一种正仲氢转化催化剂催化性能的测试系统及测试方法

本申请涉及正仲氢转化，更具体地，本申请涉及一种正仲氢转化催化剂催化性能的测试系统及测试方法。

背景技术：

1、液氢是发展航空航天、氢能源产业的重要资源。随着航天事业发展，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。

2、氢分子根据其自身原子核自旋方式的不同分为两种形态。其中两个原子核自旋方向相同的为正氢，自旋方向相反的为仲氢。正氢和仲氢所占比例与温度有关，常温下正氢占比为75％，仲氢占比25％，随着温度的降低，正氢缓慢向仲氢转化，即仲氢所占比例逐渐增加，正氢所占比例逐渐减少，此过程是一个放热过程。

3、由于在降温至一定温度后，正氢向仲氢的转化非常缓慢，而且还会使液氢处于非平衡态，例如在液氢温度下，正氢向仲氢转化放出的热量为706 kj/kg，液氢的汽化潜热为447 kj/kg，显然，正氢向仲氢转化放出的热量大于液氢的汽化潜热，所以当直接将室温的氢气液化时，得到的液氢处于非平衡态，正氢会自发的向仲氢转化，导致液氢的蒸发。因此为减少液氢储存时的损失，必须在氢气液化的同时完成正仲氢的转化，通常需要催化剂加快正氢向仲氢转化的速率。因此催化剂对于正氢向仲氢的转化是非常重要的，同时对于液氢的生产、储存也非常重要。而催化剂的转化速率如何测试，就需要一个可靠的测试装置及方法进行检测，进而判断所使用催化剂是否满足要求。

4、然而，现有技术中，用于对催化剂催化性能检测的测试装置仅有一个测试样品柱，也就是一次仅能实现一种催化剂催化性能的检测，测试效率很低，而且成本也较高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种正仲氢转化催化剂催化性能的测试系统及测试方法，以解决现有的测试装置不能同时对不同种类的催化剂进行检测的问题。

2、为了达到上述目的中至少一个，本申请采用下述技术方案：

3、本申请第一方面提供一种正仲氢转化催化剂催化性能的测试系统，包括：

4、氢气源，用于输出氢气；

5、第一正仲氢转化反应器，包含有参考催化剂；

6、多个第二正仲氢转化反应器，所述第二正仲氢转化反应器包含有待测催化剂；

7、气相色谱仪，用于检测氢气源输出的氢气经所述第一正仲氢转化反应器得到的第一反应气中的仲氢的峰值面积，并检测氢气源输出的氢气分别经各个所述第二正仲氢转化反应器得到的各第二反应气中的仲氢的峰值面积；

8、数据处理器，用于根据所述第一反应气中的仲氢的峰值面积计算得到所述第一反应气的单位面积下的仲氢含量，并根据各所述第二反应气中的仲氢的峰值面积和所述第一反应气的单位面积下的仲氢含量计算得到各所述第二反应气的仲氢含量。

9、可选地，每个第二正仲氢转化反应器中包含的待测催化剂的种类各不相同。

10、可选地，所述第一正仲氢转化反应器以及多个所述第二正仲氢转化反应器并联在所述氢气源与所述气相色谱仪之间。

11、可选地，所述测试系统还包括与所述氢气源连通的吸附模块，用于吸附氢气源输出的氢气中的杂质，使得被吸附杂质后的氢气输送至第一正仲氢转化反应器和第二正仲氢转化反应器中。

12、可选地，所述测试系统还包括温度控制模块，所述温度控制模块用于控制进入所述第一正仲氢转化反应器和第二正仲氢转化反应器的氢气的温度。

13、可选地，所述测试系统还包括用于将第一反应气和第二反应气轮流输送至所述气相色谱仪中的出气管路。

14、可选地，所述氢气源输出的氢气还通过载气管路输送至所述气相色谱仪中；

15、所述载气管路与所述出气管路连通，以使氢气源输出的氢气通过载气管路进入所述气相色谱仪中时与所述第一反应气或第二反应气混合。

16、可选地，所述根据所述第一反应气中的仲氢的峰值面积计算得到所述第一反应气的单位面积下的仲氢含量包括：

17、利用下述公式（1）计算第一反应气的单位面积下的仲氢含量kp：

18、（1）

19、其中， cl表示在测试温度下氢气源输出的氢气转化平衡之后的仲氢含量；c0表示室温下氢气源输出的氢气的仲氢含量； sl表示所述第一反应气中的仲氢的峰值面积。

20、可选地，所述根据所述第二反应气中的仲氢的峰值面积和所述第一反应气的单位面积下的仲氢含量计算得到所述第二反应气的仲氢含量包括：

21、利用下述公式（2）计算第二反应气中的仲氢含量xp，

22、（2）

23、其中，sp表示所述第二反应气中的仲氢的峰值面积。

24、本申请第二方面提供一种基于第一方面所述的正仲氢转化催化剂催化性能的测试系统的测试方法，所述测试方法包括：

25、检测氢气源输出的氢气经所述第一正仲氢转化反应器得到的第一反应气中的仲氢的峰值面积，并检测氢气源输出的氢气经所述第二正仲氢转化反应器得到的第二反应气中的仲氢的峰值面积，其中，所述第一正仲氢转化反应器包含有参考催化剂，所述第二正仲氢转化反应器包含有待测催化剂；

