[发明专利]一种可自检的正仲氢转换装置

说明书

本发明是一种用于将常温下的普通氢气转换为仲氢气并配备检验系统的完整机械装置，包括真空气路系统、催化转换装置、纯度检验装置和气体存储气瓶；其中真空气路系统由一个机械泵和气路及多个阀门组成，通过控制阀门使氢气进入真空的气路免受其中的空气污染；催化转换装置由一台冷泵和催化剂组成，普通氢气通过低温催化剂产生仲氢气，并通过流量计控制流速以保证催化效率；纯度检验装置通过添加液氮，使用热导率法测量气体纯度；将制备的纯净仲氢气存入一个铝气瓶中以延长气体寿命。本发明可以定量的将普通氢气转化为仲氢气，是一套集转换与纯度检验一体的正仲氢转换装置。

技术领域

本发明涉及一种可自检的氢气的正仲转换装置。

背景技术

氢气是一种极易燃烧，无色透明、无臭无味的气体。氢气在氢气生物学效应、工业、医学、燃料应用等诸多行业都有着重要的应用。氢具有固液气三态，其中液氢具有便于储存、气化膨胀倍率大的优点，是氢能储存的重要方式之一。液氢通常可作为运载火箭推进剂，近年来，还被应用于超导磁储能技术。

氢分子有正氢和仲氢两种形态，其中氢原子自旋方向相同的两个氢原子叫做正氢，自旋方向相反的两个氢原子被称为仲氢。仲氢由于其独特的偏振特性所产生的仲氢诱导极化技术(PHIP)已经被应用于化学、医学和生物等各个领域。比如，仲氢作为催化加氢反应的诊断工具，可以检测出催化加氢反应中的极少量催化中间体。仲氢还是激光拉曼转换的介质，以仲氢为介质产生的受激转动拉曼散射可产生16um波段的可调谐激光，在激光化学和光谱科学中有重要应用。仲氢也是液氢制备过程中的重要环节，制备液氢的原料要求其中仲氢含量为95％以上。

在自然条件下，氢分子是由仲氢分子和正氢分子两部分组成的，其比例为1:3。仲氢具有反对称的核自旋结构，只对应转动量子数为偶数的能级；正氢具有对称的核自旋结构，只对应转动量子数为奇数的能级。根据选择定则，正氢和仲氢之间的跃迁是禁阻的。但是由于核自旋和电子之间有弱相互作用，分子间碰撞可导致仲氢与正氢之间的跃迁，但是这个过程往往需要几个月的时间，而且要在持续的低温条件下转化才能发生。

正仲氢的催化转化技术有三种方式：单级液相转换、多级转换和连续转换。进行正仲氢转换的反应器，一般有绝热型、等温型和连续型三种类型。绝热型反应器不用外部冷源冷却，过程简单，产生的转化热，靠升高反应气流的温度带走。等温型反应器有装有催化剂的习惯，通过液氮或液氢保证反应过程。连续型反应器又称恒推动力反应器，实际上是一个装有催化剂的换热器。原料与冷气流进行热交换来冷却。传统的正仲氢转换技术需要消耗昂贵的液氮或者液氦作为冷却物质，转换过程也不能随时检测纯度。氢气的检测也通常采用色谱分析仪进行检测分析，或者拉曼激光手段做为检测工具，需要复杂的设备和成本。热导率法是气体分析的有效方法，但是常规的气体分析仪器很难测量在175K温度下热导率敏感的正仲氢分子。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种氢气的正仲转换装置。

一种可自检的正仲氢转换装置，包括第一至第十二阀门、冷泵、催化剂、机械泵、压力表、纯度检验装置、气瓶，

催化剂置于一二端开口的金属管中，金属管外壁面与冷泵的冷头相贴接；

金属管和冷泵的冷头均处于一密闭腔室内，金属管的二开口端分别穿过腔室壁面伸出至腔室外部，金属管的一开口端依次经第二阀门和第一阀门通过管路与普通氢气气源相连，金属管的另一开口端依次经第三阀门和第六阀门通过管路与气瓶相连；

密闭腔室的壁面上设有抽气通孔，抽气通孔经第十二阀门通过管路与机械泵的进气口相连；机械泵的进气口依次经第九阀门和第十阀门与第二阀门和第一阀门之间的连接管路相连通；

机械泵的进气口依次经第四阀门、第五阀门、第八阀门和第十一阀门通过管路与纯度检验装置的样品气进口相连；

第九阀门和第十阀门之间的连接管路与第五阀门和第八阀门之间的连接管路上分别接压力表；