一种催化剂消氢性能的测试系统及测试方法技术方案

本发明专利技术公开了一种催化剂消氢性能的测试系统及测试方法，属于催化反应工程领域。所述系统包括氢气钢瓶、减压阀、质量流量计、止逆阀、空气压缩机、缓冲罐、第一电动调节阀、第一旋进流量计、混合配气管、催化反应器、第二电动调节阀、第二旋进流量计、第一压力变送器、第一热电偶、第一湿度计、第二压力变送器、第二热电偶、第二湿度计和数据采集控制系统；所述方法通过数据采集控制系统，记录催化反应器进口和出口的温度、压力、氢气含量和相对湿度随时间变化。本发明专利技术所述系统和方法能够精确模拟核电站安全壳设计基准事故状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于催化反应工程领域。
技术介绍
目前，市面上针对消氢催化剂性能测试的装置多用于高温常压条件下的性能测试，采用的催化床多为固定填充床，形式为单根圆管，在中部填充催化剂。氢气和空气的混合气体(简称气氛)从催化床底部通入，经过催化剂填充段后从顶部排出。存在问题为气流经过催化剂时阻力大，通入的气氛湿度不能过高，否则会影响氢气分析仪的正常使用。而核电站中安装的消氢装置要应对多种工况，比如高温高湿、含有酸性或者碱性的蒸汽的气氛条件；同时，消氢催化剂与气氛的接触形式也与固定填充床形式不同。因此，现有的实验装置均不能满足核电站用消氢催化剂的性能测试。此外，在现有技术中，配制混合气作为实验用气源，为实现气体混合均匀，大多需要在压力容器内部安装风机或搅拌装置，因此对容器的要求高，能耗也较高。
技术实现思路
为模拟核电站安全壳设计基准事故状态，精确调节温度、压力、混合气中的氢气含量和混合气的相对湿度，本专利技术的目的是提供。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下一种催化剂消氢性能的测试系统，所述系统包括氢气钢瓶、减压阀、质量流量计、止逆阀、空气压缩机、缓冲罐、第一电动调节阀、第一旋进流量计、混合配气管、催化反应器、第二电动调节阀、第二旋进流量计、第一压力变送器、第一热电偶、第一湿度计、第二压力变送器、第二热电偶、第二湿度计和数据采集控制系统；其中，氢气钢瓶、减压阀、质量流量计通过管路依次顺序连接后，与止逆阀的一端连接；缓冲罐下部开有进气口，上部开有出气口 ；空气压缩机、缓冲罐进气口、缓冲罐出气口、第一电动调节阀依次顺序连接后，与第一旋进流量计的一端连接；催化反应器的下部开有进气口，顶部开有排气口 ；止逆阀的另一端与第一旋进流量计的另一端连接后，通过混合配气管，与催化反应器的进气口连接；催化反应器的排气口通过管路依次与第二电动调节阀、第二旋进流量计连接；在缓冲罐和第一电动调节阀之间设有第一压力变送器、第一热电偶、第一湿度计，在催化反应器的排气口和第二电动调节阀之间设有第二压力变送器、第二测温热电偶、第二湿度计、反应器出口氢气含量测点；缓冲罐内部设有加热元件，优选缓冲罐侧壁下部开有第一加液口 ；优选混合配气管包括管路、连接杆和扰流板，其中连接杆位于管路内部且与管路同轴，扰流板为半圆环形，内圆半径与连接杆直径相匹配，外圆与管路内壁抵触连接；在管路一端的外壁上开有氢气进气孔；在连接杆上均布垂直安装有6 10个扰流板，扰流板半圆形面的朝向依次为上前下后四个方向排列，相邻扰流板的间距为50mm ；催化反应器包括喷嘴、箱体、气体排出管路、压力变送器a、热电偶a、热电偶b ；箱体为长方体结构，箱体下部侧壁开有进气口，混合配气管一端分别与止逆阀和第一旋进流量计连接，另一端通过进气口进入箱体后，延伸到箱体中心轴线上，向下弯折90°后与喷嘴连接，喷嘴侧壁开有通孔，优选通孔直径< 3_，喷嘴侧壁通孔的表面积之和与混合配气管的截面面积相等；在箱体中固定有催化剂板,催化剂板位于混合配气管上方,在箱体中纵向分布；两片相邻的催化剂板间设有热电偶b ；优选催化剂板为长方板或长方盒，长方板表面为平板或网格状，厚度为0. 5^0. 6mm ;长方盒表面为网格结构,厚度为内装催化剂小球；热电偶a位于催化反应器内部中心轴线上，混合配气管和催化剂板之间；在催化反应器侧壁上设有压力变送器a和反应器进口氢气含量测点；优选压力变送器、反应器进口氢气含量测点、热电偶a位于催化反应器的同一高度处；箱体顶端连有气体排出管路；优选气体排出管路与混合配气管的直径相同；优选在催化反应器侧壁下方开有第二加液口 ；数据采集控制系统分别与质量流量计、缓冲罐内的加热元件、第一电动调节阀、第一旋进流量计、催化反应器内的热电偶a、热电偶b、第二电动调节阀、第二旋进流量计、第一压力变送器、第一热电偶、 第一湿度计、第二压力变送器、第二热电偶、第二湿度计、反应器进口氢气含量测点、反应器出口氢气含量测点连接。