一種催化劑消氫性能的測試系統及測試方法
2023-09-13 23:29:05
專利名稱：一種催化劑消氫性能的測試系統及測試方法
技術領域：
本發明涉及一種催化劑消氫性能的測試系統及測試方法，屬於催化反應工程領域。
背景技術：
目前，市面上針對消氫催化劑性能測試的裝置多用於高溫常壓條件下的性能測試，採用的催化床多為固定填充床，形式為單根圓管，在中部填充催化劑。氫氣和空氣的混合氣體(簡稱氣氛)從催化床底部通入，經過催化劑填充段後從頂部排出。存在問題為氣流經過催化劑時阻力大，通入的氣氛溼度不能過高，否則會影響氫氣分析儀的正常使用。而核電站中安裝的消氫裝置要應對多種工況，比如高溫高溼、含有酸性或者鹼性的蒸汽的氣氛條件；同時，消氫催化劑與氣氛的接觸形式也與固定填充床形式不同。因此，現有的實驗裝置均不能滿足核電站用消氫催化劑的性能測試。此外，在現有技術中，配製混合氣作為實驗用氣源，為實現氣體混合均勻，大多需要在壓力容器內部安裝風機或攪拌裝置，因此對容器的要求高，能耗也較高。
發明內容
為模擬核電站安全殼設計基準事故狀態，精確調節溫度、壓力、混合氣中的氫氣含量和混合氣的相對溼度，本發明的目的是提供一種催化劑消氫性能的測試系統及測試方法。為實現上述目的，本發明的技術方案如下一種催化劑消氫性能的測試系統，所述系統包括氫氣鋼瓶、減壓閥、質量流量計、止逆閥、空氣壓縮機、緩衝罐、第一電動調節閥、第一旋進流量計、混合配氣管、催化反應器、第二電動調節閥、第二旋進流量計、第一壓力變送器、第一熱電偶、第一溼度計、第二壓力變送器、第二熱電偶、第二溼度計和數據採集控制系統；其中，氫氣鋼瓶、減壓閥、質量流量計通過管路依次順序連接後，與止逆閥的一端連接；緩衝罐下部開有進氣口，上部開有出氣口 ；空氣壓縮機、緩衝罐進氣口、緩衝罐出氣口、第一電動調節閥依次順序連接後，與第一旋進流量計的一端連接；催化反應器的下部開有進氣口，頂部開有排氣口 ；止逆閥的另一端與第一旋進流量計的另一端連接後，通過混合配氣管，與催化反應器的進氣口連接；催化反應器的排氣口通過管路依次與第二電動調節閥、第二旋進流量計連接；在緩衝罐和第一電動調節閥之間設有第一壓力變送器、第一熱電偶、第一溼度計，在催化反應器的排氣口和第二電動調節閥之間設有第二壓力變送器、第二測溫熱電偶、第二溼度計、反應器出口氫氣含量測點；緩衝罐內部設有加熱元件，優選緩衝罐側壁下部開有第一加液口 ；優選混合配氣管包括管路、連接杆和擾流板，其中連接杆位於管路內部且與管路同軸，擾流板為半圓環形，內圓半徑與連接杆直徑相匹配，外圓與管路內壁牴觸連接；在管路一端的外壁上開有氫氣進氣孔；在連接杆上均布垂直安裝有6 10個擾流板，擾流板半圓形面的朝向依次為上前下後四個方向排列，相鄰擾流板的間距為50mm ；催化反應器包括噴嘴、箱體、氣體排出管路、壓力變送器a、熱電偶a、熱電偶b ；箱體為長方體結構，箱體下部側壁開有進氣口，混合配氣管一端分別與止逆閥和第一旋進流量計連接，另一端通過進氣口進入箱體後，延伸到箱體中心軸線上，向下彎折90°後與噴嘴連接，噴嘴側壁開有通孔，優選通孔直徑< 3_，噴嘴側壁通孔的表面積之和與混合配氣管的截面面積相等；在箱體中固定有催化劑板,催化劑板位於混合配氣管上方,在箱體中縱向分布；兩片相鄰的催化劑板間設有熱電偶b ；優選催化劑板為長方板或長方盒，長方板表面為平板或網格狀，厚度為0. 