[发明专利]一种连续监测催化还原硝基苯反应的在线分析系统及方法

权利要求书

1.一种连续监测催化还原硝基苯反应的在线分析系统，其特征在于：包括微反应器装置（1）、温度控制装置（3）、反应流出气传输部分（4）、供气装置（11）和反应流出气检测装置（2）；

其中，所述供气装置（11）包括载气钢瓶（18）、其出口管路上的质量流量控制器（21）、两通阀（19）与除氧除水管（20）；

所述微反应器装置（1）包括微反应管（9），为中空变径的密闭腔体；腔体内填充有石英棉（5）和催化剂（7），腔体侧壁上设有与外界电源相连的加热炉（6），加热炉（6）内部设有加热棒（8）；腔体的一端设有样品稀释气进样口，稀释气进样口与不锈钢管的一端相连，远离稀释气进样口的另一端为反应流出气出口，靠近反应流出气出口的一处内径小于其他部位，用于阻挡石英棉（5）和催化剂（7）被带出微反应管（9）；样品稀释气为还原气与气态样品的混合气，体积混合比在1:1与10⁶:1之间；

所述温度控制装置（3）包括温度控制仪及热电偶感温元件；热电偶感温元件的一端与微反应管（9）中部的外壁紧密相贴；

所述反应流出气传输部分（4）为金属毛细管，金属毛细管的外径小于微反应管（9）的内径；毛细管的一端直接插入微反应管（9）内部，紧靠石英棉（5），另一端与反应流出气检测装置（2）的样品进样口相连，金属毛细管外部缠绕加热带加热。

2.根据权利要求1所述的在线分析系统，其特征在于：

所述反应流出气检测装置（2）为直接气体进样的分析装置，主要为气体进样的在线质谱仪，反应流出气的全部进入分析装置进行分析，无尾气排出。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述微反应管（9）为石英玻璃，石英棉（5）填充在微反应管（9）的两端，催化剂（7）则填充于石英棉（5）之间，以避免气流将催化剂吹出微反应管（9）。

4.根据权利要求1所述的在线分析系统，其特征在于：

还原气为高纯氢气，通过不锈钢管传输，并经过除氧除水管（20）的清洁，除氧除水管（20）通过不锈钢管与两通阀（19）连接。

5.根据权利要求1所述的在线分析系统，其特征在于：

所述催化剂（7）为固体催化剂。

6.根据权利要求1所述的在线分析系统，其特征在于：

高纯氢气流过硝基苯液体载带其挥发气进入微反应器装置（1），高纯氢的流量与金属毛细管的进气流量保持一致，通过皂泡流量计调节。

7.一种连续监测催化还原硝基苯反应的在线分析方法，其特征在于：

采用权利要求1-6中任一所述装置进行操作，包括如下步骤：

A.填装催化剂（7）：称取催化剂样品，装入事先填入石英棉（5）的微反应管（9）内，最后填入石英棉（5）封堵；

B.设定程序升温条件：根据催化剂（7）种类和质量设定合适的程序升温条件对催化剂进行高温还原；

C.还原反应过程：在控制温度和不断通入高纯H₂的条件下，对催化剂（7）进行还原反应，将催化剂（7）中的基团还原去除；

D.催化还原为苯胺的反应过程：于微反应管（9）进气口一端接入硝基苯液样，在控制温度和不断通入高纯H₂的条件下，进行催化合成苯胺的反应，探索催化剂（7）在不同温度下的催化活性和副产物的产量变化；

E.采样分析：利用反应流出气检测装置（2）对通过反应流出气传输部分（4）流出的全部气体连续在线采样，并将采集的数据实时绘成曲线，得到流出气中苯胺及其他副产物含量随时间的变化趋势。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

将反应流出气传输部分（4）中金属毛细管的一端插入到石英棉（5）旁边，即可实时在线对反应产物采集绘图，保证了零死体积和零延迟时间。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

所用催化剂（7）在mg量级，使用精密分析天平称量得到。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

微反应器装置（5）最高可加热至500℃，适于高温常压的催化合成苯胺反应，并根据催化剂（7）的种类调节最高稳定温度。

11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：

反应流出气检测装置（2）采用在线质谱仪，使用单光子电离（SPI）或单光子电离与化学电离的复合电离方式（SPI-CI）对反应流出气进行软电离，便于定性分析和定量分析。