催化合金氢传感器装置和方法制造方法及图纸

开发了控制精炼或化学工艺过程的方法。该方法包括使进料导管（２０６）流入处理装置（２２２）；对进料流进行操作，产生流出物流（２４２）；使流出物流（２４２）离开处理装置；使至少一部分进料流或流出物流通过催化合金氢传感器（２１２），产生与进料流或流出物流中氢浓度相应的信号；将信号传至显示装置；以及至少响应催化合金氢传感器（２１２）产生的信号而调节该工艺过程的至少一个操作参数（２３２）。显示装置可以是计算机（２３０）的一部分，计算机自动调节操作参数。催化合金氢传感器（２１２）可以是铂－镍催化合金氢传感器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】催化合金氩传感器装置和方法专利
本专利技术涉及氢传感器，更具体地涉及用于模块化(modular)氢传感器 系统的组合件(assembly)，所迷系统采用催化合金氢传感器。专利技术背景长期以来，化学传感设备对于监视各种工艺过程是有帮助的。特别是氩 传感器，已经在许多应用中被采用，氩传感器经改进后所得到的传感器能够 检测宽范围的氢浓度，而且信号可重现.它们对氩浓度的变化响应迅速、可 逆，而且表现出抗中毒。一类特殊的氢传感器出现于1990年代早期，其时圣地亚国家实验室 (S汰ndia National Laboratory)开发了 一种单芯片氢传感器，它用柏-镍 (PdNi)催化合金作为氢气传感器。PdNi催化合金沉积在金属氧化物半导 体(CMOS)上，参见美国专利笫5279795号，其内容通过参考并入本文。 笫5279795号专利所述传感器的一个重要益处是，它能够在氢浓度变化至少 达6个数量级的动态范围内进行检测。用来解决氢浓度检测问题的现有固态 传感器通常局限于检测低浓度的氢。这些解决方案包括例如这样的技术金 属绝缘体-半导体(MIS )或金属氧化物—半导体(MOS)电容器和场效应 晶体管(FET)，以及铂栅极二极管(palladium-gated diodes)。第5279795 号专利中的传感器还在100- 140t:的大温度范围内提供了可靠的性能，能 够可靠地用于各种环境，如真空环境、无氧常温常压环境、存在不利振动的 环境和辐射环境.一般地，PdNi催化合金经证实可成功用于许多应用，但其他合金也可 用于探测氩。例子包括镍与催化金属如铂、铑，以及钯与铜、钯与铂、铂与 铬的合金，它们同样有效，第5279795号专利所述氢传感器是氢传感
的显著进步。然而， 它主要限于实验室环境，因为制造这种传感器遇到了困难。由于所用材料特 殊，椐信制造这种半导体器件所遇到的困难将导致生产器件的产率低下。若 产率低于可接受的水平，则难以获得在经济上存在商业化可能性的氩传感 器。5为提高器件的产率，人们发展了若干技术，试图制造可商业化的单芯片氢传感器.有两种这样的技术分別见述于题为"高效单芯片氢传感器(Robust Single-Chip Hydrogen Sensor)"的美国专利第6450007号、题为"可制造 的单芯片氢传感器(Mamifacturable Single-Chip Hydrogen Sensor)"的美 国专利第6"730r70号和题为"用于单芯片氩传感器的可渗透保护性涂料 (Permeable Protective Coating for a Single-Chip Hydrogen Sensor)"的美 国专利第6634213号，其内容全部通过参考并入本文。如今，由桑地亚国家 实验室原创的几类采用PdNi催化合金的不同氢传感器在市场上有售。从总体上看，这些氩传感器是利用催化合金吸附氩后其电阻或电导的变 化来工作的。当合金处于含氢环境时，催化合金中的铂金属成分催化分子氢 H2的反应，形成原子氢2H。然后，原子氢移动到PdNi合金膜的晶格中。 合金中的氩密度达到平衡，该密度与合金所处气相环境中的氢浓度成正比。 吸附到PdNi合金晶格中的氩改变了合金晶格中的电荷密度，从而导致合金 的电学变化而非化学变化。该器件就是通过此机制探测到H2分压的。传感器对其所处环境中氯的变化具有很短的响应时间。第5279795号专 利展示了传感器的这种快速响应，其方法是跟踪传感器循环暴露于含1 %氢 的气体中然后用氢吹扫的响应时间，此实验还表明，传感器的响应是可逆的，当从环境中清除氢时，传感器同它检测到氢的存在一样，迅速跟踪到氩的损 失.