CN113984937A - 一种正仲氢反应催化剂催化性能测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种正仲氢反应催化剂催化性能测试装置及测试方法，该测试装置包括氢气罐、测试对照路和热导色谱仪，测试对照路包括催化测试路和标定对照路；标定对照路包括用于提供标定温度的标定冷媒和用于对氢气进行催化转化的标定催化剂，每个标定对照路具有不同的标定温度，氢气在每个标定对照路均充分催化转化；催化测试路包括设定测试温度的测试冷媒和测试区域，测试区域填充待测催化剂，氢气在测试温度下经过待测催化剂进行催化转化；热导色谱仪用于对催化转化后的氢气进行检测，分析色谱谱峰高度与仲氢含量关系，完成待测催化剂的性能检测。本发明可以快速并且高精度的测量目标气体中的仲氢含量，以完成催化剂的性能测试。

Description

一种正仲氢反应催化剂催化性能测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于性能检测技术领域，具体涉及一种正仲氢反应催化剂催化性能测试装置及测试方法。

背景技术

液氢是发展航空航天、氢能源产业的重要战略资源。随着我国航天事业发展，探月探火计划的不断推进，对重载火箭的需求日益增长，做为重载火箭液氢-液氧发动机最佳能量来源的液氢需求量不断增加。

氢分子是由两个氢气原子构成，由于两个氢原子核自旋方向的不同，存在着正、仲两种状态的氢。正氢的原子核自旋方向相同，仲氢的原子核自旋方向相反。正、仲态的平衡氢组成与温度有关，不同温度下平衡氢的正、仲态浓度比例不同。在常温时，平衡氢是含75％正氢和25％仲氢的混合物，称为正常氢或标准氢；温度降低，仲氢所占的百分率增加。如在液氮的标准沸点时，仲氢含量约47%，在液氢的标准沸点时，仲氢含量可达99.8%。

氢气的正仲态的自发转化非常缓慢，因此在氢的降温、液化过程中，如不进行氢的正-仲催化转化，则生产出的液氢为正常氢，液态正常氢会自发地发生仲态转化，最终达到相应温度下的平衡氢，氢的正-仲转化是一放热反应，液态正常氢转化时放出的热量超过气化潜热（447kJ/kg）。由于这一原因，即使将液态正常氢贮存在一个理想绝热的容器中，液氢同样会发生气化，因此为了获得标准沸点下的平衡氢，即仲氢浓度为99.8％的液氢，在氢的液化过程中，必需进行数级正-仲催化转化。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。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。现有的正仲氢催化转化性能测试采用将转化器浸泡在液氮或液氢中的方式测试正仲氢在特定温度下静态过程中的催化转化性能，不能满足其他温度下的性能测试需求。

另外，申请号为CN202011142427.7的专利申请公开了一种正仲氢催化转化动态性能测试的系统，工质压缩过程将低压常温工质通过压缩机和冷却器获取高压常温工质，制冷循环过程将高压常温工质通过液氮预冷、膨胀制冷以及工质混合器获取不同温区的低温工质，正仲氢催化转化过程将氢气预冷至所需工况后通过催化剂进行正仲氢转化，并通过测量控制系统实现正仲氢催化转化性能的测试分析；本发明利用逆布雷顿制冷机的常温氦气，80K、30K和20K等温区的低温氦气，以及带加热器的混合器提供不同工况的低温工质。其虽然可以在不同压力、温度和流速下正仲氢催化转化的动态性能测试的功能。但是该系统复杂、设备庞大、进行一次实验的时间和成本很高，不利于具体的实施过程。

因此，如何获得一种测试时间和成本低且可在不同温度下完成催化剂测试的装置是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种正仲氢反应催化剂催化性能测试装置及测试方法，可以快速并且高精度的测量目标气体中的仲氢含量，以完成催化剂的性能测试。

