制在2 L/min，通过控制计量泵12使甲醇进料量控制在0.3 ml/min，氮气、空气、甲醇经过预热后，从反应器上端通入到反应器中，经过反应，物料从反应器下端排出，经过冷却器34进入吸收塔中35，经吸收塔处理后尾气从吸收塔上端进入尾气处理装置36，甲醛溶液从吸收塔下端流出进行处理。

在反应进行的同时，打开循环泵28，开启冷凝管17和换热器25的循环水，使导热油从反应器上端口流经冷凝管16、膨胀罐20、换热器25、循环泵28、加热器30进入反应器下端完成循环。

待温度稳定后，打开取样阀29，取样用气相色谱仪分析组分，评价结果见表1。

实施例2

操作步骤与实施例1相同，区别在于甲醇进料量控制在0.4ml/min，评价结果见表1。

实施例3

操作步骤与实施例1相同，区别在于甲醇进料量控制在0.5ml/min，评价结果见表1。

实施例4

操作步骤与实施例1相同，区别在于甲醇进料量控制在0.6ml/min，评价结果见表1。

实施例5

操作步骤与实施例1相同，区别在于甲醇进料量控制在0.7ml/min，评价结果见表1。

实施例6

操作步骤与实施例1相同，区别在于空气预热器温度设置为210°C,评价结果见表1。

实施例7

操作步骤与实施例1相同，区别在于空气预热器温度设置为220°C,评价结果见表1。

实施例8

操作步骤与实施例1相同，区别在于空气预热器温度设置为230°C,评价结果见表1。

实施例9

去除评价装置中的膨胀罐20，评价步骤与实施例1相同, 评价结果见表1。

实施例10

去除评价装置中的膨胀罐20、加热器30、换热器25，评价步骤与实施例1相同, 评价结果见表1。

表1实施例1-10评价数据

通过表1中的数据可以看出，本发明的评价装置在不同温度、进料条件下均能稳定运行，且在运行500h后催化剂仍然保持较为稳定的催化性能，当改变控温装置的结构时，初始转化率有所降低，且由于系统温度不稳定，导致催化剂寿命变短，在运行一定时间后甲醛收率和甲醇转化率均明显降低。