5^0. 6mm ;長方盒表面為網格結構,厚度為內裝催化劑小球；熱電偶a位於催化反應器內部中心軸線上，混合配氣管和催化劑板之間；在催化反應器側壁上設有壓力變送器a和反應器進口氫氣含量測點；優選壓力變送器、反應器進口氫氣含量測點、熱電偶a位於催化反應器的同一高度處；箱體頂端連有氣體排出管路；優選氣體排出管路與混合配氣管的直徑相同；優選在催化反應器側壁下方開有第二加液口 ；數據採集控制系統分別與質量流量計、緩衝罐內的加熱元件、第一電動調節閥、第一旋進流量計、催化反應器內的熱電偶a、熱電偶b、第二電動調節閥、第二旋進流量計、第一壓力變送器、第一熱電偶、 第一溼度計、第二壓力變送器、第二熱電偶、第二溼度計、反應器進口氫氣含量測點、反應器出口氫氣含量測點連接。其中，氫氣鋼瓶的作用為，為系統提供反應所用的氫氣；減壓閥的作用為，將從氫氣鋼瓶輸出的氫氣進行減壓；質量流量計的作用為，調節從減壓閥輸出的氫氣流量；止逆閥的作用為，在整個過程中處於開啟狀態，防止氫氣與空氣的混合氣回流，弓丨起爆炸；空氣壓縮機的作用為，為系統提供壓縮空氣；緩衝罐的作用為，將從空氣壓縮機輸出的壓縮空氣穩壓，並對壓縮空氣進行加熱和加溼；第一電動調節閥的作用為，配合第二電動調節閥，調節壓縮空氣流量；第一旋進流量計的作用為，測量壓縮空氣流量；混合配氣管的作用為，使輸入催化反應器的氫氣和空氣混合均勻；催化反應器的作用為，提供催化劑消氫反應進行的場所；第二電動調節閥的作用為，通過調節催化反應器出口的氣體流量，控制催化反應器內的壓力；通過調節催化反應器出口的氣體流量為5 12Nm3/h，控制催化反應器內的壓力為(To. 5MPa (表壓)；第二旋進流量計的作用為，測量催化反應器出口的氣體流量；壓力變送器、熱電偶、溼度計的作用分別為，對表壓、溫度和相對溼度進行測量；
數據採集控制系統的作用為，顯示並記錄系統表壓、溫度和相對溼度，以及控制質量流量計、第一電動調節閥、第二電動調節閥和緩衝罐內的加熱元件。一種催化劑消氫性能測試方法，所述方法具體步驟如下測試開始前，止逆閥處於開啟狀態，其餘所有閥門處於關閉狀態；步驟一、打開第一電動調節閥，開啟空氣壓縮機，向緩衝罐內充入壓縮空氣，空氣依次通過第一電動調節閥、第一旋進流量計後，進入催化反應器，通過催化反應器側壁上的壓力變送器a讀出壓力，使催化反應器內的壓力維持在0.5±0.02MPa (表壓)後，經IOlOmin後關閉空氣壓縮機，開啟第二電動調節閥，放空整個系統內的壓縮空氣；其中，優選步驟一結束後從第一加液口向緩衝罐中加入水，液面在緩衝罐的空氣進氣口以下；從第二加液口向催化反應器中加入水或酸鹼性液體，液面淹沒噴嘴且不與催化劑板接觸；其中，酸鹼性液體為硼酸和磷酸鈉的混合溶液，pH選為設定值；步驟二、開啟緩衝罐內的加熱元件，將緩衝罐內的空氣加熱至第一選定溫度後，開啟空氣壓縮機，空氣依次通過第一電動調節閥、第一旋進流量計後，進入催化反應器，使催化反應器內溫度維持在第二選定溫度；其中，第一選定溫度>第二選定溫度，且第一選定溫度範圍為3(T350°C，第二選定溫度範圍為25 222 °C ；步驟三、調節第一電動調節閥、第二電動調節閥，使催化反應器內壓力維持在(TO. 5MPa (表壓)；通過第二旋進流量計讀出出口氣體流量為5 12Nm3/h ；步驟四、開啟氫氣鋼瓶，調節減壓閥使氫氣壓力為(TO. 55MPa後，開啟並調節質量流量計，使氫氣流量為0. 