一种高能物质火箭推进剂1,2,4-丁三醇的生产系统、原料预热器及其制备方法与流程

本发明涉及化学试剂生产系统，具体为一种高能物质火箭推进剂1,2,4-丁三醇的生产系统、原料预热器及其制备方法。

背景技术：

1、1,2,4-丁三醇是制备火箭推进剂核心含能材料的关键前体化合物，是一种四碳手性多羟基醇，也是重要的精细化工中间体，广泛应用于固体火箭推进剂、导弹及炸药配方中。在对1,2,4-丁三醇进行制备时，需要专门的生产系统。

2、然而，在具体使用时存在以下缺陷：

3、1、现有技术在对高能物质火箭推进剂1,2,4-丁三醇进行制备时，主要采用钨酸钠作为环氧化催化剂，但钨酸钠在与反应体系内的其他容易进行混溶，钨酸钠难以进行回收和循环利用，导致制备高能物质火箭推进剂1,2,4-丁三醇的成本大；

4、2、在进行环氧化阶段时，进行混合加热反应的原料为双氧水和 1,4 - 丁烯二醇，其中双氧水受热易分解，与有机物混合时反应剧烈，当一次性投入大量双氧水时会导致装置内部热量瞬间积聚，容易发生局部过热、冲料甚至分解失控的风险；

5、3、在进行加氢还原阶段时，进行混合加热反应的原料为fx01水溶液（由环氧化阶段制备得到）和甲醇溶剂，其中甲醇易挥发，反应时会剧烈放热。容易因一次性投料过多而导致装置发生爆沸、冲料或反应失控的风险，安全性较低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高能物质火箭推进剂1,2,4-丁三醇的生产系统、原料预热器及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种高能物质火箭推进剂1,2,4-丁三醇的生产系统，包括：环氧化系统和加氢还原系统，所述环氧化系统包括：固定床环氧化反应器、原料预热器、计量进料泵、原料储罐和氧化剂储罐，所述原料储罐、氧化剂储罐、计量进料泵、原料预热器和固定床环氧化反应器依次相连，所述固定床环氧化反应器通过背压阀和另一个固定床环氧化反应器相连，另一个所述固定床环氧化反应器通过气液分离器和产品接收罐相连，

4、所述加氢还原系统包括：物料计量罐、计量进料泵、原料预热器、固定床加氢还原反应器、气液分离器、浓缩器和产品接收罐，所述物料计量罐、计量进料泵、原料预热器、固定床加氢还原反应器、气液分离器、浓缩器和产品接收罐依次相连。

5、本发明还提供了一种高能物质火箭推进剂1,2,4-丁三醇的原料预热器，原料预热器包括：预热罐组；设置在所述预热罐组内部中心处的预热内胆；安装在所述预热罐组外部且延伸至预热内胆内部的分离式搅拌混合装置；安装在所述预热罐组内部且设置在预热内胆外侧的加热装置，所述预热罐组底部的外侧安装有支撑腿，

6、所述分离式搅拌混合装置包括：安装在所述预热内胆内部且延伸至预热罐组外侧的直线搅拌结构；安装在所述直线搅拌结构外侧的丝杆挤压结构；安装在所述丝杆挤压结构底部偏心处的弹性排料结构；安装在所述丝杆挤压结构内部的挤压密封结构，所述挤压密封结构顶部的外侧安装有密封气囊，所述密封气囊延伸至丝杆挤压结构的内部。

7、作为本发明的优选方案，所述预热罐组由上罐体、中间罐体和下罐体组成，所述上罐体、中间罐体和下罐体之间通过螺钉相连接，所述上罐体顶部的两侧安装有进料管道，所述中间罐体的内部安装有预热内胆，

8、其中，所述下罐体底部的两侧连通有排料管道，所述上罐体的外侧通过螺钉安装有支撑腿，所述中间罐体的内部安装有延伸至外侧的加热装置。

9、作为本发明的优选方案，所述预热内胆的顶部安装有锥形上挡板，所述锥形上挡板内部的偏心处安装有环形板件，所述环形板件和锥形上挡板的连接处开设有侧通口。

10、作为本发明的优选方案，所述直线搅拌结构包括：

11、直线驱动源，所述直线驱动源安装在所述上罐体顶部的中心处，所述直线驱动源的输出端连接有延伸至所述上罐体内部的直线搅拌杆，所述直线搅拌杆转动连接在所述下罐体的内部；

