一种利用太阳能高倍聚光合成乙醛的固定床装置及制备方法

本发明涉及乙醛制备，尤其是涉及一种利用太阳能高倍聚光合成乙醛的固定床装置及制备方法。

背景技术：

1、乙醛，也称为醛乙酸、乙醛、乙醛醛，是一种简单的有机化合物，是一种醛类化合物。乙醛是一种无色、易燃的液体，有刺激性气味，常温下挥发性较大。乙醛医药领域具有广泛的应用。

2、乙醛是一种重要的有机合成中间体，可以用于合成许多医用化合物。通过乙醛的氧化、还原、缩合等反应，可以得到各种医用化合物的中间体，如醇、酮、醛等。乙醛可以作为一种重要的原料或中间体，用于合成各种药物。例如，一些抗生素、激素、维生素等药物的合成过程中需要乙醛参与反应。

3、生产香精和香料：乙醛可以用作合成香精和香料的原料，用于食品、化妆品和香水等产品的生产。

4、通过乙烯氧化法制备乙醛，乙烯和氧气通过含有氯化钯、氯化铜、盐酸及水的催化剂，一步直接氧化合成粗乙醛，然后经蒸馏得成品。

5、传统的乙醛制备工艺通常需要高温高压条件下进行，能源消耗较大。并且制备过程需要使用稀有金属增加了生产成本，而且对环境造成了一定程度的污染。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种利用太阳能高倍聚光合成乙醛的固定床装置及制备方法，基于利用太阳能光电光热制取乙醛，能够克服现有乙醛制取在能源消耗和催化剂的成本问题，做到绿色可持续；

2、本发明提供一种利用太阳能高倍聚光合成乙醛的固定床装置，包括：高倍聚光热电系统，包括用于光电的第一聚光镜、用于光热的第二聚光镜、光伏电池和蓄电装置，所述第一聚光镜聚光于所述光伏电池，所述光伏电池电连接所述蓄电装置；氯化钯合成系统，包括氯化钠溶液电解装置、第一吸附氢气固定床装置和氯化钯高温氧化还原合成室，所述氯化钠溶液电解装置与所述蓄电装置连接并电解氯化钠溶液，所述氯化钠溶液电解装置通过所述第一吸附氢气固定床装置与所述氯化钯高温氧化还原合成室连通，所述第二聚光镜聚光于所述氯化钯高温氧化还原合成室；氧气合成系统，包括电解水装置，第二吸附氢气固定床装置，所述电解水装置与所述蓄电装置连接并电解水，所述电解水装置与所述第二吸附氢气固定床装置连通；乙烯原料容器，用于提供乙烯原料；乙醛合成系统，包括乙醛合成室，所述氯化钯高温氧化还原合成室与所述乙醛合成室连通提供氯化钯催化剂，所述第二吸附氢气固定床装置与所述乙醛合成室连通提供氧气，所述乙烯原料容器与所述乙醛合成室连通提供乙烯，乙烯与氧气在氯化钯催化剂作用下制备乙醛。

3、进一步地，所述第一聚光镜和所述第二聚光镜均为菲涅尔镜，所述光伏电池为砷化镓电池；所述氯化钠溶液电解装置和所述电解水装置分别设有铂阴极和石墨阳极；所述砷化镓电池通过蓄电装置与所述氯化钠溶液电解装置的铂阴极、石墨阳极相连，电解产物为氯气和氢气；所述砷化镓电池通过蓄电装置与所述电解水装置的铂阴极、石墨阳极相连，电解产物为氧气和氢气。

4、进一步地，所述第一吸附氢气固定床装置和所述第二吸附氢气固定床装置中均填充钯金属。

5、进一步地，所述氯化钠溶液电解装置与所述第一吸附氢气固定床装置之间设有开关ⅰ，所述第一吸附氢气固定床装置与所述氯化钯高温氧化还原合成室之间设有开关ⅱ，所述电解水装置与所述第二吸附氢气固定床装置之间设有开关ⅲ，所述第二吸附氢气固定床装置与所述乙醛合成室之间设有开关ⅳ，所述乙烯原料容器与所述乙醛合成室之间设有开关ⅴ。

6、进一步地，所述氯化钯高温氧化还原合成室的底部通过筛板连通有氯化钯粉末收集室，所述钯粉末收集室与所述乙醛合成室之间通过开关ⅵ连通。

7、进一步地，还包括乙烯蒸馏装置、乙醛蒸馏装置和乙醛收集装置；所述乙烯蒸馏装置与所述乙醛合成室连通，并设有开关ⅶ；所述乙醛蒸馏装置与所述乙烯蒸馏装置连通，并设有开关ⅷ；所述乙醛收集装置与所述乙醛蒸馏装置连通。

8、进一步地，所述乙醛合成室中内置加热棒，由所述蓄电装置供电；所述乙烯蒸馏装置和所述乙醛蒸馏装置内分别设有控温磁盘。

9、进一步地，所述光伏电池的壳体上设置液冷盘管，所述液冷盘管还缠绕在所述第一吸附氢气固定床装置上，所述液冷盘管上设有开关ⅸ。

10、进一步地，还包括钯金属回收装置，所述钯金属回收装置与所述乙醛合成室连通，并设有开关ⅹ，所述钯金属回收装置内设置筛板，对所述乙醛合成室中的产物进行固液分离。

11、本发明还提供一种利用太阳能高倍聚光合成乙醛的制备方法，包括如下步骤：

12、s1，第一聚光镜聚焦于砷化镓电池，砷化镓电池向蓄电装置供电，并连接氯化钠溶液电解装置中的铂阴极和石墨阳极产生氯气和氢气，打开开关ⅰ通向第一吸附氢气固定床装置，由钯金属吸收氢气；第二聚光镜聚光于氯化钯高温氧化还原合成室，当温度达到500摄氏度，打开开关ⅱ通氯气，钯金属与氯气在500℃下直接作用得氯化钯粉末，由筛板使得氯化钯粉末自动下落到下方的氯化钯粉末收集室；