其中，氢气钢瓶的作用为，为系统提供反应所用的氢气；减压阀的作用为，将从氢气钢瓶输出的氢气进行减压；质量流量计的作用为，调节从减压阀输出的氢气流量；止逆阀的作用为，在整个过程中处于开启状态，防止氢气与空气的混合气回流，弓丨起爆炸；空气压缩机的作用为，为系统提供压缩空气；缓冲罐的作用为，将从空气压缩机输出的压缩空气稳压，并对压缩空气进行加热和加湿；第一电动调节阀的作用为，配合第二电动调节阀，调节压缩空气流量；第一旋进流量计的作用为，测量压缩空气流量；混合配气管的作用为，使输入催化反应器的氢气和空气混合均匀；催化反应器的作用为，提供催化剂消氢反应进行的场所；第二电动调节阀的作用为，通过调节催化反应器出口的气体流量，控制催化反应器内的压力；通过调节催化反应器出口的气体流量为5 12Nm3/h，控制催化反应器内的压力为(To. 5MPa (表压)；第二旋进流量计的作用为，测量催化反应器出口的气体流量；压力变送器、热电偶、湿度计的作用分别为，对表压、温度和相对湿度进行测量；数据采集控制系统的作用为，显示并记录系统表压、温度和相对湿度，以及控制质量流量计、第一电动调节阀、第二电动调节阀和缓冲罐内的加热元件。一种催化剂消氢性能测试方法，所述方法具体步骤如下测试开始前，止逆阀处于开启状态，其余所有阀门处于关闭状态；步骤一、打开第一电动调节阀，开启空气压缩机，向缓冲罐内充入压缩空气，空气依次通过第一电动调节阀、第一旋进流量计后，进入催化反应器，通过催化反应器侧壁上的压力变送器a读出压力，使催化反应器内的压力维持在0.5±0.02MPa (表压)后，经IOlOmin后关闭空气压缩机，开启第二电动调节阀，放空整个系统内的压缩空气；其中，优选步骤一结束后从第一加液口向缓冲罐中加入水，液面在缓冲罐的空气进气口以下；从第二加液口向催化反应器中加入水或酸碱性液体，液面淹没喷嘴且不与催化剂板接触；其中，酸碱性液体为硼酸和磷酸钠的混合溶液，pH选为设定值；步骤二、开启缓冲罐内的加热元件，将缓冲罐内的空气加热至第一选定温度后，开启空气压缩机，空气依次通过第一电动调节阀、第一旋进流量计后，进入催化反应器，使催化反应器内温度维持在第二选定温度；其中，第一选定温度>第二选定温度，且第一选定温度范围为3(T350°C，第二选定温度范围为25 222 °C ；步骤三、调节第一电动调节阀、第二电动调节阀，使催化反应器内压力维持在(TO. 5MPa (表压)；通过第二旋进流量计读出出口气体流量为5 12Nm3/h ；步骤四、开启氢气钢瓶，调节减压阀使氢气压力为(TO. 55MPa后，开启并调节质量流量计，使氢气流量为0. 05、. 48Nm3/h，氢气依次通过减压阀、质量流量计、止逆阀，与压缩空气混合得到混合气，混合气通过混合配气管进入催化反应器后，从喷嘴喷出，与催化剂板接触，混合气中的氢气和氧气在催化剂板表面发生反应，通过催化反应器内的热电偶a、侧壁上的压力变送器a、反应器进口氢气含量测点和第一湿度计，监控催化反应器进口温度、压力、氢气含量和相对湿度随时间变化，通过催化剂板间分布的热电偶b，监控催化剂板表面温度随时间变化，反应后的混合气经过气体排出管路排出；步骤五、当催化反应器进口、出口氢气含量测点检测氢气含量不再本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化剂消氢性能的测试系统，其特征在于：所述系统包括：氢气钢瓶、减压阀、质量流量计、止逆阀、空气压缩机、缓冲罐、第一电动调节阀、第一旋进流量计、混合配气管、催化反应器、第二电动调节阀、第二旋进流量计、第一压力变送器、第一热电偶、第一湿度计、第二压力变送器、第二热电偶、第二湿度计和数据采集控制系统；其中，氢气钢瓶、减压阀、质量流量计通过管路依次顺序连接后，与止逆阀的一端连接；其中缓冲罐下部开有进气口，上部开有出气口，内部设有加热元件；空气压缩机、缓冲罐进气口、缓冲罐出气口、第一电动调节阀依次顺序连接后，与第一旋进流量计的一端连接；催化反应器的下部开有进气口，顶部开有排气口；止逆阀的另一端与第一旋进流量计的另一端连接后，通过混合配气管，与催化反应器的进气口连接；催化反应器的排气口通过管路依次与第二电动调节阀、第二旋进流量计连接；在缓冲罐和第一电动调节阀之间设有第一压力变送器、第一热电偶、第一湿度计，在催化反应器的排气口和第二电动调节阀之间设有第二压力变送器、第二测温热电偶、第二湿度计、反应器出口氢气含量测点；催化反应器包括喷嘴、箱体、气体排出管路、压力变送器a、热电偶a、热电偶b；箱体为长方体结构，箱体下部侧壁开有进气口，混合配气管一端分别与止逆阀和第一旋进流量计连接，另一端通过进气口进入箱体后，延伸到箱体中心轴线上，向下弯折90°后与喷嘴连接，喷嘴侧壁开有通孔；在箱体中固定有催化剂板，催化剂板位于混合配气管上方，在箱体中纵向分布；两片相邻的催化剂板间设有热电偶b；热电偶a位于催化反应器内部中心轴线上，混合配气管和催化剂板之间；在催化反应器侧壁上设有压力变送器a和反应器进口氢气含量测点；箱体顶端连有气体排出管路；数据采集控制系统分别与质量流量计、缓冲罐内的加热元件、第一电动调节阀、第一旋进流量计、催化反应器内的热电偶a、热电偶b、第二电动调节阀、第二旋进流量计、第一压力变送器、第一热电偶、第一湿度计、第二压力变送器、第二热电偶、第二湿度计、反应器进口氢气含量测点、反应器出口氢气含 量测点连接。...

