全文摘要
本实用新型属于催化剂活性评价技术领域，具体涉及一种通用型常压催化剂活性评价装置；该装置包括依次连接的配料系统、反应系统和测试系统；配料系统包括气瓶、液相反应物稳流蒸发器、第I混合器和第II混合器；液相反应物稳流蒸发器包括蒸汽发生器和微量汽化器，其中蒸汽发生器与第I混合器相连，微量汽化器设置在第I混合器和第II混合器之间；腐蚀性气体瓶与第II混合器相连，载气瓶分别与所述蒸汽发生器和所述第I混合器相连；非腐蚀性气体瓶与所述第I混合器相连。本实用新型通过配料系统的改进，使装置更具通用性能，可对不同反应类型中催化剂的催化活性进行评价，且评价结果的真实性和可靠性更优。
主设计要求
1.一种通用型常压催化剂活性评价装置，其特征在于，包括依次连接的配料系统、反应系统和测试系统；所述配料系统包括气瓶、液相反应物稳流蒸发器、第I混合器和第II混合器；所述液相反应物稳流蒸发器包括蒸汽发生器和微量汽化器；所述蒸汽发生器与第I混合器相连，所述微量汽化器设置在第I混合器和第II混合器之间；所述气瓶包括腐蚀性气体瓶、非腐蚀性气体瓶和载气瓶，所述腐蚀性气体瓶与第II混合器相连，所述载气瓶分别与所述蒸汽发生器和所述第I混合器相连；所述非腐蚀性气体瓶与所述第I混合器相连。
设计方案
1.一种通用型常压催化剂活性评价装置，其特征在于，包括依次连接的配料系统、反应系统和测试系统；
所述配料系统包括气瓶、液相反应物稳流蒸发器、第I混合器和第II混合器；
所述液相反应物稳流蒸发器包括蒸汽发生器和微量汽化器；所述蒸汽发生器与第I混合器相连，所述微量汽化器设置在第I混合器和第II混合器之间；
所述气瓶包括腐蚀性气体瓶、非腐蚀性气体瓶和载气瓶，所述腐蚀性气体瓶与第II混合器相连，所述载气瓶分别与所述蒸汽发生器和所述第I混合器相连；所述非腐蚀性气体瓶与所述第I混合器相连。
2.如权利要求1所述的通用型常压催化剂活性评价装置，其特征在于，所述载气瓶、蒸汽发生器和第I混合器之间通过四通阀实现相互连接。
3.如权利要求1或2所述的通用型常压催化剂活性评价装置，其特征在于，所述腐蚀性气体瓶与第II混合器之间、所述非腐蚀性气体瓶和所述载气瓶与第I混合器之间依次设置有截止阀、过滤器、质量流量计和单向阀。
4.如权利要求1所述的通用型常压催化剂活性评价装置，其特征在于，所述第II混合器与反应系统之间还设置有预热器。
5.如权利要求1所述的通用型常压催化剂活性评价装置，其特征在于，所述蒸汽发生器与反应系统之间的连接管道设置有保温层。
6.如权利要求1所述的通用型常压催化剂活性评价装置，其特征在于，所述反应系统包括反应炉和反应室，所述反应室内设置电控仪、热电偶和多孔筛板；所述电控仪、热电偶与温度控制面板相连。
7.如权利要求1所述的通用型常压催化剂活性评价装置，其特征在于，所述测试系统包括分馏器和测试仪。
8.如权利要求7所述的通用型常压催化剂活性评价装置，其特征在于，所述分馏器设置有液相取样口和气相取样口。
9.如权利要求8所述的通用型常压催化剂活性评价装置，其特征在于，所述液相取样口连接有液相收集室，所述气相取样口连接有气相收集室。
10.如权利要求1所述的通用型常压催化剂活性评价装置，其特征在于，所述配料系统与反应系统之间还设置有泄压阀。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于催化剂活性评价技术领域，具体涉及一种通用型常压催化剂活性评价装置。
背景技术
催化剂被广泛应用于化工、能源、环保工业等多个领域，催化剂的催化活性是制约工业生产稳定和运行成本的关键要素，在催化剂使用之前及使用过程中，对催化剂的活性、稳定性、抗中毒性能进行全面深入的性能评价是十分必要的。