第一方面，本发明提供一种正仲氢反应催化剂催化性能测试装置，包括依次连通的氢气罐、测试对照路和热导色谱仪，所述测试对照路包括至少一路催化测试路和至少两路标定对照路；

所述标定对照路与所述氢气罐和热导色谱仪连通，所述标定对照路包括用于提供标定温度的标定冷媒和用于对氢气进行催化转化的标定催化剂，每个所述标定对照路具有不同的标定温度，氢气在每个所述标定对照路均充分催化转化；

所述催化测试路与所述氢气罐和热导色谱仪连通，所述催化测试路包括设定测试温度的测试冷媒和测试区域，所述测试区域填充待测催化剂，氢气在测试温度下经过待测催化剂进行催化转化；

所述热导色谱仪用于对催化转化后的氢气进行检测得到度图部分的色谱谱峰高度，并通过分析色谱谱峰高度与仲氢含量关系，完成所述待测催化剂的性能检测。

其中，所述氢气罐提供常温高压氢气源，以使得氢气沿所述测试对照路进入所述热导色谱仪。

通过初始的高压状态，可以为氢气的输送提供动力。并且高压的状态更利于满足，进入热导色谱仪的氢气压力要求，具有较高的可调范围，从而可以适用于不同型号的热导色谱仪。

其中，所述测试装置还包括设于所述氢气罐与所述测试对照路间的减压阀、设于所述测试对照路和热导色谱仪间的压力表、以及与所述测试对照路和所述热导色谱仪连通的换热设备，所述减压阀用于根据压力表调节进入所述热导色谱仪氢气的压力，使其达到预定压力，所述换热设备用于调节进入所述热导色谱仪氢气的温度，使其达到预定温度。

通过调节氢气进入热导色谱仪的压力和温度，可以在使得热导色谱仪测量准确的同时，还可以使得测试对照路的不同路间的氢气温度和压力相同，进一步提高了对待测催化剂的性能检测。优选地，预定温度为常温。

其中，所述催化测试路和所述标定对照路均设有质量流量计和流量调节阀，所述流量调节阀用于根据所述质量流量计的检测结果，调节氢气流量满足所述热导色谱仪的检测要求。

通过质量流量计和流量调节阀的配合作用，可以使得催化测试路和标定对照路进入热导色谱仪的流量相同，从而可以保证在待测催化剂的性能检测时，提高其检测精度。

其中，所述测试装置还包括氢气排出路和三通阀，所述三通阀连通所述测试对照路、所述氢气排出路和所述热导色谱仪，所述氢气排出路上设有止回阀。

通过三通阀的设置，可以在进入热导色谱仪前的氢气不符合预定要求时，将其排至大气中，避免不符合要求的氢气对热导色谱仪的检测结果造成影响。其主要为了保证进入热导色谱仪的压力、温度和流量都满足预定要求。另外，通过止回阀的设置，可以避免外界大气中的气体进入热导色谱仪，而对热导色谱仪的检测结果造成影响，从而提高该测试装置的检测准确性。

