催化氢化技术：利用Teledyne ISCO注塞泵实现精准流速
01
概述
加氢是石化和精细化工行业中至关重要的化学反应。
从最基本的意义上讲，氢化是氢分子与不饱和碳碳双键的加成反应，如下图所示：
图1：典型的氢化反应
第一种化合物，即烯烃，被转化成相应的烷烃。除了上述例子之外，分子氢还可以与其他类型的分子发生反应。这些反应包括在加氢脱硫中通过起始分子的裂解引入氢，以及起始分子发生重排的反应，例如异构化。
02
氢化反应的实际应用
正在使用
原油中的许多化合物对石化工业来说几乎毫无用处，因为它们含有多个双键；它们必须先转化为饱和化合物，然后才能用作汽油等商品。此外，石油中还生产出无数其他分子；氢化通常是生产这些分子的第一步。
在精细化学品和活性药物成分行业中，加氢反应通常是生产最终产品的重要步骤。
食品工业利用氢化作用使植物油中的不饱和脂肪酸完全或部分饱和，将其转化为固体或半固体脂肪（例如人造黄油）。后者化合物具有不同的烹饪或口味特性，更适合消费者的口味。
加氢将是将生物原油升级为可用、可再生生物燃料的关键步骤。通过对生物原油进行加氢，可以减少其负面影响。通过使最不稳定的功能基团发生反应，可以降低油的不稳定性。同时，油中的含氧成分减少，从而提高能量密度。加氢处理的生物原油还可以更好地与精炼石油产品混合。
03
方法
氢分子不易与有机分子直接发生反应，因此始终需要催化剂。催化剂是一种控制化学反应的物质，但不会被消耗，也不会成为最终产品的一部分。催化剂通过降低碰撞分子达到过渡态所需的活化能来发挥作用。因此，催化剂可以使原本不可能发生的反应成为可能，或使它们以更快的速度发生。
催化剂对所需能量的影响可以通过图2进行比较：
图2：反应路径的玻尔兹曼能量图
催化剂对化学平衡或总能量变化没有影响；它们不能使不可能的事情成为可能。催化剂的作用很简单：
- 开始反应
- 提高效率
- 提高选择性
加氢反应在高温高压条件下使用钯、铂、铑、钌或雷尼镍等催化剂进行。温度范围从 70°C 到几百摄氏度，压力范围从 12 到 250 MPa 或更高。
图 3 显示了使用半间歇或连续 CSTR 反应器的典型加氢装置。
图 3：典型的实验室规模加氢反应器系统，其中两个 ISCO 泵由控制器以恒定流量模式独立操作
搅拌反应器是一个 100 毫升至 300 毫升的压力容器，在输入和输出处设有加热和冷却控制。通过质量流量控制系统计量氢气并测量消耗量。
ISCO柱塞泵
此类反应需要在很宽的压力范围内精确泵送液体反应物和溶剂。ISCO 柱塞泵在 50 至 1000 psi 或更高的反应压力下提供精确到设定点 0.5% 或更高的流量。无需校准泵。无需通过计算和反馈控制来校正泵质量损失。此外，如果反应物是高粘度液体或低熔点固体，则可以轻松加热整个柱塞泵缸，从而轻松控制液体流量。
注射泵提供真正的无脉冲流动；液体反应物的进料速率保持恒定，不会表现出其他类型泵（如往复泵）典型的正弦流。因此，在任何特定的 H2 压力或反应温度下，反应物的消耗和所需产品的形成动力学保持绝对恒定。
抑制由于浓度变化而引起的不良反应或副反应。注射泵将设置为选定的流速，即使反应器压力发生变化，该流速也将保持恒定。在本文讨论的反应器系统中，使用质量流量控制器控制 H2 流量和背压调节器将导致反应器压力出现一些小的波动和变化。注射泵以恒定流速模式运行。在此模式下，无论压力如何波动，预设的流速都将保持完全恒定。此功能将进一步最大限度地减少不良反应的发生。
表 1：常用推荐泵
1000x
500x
260x
65x
流量范围（毫升/分钟）
0.100 - 408
0.001 - 204
0.001 - 107
0.00001-25
量程 (psi)
0 - 2,000
0 -5,000
0 - 9,500
0 - 20,000
参考
1) ，Milos。华盛顿，华盛顿特区：，1996 年。
2）, DC;, GG“低碳燃料”。编辑， AV;, DGB，第 1 卷：&，1996 年。611-621。
3) Moore, J.，第 4 版。Hall Div，1972 年。844-25b。
4） ， R.； ， C. 和 Hall，1997 年。