本发明专利技术提供一种正仲氢反应催化剂催化性能测试装置，将测试氢气分为并联的两路，其中一路经过仲氢生成反应器并生成富含仲氢的平衡氢气，该平衡氢气与另一支路中的原始氢气汇合形成测试氢气；以该测试氢气作为初始气体通入待测正仲氢反应器中，对其进行测试。本发明专利技术的测试装置，可以通过调节两路氢气的流量，进而获得不同仲氢含量的初始氢气，进而能够测量在不同温度，空速以及初始正/仲氢含量比例条件下，待测正仲氢反应催化剂催化的氢气反应产物中仲氢的含量，为绘制催化剂的空速曲线提供原始的实验测量数据，为正仲氢反应催化剂开发和正仲氢反应器设计中必要的反应动力学方程构建、反应速率和反应热计算等过程提供数据支撑。撑。撑。
【技术实现步骤摘要】
一种正仲氢反应催化剂催化性能测试装置
[0001]本专利技术属于催化剂材料性能检测装置
，具体涉及一种正仲氢反应催化剂催化性能测试装置。
技术介绍
[0002]氢分子存在两种自旋异构体分别称之为正氢和仲氢，正氢中两个氢原子核自旋方向一致，仲氢中两个氢原子自旋方向相反。室温下，平衡态的氢气中的正仲氢比例约为0.75:0.25；而随着温度的降低，平衡态的氢气中的正仲氢比例逐渐降低，液氮温度(77.3K)下达到0.49:0.51，液氢温度(20.4K)下达到0.002/0.998。
[0003]室温下平衡态的氢气在被冷却至更低的温度时，其中的正氢会缓慢转变为仲氢，同时释放出热量，最终达到新的平衡态。在没有催化剂的情况下，上述正仲氢反应需要数天时间才能完成。未达到平衡态的液氢在缓慢的正仲氢反应过程中产生的热量将使得液氢大量蒸发，从而极大地减少液氢在储罐中的无损存储时间。因此，在氢气液化过程中必须采用催化剂促进低温下的氢气尽快地发生反应，使得液氢产品的仲氢含量尽可能接近于平衡态的含量(一般要求95％以上)。反之，平衡态的低温液氢在被复温至更高的温度时，其中的仲氢会缓慢转变为正氢，同时吸收热量(产生冷量)，最终达到新的平衡态。这一过程也可以通过催化剂进行加速，从而实现对反应冷量的利用，如将反应冷量用于液氢储罐辐射屏和绝热支撑的冷却等等。
[0004]正仲氢反应器是氢液化装置或液氢储存装置中，采用催化剂加速正仲氢反应，使氢气尽快逼近或达到平衡态的装置。正仲氢反应器里填充有正仲氢反应催化剂，根据其结构和工作方式，可以分为绝热反应器和等温反应器。绝热反应器处于绝热状态，入流的氢气在催化剂的作用下发生反应，反应产生或吸收的热量将使得氢气温度将随之发生变化(正氢转变为仲氢的反应，氢气温度升高；仲氢转变为正氢的反应，氢气温度降低)；等温反应器则处于等温状态，入流的氢气在催化剂的作用下发生等温反应。
[0005]正仲氢反应催化剂的催化性能是正仲氢反应催化剂开发和正仲氢反应器设计的必要数据，可用于构建反应动力学方程，计算反应速率和反应热。正仲氢反应催化剂的催化性能数据一般以一系列空速曲线来呈现；所谓空速曲线在指定温度和初始正/仲氢含量比例条件下，不同空速对应的反应产物中仲氢(或者正氢)的含量。
[0006]测量正仲氢催化剂的催化性能，即测量在不同温度，空速以及初始正/仲氢含量比例条件下，催化剂催化绝热反应或者等温反应的氢气反应产物中正氢和仲氢的含量。
[0007]现有技术中，正仲氢反应催化剂催化性能测试装置只能满足不同温度和空速的调节，而对于特定温度和空速下，进入待测正仲氢反应器的氢气初始正仲氢含量则不能做到任意调节，不能满足测试正仲氢催化剂催化性能的要求。
技术实现思路
[0008]为了获得支持正仲氢催化剂开发和正仲氢反应器设计的正仲氢反应催化剂的空
速曲线数据，测量不同温度，空速以及初始正/仲氢含量比例条件下，催化剂催化绝热反应或者等温反应的氢气反应产物中正氢和仲氢的含量，本专利技术提供一种正仲氢反应催化剂催化性能测试装置，并采用以下技术方案：
[0009]一种正仲氢反应催化剂催化性能测试装置，包括：进气口分别与氢气源连接且设有流量控制器的第一支路和第二支路、一级预冷换热器、仲氢生成反应器、二级预冷换热器、待测正仲氢反应器以及用于检测待测正仲氢反应器进口和出口正仲氢含量的正仲氢含量测量装置；
[0010]所述一级预冷换热器和仲氢生成反应器分别与一级冷源热连接；所述二级预冷换热器与二级冷源热连接；
[0011]所述第一支路出气口依次与一级预冷换热器的冷却管路I的进口、仲氢生成反应器进口连接；所述第二支路出气口与一级预冷换热器的冷却管路II的进口连接；
[0012]所述冷却管路II出口与仲氢生成反应器出口管路合并形成测试管路，该测试管路另一端依次与二级预冷换热器的进口、待测正仲氢反应器进口连接。
[0013]上述测试装置中，冷却管路I和冷却管路II可以是设于同一个一级预冷换热器中的两个并列管路，也可以是两个相互独立的一级预冷换热器。所述一级冷源可以是多个单独的冷源，可以分别对一个/多个一级预冷换热器或仲氢生成反应器提供冷量；也可以是同一个冷源，同时对一个/多个一级预冷换热器或仲氢生成反应器提供冷量。