12、搅拌叶片，所述搅拌叶片安装在所述直线搅拌杆的外侧，所述搅拌叶片活动设置在预热内胆的内部，所述直线搅拌杆底部的外侧安装有活动设置在所述上罐体内部的推料叶片；

13、上锥形分料板，所述上锥形分料板安装在所述直线搅拌杆的外侧，且设置在所述锥形上挡板的顶部，所述上锥形分料板的内部开设有多个竖直通口，

14、其中，所述直线搅拌杆的外侧安装有丝杆挤压结构。

15、作为本发明的优选方案，所述丝杆挤压结构包括：

16、升降滑块，所述升降滑块通过滚珠连接在所述直线搅拌杆外侧的螺旋滚道的外侧，所述升降滑块的外侧安装有升降盘，所述升降盘的外侧安装有橡胶圈，所述橡胶圈活动设置在所述环形板件的内侧，

17、其中，所述升降盘内部的偏心处开设有若干卸料口；

18、隔板，所述隔板安装在所述预热内胆的内顶部，且设置在所述升降盘的底部，所述隔板内部的偏心处开设有多个导流口，

19、其中，所述隔板顶部的偏心处安装有设置在导流口侧面的挤压密封结构，所述挤压密封结构延伸至卸料口的内部，且对所述卸料口进行密封，所述导流口的下方设置有安装在隔板底部偏心处的弹性排料结构。

20、作为本发明的优选方案，所述弹性排料结构包括：

21、下支架体，所述下支架体安装在所述隔板底部的偏心处，且设置在所述导流口的下方，所述下支架体和所述隔板的连接处开设有多个侧导流槽；

22、活动活塞，所述活动活塞活动设置在所述下支架体的内部，所述活动活塞的底部安装有延伸至下支架体外侧的导向杆，所述导向杆的外侧套设有连接在下支架体底部的复位弹簧。

23、作为本发明的优选方案，所述挤压密封结构包括：

24、下压块，所述下压块安装在所述升降盘底部的偏心处，且设置在所述卸料口的外侧，所述下压块的底部抵触有侧伸缩块，所述侧伸缩块和下压块的连接处设置为斜面；

25、密封柱，所述密封柱安装在所述隔板顶部的偏心处，且延伸至所述卸料口的内部，所述密封柱的顶部螺纹连接有安装套，所述安装套的内部安装有密封气囊，

26、其中，所述密封柱的内部活动设置有延伸至外侧的侧伸缩块；

27、伸缩套环，所述伸缩套环滑动连接在中间杆的外侧，所述中间杆安装在密封柱内部的中心处，所述伸缩套环的底部连接有套设在中间杆外侧的支撑弹簧，

28、其中，所述伸缩套环的外侧转动连接有连接臂，所述连接臂转动连接在侧伸缩块的底部，所述中间杆顶部安装有设置在密封气囊内侧的气体单元；

29、l形气体管道，所述l形气体管道与所述气体单元相连通，且通过气嘴阀和所述密封气囊相连通，所述l形气体管道的内部活动设置有挤压活塞，所述挤压活塞通过底部连接的杆件连接在伸缩套环顶部的偏心处。

30、作为本发明的优选方案，所述加热装置包括：

31、螺旋加热管路，所述螺旋加热管路设置在所述预热内胆的外侧，且设置在所述中间罐体的内侧，所述螺旋加热管路的输入口位置安装有气体输入嘴，所述螺旋加热管路的输出口位置安装有气体输出嘴，