05、. 48Nm3/h，氫氣依次通過減壓閥、質量流量計、止逆閥，與壓縮空氣混合得到混合氣，混合氣通過混合配氣管進入催化反應器後，從噴嘴噴出，與催化劑板接觸，混合氣中的氫氣和氧氣在催化劑板表面發生反應，通過催化反應器內的熱電偶a、側壁上的壓力變送器a、反應器進口氫氣含量測點和第一溼度計，監控催化反應器進口溫度、壓力、氫氣含量和相對溼度隨時間變化，通過催化劑板間分布的熱電偶b，監控催化劑板表面溫度隨時間變化，反應後的混合氣經過氣體排出管路排出；步驟五、當催化反應器進口、出口氫氣含量測點檢測氫氣含量不再變化後，系統連續工作0. 25 400h，通過數據採集控制系統記錄催化反應器進口和出口的溫度、壓力、氫氣含量和相對溼度隨時間變化。其中，優選催化反應器進口氫氣體積含量為1 4%。測試結束後，依次關閉氫氣鋼瓶、空氣壓縮機，當第一壓力變送器、第二壓力變送器、壓力變送器a的示數為0時，排空緩衝罐和催化反應器中的液體，關閉質量流量計、第一電動調節閥、第二電動調節閥。有益效果1.本發明所述的用於催化劑消氫性能的測試系統，能夠控制催化反應器中的溫度、壓力、氫氣含量和相對溼度，精確模擬核電站安全殼設計基準事故狀態；2.所述測試系統中，通過在緩衝罐和催化反應器中加入水或酸鹼性液體，能夠在不同溼度和PH值條件下模擬核電站安全殼設計基準事故狀態；
3.所述測試系統中，通過混合配氣管可將空氣和氫氣均勻混合，解決了不能輸出均勻混合含氫的空氣的缺陷，結構簡單、能耗低；4.所述測試系統中，通過使用噴嘴，使混合配氣管中的混合氣均勻進入催化反應器內，與催化劑板接觸面積大，利於催化反應進行；5.所述測試系統中，通過採用長方板或長方盒形式的催化劑板，可滿足不同條件下的催化需要；6.所述測試系統中，壓力變送器、反應器進口氫氣含量測點、熱電偶a位於催化反應器的同一高度處，得到催化反應器內同一位置處溫度、壓力、氫氣含量，保證了實驗的精確性；7.所述測試系統中，氣體排出管路與混合配氣管的直徑相同，使催化反應器內氣體進入和排出體積大致相同，催化反應在相對恆壓下進行；8.本發明所述的用於催化劑消氫性能的測試方法，通過控制催化反應器中的溫度、壓力、氫氣含量、PH值和相對溼度，能夠模擬核電站安全殼設計基準事故狀態。
圖1為本發明所述的用於催化劑消氫性能的測試系統的結構示意圖；圖2為本發明所述的催化反應器的結構示意圖；圖3為本發明所述的混合配氣管的結構示意圖；其中，1-氫氣鋼瓶、2-減壓閥、3-質量流量計、4-止逆閥、5-反應器出口氫氣含量測點、6-第二壓力變送器、7-第二熱電偶、8-第二溼度計、9-第二電動調節閥、10-第二旋進流量計、11-熱電偶b、12-第二加液口、13-催化反應器、14-反應器進口氫氣含量測點、15-熱電偶a、16-壓力變送器a、17-混合配氣管、18-第一旋進流量計、19-第一電動調節閥、20-第一溼度計、21-第一熱電偶、22-第一壓力變送器、23-第一加液口、24-緩衝罐、25-空氣壓縮機、26-氣體排出管路、27-箱體、28-噴嘴、29-催化劑板、30-管路；31_連接杆；32_擾流板；33_氫氣進氣孔。