13、s2，蓄电装置供电并连接电解水装置中的铂阴极和石墨阳极产生氧气和氢气，打开开关ⅱ通向第二吸附氢气固定床装置，由钯金属吸收氢气纯化氧气；

14、s3，打开开关ⅵ使氯化钯粉末溶解于乙醛合成室中的水溶液，打开开关ⅳ通氧气至乙醛合成室，打开开关ⅴ使乙烯原料容器向乙醛合成室通乙烯气体，由蓄电装置向加热棒供电并控制温度于250度，压力控制于2mp，进行反应生成乙醛；

15、s4，当乙醛气体反应充分后，打开开关ⅶ，将生成气体通入乙烯蒸馏装置，乙烯蒸馏装置内设的控温磁盘将温度控制于-110℃，乙烯气体蒸发，乙醛变为液态，蒸发充分后打开开关ⅷ将液态乙醛通入乙醛蒸馏装置，乙醛蒸馏装置内设的控温磁盘将温度控制于30℃，得到气态乙醛，通入乙醛收集装置。

16、本发明的技术方案的有益效果在于：

17、①利用太阳能光电光热制取乙醛，菲涅尔镜高倍聚光热发电系统重量较轻、成本较低，并且结合液冷盘管进行循环冷却，确保高温下设备的可持续运行；

18、②实现钯金属的多重利用与回收，避免了反应过程中贵金属催化剂的浪费；

19、③在电解制取催化剂和氧气原料时吸收了氢气，达到了储存氢能源的效果，绿色可持续。

技术特征：

1.一种利用太阳能高倍聚光合成乙醛的固定床装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的利用太阳能高倍聚光合成乙醛的固定床装置，其特征在于，所述第一聚光镜和所述第二聚光镜均为菲涅尔镜，所述光伏电池为砷化镓电池；

3.根据权利要求1所述的利用太阳能高倍聚光合成乙醛的固定床装置，其特征在于，所述第一吸附氢气固定床装置和所述第二吸附氢气固定床装置中均填充钯金属。

4.根据权利要求3所述的利用太阳能高倍聚光合成乙醛的固定床装置，其特征在于，所述氯化钠溶液电解装置与所述第一吸附氢气固定床装置之间设有开关ⅰ，所述第一吸附氢气固定床装置与所述氯化钯高温氧化还原合成室之间设有开关ⅱ，所述电解水装置与所述第二吸附氢气固定床装置之间设有开关ⅲ，所述第二吸附氢气固定床装置与所述乙醛合成室之间设有开关ⅳ，所述乙烯原料容器与所述乙醛合成室之间设有开关ⅴ。

5.根据权利要求4所述的利用太阳能高倍聚光合成乙醛的固定床装置，其特征在于，所述氯化钯高温氧化还原合成室的底部通过筛板连通有氯化钯粉末收集室，所述钯粉末收集室与所述乙醛合成室之间通过开关ⅵ连通。

6.根据权利要求5所述的利用太阳能高倍聚光合成乙醛的固定床装置，其特征在于，还包括乙烯蒸馏装置、乙醛蒸馏装置和乙醛收集装置；

7.根据权利要求6所述的利用太阳能高倍聚光合成乙醛的固定床装置，其特征在于，所述乙醛合成室中内置加热棒，由所述蓄电装置供电；所述乙烯蒸馏装置和所述乙醛蒸馏装置内分别设有控温磁盘。

8.根据权利要求7所述的利用太阳能高倍聚光合成乙醛的固定床装置，其特征在于，所述光伏电池的壳体上设置液冷盘管，所述液冷盘管还缠绕在所述第一吸附氢气固定床装置上，所述液冷盘管上设有开关ⅸ。

9.根据权利要求8所述的利用太阳能高倍聚光合成乙醛的固定床装置，其特征在于，还包括钯金属回收装置，所述钯金属回收装置与所述乙醛合成室连通，并设有开关ⅹ，所述钯金属回收装置内设置筛板，对所述乙醛合成室中的产物进行固液分离。

10.一种基于权利要求9所述的利用太阳能高倍聚光合成乙醛的固定床装置的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明提供了一种利用太阳能高倍聚光合成乙醛的固定床装置，第一聚光镜聚光于光伏电池连接蓄电装置；氯化钠溶液电解装置与蓄电装置连接并电解氯化钠溶液，氯化钠溶液电解装置通过第一吸附氢气固定床装置与氯化钯高温氧化还原合成室连通，第二聚光镜聚光于氯化钯高温氧化还原合成室；电解水装置与蓄电装置连接并电解水，与第二吸附氢气固定床装置连通；乙烯原料容器；氯化钯高温氧化还原合成室与乙醛合成室连通提供氯化钯催化剂，第二吸附氢气固定床装置与乙醛合成室连通提供氧气，乙烯原料容器与乙醛合成室连通提供乙烯，乙烯与氧气在氯化钯催化剂作用下制备乙醛。本发明利用太阳能光电光热制取乙醛，克服能源消耗和催化剂的成本问题。技术研发人员：张玥,李家骅,高尚,尤越,刘宇陆,邱翔受保护的技术使用者：上海应用技术大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1