[发明专利]一种正仲氢反应催化剂催化性能测试装置

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于催化剂材料性能检测装置技术领域，具体涉及一种正仲氢反应催化剂催化性能测试装置。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

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。

发明内容

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，本发明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：

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；

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；