具體實施例方式
下面通過具體實施例來詳細描述本發明。實施例1一種催化劑消氫性能的測試系統，所述系統包括氫氣鋼瓶1、減壓閥2、質量流量計3、止逆閥4、空氣壓縮機25、緩衝罐24、第一電動調節閥19、第一旋進流量計18、混合配氣管17、催化反應器13、第二電動調節閥9、第二旋進流量計10、第一壓力變送器22、第一熱電偶21、第一溼度計20、第二壓力變送器6、第二熱電偶7、第二溼度計8和數據採集控制系統；其中，氫氣鋼瓶1、減壓閥2、質量流量計3通過管路依次順序連接後，與止逆閥4的一端連接；緩衝罐24下部開有進氣口，上部開有出氣口 ；空氣壓縮機25、緩衝罐24進氣口、緩衝罐24出氣口、第一電動調節閥19依次順序連接後，與第一旋進流量計18的一端連接；催化反應器13的下部開有進氣口，頂部開有排氣口 ；止逆閥4的另一端與第一旋進流量計18的另一端連接後，通過混合配氣管17，與催化反應器13的進氣口連接；催化反應器13的排氣口通過管路依次與第二電動調節閥9、第二旋進流量計10連接；在緩衝罐24和第一電動調節閥19之間設有第一壓力變送器22、第一熱電偶21、第一溼度計20，在催化反應器13的排氣口和第二電動調節閥9之間設有第二壓力變送器
6、第二測溫熱電偶7、第二溼度計8、反應器出口氫氣含量測點5 ；緩衝罐24內部設有加熱元件，所述加熱元件為加熱棒；混合配氣管17包括管路30、連接杆31和擾流板32，其中連接杆31位於管路30內部且與管路30同軸，擾流板32為半圓環形，內圓半徑與連接杆31直徑相匹配，外圓與管路30內壁牴觸連接；在管路30 —端的外壁上開有氫氣進氣孔33 ；在連接杆31上均布垂直安裝有6 10個擾流板32，擾流板32半圓形面的朝向依次為上前下後四個方向排列，相鄰擾流板32的間距為50mm ；催化反應器包括噴嘴28、箱體27、氣體排出管路26、壓力變送器al6、熱電偶al5、熱電偶bll ；箱體27為長方體結構，箱體27下部側壁開有進氣口，混合配氣管17 —端分別與止逆閥4和第一旋進流量計18連接，另一端通過進氣口進入箱體27後，延伸到箱體27中心軸線上，向下彎折90°後與噴嘴28連接，噴嘴28側壁開有通孔，通孔直徑< 3mm，噴嘴28側壁通孔的表面積之和與混合配氣管17的截面面積相等；在箱體27中固定有催化劑板29，催化劑板29位於混合配氣管17上方，數量為f 5片，在箱體27中縱向分布；相鄰催化劑板29間的間隔為5 10mm，兩片相鄰的催化劑板29間設有3飛個熱電偶bll，熱 電偶bll到催化劑板29的距離為Olmm ；催化劑板29為長方板,表面為平板或網格狀，厚度為0. 5^0. 