[发明专利]一种具有活化功能的正仲氢催化转化装置及方法

说明书

本公开的具有活化功能的正仲氢催化转化装置及方法，通过将正仲氢转化装置、加热棒、升降马达固定安装在容器盖上，正仲氢转化装置和加热棒固定安装在容器盖的下方，升降马达通过升降杆固定安装在容器盖的上方；正仲氢转化装置通过真空连接管路与真空泵相连接；保温容器设置在容器盖下方，且容纳正仲氢转化装置和加热棒。能够高效、快速的通过催化转化得到不同仲氢含量的氢气样品，并在必要时进行催化剂的活化，操作便捷，可靠性高，利于推广，且通过设置流量下限，自动装置远程精准控制正仲氢转化装置在预冷介质中的下降速率，防止空气倒吸。

技术领域

本发明属于氢能应用、液氢生产过程中的仲氢气体分析技术领域，具体涉及一种具有活化功能的正仲氢催化转化装置及方法。

背景技术

随着全球气候环境保护形势日益严峻，应对气候变化压力持续增大，氢能在世界范围内备受关注，能源供给改革成为当下社会政治、经济、技术关注的热点。根据国际氢能委员会发布的《氢能源未来发展趋势调研报告》，预计到2050年，氢能源的需求将是目前的10倍。

氢能利用需要解决制取、储运和应用等一系列问题，而规模化储运则是氢能应用的瓶颈和关键。液氢的体积能量密度是35MPa氢气的3倍，是70MPa氢气的1.8倍。如果通过低成本使用，采取大规模高效液化技术，氢液化的成本将大大降低，则液氢储运成本优势将更加明显。液氢具有携氢密度大、增加车辆(装备)续驶里程、运输成本低、储氢纯度高、液体低压储存和使用安全性好于大规模高压气态形式等优势，氢的大规模供应都是以液氢供应为主，我国氢能的规模化应用也必将沿着这条路线走下去，这也将是解决氢能低成本高效储运及供应的有效途径。

同时，我国目前正在开展载人航天、深空探测、重型运载火箭研制等国家重大专项工程，在该工程研制和应用阶段也将使用大量的液氢。只有具备先进的氢液化系统设计制造能力，才能稳步、安全地开展后续的重大工程项目。

氢气的液化温度很低，只有将氢气冷却到一定温度以下，才能将其液化，但是氢气的冷却液化过程需要耗费大量的能量，导致液化效率低和能耗大的缺陷。

氢为双原子分子，两个氢原子核是绕轴自转的。根据两个核自旋的相对方向，氢分子可分为正氢和仲氢。通常的氢是这两种形式氢分子的混合物，正仲氢的平衡浓度仅与温度有关，不同温度下正仲氢浓度达到稳定平衡的氢气称为平衡氢。室温以上的温度时，含正氢75％，仲氢25％。液氢饱和温度20.4K下，仲氢的平衡浓度为99.82％。氢液化过程中的正仲转化是一放热反应，转化中放出的热量与转化时的温度有关。为减少正仲氢转化放热造成的液氢储存蒸发损失，一般要求液氢产品中仲氢含量在95％以上。

因此，氢液化的主要指标之一是仲氢含量，须根据工艺要求进行仲氢含量的测定。仲氢含量测定的关键是需要配备一个正仲氢转化装置，内含催化剂，以获得特定温度下的仲氢含量，作为标准样品，与液氢样品使用热导气相色谱分析方法进行分析测定，用标准曲线法或计算系数法计算出样品中仲氢含量。另外在一些科学研究中，也需要得到不同仲氢含量的氢气样品，供研究试验使用。

目前，现有专利(ZL 201320161523.5)提出了一种正仲氢转化装置，该装置在使用过程中，存在两个影响仲氢含量结果的问题。

一是，催化剂活化后密封问题。催化剂使用中，无论是由于误操作还是长期使用而导致催化效率下降时，均需要重新活化才能进行后续的使用，但是该专利中，催化剂活化时，需要将整个装置从原系统中拆下，然后连接到活化专用的气路中，使用加热炉加热，活化6h以上，降温到室温后才能进行拆除，并重新安装到测定系统中。该拆除过程，若动作慢、密封工作做得不好，转化柱内进入了过多的空气，会导致催化剂转化效率低，不能正常使用。