一种超临界混合工质中氢的燃烧特性的测量系统技术方案

一种超临界混合工质中氢的燃烧特性的测量系统，包括甲醇箱、第一高压恒流泵、管式电炉、高压气瓶、水箱、加料器、双氧水分解段、反应段、气液分离器、气体流量计以及气相色谱仪；其中，高压气瓶与加料器相连；水箱与加料器相连；加料器还与双氧水分解段相连，双氧水分解段与反应段相连，反应段上位于不同长度处设置有出口管道，每路管道均经与气液分离器、气体流量计与气相色谱仪相连；甲醇箱经第一高压恒流泵与管式电炉相连，管式电炉与反应段上的一路出口管道相连。本实用新型专利技术能测量高温高压条件下超临界H2O/CO2/H2中氢和氧在不同反应时间前后的浓度变化，获得反应包括活化能和指前因子在内的动力学参数。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界混合工质中氢的燃烧特性的测量系统
本技术涉及燃烧特性的实验测量领域，尤其涉及一种超临界混合工质中氢的燃烧特性的测量系统。
技术介绍
传统的煤炭燃烧利用方式有着能量利用效率低、污染严重等固有缺陷，带来日益严峻的社会和环境问题，因此清洁高效的新型煤炭利用技术越来越受到人们关注。目前以水相环境煤气化为核心的新型煤制氢及发电理论与技术，利用超临界水独特的物理化学性质，采用“一锅水蒸煤”的形式将煤转化为高纯度的H2和CO2，从源头上实现氮氧化物、硫氧化物和固体颗粒物的零排放并实现CO2的资源化利用。但煤的超临界水气化是吸热反应，反应过程中需要吸收大量热量。传统的电加热方式需要增加额外能量输入，加大了设备的复杂性。向气化后的超临界H2O/CO2/H2混合工质通入氧气，使H2缓慢燃烧放热，可以实现体系的自供热。因此，获得超临界H2O/CO2/H2中氢燃烧的动力学参数对于该技术的应用具有重大意义。
技术实现思路
为实现上述技术目标，本技术提供了一种超临界混合工质中氢的燃烧特性的测量系统，能够测量不同条件下超临界混合工质中氢的燃烧速率，进而获得该反应的动力学参数，为超临界混合工质中氢气燃烧的工业化应用提供理论指导。为实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：一种超临界混合工质中氢的燃烧特性的测量系统，包括甲醇箱、管式电炉、高压气瓶、水箱、加料器、双氧水分解段、反应段、气液分离器以及气相色谱仪；其中，高压气瓶与加料器相连；水箱与加料器相连；加料器还与双氧水分解段相连，双氧水分解段与反应段相连，反应段上位于不同长度处设置有出口管道，每路管道经气液分离器与气相色谱仪相连；甲醇箱与反应段上的入口管道相连。本技术进一步的改进在于，冷却器为套管式冷却器。本技术进一步的改进在于，高压气瓶与加料器之间设置有料罐，加料器包括密封座、封头、器体和活塞，器体顶部设置有密封座，密封座上设置有封头。本技术进一步的改进在于，器体内设置有能够上下移动的活塞，活塞将器体内部空腔分为上空腔和下空腔；料罐与加料器的下空腔相连，水箱与加料器的上空腔相连。本技术进一步的改进在于，水箱与第二高压恒流泵相连，第二高压恒流泵与加料器相连。本技术进一步的改进在于，双氧水分解段与反应段均设置在沙浴炉内。本技术进一步的改进在于，双氧水分解段和反应段在沙浴炉中采用双层线性布置、双层倾斜布置或者螺旋形布置。本技术进一步的改进在于，反应段的每路出口管道上均设置有冷却器与球阀。本技术进一步的改进在于，双氧水分解段和反应段的材质为316不锈钢，Inconel625不锈钢或哈氏合金C276不锈钢。本技术进一步的改进在于，每路管道均经与背压阀相连，背压阀与气液分离器相连。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：(1)本技术利用甲醇的超临界水气化来产生超临界H2O/CO2/H2混合工质，甲醇的气化效率可以达到98％以上，避免了其他气化产物对氢气燃烧的干扰；(2)利用双氧水的高温分解来产生超临界H2O/O2混合工质，分解率可以达到99％以上，且可以通过改变双氧水的浓度来改变氧气的浓度；(3)与利用高压气瓶直接向超临界系统中通入氢气和氧气的技术相比，该实验系统避免了气体回流进入高压气瓶发生爆炸的可能，大大提高了实验的安全性，并且系统节省空间，易于布置；(4)该系统中同一工况条件下混合工质在反应段中的停留时间通过改变反应段的长度来改变，避免了改变流速对实验结果的影响，提高了实验的精度。测量时，本技术利用甲醇的超临界水气化来产生超临界H2O/CO2/H2混合工质，利用双氧水溶液高温分解来产生氧气，超临界H2O/CO2/H2工质和氧在反应段中混合并发生反应，同一工况条件下通过改变反应段的长度来改变混合工质在不同长度的反应段中的停留时间。反应后的混合工质经过套管式冷却器后冷却至室温，并由气相色谱仪测得混合工质中不同组分的含量，从而得到不同工况条件下超临界混合工质中氢的燃烧速率，进而获得该反应的包括活化能和指前因子在内的动力学参数。