2011年9月,全球领先、亚洲唯一的高通量技术开发企业——亚申®科技研发中心(上海)有限公司与国内工业催化研发领域的权威——中国科学院大连化学物理研究所签订合同,为后者提供一套实验级16通道平行反应器系统(MPRS-16G-600M)和一套高通量信息平台(HTDMS-PRS)。
MPRS-16G-600M系统是亚申®科技基于其拥有完全自主知识产权的平行反应器系统技术,在亚申®标准化产品PRS-16系列16通道平行反应器系统的基础上,为大连化学物理研究所定制的用于固体催化剂筛选与评价的先进高通量系统。这套系统的应用将会大大加速大连化学物理研究所所关心的一系列重要反应的基础研究和工业研究、新型催化材料的研制和开发及其工程化、产业化的进程。
HTDMS-PRS高通量信息平台是亚申®科技拥有完全自主知识产权的、为高通量平行反应系统及应用而专门定制的高通量数据处理和信息管理软件系统。它是将实验设计软件、运行控制软件、数据采集和集成软件、数据处理和报告软件、数据库和数据搜索软件、数据同步和回放软件等一系列软件工具集成为一体化的高通量实验信息管理平台,其功能涵盖实验设计、准备、运行、分析(在线和离线)、数据计算、结果处理、实验报告、信息存取等高通量实验的全过程。这个平台的应用将会进一步提高大连化学物理研究所运用高通量技术进行科学研究和工业开发的速度和效率。
亚申®高通量材料合成系统PSTR-16是一套用于快速、高效地进行釜式反应,合成新型材料(如聚烯烃、聚氨酯等高分子材料)或化工产品(如精细化学品、医药中间体等)的全自动多通道平行反应器系统,包括:1)气体输入控制模块;2)液体输入控制模块;3)气体计量和分配模块;4)液体计量和分配模块;5)催化剂计量和分配模块;6)搅拌反应和产物处理模块;7)安全保护系统。系统原理简图如下图所示:
与亚申®高通量材料合成系统PSTR-16相配套的HTDMS高通量信息平台包括:1)工作流软件系统;2)运行控制软件系统;3)数据处理软件系统。
各个子系统先在预设温度(可以相同或不同)下依序加入各种反应物(可以是气体、液体、溶液或悬浮液),再按预设工艺流程以一定的温度、压力、搅拌程序(皆可相同或不同)进行反应。反应过程中,系统对各个反应釜的温度和压力进行实时检测,并可按照实验需要,根据预设工艺流程规定的条件,随时向各个反应釜补充物料。通过对反应釜压力随时间变化关系的分析,还可获得搅拌反应进程信息以及相关动力学参数。作为选项,还可在本模块加入气体在线采集和分析装置,对各个反应釜的气相组分进行实时分析,为反应动力学研究提供更丰富的信息。
搅拌反应结束后,系统按预设流程自动对产物进行后处理,反应余液、洗涤液等自动排入专用收集罐。全部操作流程结束后,即可打开(手动)反应釜,取出产物,进行称量和其它后续分析工作,相关信息和数据由HTDMS高通量信息平台自动集成整合。
1. 荷兰一家技术公司的I.E. Maxwell和代夫特(Delft)工业大学的S. Gomez等人把高通量技术与合理的实验设计、模拟和数据处理方法相结合,整体考虑各个参数的影响并加强开发过程中不同阶段间的协调,从而大大提高了催化剂研究和催化工艺开发的效率。
他们使用的高通量综合研发平台在催化研发的各个阶段都发挥了重大作用,包括催化剂制备、催化剂库的反应筛选、大量的数据处理以及研究催化动力学和过程模型。他们用该平台进行了均相(钛-硅倍半氧烷环氧化催化剂)、非均相(沸石)催化剂的制备研究,非均相催化(腈的氢化、苯甲醛的还原氨化)的工艺和动力学研究,在短时间内获得了比传统实验质量更高、重现性更好的结果。该平台还可用于催化剂分析和催化反应在线监测。(Topics in Catalysis Vol. 24, Nos. 1-4, p.125-135, October 2003)
2. 在2004年的华美化学学会(CACS)年会上,埃克森美孚(ExxonMobil)研究工程公司催化技术实验室的Jeffrey S. Beck博士介绍:他们采用高通量技术,快速、高效地开发高选择性的沸石重整催化剂,生产出高价值的产品(如世界一流的润滑油),并降低了生产过程的成本和硬件依赖度;开发金属氧化物催化剂,用于多个石油炼制过程,如加氢以除去杂质(硫、氮、金属等)、提高产品质量、降低沸点,生产出低硫的优质燃料。
3. 中科院大连化学物理研究所的刘红超、刘中民等使用一个40通道的快速升温反应器,对氨分解制不含COx氢的催化剂进行高通量筛选,筛选了近百个催化剂,发现Ru、Ir、Ni、Co等催化剂对氨分解具有较高活性,载体的物理性质如比表面、孔径及孔分布对催化剂的制备及性能有极大影响,而温度的增加有助于氨转化率的提高。该研究有助于开发用于质子膜燃料电池的洁净氢源。(《石油化工》2005年第34卷增刊,p.495-497)
4. 西卢里亚技术公司(Siluria
Technologies)将高通量筛选(HTS)技术与合成生物技术组合,开发了纳米线催化剂,可在反应温度远低于蒸汽裂解温度的条件下,将甲烷直接转化成乙烯。公司与几家大型化工公司合作对这种催化剂进行了评价,发现其协同性好,可用于改进的蒸汽裂解炉,也可用于丙烷制丙烯、乙烷制乙酸等反应。公司认为,这种“自下而上”的催化剂制备方法可形成更加新颖有效的催化剂结构。
西卢里亚公司总裁Alex Tkachenko表示,30多年来石化行业一直致力于甲烷氧化耦联制乙烯技术研究,但传统催化剂的缺点不能使这项技术获得经济效益。目前,虽然甲烷氧化耦联技术中多相和均相催化工作已经取得一些进展,但反应热力学、选择性和产品收率尚未达到工业化要求。西卢里亚公司及其他从事该技术研究的公司(如陶氏化学和巴斯夫)都将继续进行该技术的研发,从小试到工业化,仍有很长的路要走。而采用高效的HTS技术将会大大缩短这一过程,提高成功率。(美国《化学周刊》2010年第16期)
5. 中国石化从美国一家公司引进的高通量分子筛系统在上海石油化工研究院完成安装、调试和试运行,正式投入使用,标志着上海院成功完成高通量分子筛合成系统的引进工作,该系统将对中国石化科研单位开放,承担研究工作。
该套分子筛合成高通量系统对中国石化研究单位开放,主要用于两方面研究:一是对现有已经工业化的分子筛合成进行优化,开展降低晶化温度、缩短晶化时间、降低模板剂用量等方面的研究,起到降本增效、节能减排的作用;二是开展新结构分子筛的原始性创新合成研究,探索合成全新结构的新型分子筛材料。该分子筛合成高通量系统自动化程度高,每年可以合成约2000~3000个样品(比传统方法快几十到上百倍),可大大加快中国石化分子筛催化材料的开发速度,促进其在能源和化工领域的创新研发。(中国化工机械网2011年4月15日)
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