其中，所述测试对照路包括第一标定对照路、第二标定对照路、第三标定对照路、第四标定对照路和催化测试路；

所述第一标定对照路包括与所述氢气罐和所述热导色谱仪连通的常温催化转化柱；

所述第二标定对照路包括自所述常温催化转化柱依次连通的第一低温标定罐和第一低温标定罐出口阀，所述第一低温标定罐出口阀与所述热导色谱仪连通；

所述第三标定对照路包括自所述第一低温标定罐依次连通的第二低温标定罐和第二低温标定罐出口阀，所述第二低温标定罐出口阀与所述热导色谱仪连通；

所述第四标定对照路包括自所述第二低温标定罐依次连通的第三低温标定罐和第三低温标定罐出口阀，所述第三低温标定罐出口阀与所述热导色谱仪连通；

所述催化测试路包括自所述常温催化转化柱依次连通的测试反应罐和测试反应罐出口阀，所述测试反应罐出口阀与所述热导色谱仪连通。

通过设置了四路标定对照路（第一标定对照路、第二标定对照路、第三标定对照路、第四标定对照路），可以在得到色谱谱峰高度和仲氢含量的关系式，提高其精确性，从而提供对待测催化剂性能检测精度。其中第一标定对照路在常温环境中，其标定冷媒为常温空气，因此，第一标定对照路进行催化转化时的温度为常温，该第一标定对照路的常温环境除了便于获得外，其催化转化后的仲氢含量也相对精确；第二标定对照路、第三标定对照路、第四标定对照路的标定冷媒分别采用了液氮、液氖和液氢，而液氮温度、液氖温度和液氢温度下进行催化转化后的仲氢含量为已知参数并且较为准确，该液氮温度、液氖温度和液氢温度下的仲氢含量也具有一定的代表性，从而提高色谱谱峰高度和仲氢含量的关系式的适用性。另外，采用四路标定对照路的布置，并且采用常温、液氮温度、液氖温度和液氢温度下的仲氢含量，其包含的温度范围较大，并且相邻温度间的温度差也不会过大；即通过提供合适的温度范围和合适的各个温度区间，可以进一步提高最终色谱谱峰高度和仲氢含量关系式的预测准确性，有利于进一步提高对待测催化的性能检测。

其中，所述第一低温标定罐、第二低温标定罐、第三低温标定罐和测试反应罐均包括绝热储液罐、预冷换热器、低温催化转化柱和氢气温度检测设备；

所述绝热储液罐包括氢气进口和氢气出口，并且用于容纳所述标定冷媒或测试冷媒；

所述氢气进口、预冷换热器、低温催化转化柱和氢气出口依次连接；

所述氢气温度检测设备设于所述低温催化转化柱的出口处，用于检测自所述低温催化转化柱排出的氢气温度。

通过将第一低温标定罐、第二低温标定罐、第三低温标定罐和测试反应罐设置为相同的结构，可以减小不同设备对氢气催化转化所造成的误差影响。预冷换热器和低温催化转化柱的布置，可以提高使得进行催化转化时的氢气温度为等同于其对应的标定冷媒或测试冷媒，并且氢气温度检测设备的检测结果，能够进一步确保氢气是在对应温度下进行的催化转化，从而能够保证测试对照路完成催化转化时的氢气温度为对应路的冷媒温度。

其中，所述绝热储液罐内设有液位计；

所述绝热储液罐还包括与其内部均连通的液体冷媒补充路和冷媒蒸发排出路，所述液体冷媒补充路设有与所述液位计信号连接的液体冷媒补充阀门，所述液体冷媒补充阀门用于根据所述液位计的检测结果补充标定冷媒或测试冷媒，以使得标定冷媒或测试冷媒完全浸没所述低温催化转化柱。

通过液位计和液体冷媒补充路的布置，可以在绝热储液罐内的液体冷媒不足时进行补充。在实际场景中，当液体冷媒的液面低于低温催化转化柱的高度时，即开始进行补充液体冷媒，相对的，也可以规定其它合适的高度进行调节。另外，冷媒蒸发排出路主要用于在绝热储液罐的液体冷媒吸热蒸发时对其进行排除，从而可以降低蒸发的液体冷媒温度升高而对低温催化转化柱的温度造成影响。

