一种高纯一氧化碳用甲酸裂解装置

摘要

一种高纯一氧化碳用甲酸裂解装置，涉及高纯一氧化碳制备技术领域。上述高纯一氧化碳用甲酸裂解装置包括壳体，壳体的一端并列设置有甲酸进口和浓硫酸进口，壳体的另一端设置有出口；壳体顶部设置有出气口，底部设置有收集槽，壳体的顶部间隔设置有多个气相水分检测器、多个发烟硫酸补料口和多个甲酸补料口；反应槽，倾斜设置在壳体内且两端连接至壳体，反应槽连接至甲酸进口和浓硫酸进口的一端高于连接至出口的一端，反应槽的底部设置有条形出料孔，设置在反应槽底部的温度检测装置和加热装置。上述高纯一氧化碳用甲酸裂解装置连续化的进行甲酸脱水裂解反应。

说明书

技术领域

本发明涉及高纯一氧化碳制备技术领域，具体而言，涉及一种高纯一氧化碳用甲酸裂解装置。

背景技术

一氧化碳，分子式为CO，一氧化碳是一种基本的化工原料，广泛用于化工生产中，可用于制备醇、酸、酐、酯、醛、醚胺、烷烃和烯烃、各类均相反应催化剂等。随着半导体及电子技术的快速发展，高纯一氧化碳因与诸多过渡金属形成低沸点羰基络合物，而被广泛应用在等离子辅助气相沉积腔体吹扫、刻蚀等半导体制备工艺中。特别地，在3D-NAND存储器制造通孔刻蚀领域，高纯电子级CO的需求量越来越大。此外，高纯一氧化碳还广泛应用于医药中间体、标准气、环境监测和科学研究等领域。

目前，国内的一氧化碳制备技术有多种，其中甲酸脱水裂解法是一种传统的方法。甲酸在浓硫酸催化作用下，发生脱水反应，生成富含一氧化碳的混合气体，再经提纯可得到纯度为99.9%的一氧化碳产品。其化学方程式是：

HCOOH → H

HCOOH → H

该方法操作简便，易于中等规模的工业化制备，目前典型的专利技术有CN107188176 A，CN 106365164 A，CN 105084359 B等。然而，这个工艺在生产过程中会不断产生水，随着反应的进行，浓硫酸被稀释，导致此反应在实际生产中是间歇反应，因此反应器内甲酸裂解速率是随时间动态变化的，难于控制，同时在实际生产过程中面临不少问题：1.产品的副反应增加，杂质CO

综上所述，反应的硫酸中水含量控制至关重要。需要在反应器中将稀释的硫酸重新浓缩成浓硫酸在进行反应。

发明内容

本发明提供一种高纯一氧化碳用甲酸裂解装置，其能够连续化的进行甲酸脱水裂解反应，进而生产一氧化碳。

本发明的实施例是这样实现的：

一种高纯一氧化碳用甲酸裂解装置，其包括：

壳体，壳体的一端并列设置有甲酸进口和浓硫酸进口，壳体的另一端设置有出口；壳体顶部设置有出气口，底部设置有收集槽，收集槽上开设有出料口，壳体的顶部间隔设置有多个气相水分检测器、多个发烟硫酸补料口和多个甲酸补料口；气相水分检测器、发烟硫酸补料口和甲酸补料口一一对应；

反应槽，倾斜设置在壳体内且两端连接至壳体，且反应槽连接至甲酸进口和浓硫酸进口的一端高于连接至出口的一端；反应槽的底部设置有条形出料孔，条形出料孔与甲酸补料口一一对应，条形出料孔设置在发烟硫酸补料口和甲酸补料口之前；

温度检测装置，设置在反应槽底部；

加热装置，设置在反应槽底部。

在本发明较佳的实施例中，上述反应槽的倾斜角度为2-20°。

在本发明较佳的实施例中，上述反应槽为蛇形。

在本发明较佳的实施例中，上述条形出料孔等距间隔设置。

在本发明较佳的实施例中，上述反应槽的底部设置有混料装置。

在本发明较佳的实施例中，上述混料装置包括搅拌桨，搅拌桨设置在发烟硫酸补料口和甲酸补料口之后。

在本发明较佳的实施例中，上述混料装置还包括不均匀设置的倒V型翅片。

在本发明较佳的实施例中，上述混料装置还包括多个在反应槽延伸的方向间隔设置的混料组件，混料组件包括转轴和转动风车，转轴的两端活动设置在反应槽两侧，转动风车间隔设置在转轴上。

在本发明较佳的实施例中，上述转轴上设置有定位转动风车的限位块。

本发明实施例的有益效果是：上述高纯一氧化碳用甲酸裂解装置，通过反应槽内间隔出料和加发烟硫酸，配合气相水分控制实现甲酸脱水裂解的连续化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1高纯一氧化碳用甲酸裂解装置的第一结构示意图；

图2为本发明实施例1高纯一氧化碳用甲酸裂解装置的第二结构示意图；

图3为本发明实施例1蛇形反应槽的结构示意图；

图4为本发明实施例1折线形反应槽的结构示意图。

图标：100-高纯一氧化碳用甲酸裂解装置；110-壳体；120-反应槽；140-加热装置；150-温度检测装置；111-甲酸进口；112-浓硫酸进口；113-出口；114-出气口；115-收集槽；116-出料口；117-气相水分检测器；118-发烟硫酸补料口；119-甲酸补料口；121-条形出料孔；122-搅拌桨；123-倒V型翅片；125-转轴；126-转动风车；127-限位块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参照图1和图2，本实施例提供一种高纯一氧化碳用甲酸裂解装置100，其包括壳体110、反应槽120、多个气相水分检测器117、加热装置140和温度检测装置150。反应槽120倾斜设置在壳体110内，多气相水分检测器117间隔设置在壳体110的顶部。上述加热装置140和温度检测装置150设置在反应槽120底部。