现有的催化剂活性评价装置结构简单，一般仅适用单一反应类型的催化剂活性评价，通用性差。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种通用型常压催化剂催化活性评价装置，本实用新型提供的装置能够适用于不同反应类型催化剂活性的评价，且考虑了液体汽化路径、气体混合程度以及温度稳定性多个因素，提高了催化剂活性评价结果的真实性和可靠性。
为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
本实用新型提供了一种通用型常压催化剂活性评价装置，包括依次连接的配料系统、反应系统和测试系统；
所述配料系统包括气瓶、液相反应物稳流蒸发器、第I混合器和第II混合器；
所述液相反应物稳流蒸发器包括蒸汽发生器和微量汽化器；所述蒸汽发生器与第I混合器相连，所述微量汽化器设置在第I混合器和第II混合器之间；
所述气瓶包括腐蚀性气体瓶、非腐蚀性气体瓶和载气瓶，所述腐蚀性气体瓶与第II混合器相连，所述载气瓶分别与所述蒸汽发生器和所述第I混合器相连；所述非腐蚀性气体瓶与所述第I混合器相连。
优选的，所述载气瓶、蒸汽发生器和第I混合器之间通过四通阀实现相互连接。
优选的，所述腐蚀性气体瓶与第II混合器之间、所述非腐蚀性气体瓶和所述载气瓶与第I混合器之间依次设置有截止阀、过滤器、质量流量计和单向阀。
优选的，所述第II混合器与反应系统之间还设置有预热器。
优选的，所述蒸汽发生器与反应系统之间的连接管道设置有保温层。
优选的，所述反应系统包括反应炉和反应室，所述反应室内设置电控仪、热电偶和多孔筛板；所述电控仪、热电偶与温度控制面板相连。
优选的，所述测试系统包括分馏器和测试仪。
优选的，所述分馏器设置有液相取样口和气相取样口。
优选的，所述液相取样口连接有液相收集室，所述气相取样口连接有气相收集室。
优选的，所述配料系统与反应系统之间还设置有泄压阀。
本实用新型提供的装置包括依次连接的配料系统、反应系统和测试系统；所述配料系统包括气瓶、液相反应物稳流蒸发器、第I混合器和第II混合器；其中液相反应物稳流蒸发器包括蒸汽发生器和微量汽化器，蒸汽发生器与第I混合器相连，微量汽化器设置在第I混合器和第II混合器之间；气瓶包括腐蚀性气体瓶、非腐蚀性气体瓶和载气瓶，所述腐蚀性气体瓶与第II混合器相连，所述载气瓶与蒸汽发生器和第I混合器分别相连；所述非腐蚀性气瓶与所述第I混合器相连。本实用新型提供的上述装置充分考虑不同种类催化反应特征，构建双液路汽化系统以适应不同反应类型，提高装置的通用性；多组分混合器的设置，充分确保反应气混合均匀；上述各部件相互配合，实现了对不同反应类型催化剂活性评价结果真实性和可靠性的提升。
附图说明
图1为本实用新型提供的通用型常压催化剂活性评价装置结构示意图；图中，
1-腐蚀性气体瓶；2-非腐蚀性气体瓶；3-载气瓶；4-截止阀；5-过滤器；6-质量流量计；7-单向阀；8-四通阀；9-蒸汽发生器；10-加热器；11-第I混合器；12-微量汽化器；13-第II混合器；14-预热器；15-保温层；16-压力表；17-泄压阀；18-反应炉；19-电控仪；20-多孔筛板；21-热电偶；22-分馏器；23-三通阀；24-气体检测仪；25-液相组分测试仪；G-气体收集室；L液相收集室；A-尾气；B-液相取液口；
图2为实施例1测试催化剂活性统计图；
图3为实施例2测试催化剂活性统计图。
具体实施方式
在以下具体实施方式中，各系统之间的关系以连接表示，各系统或者各部件之间在使用过程中会通过阀门的开启或关闭成连通或非连通的连接状态，这对本领域技术人员而言是可以理解的，以下不再一一解释。
如图1所示，本实用新型提供了一种通用型常压催化剂活性评价装置，包括依次连接的配料系统、反应系统和测试系统；
所述配料系统包括气瓶、液相反应物稳流蒸发器、第I混合器11和第II混合器13；
