催化氫化技術(shù)：利用Teledyne ISCO注塞泵實(shí)現精準流速

氫化是一種對石化和精細化工產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要的化學(xué)反應。

從最基本的意義上來(lái)說(shuō)，氫化是指分子氫與不飽和碳-碳雙鍵的加成反應，如圖所示：

圖1：典型的氫化反應

對于石化行業(yè)而言，原油中的許多化合物由于含有多個(gè)雙鍵而幾乎無(wú)用；它們必須首先被轉化成飽和化合物，才能作為汽油等商品使用。此外，還有無(wú)數其他分子是從石油中產(chǎn)生的；氫化通常是它們生產(chǎn)的第一步。

在精細化學(xué)品和活性藥物成分行業(yè)中，氫化反應往往是生產(chǎn)最終產(chǎn)品的一個(gè)重要步驟。

食品工業(yè)使用氫化來(lái)完荃或部分飽和植物油中的不飽和脂肪酸，將它們轉化成固體或半固體脂肪（例如人造黃油）。這些后者的化合物提供了不同的烹飪或味道特性，更能滿(mǎn)足消費者的需求。

氫化將是生物原油升級為可用、可再生生物燃料的關(guān)鍵步驟。通過(guò)對生物原油進(jìn)行氫化，減少了其負面影響。油品的不穩定性通過(guò)與最不穩定的官能團的反應得到降低。同時(shí)，油中的含氧組分也得到了減少，從而提高了能量密度。加氫處理后的生物原油也能更好地與精煉石油產(chǎn)品混合。

分子氫不容易與有機分子直接反應；總是需要催化劑。催化劑是一種控制化學(xué)反應的物質(zhì)，但它不被消耗也不會(huì )成為最終產(chǎn)品的一部分。催化劑通過(guò)降低碰撞分子達到過(guò)渡態(tài)所需的活化能來(lái)發(fā)揮作用。因此，催化劑可以使得原本不可能發(fā)生的反應得以進(jìn)行，或者讓這些反應以更快的速度發(fā)生。

催化劑在所需能量方面的影響可以通過(guò)圖 2 進(jìn)行比較：

催化劑對化學(xué)平衡或總能量變化沒(méi)有影響；它們不能使不可能變?yōu)榭赡?。催化劑的作用?jiǎn)單地包括：

- 啟動(dòng)反應

- 提高效率

- 增加選擇性

氫化反應采用的催化劑包括鈀、鉑、銠、釕或雷尼鎳，這些反應在高溫和高壓下進(jìn)行。溫度范圍從 70°C 到幾百攝氏度，壓力則從 12 - 2000bar 或更高。

一個(gè)典型的氫化設置使用半批式或連續式 CSTR 反應器，如圖 3 所示。

圖3：典型的實(shí)驗室規模氫化反應器系統，配備兩臺ISCO泵，它們通過(guò)一個(gè)控制器獨立操作，處于恒定流量模式

Teledyne ISCO柱塞泵

這類(lèi)反應需要在廣泛的壓力范圍內以精確的流速泵送液體反應物和溶劑。Teledyne ISCO 柱塞泵能在 50 到 2000psi 或更高的反應壓力下，提供精確度達到設定值 0.5% 或更好的流速。無(wú)需進(jìn)行泵校準。無(wú)需通過(guò)計算和反饋控制對泵進(jìn)行質(zhì)量損失校正。此外，如果反應物是高粘度液體或低熔點(diǎn)固體，整個(gè)注塞泵氣缸可以輕易加熱，以便提供簡(jiǎn)便的液體流動(dòng)控制。

注塞泵提供真正的無(wú)脈沖流動(dòng)；液體反應物的進(jìn)料速率保持恒定，并且不會(huì )顯示其他類(lèi)型泵（如往復泵）典型的正弦流動(dòng)。因此，在任何扌旨定的 H₂ 壓力或反應溫度下，反應物的消耗和所需產(chǎn)物的形成動(dòng)力學(xué)都保持絕對恒定。

由于濃度變化引起的不需要的或副反應被抑制。注塞泵將被設定到選定的流速，即使反應器壓力發(fā)生變化，該流速也將保持恒定。在此處討論的反應器系統中，使用質(zhì)量流量控制器控制 H₂ 流量，并使用背壓調節器，會(huì )導致反應器壓力出現一些小波動(dòng)和變化。注塞泵以恒定流速模式運行。在這種模式下，預設的流速將完荃保持恒定，無(wú)論壓力如何波動(dòng)。這一特性將進(jìn)一步最小化不需要的反應的發(fā)生。

表1：通常推薦的泵

1) Hudlicky, Milos. Reductions in Organic Chemistry. Wash-ington, D.C.: American Chemical Society, 1996.

2) Elliott, D.C.; Neuenschwander, G.G. “Liquid Fuels by Low-Severity Hydrotreating of Biocrude." Eds. Bridgwater, A.V.;Boocock, D.G.B. Developments in Thermochemical Biomass Conversion, Vol. 1. London: Blackie Academic & Professional,1996. 611-621.

3) Moore, Walter J. Physical Chemistry, 4th ed. Prentice Hall College Div, 1972. 844-25b.

4) Farrauto, R.; Bartholomew, C. Fundamentals of Industrial Catalytic Processes. Chapmann and Hall, 1997.