6mm ；熱電偶al5位於催化反應器13內部中心軸線上，混合配氣管17和催化劑板29之間；在催化反應器13側壁上設有壓力變送器al6和反應器進口氫氣含量測點14 ;壓力變送器16、反應器進口氫氣含量測點14、熱電偶al5位於催化反應器13的同一高度處；其中反應器進口氫氣含量測點14、反應器出口氫氣含量測點5為在催化反應器13進出口管路上分別開孔，通過氫分析儀得到相應位置的氫氣含量；箱體27頂端連有氣體排出管路26 ;氣體排出管路26與混合配氣管17的直徑相同；數據採集控制系統分別與質量流量計3、緩衝罐24內的加熱元件、第一電動調節閥19、第一旋進流量計18、催化反應器13內的熱電偶al5、熱電偶bll、第二電動調節閥9、第二旋進流量計10、第一壓力變送器22、第一熱電偶21、第一溼度計20、第二壓力變送器6、第二熱電偶7、第二溼度計8、反應器進口氫氣含量測點14、反應器出口氫氣含量測點5連接。—種催化劑消氫性能測試方法，所述方法具體步驟如下測試開始前，止逆閥4處於開啟狀態，其餘所有閥門處於關閉狀態；步驟一、打開第一電動調節閥19，開啟空氣壓縮機25，向緩衝罐24內充入壓強為0. ro. 7MPa的壓縮空氣，空氣依次通過第一電動調節閥19、第一旋進流量計18後，進入催化反應器13，通過催化反應器13側壁上的壓力變送器al6讀出壓力，使催化反應器13內的壓力維持在0. 5MPa (表壓)，IOlOmin後關閉空氣壓縮機25，開啟第二電動調節閥9，放空整個系統內的壓縮空氣；步驟二、開啟緩衝罐24內的加熱元件，將緩衝罐24內的空氣加熱至第一選定溫度30°C後，開啟空氣壓縮機25，空氣依次通過第一電動調節閥19、第一旋進流量計18後，進入催化反應器13，使催化反應器13內溫度維持在第二選定溫度25°C ；步驟三、調節第一電動調節閥19、第二電動調節閥9，使催化反應器13內壓力維持在0. 2MPa (表壓)；通過第二旋進流量計10讀出出口氣體流量為5 12Nm3/h ；步驟四、開啟氫氣鋼瓶1，調節減壓閥2使氫氣壓力為(TO. 55MPa後，開啟並調節質量流量計3，使氫氣流量為0. 05、. 48Nm3/h，使得催化反應器13進口氫氣含量維持(2. 0±0. 2)% ;氫氣依次通過減壓閥2、質量流量計3、止逆閥4，與壓縮空氣混合得到混合氣，混合氣通過混合配氣管17進入催化反應器13後，從噴嘴28噴出，與催化劑板29接觸，混合氣中的氫氣和氧氣在催化劑板29表面發生反應,通過催化反應器13內的熱電偶al5、側壁上的壓力變送器al6、反應器進口氫氣含量測點14和第一溼度計20，監控催化反應器13進口溫度、壓力、氫氣含量和相對溼度隨時間變化，通過催化劑板29間分布的熱電偶bll，監控催化劑板29表面溫度隨時間變化，反應後的混合氣經過氣體排出管路26排出；步驟五、當催化反應器13進口、出口氫氣含量測點5檢測氫氣含量不再變化後，系統連續工作lh，通過數據採集控制系統，每隔Is記錄一次催化反應器13進口和出口的溫度、壓力、氫氣含量和相對溼度隨時間變化。重複步驟一 五，在步驟二中將催化反應器13內溫度分別維持在77°C、117°C、157°C、222°C，重複上述步驟，考察基準事故工況範圍內不同溫度條件下對催化劑消氫能力的影響。
測試結束後，依次關閉氫氣鋼瓶1、空氣壓縮機25，當第一壓力變送器22、第二壓力變送器6、壓力變送器al6的示數為0時，排空緩衝罐24和催化反應器13中的液體，關閉質量流量計3、第一電動調節閥19、第二電動調節閥9。實施例2一種催化劑消氫性能的測試系統，所述系統與實施例1的區別在於緩衝罐24側壁下部開有第一加液口 23，在催化反應器13側壁下方開有第二加液