【技术特征摘要】
1.一种催化剂消氢性能的测试系统，其特征在于所述系统包括氢气钢瓶、减压阀、质量流量计、止逆阀、空气压缩机、缓冲罐、第一电动调节阀、第一旋进流量计、混合配气管、催化反应器、第二电动调节阀、第二旋进流量计、第一压力变送器、第一热电偶、第一湿度计、第二压力变送器、第二热电偶、第二湿度计和数据采集控制系统； 其中，氢气钢瓶、减压阀、质量流量计通过管路依次顺序连接后，与止逆阀的一端连接； 其中缓冲罐下部开有进气口，上部开有出气口，内部设有加热元件；空气压缩机、缓冲罐进气口、缓冲罐出气口、第一电动调节阀依次顺序连接后，与第一旋进流量计的一端连接; 催化反应器的下部开有进气口，顶部开有排气口 ；止逆阀的另一端与第一旋进流量计的另一端连接后，通过混合配气管，与催化反应器的进气口连接；催化反应器的排气口通过管路依次与第二电动调节阀、第二旋进流量计连接； 在缓冲罐和第一电动调节阀之间设有第一压力变送器、第一热电偶、第一湿度计，在催化反应器的排气口和第二电动调节阀之间设有第二压力变送器、第二测温热电偶、第二湿度计、反应器出口氢气含量测点； 催化反应器包括喷嘴、箱体、气体排出管路、压力变送器a、热电偶a、热电偶b ； 箱体为长方体结构，箱体下部侧壁开有进气口，混合配气管一端分别与止逆阀和第一旋进流量计连接，另一端通过进气口进入箱体后，延伸到箱体中心轴线上，向下弯折90°后与喷嘴连接，喷嘴侧壁开有通孔； 在箱体中固定有催化剂板，催化剂板位于混合配气管上方，在箱体中纵向分布；两片相邻的催化剂板间设有热电偶b ； 热电偶a位于催化反应器内部中心轴线上，混合配气管和催化剂板之间；在催化反应器侧壁上设有压力变送器a和反应器进口氢气含量测点； 箱体顶端连有气体排出管路； 数据采集控制系统分别与质量流量计、缓冲罐内的加热元件、第一电动调节阀、第一旋进流量计、催化反应器内的热电偶a、热电偶b、第二电动调节阀、第二旋进流量计、第一压力变送器、第一热电偶、第一湿度计、第二压力变送器、第二热电偶、第二湿度计、反应器进口氢气含量测点、反应器出口氢气含量测点连接。2.根据权利要求1所述的一种催化剂消氢性能的测试系统，其特征在于缓冲罐侧壁下部开有第一加液口，在催化反应器侧壁下方开有第二加液口。3.根据权利要求1所述的一种催化剂消氢性能的测试系统，其特征在于混合配气管包括管路、连接杆和扰流板，其中连接杆位于管路内部且与管路同轴，扰流板为半圆环形，内圆半径与连接杆直径相匹配，外圆与管路内壁抵触连接；在管路一端的外壁上开有氢气进气孔； 在连接杆上均布垂直安装有6 10个扰流板，扰流板半圆形面的朝向依次为上前下后四个方向排列，相邻扰流板的间距为50mm。4.根据权利要求1所述的一种催化剂消氢性能的测试系统，其特征在于催化反应器内喷嘴的通孔直径≤ 3mm，喷嘴侧壁通孔的表面积之和与混合配气管的截面面积相等。5.根据权利要求1所述的一种催化剂消氢性能的测试系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜韶堃，赵宁，陶智勇，朱敏，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一八研究所，
类型：发明
国别省市：