请继续参照图1和图2，壳体110的一端并列设置有甲酸进口111和浓硫酸进口112。壳体110的另一端设置有出口113。壳体110顶部设置有出气口114，底部设置有收集槽115。其中，收集槽115上开设有出料口116。反应过程中被稀释的浓硫酸从出料口116流出后，经过浓缩重新返回浓硫酸进口112或者发烟硫酸补料口118。壳体110的顶部间隔设置有多个气相水分检测器117、多个发烟硫酸补料口118和多个甲酸补料口119。气相水分检测器117、发烟硫酸补料口118和甲酸补料口119一一对应。

需要说明的是，在本实施例中，甲酸进口111和浓硫酸进口112的个数分别为1个，在其他实施例中，甲酸进口111和浓硫酸进口112的个数可以为其他数量，且可以数量相等也可以是数量不等。只要能够实现本实施例加料的技术效果，都在本实施例的保护范围中。

请继续参照图1和图2，反应槽120倾斜设置在壳体110内且两端连接至壳体110。反应槽120的一端连接至甲酸进口111和浓硫酸进口112，另一端连接至出口113。反应槽120连接至甲酸进口111和浓硫酸进口112的一端高于连接至出口113的一端，使得原料能够从甲酸进口111的一端流向出口113所在的一端。上述反应槽120的底部设置有条形出料孔121，且条形出料孔121与甲酸补料口119一一对应。条形出料孔121设置在发烟硫酸补料口118和甲酸补料口119之前。气相水分检测器117、发烟硫酸补料口118、甲酸补料口119和条形出料孔121形成多个调节组，共同完成调节作用，在反应速率下降后重新启动反应。在本实施例中反应槽120的倾斜角度为2-20°，既能保证反应物在反应槽120内的流动，又保证了反应物在反应槽120中停留足够长的时间。在本实施例中，反应槽120直线形，在其他实施例反应槽120中反应槽120也可以是蛇形（请按照图3）或者折线形（请参照图4）。蛇形和折线形能够有效提升反应物在反应槽120内的停留时间，在其他实施例中，反应槽120也可是直线型或者弧形，只要能够实现本实施例多个位点进行物料调节，进而实现连续化生产的技术效果，都在本实施例的保护范围中。在本实施例中，条形出料孔121等距间隔设置，方便加工，也方便整个装置的控制。

需要说明的是，气相水分检测器117用以检测气相中水分含量。研究发生当气相中水分含量为100ppm-10000ppm时，甲酸的转化率最高。在本实施例中，通过气相水分检测器117外连数据终端，通过调整甲酸进口111、浓硫酸进口112、发烟硫酸补料口118和甲酸补料口119的流量，控制气相中水分含量为100ppm-10000ppm。在本实施例中，气相水分检测器117是微量水露点分析仪DS2000，在其他实施例中，也可以是其他气相水分检测只要能够实现检测气相水分含量的技术效果，都在本实施例中。

在本实施例中，反应槽120的底部设置有混料装置。混料装置包括搅拌桨122、不均匀设置的倒V型翅片123和混料组件。其中，搅拌桨122设置在发烟硫酸补料口118和甲酸补料口119之后。原料在反应槽120中流动的过程中，先经过条形出料孔121，流出反应过程中浓度降低的浓硫酸。继续流动经过发烟硫酸补料口118和甲酸补料口119，分别补充发烟硫酸和甲酸后重新进入快速反应。设置在发烟硫酸补料口118和甲酸补料口119之后的搅拌桨122，能够快速的将发烟硫酸、甲酸和前面反应留下的混合液，迅速混合。不均匀的倒V型翅片123设置在反应槽120的底部，液体在流动过程中先流过倒V型翅片123的顶部，然后随着倒V型翅片123向着两边扩散，在扩散过程中，由于倒V型翅片123不均匀设置，液体互相冲击，加强了湍流，加大了混合效果。

请继续参照图1和图2，混料组件有多个，且在反应槽120延伸的方向间隔设置。上述混料组件包括转轴125、转动风车126和限位块127。转轴125两端活动设置在反应槽120两侧。转动风车126间隔设置在转轴125上。限位块127设置在转轴125上用于定位转动风车126。

本发明的高纯一氧化碳用甲酸裂解装置100的工作原理是：1、加热装置140将整个反应槽120附近的温度加热至反应温度。2、甲酸和浓硫酸分别通过甲酸进口111和浓硫酸进口112进入反应槽120，在搅拌桨122的搅拌下混合并开始发生反应。3、原料和产物边反应边形成液体混合物，同时产生包含一氧化碳的混合气。4、液体混合物沿着反应槽120流向壳体110的出口113，同时不断产生水分，浓硫酸被稀释，反应速率下降，副反应增多，甲酸转化率和CO选择性均下降。5、当液体混合物流至条形出料孔121时，被稀释的浓硫酸从条形出料孔121流出一部分，继续流动至发烟硫酸补料口118、甲酸补料口119时，向反应槽120内补充发烟硫酸和甲酸，重新提高浓硫酸的浓度，再次激发反应，同时通过气相水分检测器117控制气相中水分，达到稳定状态。6、从条形出料孔121流出的被稀释的浓硫酸通过收集槽115的出料口116流出经过浓缩后，重新返回高纯一氧化碳用甲酸裂解装置100进行反应。同时，包含有一氧化碳的混合气从出气口114流出。

综上，本发明涉及高纯一氧化碳用甲酸裂解装置通过反应槽内间隔出料和加发烟硫酸，配合气相水分控制实现甲酸脱水裂解的连续化生产。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。