n 12 ；在催化反應器13中，箱體27內的催化劑板29為長方盒，表面為網格結構，厚度為6^12mm,內裝催化劑小球；一種催化劑消氫性能測試方法，所述方法具體步驟如下測試開始前，止逆閥處於開啟狀態，其餘所有閥門處於關閉狀態；步驟一、打開第一電動調節閥19，開啟空氣壓縮機25，向緩衝罐24內充入壓強為0. ro. 7MPa的壓縮空氣，空氣依次通過第一電動調節閥19、第一旋進流量計18後，進入催化反應器13，通過催化反應器13側壁上的壓力變送器al6讀出壓力，使催化反應器13內的壓力維持在0. 5MPa (表壓)，IOlOmin後關閉空氣壓縮機25，開啟第二電動調節閥9，放空整個系統內的壓縮空氣；其中，步驟一結束後，從第一加液口 23向緩衝罐24中加入水，液面在緩衝罐24的空氣進氣口以下；從第二加液口 12向催化反應器13中加入鹼性液體，液面淹沒噴嘴28且不與催化劑板29接觸；其中，鹼性液體為硼酸和磷酸鈉的混合溶液，pH為4 ;步驟二、開啟緩衝罐24內的加熱元件，將緩衝罐24內的空氣加熱至第一選定溫度300°C後，開啟空氣壓縮機25，空氣依次通過第一電動調節閥19、第一旋進流量計18後，進入催化反應器13，使催化反應器13內溫度維持在第二選定溫度222°C ；步驟三、調節第一電動調節閥19、第二電動調節閥9，使催化反應器13內壓力維持在0. 47MPa (表壓)；通過第二旋進流量計10讀出出口氣體流量為5 12Nm3/h ；步驟四、開啟氫氣鋼瓶1，調節減壓閥2使氫氣壓力為(TO. 55MPa後，開啟並調節質量流量計3，使氫氣流量為0. 05、. 48Nm3/h，使得催化反應器13進口氫氣含量維持(2. 0±0. 2)% ;氫氣依次通過減壓閥2、質量流量計3、止逆閥4，與壓縮空氣混合得到混合氣，混合氣通過混合配氣管17進入催化反應器13後，從噴嘴28噴出，，經過催化反應器13中的鹼性液體後與催化劑板29接觸,混合氣中的氫氣和氧氣在催化劑板29表面發生反應，通過催化反應器13內的熱電偶al5、側壁上的壓力變送器al6、反應器進口氫氣含量測點14和第一溼度計20，監控催化反應器13進口溫度、壓力、氫氣含量和相對溼度隨時間變化，通過催化劑板29間分布的熱電偶bll，監控催化劑板29表面溫度隨時間變化，反應後的混合氣經過氣體排出管路26排出；步驟五、當催化反應器13進口、出口氫氣含量測點5檢測氫氣含量不再變化後，系統連續工作370h，每隔Is記錄一次催化反應器13進口和出口的溫度、壓力、氫氣含量和相對溼度隨時間變化。通過數據採集控制系統，每隔5s記錄一次記錄催化反應器13進口和出口的溫度、壓力、氫氣含量和相對溼度隨時間變化。重複步驟一 五，在步驟三中將催化反應器13內溶液pH值為7和10，重複上述步驟，考察基準事故工況範圍內不同PH值條件下對催化劑消氫能力的影響。綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種催化劑消氫性能的測試系統，其特徵在於所述系統包括氫氣鋼瓶、減壓閥、質量流量計、止逆閥、空氣壓縮機、緩衝罐、第一電動調節閥、第一旋進流量計、混合配氣管、催化反應器、第二電動調節閥、第二旋進流量計、第一壓力變送器、第一熱電偶、第一溼度計、第二壓力變送器、第二熱電偶、第二溼度計和數據採集控制系統； 其中，氫氣鋼瓶、減壓閥、質量流量計通過管路依次順序連接後，與止逆閥的一端連接； 其中緩衝罐下部開有進氣口，上部開有出氣口，內部設有加熱元件；空氣壓縮機、緩衝罐進氣口、緩衝罐出氣口、第一電動調節閥依次順序連接後，與第一旋進流量計的一端連接; 催化反應器的下部開有進氣口，頂部開有排氣口 ；止逆閥的另一端與第一旋進流量計的另一端連接後，通過混合配氣管，與催化反應器的進氣口連接；催化反應器的排氣口通過管路依次與第二電動調節閥、第二旋進流量計連接； 在緩衝罐和第一電動調節閥之間設有第一壓力變送器、第一熱電偶、第一溼度計，在催化反應器的排氣口和第二電動調節閥之間設有第二壓力變送器、第二測溫熱電偶、第二溼度計、反應器出口氫氣含量測點； 催化反應器包括噴嘴、箱體、氣體排出管路、壓力變送器a、熱電偶a、熱電偶b ； 箱體為長方體結構，箱體下部側壁開有進氣口，混合配氣管一端分別與止逆閥和第一旋進流量計連接，另一端通過進氣口進入箱體後，延伸到箱體中心軸線上，向下彎折90°後與噴嘴連接，噴嘴側壁開有通孔； 在箱體中固定有催化劑板，催化劑板位於混合配氣管上方，在箱體中縱向分布；兩片相鄰的催化劑板間設有熱電偶b ； 熱電偶a位於催化反應器內部中心軸線上，混合配氣管和催化劑板之間；在催化反應器側壁上設有壓力變送器a和反應器進口氫氣含量測點； 箱體頂端連有氣體排出管路； 數據採集控制系統分別與質量流量計、緩衝罐內的加熱元件、第一電動調節閥、第一旋進流量計、催化反應器內的熱電偶a、熱電偶b、第二電動調節閥、第二旋進流量計、第一壓力變送器、第一熱電偶、第一溼度計、第二壓力變送器、第二熱電偶、第二溼度計、反應器進口氫氣含量測點、反應器出口氫氣含量測點連接。
2.根據權利要求1所述的一種催化劑消氫性能的測試系統，其特徵在於緩衝罐側壁下部開有第一加液口，在催化反應器側壁下方開有第二加液口。
3.根據權利要求1所述的一種催化劑消氫性能的測試系統，其特徵在於混合配氣管包括管路、連接杆和擾流板，其中連接杆位於管路內部且與管路同軸，擾流板為半圓環形，內圓半徑與連接杆直徑相匹配，外圓與管路內壁牴觸連接；在管路一端的外壁上開有氫氣進氣孔； 在連接杆上均布垂直安裝有6 10個擾流板，擾流板半圓形面的朝向依次為上前下後四個方向排列，相鄰擾流板的間距為50mm。
4.根據權利要求1所述的一種催化劑消氫性能的測試系統，其特徵在於催化反應器內噴嘴的通孔直徑≤ 3mm，噴嘴側壁通孔的表面積之和與混合配氣管的截面面積相等。
5.根據權利要求1所述的一種催化劑消氫性能的測試系統，其特徵在於催化劑板為長方板或長方盒，長方板表面為平板或網格狀，厚度為O. 5^0. 6mm ;長方盒表面為網格結構，厚度為內裝催化劑小球。
6.根據權利要求1所述的一種催化劑消氫性能的測試系統，其特徵在於在催化反應器內，壓力變送器、反應器進口氫氣含量測點、熱電偶a位於催化反應器的同一高度處。
7.根據權利要求1所述的一種催化劑消氫性能的測試系統，其特徵在於氣體排出管路與混合配氣管的直徑相同。