所述液相反应物稳流蒸发器包括蒸汽发生器9和微量汽化器12；所述蒸汽发生器9与第I混合器11相连，所述微量汽化器12设置在第I混合器11和第II混合器13之间；
所述气瓶包括腐蚀性气体瓶1与所述第II混合器13相连，载气瓶3与所述蒸汽发生器9和所述第I混合器11分别相连；非腐蚀性气体瓶2与所述第I混合器11相连。
本实用新型提供的通用型常压催化剂活性评价装置包括配料系统，所述配料系统包括气瓶；所述气瓶包括腐蚀性气体瓶1、非腐蚀性气体瓶2和载气瓶3；所述腐蚀性气体瓶1与所述第II混合器13相连，所述载气瓶3分别与所述蒸汽发生器9和所述第I混合器11相连。在本实用新型中，所述腐蚀性气瓶1用于盛放对管道有腐蚀作用的气体，具体如HCl、HF或SO3<\/sub>气体。在本实用新型中，腐蚀性气体瓶1直接与第II混合器13相连，可降低腐蚀性气体对气体运输管道造成的不必要的腐蚀。在本实用新型中，所述腐蚀性气体瓶1与第II混合器13之间的连接管道优选为耐腐蚀材质的管道。本实用新型专门设置高腐蚀气路，以适应催化剂老化、催化剂毒性实验及活性评价时用到的高腐蚀性气体，使装置布局更为合理，通用性更强。
在本实用新型中，所述非腐蚀性气体瓶2与所述第I混合器11相连。本实用新型所述非腐蚀性气体瓶2优选指对管道无腐蚀作用的气体，具体可以为氨气等。在本实用新型中，所述非腐蚀性气体瓶2的个数优选为2～3，更优选为3，以满足不同反应类型配料的需要；当非腐蚀性气瓶2包括多个时，每个气瓶优选通过独立的管道与所述第I混合器11相连，以控制不同气体的进量，进一步提高装置的通用型。
在本实用新型中，所述载气瓶3分别与所述蒸汽发生器9和所述第I混合器11相连，所述载气瓶3用于盛放载气，例如氮气等，可将蒸汽发生器9中生成的水蒸气引入至第I混合器11；另外载气瓶3盛放的气体也可作为平衡气，确保配料系统的正常运行。在本实用新型中，所述载气瓶可供的氮气量较少，若氮气为反应气，需求量较大时，反应所需氮气需通过非腐蚀气体瓶引入。
在本实用新型中，所述腐蚀性气体瓶1与第II混合器之间、所述非腐蚀性气体瓶2和所述载气瓶3与第I混合器之间优选依次设置有截止阀4、过滤器5、质量流量计6和单向阀7，以对配料的进量和纯度进行精准控制。
在本实用新型中，所述配料系统包括液相反应物稳流蒸发器，所述液相反应物稳流蒸发器优选包括蒸汽发生器9和微量汽化器12；所述蒸汽发生器9与第I混合器11相连，用于为反应体系提供水蒸气或者气化容易气化的组分；所述蒸汽发生器9优选包括容纳箱和与所述容纳箱配套的加热装置10(图中以折线表示)；所述微量汽化器12设置在第I混合器11和第II混合器13之间，用于将反应体系中难挥发或蒸气压低的液体组分汽化；所述微量汽化器12优选包括微量注射泵和与所述微量注射泵配套的加热装置(图中以折线表示)。在催化反应中，难挥发或蒸气压低的组分鼓泡后容易导致气压不稳定，影响催化反应准确评价的正常进行；利用微量汽化器可使难挥发或蒸气压低的组分快速汽化，汽化之后反应物料的气压较稳定，有利于催化反应的进行。在本实用新型中，所述微量注射泵的针尖接口与加热装置的距离优选为2～3cm，更优选为3cm；所述微量注射泵优选采用外包冷却水保持温度稳定在10℃，以使难挥发或蒸气压低的组分更为稳定的汽化，避免蒸汽浓度忽高忽低的现象出现。
在本实用新型中，所述配料系统包括第I混合器11和第II混合器13，所述第II混合器13与腐蚀性气体瓶1连接；所述第I混合器11与载气瓶3和蒸汽发生器9相连，连接管道采用常规的管道。在本实用新型中，所述第II混合器13优选与反应系统相连。本实用新型通过第I混合器11和第II混合器13将各组分反应物料进行混合，使反应物充分接触，为后续催化反应的进行提供有利条件，避免因反应物混合不均导致催化剂活性评价结果不准确的问题。