32、其中，所述气体输入嘴和气体输出嘴均安装在所述中间罐体的外侧。

33、本发明还提供了一种高能物质火箭推进剂1,2,4-丁三醇的制备方法，包括以下步骤：

34、s1、环氧化阶段：将钛硅分子筛均匀装填至固定床环氧化反应器，装填量为固定床环氧化反应器容积的 65%，装填后用氮气吹扫固定床环氧化反应器的床层，确保无空隙，之后启动原料预热器将原料液与双氧水分别预热至 30℃~55℃，通过计量进料泵按比例同步送入另一个固定床环氧化反应器，维持另一个固定床环氧化反应器内温度 40℃~55℃、压力 0.3mpa~0.8mpa，物料在另一个固定床环氧化反应器的床层内停留反应，连续出料；

35、s2、环氧化阶段的淬灭和气液分离：将反应液通入另一个固定床环氧化反应器内部时，将多余的双氧水淬灭，连续出料，淬灭液出料进入气液分离器内，脱除体系中的气体组分，液体产物即为fx01水溶液，送入产品接收罐内暂存；

36、s3、加氢还原阶段：将雷尼镍固体催化剂均匀装填至固定床加氢还原反应器内，装填量为固定床加氢还原反应器容积的 65%，装填后用氮气吹扫固定床加氢还原反应器的床层，确保无空隙，之后将fx01水溶液与溶剂按重量比1:2混合搅拌均匀，输送至原料预热器的内部，将原料液预热至 80~100℃，通过计量进料泵按比例同步送入固定床加氢还原反应器内；

37、s4、加氢还原阶段的反应控制和后处理：维持固定床加氢还原反应器内温度 80℃~100℃、压力 2.0mp~5.0mpa，物料在固定床加氢还原反应器的床层内停留反应，反应液进入气液分离器后分离气体后，连续出料，之后反应液进入浓缩器，去除水、溶剂以及少量1,4-丁二醇和3-羟基四氢呋喃杂质，重项即为目标产物，进入产品接收罐内存储。

38、与现有技术相比，本发明采用 “环氧化 - 加氢还原” 两步法，以 1,4 - 丁烯二醇为原料，经 fx01（2,3 - 环氧乙烷二甲醇）中间体，最终合成 1,2,4 - 丁三醇。

39、具体的反应流程为：

40、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

41、1、在高能物质火箭推进剂1,2,4-丁三醇的生产系统、原料预热器及其制备方法中，在环氧化阶段，采用ts-1钛硅分子筛作为固定床催化剂，替代传统可溶性催化剂（如钨酸钠），非均相催化剂（ts-1钛硅分子筛）易于从反应体系中分离和回收，实现了催化剂的连续化循环使用，显著降低了催化剂损耗和原材料成本。同时整个制备过程（环氧化—加氢还原）采用固定床反应器串联设计，实现了从原料进料到产品出料的连续操作，避免了间歇生产中的频繁启停与物料转移，提升了生产效率和设备利用率，便于大规模工业化应用；

42、2、在高能物质火箭推进剂1,2,4-丁三醇的生产系统、原料预热器及其制备方法中，当进行环氧化阶段和加氢还原阶段，对双氧水和 1,4 - 丁烯二醇或者fx01水溶液（由环氧化阶段制备得到）和甲醇溶剂进行混合加热，可通过搅拌产生的旋转力，对输送至预热内胆内部的液体进行间隙供料处理，此时间隙供料的双氧水，能防止一次性投入大量双氧水导致热量瞬间积聚，避免局部过热、冲料甚至分解失控的风险；间隙供料的甲醇溶剂，可有效防止因一次性投料过多导致的爆沸、冲料或反应失控风险，为每一次混合留出充分反应和散热的时间。配合后续对液体的搅拌，避免了因局部浓度过高或温差导致的反应不均，得到品质更高的成品；

43、3、在高能物质火箭推进剂1,2,4-丁三醇的生产系统、原料预热器及其制备方法中，当对双氧水和 1,4 - 丁烯二醇或者fx01水溶液（由环氧化阶段制备得到）和甲醇溶剂间隙供料的过程中，通过旋转力可带动升降盘升降移动，并通过连杆传动的方式往密封气囊内部充入一定的气体，使得密封气囊膨胀，对升降盘内部的卸料口部分（输送液体的通口）进行密封，保证在挤压液体（升降盘底部）且向预热内胆内部注射液体时，可正常突破复位弹簧的弹性，实现液体的正常注射（间歇）。