26、根据所述第一反应气中的仲氢的峰值面积计算得到所述第一反应气的单位面积下的仲氢含量，并根据所述第二反应气中的仲氢的峰值面积和所述第一反应气的单位面积下的仲氢含量计算得到所述第二反应气的仲氢含量。

27、本申请的有益效果如下：

28、本申请提供的正仲氢转化催化剂催化性能的测试系统，在同等条件下，通过气相色谱仪和数据处理器计算一次氢气经第一正仲氢转化反应器得到的第一反应气的单位面积下的仲氢含量，即可再通过同一气相色谱仪和数据处理器计算氢气经每个第二正仲氢转化反应器得到的第二反应气的仲氢含量；也就是说，在检测多个第二正仲氢转化反应器分别输出的第二反应气的仲氢含量时，不需要多次检测第一反应气的单位面积下的仲氢含量，仅需检测一次第一反应气的单位面积下的仲氢含量即可实现对多个第二正仲氢转化反应器分别输出的第二反应气的仲氢含量进行计算，即能够快速获取多个第二正仲氢转化反应器包含的待测催化剂的催化性能；检测结果不仅准确可靠，而且效率高；除此之外，第一正仲氢转化反应器、多个第二正仲氢转化反应器、气相色谱仪和数据处理器为一体化设计，第一正仲氢转化反应器和多个第二正仲氢转化反应器设置在一个装载平台上，减小了整个测试系统的占用空间。

技术特征：

1.一种正仲氢转化催化剂催化性能的测试系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的正仲氢转化催化剂催化性能的测试系统，其特征在于，每个第二正仲氢转化反应器中包含的待测催化剂的种类各不相同。

3.根据权利要求1所述的正仲氢转化催化剂催化性能的测试系统，其特征在于，所述第一正仲氢转化反应器以及多个所述第二正仲氢转化反应器并联在所述氢气源与所述气相色谱仪之间。

4.根据权利要求1所述的正仲氢转化催化剂催化性能的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括与所述氢气源连通的吸附模块，用于吸附氢气源输出的氢气中的杂质，使得被吸附杂质后的氢气输送至第一正仲氢转化反应器和第二正仲氢转化反应器中。

5.根据权利要求1所述的正仲氢转化催化剂催化性能的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括温度控制模块，所述温度控制模块用于控制进入所述第一正仲氢转化反应器和第二正仲氢转化反应器的氢气的温度。

6.根据权利要求1所述的正仲氢转化催化剂催化性能的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括用于将第一反应气和第二反应气轮流输送至所述气相色谱仪中的出气管路。

7.根据权利要求6所述的正仲氢转化催化剂催化性能的测试系统，其特征在于，所述氢气源输出的氢气还通过载气管路输送至所述气相色谱仪中；

8.根据权利要求1所述的正仲氢转化催化剂催化性能的测试系统，其特征在于，所述根据所述第一反应气中的仲氢的峰值面积计算得到所述第一反应气的单位面积下的仲氢含量包括：

9.根据权利要求8所述的正仲氢转化催化剂催化性能的测试系统，其特征在于，所述根据所述第二反应气中的仲氢的峰值面积和所述第一反应气的单位面积下的仲氢含量计算得到所述第二反应气的仲氢含量包括：

10.一种基于权利要求1-9中任一项所述的正仲氢转化催化剂催化性能的测试系统的测试方法，其特征在于，所述测试方法包括：

技术总结本申请实施例公开一种正仲氢转化催化剂催化性能的测试系统及测试方法，测试系统包括氢气源，用于输出氢气；第一正仲氢转化反应器，包含有参考催化剂；多个第二正仲氢转化反应器，第二正仲氢转化反应器包含有待测催化剂；气相色谱仪，用于检测氢气源输出的氢气经第一正仲氢转化反应器得到的第一反应气中的仲氢的峰值面积，并检测氢气源输出的氢气分别经各个第二正仲氢转化反应器得到的各第二反应气中的仲氢的峰值面积；数据处理器，用于根据所述第一反应气中的仲氢的峰值面积计算得到第一反应气的单位面积下的仲氢含量，并根据第二反应气中的仲氢的峰值面积和所述第一反应气的单位面积下的仲氢含量计算得到所述第二反应气的仲氢含量。技术研发人员：李娜,魏进,肖红梅,曹锐霄,刘玉,黄贵文受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/25