最后，因为检测机制是催化合金的电学变化，所以传感器不受烃干扰。 若考虑到传感器的可能应用，该特征尤其重要。对于需要监视或测量氢的应 用，不是本领域所有的氬传感器都会在每种应用中充分发挥作用.采用不同 技术的传感器具有各自独特的局限性，例如， 一类传感器可能受到环境中某 种成分的限制干扰，而另一类传感器可能在相同的环境中成功地发挥作用。 对于通常存在烃的领域如精炼工艺过程，以及包含石油化工产品和特殊化学 品的化学品来说，不受烃千扰的氢传感器开辟了一系列应用。其他应用可包 括氢純化操作、变压吸附工艺过程和控制或监视废物流。此外，相比于其他 传感器，用于该专利技术的氬传感器可在更高的温度下操作，比其他传感器具有 更快的榆出速度，闳此更寬范围的应用可采用该传感器.催化合金氩传感器原来已经得到考虑的潜在应用包括多数交通工具用到的铅酸蓄电池中累积氩的探测；制造氨或甲醇期间的漏氢检测；石油产品脱硫；采用高压氢的石化应用；电厂变压器即将发生的故障的检测；放射性废物罐和钚再处理中累积氢的监视；以及太空穿梭机发射期间和美国航空航天局(NASA)的其他行动中的漏氩检测，自PdNi催化合金专利技术以来，它 已用于各种不同的应用，并且经过改进，以便于制造和使用'然而，人们需要进一步跳出仅仅监视氨水平的限制，代之以在检测精炼 和化学工艺过程中一个或多个位置的氩浓度的基础上，对这些工艺过程进行 精确控制。测量氢的工艺位置通常涉及氩环境。催化合金氩传感器可用于测 量工艺过程中的一个或多个位置的氢浓度，然后将测量值与预定数值范围进 行比较，将测定值用于控制工艺过程的反馈回路，必要时对一个或多个搮作 参数进行一次或多次调整。控制过程往往随时间周期性进行，先测量氩浓度， 再与预定值比较，然后调整搮作参数。人们还需要具有适当形式的氬传感器，它容易用在各种石油精炼 (petroleum refming)和化学工艺过程中监视氢。 一旦集成到适用于精炼工艺 过程的形式中，传感器的应用范围将大为増加。传感器不再仅仅用于监视氩 的泄漏，而且可用于监视和控制精炼(refining)和化学工艺过程本身.包含传 感器的组合件形式应当模块化、具有适应性、可靠且便于应用。作为本专利技术的一个实施方式，将传感器整合入合适的組合件中，该組合 件可用于反馈回路，以控制精炼或化学工艺过程的一个或多个操作参数。该 组合件可支持在主栽体上，具有针阀、压力指示器、催化合金传感器和背压 调节器。其他任选组件有过滤器、止回阀和热电偶。用于校准传感器的装置 也可连接到组合件上，或构成其一部分。在一个实施方式中，传感器还可包 含整合(integrated)的温控器。在另一个实施方式中，传感器可包含整合 的压力指示器.在又一个实施方式中，传感器可包含处理器，以利用压力测 量值和来自传感器的氢测量值计算物流中氢的摩尔百分比。所述组合件可用于控制产生或消耗氢、使用氢作为脱附剂或使用氢作为 稀释剂的精炼或化学工艺过程。所述工艺过程的例子包括裂解、加氢裂解、 芳烃烷基化(aromatic alkylation)、异链烷烃烷基化、异构化、聚合、重 整、脱蜡、加氢、脱氢、烷基转移、脱烷基、水合、脱水、加氢处理、加氢 脱氮、加氢脱硫、甲烷化、开环、合成气变换和氢纯化(hydrogen purification)。在一个具体例子中，该组合件用于控制工艺过程，在使用吸 附剂分离烃的异构化工艺过程中，为改变吸附或脱附循环建立最佳时间隔。可用本专利技术进行控制的精炼或化学装置包括以下例子例如反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
控制精炼或化学工艺过程的方法，其包括：　ａ）使进料流流入处理装置；　ｂ）在处理装置中对进料流进行操作，以产生流出物流；　ｃ）使流出物流离开处理装置；　ｄ）使至少一部分进料流或流出物流通过催化合金氢传感器，产生与进料流 或流出物流中氢浓度相应的信号；　ｅ）将信号传至显示装置；以及　ｆ）至少响应催化合金氢传感器产生的信号而调节所述工艺过程的至少一个操作参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：DB加罗维，RE霍尔特，PJ巴伦，
申请(专利权)人：环球油品有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]