其中，所述热导色谱仪用于根据所述标定对照路的色谱谱峰高度和标定温度对应的仲氢含量，给出色谱谱峰高度和仲氢含量的对应关系；

还用于通过所述对应关系、所述催化测试路的色谱谱峰高度和测试温度对应的仲氢含量，给出所述待测催化剂的性能。

第二方面，本发明还提供一种采用上述测试装置的正仲氢反应催化剂催化性能测试方法，包括如下步骤：

填充预定量的待测催化剂；

氢气罐向标定对照路通入氢气，在标定催化剂处充分催化转化成平衡氢进入热导色谱仪；

氢气罐向催化测试路通入氢气，经待测催化剂催化转化后进入热导色谱仪；

热导色谱仪给出标定对照路和催化测试路的氢气检测数据；

对标定对照路和催化测试路的色谱谱峰高度进行分析，得到待测催化剂的性能。

本发明通过热导色谱仪对经过催化测试路和标定对照路的氢气进行检测，根据催化测试路和标定对照路的检测结果可以得到催化测试路的仲氢含量，并根据仲氢含量能够最终得到待测催化剂的性能，可以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。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是示出根据本发明实施例的一种正仲氢反应催化剂催化性能测试装置的结构示意图；

图2是示出根据本发明实施例的标准反应罐的结构示意图；

图3是示出根据本发明实施例的色谱谱峰高度和仲氢含量的数据关系示意图；

图4是示出根据本发明实施例的一种正仲氢反应催化剂催化性能测试方法的流程图。

附图标记说明：

1-氢气罐，2-标定对照路，21-常温催化转化柱，22-第一低温标定罐，23-第二低温标定罐，24-第三低温标定罐，25-第一低温标定罐出口阀，26-第二低温标定罐出口阀，27-第三低温标定罐出口阀，28-标定开关阀，29-测试开关阀，3-催化测试路，31-测试反应罐，32-测试反应罐出口阀，4-热导色谱仪，51-液体冷媒，52-催化剂，61-减压阀，62-压力表，63-换热设备，71-质量流量计，711-常温路质量流量计，712-低温路质量流量计，72-流量调节阀，721-常温标定阀，722-标定调节阀，723-测试调节阀，81-氢气排出路，82-三通阀，83-止回阀，91-绝热储液罐，92-预冷换热器，93-低温催化转化柱，931-反应柱入口过滤器，932-反应柱出口过滤器，94-氢气温度检测设备，941-催化转化后氢气温度测点，951-氢气进口，952-氢气出口，961-液位计，962-液体冷媒补充阀门，963-液体冷媒补充路，964-冷媒蒸发排出路，101-真空绝热冷箱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其他任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。

下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。

参见图1所示，本发明提供了一种正仲氢反应催化剂催化性能测试装置。本装置包含以下部件：氢气罐1、减压阀61、常温催化转化柱21、质量流量计71、标定开关阀28、流量调节阀72、测试开关阀29、标准反应罐、真空绝热冷箱101、第一低温标定罐出口阀25、第二低温标定罐出口阀26、第三低温标定罐出口阀27、测试反应罐出口阀32、换热设备63、常温标定阀721、压力表62、三通阀82、止回阀83、热导色谱仪4。

其中，质量流量计71包括常温路质量流量计711和低温路质量流量计712，流量调节阀72包括标定调节阀722和测试调节阀723，标准反应罐包括第一低温标定罐22、第二低温标定罐23、第三低温标定罐24和测试反应罐31，换热设备63为空温式汽化器，压力表62为低压压力表。

第一低温标定罐22、第二低温标定罐23、第三低温标定罐24、测试反应罐31、第一低温标定罐出口阀25、第二低温标定罐出口阀26、第三低温标定罐出口阀27、测试反应罐出口阀32都处于真空绝热冷箱101中。真空绝热冷箱101优选采用多层绝热包扎与真空环境。其他的部件上下游关系如图1所示。

本发明实施例的测试装置中，该标准反应罐内的催化转化是否充分是本测试装置保证测量精度的关键，参见图2所示，标准反应罐具体的结构包括：氢气进口951、预冷换热器92、绝热储液罐91、液体冷媒51、低温催化转化柱93、催化剂52、催化转化后氢气温度测点941、氢气温度检测设备94、氢气出口952、液体冷媒补充路963、液体冷媒补充口、冷媒蒸发排出路964、冷媒蒸发排出口、液体冷媒补充阀门962、液位计961、反应柱入口过滤器931、反应柱出口过滤器932，液体冷媒51包括标定冷媒和测试冷媒，催化剂52包括标定催化剂和待测催化剂。

