[發明專利]一種正仲氫反應催化劑催化性能測試裝置

有效

• 申請號: 202110314725.8
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113030367B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 吳英哲;姜偉;陸小飛
• 申請（專利權）人: 上海司氫科技有限公司
• 主分類號: G01N31/10
• 分類號: G01N31/10
• 代理公司: 杭州知閑專利代理事務所(特殊普通合伙) 33315
• 代理人: 黃燕

本發明提供一種正仲氫反應催化劑催化性能測試裝置，將測試氫氣分為并聯的兩路，其中一路經過仲氫生成反應器并生成富含仲氫的平衡氫氣，該平衡氫氣與另一支路中的原始氫氣匯合形成測試氫氣；以該測試氫氣作為初始氣體通入待測正仲氫反應器中，對其進行測試。本發明的測試裝置，可以通過調節兩路氫氣的流量，進而獲得不同仲氫含量的初始氫氣，進而能夠測量在不同溫度，空速以及初始正/仲氫含量比例條件下，待測正仲氫反應催化劑催化的氫氣反應產物中仲氫的含量，為繪制催化劑的空速曲線提供原始的實驗測量數據，為正仲氫反應催化劑開發和正仲氫反應器設計中必要的反應動力學方程構建、反應速率和反應熱計算等過程提供數據支撐。

技術領域

本發明屬于催化劑材料性能檢測裝置技術領域，具體涉及一種正仲氫反應催化劑催化性能測試裝置。

背景技術

氫分子存在兩種自旋異構體分別稱之為正氫和仲氫，正氫中兩個氫原子核自旋方向一致，仲氫中兩個氫原子自旋方向相反。室溫下，平衡態的氫氣中的正仲氫比例約為0.75:0.25；而隨著溫度的降低，平衡態的氫氣中的正仲氫比例逐漸降低，液氮溫度(77.3K)下達到0.49:0.51，液氫溫度(20.4K)下達到0.002/0.998。

室溫下平衡態的氫氣在被冷卻至更低的溫度時，其中的正氫會緩慢轉變為仲氫，同時釋放出熱量，最終達到新的平衡態。在沒有催化劑的情況下，上述正仲氫反應需要數天時間才能完成。未達到平衡態的液氫在緩慢的正仲氫反應過程中產生的熱量將使得液氫大量蒸發，從而極大地減少液氫在儲罐中的無損存儲時間。因此，在氫氣液化過程中必須采用催化劑促進低溫下的氫氣盡快地發生反應，使得液氫產品的仲氫含量盡可能接近于平衡態的含量(一般要求95％以上)。反之，平衡態的低溫液氫在被復溫至更高的溫度時，其中的仲氫會緩慢轉變為正氫，同時吸收熱量(產生冷量)，最終達到新的平衡態。這一過程也可以通過催化劑進行加速，從而實現對反應冷量的利用，如將反應冷量用于液氫儲罐輻射屏和絕熱支撐的冷卻等等。

正仲氫反應器是氫液化裝置或液氫儲存裝置中，采用催化劑加速正仲氫反應，使氫氣盡快逼近或達到平衡態的裝置。正仲氫反應器里填充有正仲氫反應催化劑，根據其結構和工作方式，可以分為絕熱反應器和等溫反應器。絕熱反應器處于絕熱狀態，入流的氫氣在催化劑的作用下發生反應，反應產生或吸收的熱量將使得氫氣溫度將隨之發生變化(正氫轉變為仲氫的反應，氫氣溫度升高；仲氫轉變為正氫的反應，氫氣溫度降低)；等溫反應器則處于等溫狀態，入流的氫氣在催化劑的作用下發生等溫反應。

正仲氫反應催化劑的催化性能是正仲氫反應催化劑開發和正仲氫反應器設計的必要數據，可用于構建反應動力學方程，計算反應速率和反應熱。正仲氫反應催化劑的催化性能數據一般以一系列空速曲線來呈現；所謂空速曲線在指定溫度和初始正/仲氫含量比例條件下，不同空速對應的反應產物中仲氫(或者正氫)的含量。

測量正仲氫催化劑的催化性能，即測量在不同溫度，空速以及初始正/仲氫含量比例條件下，催化劑催化絕熱反應或者等溫反應的氫氣反應產物中正氫和仲氫的含量。

現有技術中，正仲氫反應催化劑催化性能測試裝置只能滿足不同溫度和空速的調節，而對于特定溫度和空速下，進入待測正仲氫反應器的氫氣初始正仲氫含量則不能做到任意調節，不能滿足測試正仲氫催化劑催化性能的要求。

發明內容

為了獲得支持正仲氫催化劑開發和正仲氫反應器設計的正仲氫反應催化劑的空速曲線數據，測量不同溫度，空速以及初始正/仲氫含量比例條件下，催化劑催化絕熱反應或者等溫反應的氫氣反應產物中正氫和仲氫的含量，本發明提供一種正仲氫反應催化劑催化性能測試裝置，并采用以下技術方案：

一種正仲氫反應催化劑催化性能測試裝置，包括：進氣口分別與氫氣源連接且設有流量控制器的第一支路和第二支路、一級預冷換熱器、仲氫生成反應器、二級預冷換熱器、待測正仲氫反應器以及用于檢測待測正仲氫反應器進口和出口正仲氫含量的正仲氫含量測量裝置；

所述一級預冷換熱器和仲氫生成反應器分別與一級冷源熱連接；所述二級預冷換熱器與二級冷源熱連接；