在本实用新型中，所述载气瓶3、蒸汽发生器9和第I混合器11之间优选通过四通阀8实现相互连接，具体是载气瓶3分别与蒸汽发生器9和第I混合器11相连，蒸汽发生器9与第I混合器11相连，通过调控四通阀8的阀门实现各装置之间的连通。
本实用新型提供的通用型常压催化剂活性评价装置包括反应系统，所述反应系统优选包括反应炉18和反应室，所述反应室优选设置有进气口和出气口，所述反应室内优选设置有电控仪19、热电偶21和多孔筛板20；所述电控仪19和热电偶21优选与温度控制面板相连，用于控制反应室的温度；所述多孔筛板20用于负载催化剂，使催化剂均匀分布，增加催化剂与反应物料之间的接触面积，促使催化反应正常进行。
在本实用新型中，所述第II混合器13优选与反应室的进气口相连，且所述第II混合器13与反应室进气口之间的连通管道优选还设置有预热器14，所述预热器14能使混合气体温度保持在稳定状态，为反应系统中催化反应的正常进行进一步提供有利条件，避免因温度波动影响对催化剂活性的评价判断。在本实用新型中，所述预热器内优选设置有热电偶，用于对预热器内气体的加热温度进行控制。
在本实用新型中，所述第II混合器13与反应系统之间优选设置有压力表16，以观测进气压力值。
在本实用新型中，所述第II混合器13与反应系统之间的连通管道优选还设置有泄压阀17，所述泄压阀17既可以避免反应系统内压力过大带来的危害，还能用于进行未参与反应的原料气组分测定，进一步提高装置的功能性。
本实用新型提供的通用型常压催化剂活性评价装置包括测试系统；所述测试仪器优选与上述技术方案所述反应室的出口相连；所述测试系统优选包括分馏器22和测试仪，所述分馏器22优选设置液相取样口B和气相取样口；所述测试仪优选包括气体测试仪24和液相组分测试仪25；所述液相取样口B优选与液相组分测试仪25相连，所述气相取样口优选与气体检测仪24相连。
在本实用新型中，所述液相取样口优选还连接有液相收集室L，用于收集反应生成的液相组分；所述气相取样口优选还连接有气相收集室G，用于收集反应生成的气相组分；当反应生成的液相组分或气相组分无危害，且不循环利用时，也可作为尾气A直接排放，此时不需收集。在本实用新型中，所述气相取样口、气体检测仪和气相收集室优选通过三通阀23连接。
为了进一步说明本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型提供的通用型常压催化剂活性评价装置进行详细地描述，但不能将它们理解为对本实用新型保护范围的限定。
实施例1
以氨气催化氧化反应为例，考察催化剂在反应中的性能：
各部件按图1所示连接完成后，设置空速为30000h-1<\/sup>，非腐蚀气体瓶2(气瓶采用钢瓶，以下同)中一个提供空气(96mL\/min)，一个提供NH3<\/sub>(16.4mL\/min)，与气瓶3中N2<\/sub>(206mL\/min)一同组成进气系统；将填装好CuO-Fe2<\/sub>O3<\/sub>催化剂(Cu\/Fe＝1:1)的石英材质的多孔筛板置于反应炉内，接通气源，注意调节气体的流量，之后从控制面板上进行升温和温度控制的操作(温度为150～300℃℃)，此时气体通过管道依次进入第I混合器和第II混合器，混合后到达预热器，使得气体温度有所增加，再进入反应炉时即可使气体温度有效提升，在催化剂作用下，保证了气体间的反应顺利完成，反应后生成的气体自气相取样口进入测试系统，进行测试。
检测结果以氨气转换率为指标，测试三次，对比三次测试结果，以考察装置测试结果的可靠性。测试结果如图2所示，图中自左至右的条状图分别对应第一次、第二次和第三次测试结果。
由图2的统计结果可知，催化反应在225℃进行比较适合，此时氨气的转化率较高；继续增加温度，氨气转化率无明显变化，但会增加能耗。而三次测试结果相差不大，重复性好，说明本方案提供的装置可靠性高。
实施例2