本实施例的氢气进口951与预冷换热器92的入口相连，预冷换热器92的出口与反应柱入口过滤器931相连，反应柱入口过滤器931和反应柱出口过滤器932分别布置在低温催化转化柱93的进出口，足量的催化剂52填充在低温催化转化柱93中，反应柱出口过滤器932与氢气出口952相连，液体冷媒补充路963与液体冷媒补充口相连，冷媒蒸发排出路964与冷媒蒸发排出口相连。本实施例的液体冷媒补充路963上设有液体冷媒补充阀门962，液体冷媒补充阀门962通过液体冷媒补充路963与绝热储液罐91相连、冷媒蒸发排出路964与绝热储液罐91顶部相连。

本实施例的标准反应罐在进行工作时，首先打开液体冷媒补充阀门962将液体冷媒51注入绝热储液罐91中，液体冷媒51蒸发后从冷媒蒸发排出口排出，避免绝热储液罐91内压力升高，液体冷媒51的液位完全浸没预冷换热器92和低温催化转化柱93后逐渐关小液体冷媒补充阀门962，并将液体冷媒51的液位稳定。随后，将待反应的氢气通过氢气进口951引入预冷换热器92，并在预冷换热器92中进行充分降温，降低至与液体冷媒51温度一致，低温的氢气经过反应柱入口过滤器931进入低温催化转化柱93，并在催化剂52的间隙中流动转化，要求在转化过程的同时能充分的进行散热，始终保持氢气温度与液体冷媒51温度一致，并通过氢气出口952的氢气温度检测设备94确认温度，之后排出本实施例的测试装置。

本实施例低温催化转化柱93的设计尤为关键，要求催化的同时散热充分，优选细长结构的催化柱或板翅式等温换热催化器。

由于本实施例测试装置的三个低温标定罐（第一低温标定罐22、第二低温标定罐23、第三低温标定罐24）处于串联状态，因此要求三个低温标定罐中，第一低温标定罐22的温度最高，第三低温标定罐24温度最低，即第一低温标定罐22、第二低温标定罐23、第三低温标定罐24的温度依次降低。

本实施例的液体冷媒51可以选择：液氩、液氖、LNG、液氧等，也可以通过调整绝热储液罐91内的压力、调整绝热储液罐91内的饱和温度，也可灌入混合的工质，以获得合适的目标温度。

催化剂52的材料优选颗粒度均匀的球状，过滤器（反应柱入口过滤器931和反应柱出口过滤器932）的孔径为催化剂52平均直径的30%~50%。

本实施例的测试装置在进行工作时，可分为获得常温平衡氢、标定过程、测试过程三个步骤。

本实施例为了便于理解和完成标定过程，将第一标定对照路分为常温对照路和常温标定支路，第二标定对照路设置为液氮温度标定支路，第三标定对照路设置为液氖温度标定支路，第四标定对照路设置为液氢温度标定支路。另外，测试过程中，将催化测试路3设置为测试支路

获得常温高压氢气操作：高纯的常温高压氢气（按国标要求）从氢气罐1放出进入常温对照路。

为达到更高的精度，本装置在每次测试前都需要标定，标定分为三个温度点。

其中常温催化转化柱21、第一低温标定罐22、第二低温标定罐23、第三低温标定罐24中的标定催化剂需要确保是足量的，并保证催化转化可完全进行，本发明的标定催化剂优选采用Ionex标准催化剂，根据其说明书填充3倍余量的标定催化剂。

常温标定过程操作：常温高压氢气经常温对照路的减压阀61进行减压，减压后的常温氢气进入常温催化转化柱21中进行催化转化，使得此时的仲氢含量达到常温时的平衡态，低温路质量流量计712测量常温催化转化柱21后下游氢气的流量。当装置正常工作时，将为常温路质量流量计711或低温路质量流量计712下游将提供带一定压力的、已知流量的、常温平衡态氢气。打开常温标定阀721，将获得的常温平衡氢引入常温标定支路。其中可调节减压阀61和常温标定阀721分别将压力和流量调整至热导色谱仪4要求的流量范围内。