[0014]上述测试装置中，正仲氢反应催化剂催化性能测试装置中的待测正仲氢反应器为填充有待测正仲氢催化剂的正仲氢催化反应器；仲氢生成反应器能够利用一级冷源，生成一级冷源制冷温度下富含仲氢的平衡态氢气，并通过对应的流量控制器调节第一支路和第二支路的气体流量，实现流入待测正仲氢反应器中反应氢气的初始仲氢含量的调节；由此，可获得测试正仲氢反应催化剂催化性能所需的参数，且结构简单，操作方便，成本低。
[0015]本专利技术的测试装置，将测试氢气分为并联的两路，其中一路经过仲氢生成反应器并生成富含仲氢的平衡氢气，该平衡氢气与另一支路中的原始氢气汇合形成测试氢气；以该测试氢气作为初始气体通入待测正仲氢反应器中，对其进行测试。
[0016]作为优选，所述测试装置还包括绝热环境舱，所述一级预冷换热器、一级冷源、仲氢生成反应器、二级预冷换热器、二级冷源、待测正仲氢反应器均置于所述绝热环境舱中。设置绝热环境舱的目的是降低来自室温环境的漏热，提高工作效率，降低运行能耗。
[0017]作为进一步优选，所述绝热环境舱为真空多层绝热腔，所述真空多层绝热腔由外至内依次包括真空外腔体、多层绝热层和绝热辐射屏；
[0018]所述绝热辐射屏与所述一级冷源热连接进行冷却，并控制其温度在50～100K之间；所述多层绝热层包裹在所述绝热辐射屏外部；真空外腔体一般采用不锈钢等金属材料制成的真空容器，工作时其真空压力控制在10
‑3Pa以下。
[0019]上述技术方案中，所述多层绝热层为多层镀铝薄膜、多层镀金薄膜堆叠而成，或铝箔膜与非金属隔层(比如玻璃纤维棉纸、尼龙网等等)交替堆叠而成。
[0020]作为进一步优选，所述测试装置还包括一级对流式换热器或/和二级对流式换热器；
[0021]所述二级对流式换热器设置在待测正仲氢反应器出口管路与测试管路之间；所述一级对流式换热器设置在待测正仲氢反应器出口管路与第一支路或/和第二支路之间；
[0022]在同时设置一级对流式换热器和二级对流式换热器时，二级对流式换热器低温侧管路出口与一级对流式换热器低温侧管路进口相连。
[0023]上述方案中，一级对流式换热器和/或二级对流式换热器的设置，能够回收待测正仲氢反应器出口管路内低温氢气的冷量，对第一支路与第二支路中的氢气和/或测试管路中的氢气进行预冷，提高冷源的冷能利用率，降低冷源的能耗。
[0024]作为进一步优选，所述一级对流式换热器和二级对流式换热器置于所述绝热环境舱中，减少漏热。
[0025]设于第一支路和第二支路上的两个流量控制器分别作为流量控制器A 和流量控制器B；设有一级对流式换热器时，第一支路、流量控制器A、一级对流式换热器的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种正仲氢反应催化剂催化性能测试装置，其特征在于，包括：进气口分别与氢气源连接且设有流量控制器的第一支路和第二支路、一级预冷换热器、仲氢生成反应器、二级预冷换热器、待测正仲氢反应器以及用于检测待测正仲氢反应器进口和出口正仲氢含量的正仲氢含量测量装置；所述一级预冷换热器和仲氢生成反应器分别与一级冷源热连接；所述二级预冷换热器与二级冷源热连接；所述第一支路出气口依次与一级预冷换热器的冷却管路I的进口、仲氢生成反应器进口连接；所述第二支路出气口与一级预冷换热器的冷却管路II的进口连接；所述冷却管路II出口与仲氢生成反应器出口管路合并形成测试管路，该测试管路另一端依次与二级预冷换热器的进口、待测正仲氢反应器进口连接。2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括绝热环境舱，所述一级预冷换热器、一级冷源、仲氢生成反应器、二级预冷换热器、二级冷源、待测正仲氢反应器均置于所述绝热环境舱中。3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述绝热环境舱为真空多层绝热腔，所述真空多层绝热腔由外至内依次包括真空外腔体、高真空多层绝热层和绝热辐射屏；所述绝热辐射屏与所述一级冷源热连接。4.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括一级对流式换热器或/和二级对流式换热器；所述二级对流式换热器设置在待测正仲氢反应器出口管路与测试管路之间；所述一级对流式换热器设置在待测正仲氢反应器出口管路与第...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴英哲，姜伟，陆小飞，
申请(专利权)人：上海司氢科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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