8.一種催化劑消氫性能測試方法，其特徵在於所述方法使用如權利要求Γ7任一項所述的催化劑消氫性能測試系統，具體步驟如下 測試開始前，止逆閥處於開啟狀態，其餘所有閥門處於關閉狀態； 步驟一、打開第一電動調節閥，開啟空氣壓縮機，向緩衝罐內充入壓縮空氣，空氣依次通過第一電動調節閥、第一旋進流量計後，進入催化反應器，通過催化反應器側壁上的壓力變送器a讀出壓力，使催化反應器內的壓力維持在O. 5±0· 02MPa後，經l(T30min關閉空氣壓縮機，開啟第二電動調節閥，放空整個系統內的壓縮空氣； 步驟二、開啟緩衝罐內的加熱元件，將緩衝罐內的空氣加熱至第一選定溫度後，開啟空氣壓縮機，空氣依次通過第一電動調節閥、第一旋進流量計後，進入催化反應器，使催化反應器內溫度維持在第二選定溫度； 其中，第一選定溫度>第二選定溫度，且第一選定溫度範圍為3(T350°C，第二選定溫度範圍為25 222。。； 步驟三、調節第一電動調節閥、第二電動調節閥，使催化反應器內壓力維持在(TO. 5MPa ;通過第二旋進流量計讀出出口氣體流量為5 12Nm3/h ； 步驟四、開啟氫氣鋼瓶，調節減壓閥使氫氣壓力為(TO. 55MPa後，開啟並調節質量流量計，使氫氣流量為O. 05、. 48Nm3/h，氫氣依次通過減壓閥、質量流量計、止逆閥，與壓縮空氣混合得到混合氣，混合氣通過混合配氣管進入催化反應器後，從噴嘴噴出後與催化劑板接觸，混合氣中的氫氣和氧氣在催化劑板表面發生反應，通過催化反應器內的熱電偶a、側壁上的壓力變送器a、反應器進口氫氣含量測點和第一溼度計，監控催化反應器進口溫度、壓力、氫氣含量和相對溼度隨時間變化，通過催化劑板間分布的熱電偶b，監控催化劑板表面溫度隨時間變化，反應後的混合氣經過氣體排出管路排出； 步驟五、當催化反應器進口、出口氫氣含量測點檢測氫氣含量不再變化後，系統連續工作O. 25 400h，通過數據採集控制系統記錄催化反應器進口和出口的溫度、壓力、氫氣含量和相對溼度隨時間變化。
9.根據權利要求8所述的一種催化劑消氫性能測試方法，其特徵在於在步驟一結束後，從第一加液口向緩衝罐中加入水，液面在緩衝罐的空氣進氣口以下；從第二加液口向催化反應器中加入水或酸鹼性液體，液面淹沒噴嘴且不與催化劑板接觸，進行步驟二； 其中，酸鹼性液體為硼酸和磷酸鈉的混合溶液，pH選為設定值。
10.根據權利要求9所述的一種催化劑消氫性能測試方法，其特徵在於催化反應器進口氫氣體積含量為I 4%。
全文摘要
本發明公開了一種催化劑消氫性能的測試系統及測試方法，屬於催化反應工程領域。所述系統包括氫氣鋼瓶、減壓閥、質量流量計、止逆閥、空氣壓縮機、緩衝罐、第一電動調節閥、第一旋進流量計、混合配氣管、催化反應器、第二電動調節閥、第二旋進流量計、第一壓力變送器、第一熱電偶、第一溼度計、第二壓力變送器、第二熱電偶、第二溼度計和數據採集控制系統；所述方法通過數據採集控制系統，記錄催化反應器進口和出口的溫度、壓力、氫氣含量和相對溼度隨時間變化。本發明所述系統和方法能夠精確模擬核電站安全殼設計基準事故狀態。
文檔編號G01N31/10GK103033591SQ20121056297
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
發明者姜韶堃, 趙寧, 陶智勇, 朱敏 申請人:中國船舶重工集團公司第七一八研究所