液氮温度标定过程操作：保持常温对照路状态不变，其他阀门关闭，仅打开标定调节阀722、标定开关阀28、第一低温标定罐出口阀25，将常温对照路的常温平衡氢引入液氮温度标定支路并进入第一低温标定罐22进行催化转化。标定时需要将第一低温标定罐22中充满液氮，并保持其中的液位始终将其中的低温催化转化柱93浸没，并检测催化后的出口温度Ta，确保催化后的氢气温度与第一低温标定罐22中的冷却液体（液氮）温度一致。完成催化转化的低温氢气经第一低温标定罐出口阀25流入换热设备63进行复温，恢复到常温后进入三通阀82。其中可调节标定调节阀722将流量调整至热导色谱仪4要求的流量范围内，在调整过程中，可将三通阀82旋至将氢气经氢气排出路81和止回阀83排至大气的位置。当通过三通阀82的流量和压力表62显示的热导色谱仪4入口的氢气状态符合测试要求后，将三通阀82旋至将氢气引入热导色谱仪4的位置开始测试。进行连续的平行测定，直至连续相邻五次测定的待测组分的色谱响应值的相对偏差不大于3%，取其平均值，将色谱谱峰高度记为Aa。

液氖温度标定过程操作：保持常温对照路状态不变，其他阀门关闭，仅打开标定调节阀722、标定开关阀28、第二低温标定罐出口阀26，将常温对照路的常温平衡氢引入液氖温度标定支路并进入第二低温标定罐23进行催化转化。标定时需要将第二低温标定罐23中充满液氖，并保持其中的液位始终将其中的低温催化转化柱93浸没，并检测催化后的出口温度Tb，确保催化后的氢气温度与第二低温标定罐23中的冷却液体（液氖）温度一致。完成催化转化的低温氢气经第二低温标定罐出口阀26流入换热设备63进行复温，恢复到常温后进入三通阀82。其中可调节标定调节阀722将流量调整至热导色谱仪4要求的流量范围内，在调整过程中，可将三通阀82旋至将氢气经氢气排出路81和止回阀83排至大气的位置。当流量和压力表62显示的热导色谱仪4入口的氢气状态符合测试要求后，将三通阀82旋至将氢气引入热导色谱仪4的位置开始测试。进行连续的平行测定，直至连续相邻五次测定的待测组分的色谱响应值的相对偏差不大于3%，取其平均值，将色谱谱峰高度记为Ab。

液氢温度标定过程操作：保持常温对照路状态不变，其他阀门关闭，仅打开标定调节阀722、标定开关阀28、第三低温标定罐出口阀27，将常温对照路的常温平衡氢引入液氢温度标定支路并进入第三低温标定罐24进行催化转化。标定时需要将第三低温标定罐24中充满液氢，并保持其中的液位始终将其中的低温催化转化柱93浸没，并检测催化后的出口温度Tc，确保催化后的氢气温度与第三低温标定罐24中的冷却液体温度一致。完成催化转化的低温氢气经第三低温标定罐出口阀27流入换热设备63进行复温，恢复到常温后进入三通阀82。其中可调节标定调节阀722将流量调整至热导色谱仪4要求的流量范围内，在调整过程中，可将三通阀82旋至将氢气经氢气排出路81和止回阀83排至大气的位置。当流量和压力表62显示的热导色谱仪4入口的氢气状态符合测试要求后，将三通阀82旋至将氢气引入热导色谱仪4的位置开始测试。进行连续的平行测定，直至连续相邻五次测定的待测组分的色谱响应值的相对偏差不大于3%，取其平均值，将色谱谱峰高度记为Ac。