附图说明图1为根据本技术实施例超临界H2O/CO2/H2中氢的燃烧特性的实验测量系统的结构示意图；图2为图1所示超临界H2O/CO2/H2中氢的燃烧特性的实验测量系统中加料器的结构示意图。图中，1-甲醇箱；2-第一高压恒流泵；3-管式电炉；4-高压气瓶；5-料罐；6-水箱；7-加料器；8-双氧水分解段；9-反应段；10-沙浴炉；11-冷却器；12-球阀；13-背压阀；14-气液分离器；15-气体流量计；16-气相色谱仪；17-密封座；18-封头；19-器体；20-活塞；21-第二高压恒流泵，22-第一入口管道，23-第二入口管道，24-第一出口管道，25-第二出口管道，26-第三出口管道，27-第四出口管道。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向术语是用来说明并非用来限制本技术的保护范围。参见图1，本技术的测量系统包括甲醇箱1、第一高压恒流泵2、管式电炉3、高压气瓶4、料罐5、水箱6、加料器7、双氧水分解段8、反应段9、沙浴炉10、冷却器11、球阀12、背压阀13、气液分离器14、气体流量计15以及气相色谱仪16。甲醇箱1、第一高压恒流泵2以及管式电炉3组成CO2/H2混合工质供给部分；高压气瓶4、料罐5、水箱6、第一高压恒流泵2和加料器7组成氧供给部分；数据采集部分包括热电偶、压力表和压力传感器以及气相色谱仪16，数据采集部分用于获得压力、温度等参数，并测量反应前后混合工质中不同组分的含量。其中，高压气瓶4与料罐5相连，料罐5与加料器7相连；水箱6与第二高压恒流泵21相连，第二高压恒流泵21与加料器7相连。加料器7还与双氧水分解段8相连，双氧水分解段8经第二入口管道23与反应段9相连，双氧水分解段8与反应段9均设置在沙浴炉10内；反应段9上位于不同长度处设置有出口管道，具体的，反应段9分为四段，共4个出口管道，两个入口，分别为第一入口管道22和第二入口管道23，4个出口管道分别为第一出口管道24、第二出口管道25、第三出口管道26以及第四出口管道27。反应段9用于为混合工质中氢和氧的反应提供不同的停留时间。每路出口管道上均设置有冷却器11与球阀12，每路管道均经与背压阀13相连，背压阀13经气液分离器14、气体流量计15与气相色谱仪16相连。具体的，冷却器11为套管式冷却器，且内管呈螺旋形，冷却器11为冷却装置，用于将反应后的高温混合工质冷却至室温。背压阀13用于实现和调节系统中的高压环境。气液分离器14为气液分离装置，用于将冷却后的混合物中的气体和液体分离，气体从上出口流出，液体从下出口流出。气体流量计15用于测量反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超临界混合工质中氢的燃烧特性的测量系统，其特征在于，包括甲醇箱(1)、高压气瓶(4)、水箱(6)、加料器(7)、双氧水分解段(8)、反应段(9)以及气液分离器(14)以及气相色谱仪(16)；其中，高压气瓶(4)与加料器(7)相连；水箱(6)与加料器(7)相连；加料器(7)还与双氧水分解段(8)相连，双氧水分解段(8)与反应段(9)相连，反应段(9)上位于不同长度处设置有出口管道，每路管道均经气液分离器(14)与气相色谱仪(16)相连；甲醇箱(1)与反应段(9)上的入口管道相连。

【技术特征摘要】
1.一种超临界混合工质中氢的燃烧特性的测量系统，其特征在于，包括甲醇箱(1)、高压气瓶(4)、水箱(6)、加料器(7)、双氧水分解段(8)、反应段(9)以及气液分离器(14)以及气相色谱仪(16)；其中，高压气瓶(4)与加料器(7)相连；水箱(6)与加料器(7)相连；加料器(7)还与双氧水分解段(8)相连，双氧水分解段(8)与反应段(9)相连，反应段(9)上位于不同长度处设置有出口管道，每路管道均经气液分离器(14)与气相色谱仪(16)相连；甲醇箱(1)与反应段(9)上的入口管道相连。2.根据权利要求1所述的超临界混合工质中氢的燃烧特性的测量系统，其特征在于，冷却器(11)为套管式冷却器。3.根据权利要求2所述的混合工质中氢的燃烧特性的测量系统，其特征在于，高压气瓶(4)与加料器(7)之间设置有料罐(5)，加料器(7)包括密封座(17)、封头(18)、器体(19)和活塞(20)，器体(19)顶部设置有密封座(17)，密封座(17)上设置有封头(18)。4.根据权利要求3所述的混合工质中氢的燃烧特性的测量系统，其特征在于，器体(19)内设置有能够上下移动的活塞(20)，活塞(20)将器体(19)内部空腔分为上空腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕友军，李国兴，霍朋举，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61