以VOC的催化燃烧为例，VOC是具有危害性的挥发性有机化合物，通过本装置可测定催化剂的抗中毒性能：
将装置连接，填装好催化剂；设置空速为30000h-1<\/sup>，在此实施例中，VOC为甲苯，所需含量约为1000ppm，通过微量汽化器引入(自微量注射泵注入)，同时通入体积分数约10％的水蒸气，此水蒸气可由蒸汽发生器将水汽化提供，体积分数约10％的O2<\/sub>和余量的N2<\/sub>(气体总量以100％计)从非腐蚀性气体瓶(2)中引入，约50ppm的HCl则从腐蚀性气体瓶(1)中直接引入，HCl为强腐蚀性气体，如若直接与其余气体进入第I混合器则会腐蚀管道，因此设置强腐蚀性气体管道；将反应设定温度为160～240℃；HCl进入第II混合器与在第I混合器中混合过的水蒸气、N2<\/sub>和O2<\/sub>、以及甲苯再次均匀混合，各气体组分均匀混合后则到达预热器，一定程度的提高混合气体温度后进入反应炉，在反应炉中混合气体与催化剂发生反应，反应后生成的气体自气相取样口进入气相色谱仪，进行测试。由于HCl对催化剂具有一定的毒性，所测催化剂活性的优劣即可反映催化剂的抗中毒性。
测试结果以甲苯转化率为评价指标，测试结果如图3所示，图中自左至右的条状图分别对应第一次、第二次、第三次和第四次的测试结果。
由图3可知，甲苯在低温(160～200℃)条件下转化率低，催化剂活性较差；而在240℃条件下转化率较高，接近100％，催化剂活性较高，证明催化剂抗中毒性较为优异，而且多次重复测试活性结果非常一致，表明装置稳定性较好。
实施例3
以柴油机尾气脱硝催化剂稳定性老化为例：
在多孔筛板上填装好Cu-Ce-SAPO-34催化剂(质量分数2.5％的Cu，1％的Ce)，通入体积含量约10％的水蒸气，此水蒸气可由蒸汽发生器将水汽化提供，体积含量约14％的CO2<\/sub>、体积含量约10％的O2<\/sub>和约100ppm的SO2<\/sub>(气体总量以100％计，其余为N2<\/sub>)从非腐蚀性气体瓶(2)中引入，将老化温度定为670℃，各气体组分经过第I混合器与第II混合器均匀混合后则到达预热器，一定程度的提高混合气体温度后进入反应炉，在苛刻的气体氛围下，催化剂发生劣化现象，进行72h后，直接对催化剂进行活性评价，根据活性评价结果，判断催化剂稳定性。同一种催化剂三次老化后，测试结果相对误差小于2％，表明该装置进行催化剂稳定性分析实验可靠。
由以上实施例可知，本实用新型提供的装置能够用于对不同反应类型的催化剂的活性进行测试和评价，而且装置充分考虑了反应气体的混合、温度的稳定等多个因素，因此，所得测试结果的真实性和可靠性更优。
尽管上述实施例对本实用新型做出了详尽的描述，但它仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本实用新型保护范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920306773.0
申请日:2019-03-12
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:53(云南)
授权编号:CN209784288U
授权时间:20191213
主分类号:G01N31/10
专利分类号:G01N31/10
范畴分类:31E;
申请人:昆明理工大学
第一申请人:昆明理工大学
申请人地址:650000 云南省昆明市呈贡大学城景明南路727号
发明人:张秋林;李娜;张义秋;李沫睿;郝乔慧;李安明
第一发明人:张秋林
当前权利人:昆明理工大学
代理人:刘奇
代理机构:11569
代理机构编号:北京高沃律师事务所 11569
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计