测试过程操作：保持常温对照路状态不变，其他阀门关闭，仅打开测试调节阀723、测试开关阀29、测试反应罐出口阀32，将常温对照路常温平衡氢引入测试支路并进入测试反应罐31进行测试。测试时按需对测试反应罐31中注入特定冷媒或其他冷媒，按需对检测催化后的出口温度Tt进行检测。完成催化转化的低温氢气经测试反应罐出口阀32流入换热设备63进行复温，恢复到常温后进入三通阀82。其中可调节标定调节阀722将流量调整至热导色谱仪4要求的流量范围内，在调整过程中，可将三通阀82旋至将氢气经氢气排出路81和止回阀83排至大气的位置。当流量和压力表62显示的热导色谱仪4入口的氢气状态符合测试要求后，将三通阀82旋至将氢气引入热导色谱仪4的位置开始测试。进行连续的平行测定，直至连续相邻五次测定的待测组分的色谱响应值的相对偏差不大于3%，取其平均值，将色谱谱峰高度记为At。

在不同温度的条件下，通过充分转化获得该温度下的平衡氢，将液氮温度标定过程、液氖温度标定过程、液氢温度标定过程与常温标定过程的测试结果做比较后，获得一个谱线/谱形，这个谱峰值/谱面积与当时温度下平衡氢仲氢含量是一一对应的，可以获得一个标准关系，并推算出所测氢气中的仲氢含量，具体操作如下：

通过测得的催化温度Ta、Tb、Tc，查找物性，获得该温度下仲氢的比例Pa、Pb、Pc；其中，常温、液氮温度、液氖温度和液氢温度下的仲氢含量为已知的；

将（Pa，Aa）、（Pb，Ab）、（Pc，Ac）三个坐标点绘制在直角坐标系中；

对这三个坐标点进行线性拟合获得线性关系式或分段线性关系式；

将测试过程中的At代入上述的线性关系式或分段线性关系式中，可以确定测试过程中所测仲氢的含量Pt，此含量Pt为实际的仲氢含量，通过查找物性，可以得到测试过程中测试温度Tt所对应仲氢含量，从而可以进一步得到待测催化剂的实际性能。

本实施例在实际操作过程中，测试装置的标定过程采用常温标定过程、液氮温度标定过程、液氖温度标定过程和液氢温度标定过程时，热导色谱仪4根据其对应的色谱谱峰高度和仲氢含量获得了一个实际应用过程中的数据关系示意图（如图3所示），从获得的数据关系图中可以拟合出其对应的关系式：Pt=0.5802*At+25.08，其中，At为测试的色谱谱峰高度(单位：mm)，Pt为测试氢气中的仲氢含量(单位：%)。

参见图4所示，本发明还提供一种采用上述测试装置的正仲氢反应催化剂催化性能测试方法，包括如下步骤：

填充预定量的待测催化剂；

氢气罐向标定对照路通入氢气，在标定催化剂处充分催化转化成平衡氢进入热导色谱仪；

氢气罐向催化测试路通入氢气，经待测催化剂催化转化后进入热导色谱仪；

热导色谱仪给出标定对照路和催化测试路的氢气检测数据；

对标定对照路和催化测试路的色谱谱峰高度进行分析，得到待测催化剂的性能。

以上介绍了本发明的较佳实施方式，旨在使得本发明的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本发明所附的权利要求概括的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种正仲氢反应催化剂催化性能测试装置，其特征在于，包括依次连通的氢气罐、测试对照路和热导色谱仪，所述测试对照路包括至少两路标定对照路和至少一路催化测试路；

所述标定对照路包括用于提供标定温度的标定冷媒和用于对氢气进行催化转化的标定催化剂，每个所述标定对照路具有不同的标定温度，氢气在每个所述标定对照路均充分催化转化；

所述催化测试路包括设定测试温度的测试冷媒和测试区域，所述测试区域填充待测催化剂，氢气在测试温度下经过待测催化剂进行催化转化；

所述热导色谱仪用于对催化转化后的氢气进行检测，分析色谱谱峰高度与仲氢含量关系，完成所述待测催化剂的性能检测。

2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述氢气罐提供常温高压氢气源，以使得氢气沿所述测试对照路进入所述热导色谱仪。

3.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括设于所述氢气罐与所述测试对照路间的减压阀、设于所述测试对照路和热导色谱仪间的压力表、以及与所述测试对照路和所述热导色谱仪连通的换热设备，所述减压阀用于根据压力表调节进入所述热导色谱仪氢气的压力，使其达到预定压力，所述换热设备用于调节进入所述热导色谱仪氢气的温度，使其达到预定温度。

4.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述催化测试路和所述标定对照路均设有质量流量计和流量调节阀，所述流量调节阀用于根据所述质量流量计的检测结果，调节氢气流量满足所述热导色谱仪的检测要求。

5.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括氢气排出路和三通阀，所述三通阀连通所述测试对照路、所述氢气排出路和所述热导色谱仪，所述氢气排出路上设有止回阀。

6.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测试对照路包括第一标定对照路、第二标定对照路、第三标定对照路、第四标定对照路和催化测试路；

所述第一标定对照路包括与所述氢气罐和所述热导色谱仪连通的常温催化转化柱；

所述第二标定对照路包括自所述常温催化转化柱依次连通的第一低温标定罐和第一低温标定罐出口阀，所述第一低温标定罐出口阀与所述热导色谱仪连通；

所述第三标定对照路包括自所述第一低温标定罐依次连通的第二低温标定罐和第二低温标定罐出口阀，所述第二低温标定罐出口阀与所述热导色谱仪连通；

所述第四标定对照路包括自所述第二低温标定罐依次连通的第三低温标定罐和第三低温标定罐出口阀，所述第三低温标定罐出口阀与所述热导色谱仪连通；

所述催化测试路包括自所述常温催化转化柱依次连通的测试反应罐和测试反应罐出口阀，所述测试反应罐出口阀与所述热导色谱仪连通。

7.如权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述第一低温标定罐、第二低温标定罐、第三低温标定罐和测试反应罐均包括绝热储液罐、预冷换热器、低温催化转化柱和氢气温度检测设备；

所述绝热储液罐包括氢气进口和氢气出口，并且用于容纳所述标定冷媒或测试冷媒；

所述氢气进口、预冷换热器、低温催化转化柱和氢气出口依次连接；

所述氢气温度检测设备设于所述低温催化转化柱的出口处，用于检测自所述低温催化转化柱排出的氢气温度。

8.如权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述绝热储液罐内设有液位计；

所述绝热储液罐还包括与其内部均连通的液体冷媒补充路和冷媒蒸发排出路，所述液体冷媒补充路设有与所述液位计信号连接的液体冷媒补充阀门，所述液体冷媒补充阀门用于根据所述液位计的检测结果补充标定冷媒或测试冷媒，以使得标定冷媒或测试冷媒完全浸没所述低温催化转化柱。

9.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述热导色谱仪用于根据所述标定对照路的色谱谱峰高度和标定温度对应的仲氢含量，给出色谱谱峰高度和仲氢含量的对应关系；

还用于通过所述对应关系、所述催化测试路的色谱谱峰高度和测试温度对应的仲氢含量，给出所述待测催化剂的性能。

10.一种采用如权利要求1-9任一所述测试装置的正仲氢反应催化剂催化性能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

填充预定量的待测催化剂；

氢气罐向标定对照路通入氢气，在标定催化剂处充分催化转化成平衡氢进入热导色谱仪；

氢气罐向催化测试路通入氢气，经待测催化剂催化转化后进入热导色谱仪；

热导色谱仪给出标定对照路和催化测试路的氢气检测数据；

对标定对照路和催化测试路的色谱谱峰高度进行分析，得到待测催化剂的性能。

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