CN107941986A - 一种用于评价催化剂催化性能的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于评价催化剂催化性能的装置，包括依次通过管路连接的配气装置、碳氢燃料鼓泡装置、放置待测催化剂的管式炉和尾气检测装置；所述碳氢燃料鼓泡装置与管式炉通过混合气管路连接，所述混合气管路上设有第一截止阀；所述管式炉进出口两端管路上并联设有辅助测试管路，所述辅助测试管路上设有第二截止阀，且所述辅助测试管路的进口端设置在第一截止阀与碳氢燃料鼓泡装置之间。该装置能够简便、高效地评价催化剂对于碳氢燃料的催化燃烧性能，从而有助于选择不同碳氢燃料的最优催化剂。

Description

一种用于评价催化剂催化性能的装置
技术领域
本发明涉及碳氢燃料的催化燃烧领域，具体涉及一种用于评价催化剂催化性能的装置。
背景技术
燃油箱***是威胁航天航空安全的主要因素之一，因此降低燃油箱可燃性的油箱惰化***一直以来都是飞机安全的研究热点。基于空气分离器的机载惰性气体生产***(简称OBIGGS)因能有效地降低油箱空间内的氧气含量和保障燃油箱安全性，成为了目前被广泛应用于国内外飞机的惰化***。
但是，OBIGGS***在应用过程中也存在着一定局限性，比如对飞机发动机性能有一定的影响，会额外增加飞机重量、部件价格昂贵等。在OBIGGS***的基础上研发的绿色机载惰性气体生产***(简称GOBIGGS)是尚处于试验阶段的一种经济、高效、环保的新型燃油除氧***。
GOBIGGS***的主要工作原理为：通过气体接触器使燃油和惰性气体充分混合，从而使燃油中的溶解氧逸出，接着油水分离器将燃油和气体分离，从而达到除氧的目的。分离得到的含有氧气、惰性气体和燃油蒸汽的混合气体引入到含有催化剂的反应室中，使氧气与燃油蒸气发生催化燃烧反应。反应生成的水通过冷凝***滤除，而二氧化碳则被压缩后用作惰性气体继续参与除氧反应。该***在有效保障燃油箱安全性的基础上，还有着功耗低，结构紧凑，重量轻等优点。
催化气体燃烧单元是GOBIGGS的核心部件之一，催化剂的性能优劣直接关系到整个***对油箱的惰化效果。由于可用于碳氢燃料催化燃烧的催化剂种类繁多，而目前对于碳氢燃料的催化燃烧的研究甚少，因此研制一种碳氢燃料燃烧催化剂的性能评价装置对于新型油箱惰化技术的发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于评价催化剂催化性能的装置，该装置能够简便、高效地评价催化剂对于碳氢燃料的催化燃烧性能，从而有助于选择不同碳氢燃料的最优催化剂。
本发明所提供的技术方案为：
一种用于评价催化剂催化性能的装置，包括依次通过管路连接的配气装置、碳氢燃料鼓泡装置、放置待测催化剂的管式炉和尾气检测装置；
所述碳氢燃料鼓泡装置与管式炉通过混合气管路连接，所述混合气管路上设有第一截止阀；所述管式炉进出口两端管路上并联设有辅助测试管路，所述辅助测试管路上设有第二截止阀，且所述辅助测试管路的进口端设置在第一截止阀与碳氢燃料鼓泡装置之间。
上述技术方案中，所提供的装置能够用于评价催化剂对于多种碳氢燃料的催化效果，碳氢燃料可以包括正十二烷、正十三烷、正十四烷、十氢萘、环己烷、乙基环己烷、甲基环己烷等在内的模型燃料。
此外，由于设置了辅助测试管路，通过关闭第一截止阀、打开第二截止阀，来测定装置通路情况，实现随时测定原料气的成分组成。
优选的，所述管式炉为OTF-1200X-II型管式炉，石英反应管的长度为500-800mm，内径为6-12mm，催化剂通过石英棉固定于石英反应管的中间。该管式炉可对催化燃烧的温度在10-800℃范围内进行精确控制，检测结果对于各催化剂的实际应用更具有指导意义。
优选的，所述配气装置为载气钢瓶，通过载气管路连接碳氢燃料鼓泡装置。载气钢瓶内可以装载空气等气体，用于将液体状的碳氢燃料通过鼓泡法形成混合气，然后送入管式炉内进行燃烧。
优选的，所述载气管路上依次设有第三截止阀、流量控制器和单向阀。
优选的，所述载气钢瓶还设有与混合气管路连接的补充气管路。补充气管路和载气管路都连接于载气钢瓶的减压阀，使得载气钢瓶内的气体分成两路，能够用于调整碳氢燃料在混合气中的比例。
优选的，所述补充气管路上依次设有第四截止阀、流量控制器和单向阀。
优选的，所述管式炉通过尾气管路连接尾气吸收器。尾气吸收器用于收集尾气，避免尾气直接进入大气造成污染。
优选的，所述尾气检测装置包括气相色谱仪，所述气相色谱仪分别连接尾气管路和尾气吸收器。进一步优选，所述气相色谱仪采用岛津公司的GC-2014AFsc型气相色谱仪，并且采用六通阀自动进样，能够精准的检测出催化燃烧尾气中的组分组成及含量，从而更好地评价催化剂对于碳氢燃料的催化燃烧效果。
优选的，所述尾气检测装置还包括CO2检测器，所述CO2检测器通过CO2检测管路与尾气管路连接，所述CO2检测管路上设有第五截止阀。可以定量地对所测碳氢燃料流量进行标定，还可以随时检测碳氢燃料的燃烧情况，判定消耗部分是否完全燃烧。
优选的，所述管路上缠绕有加热带。由于管路上缠有加热带，可以全程保持碳氢燃料的气体状态，因此可以评价一些诸如航空煤油和火箭煤油等高沸程的燃料。所述管路可以为混合气管路、辅助测试管路、载气管路、补充气管路、尾气管路和CO2检测管路。
优选的，所述管式炉的石英管内设有温度传感器。在石英管中接入热电偶，外连温度传感器，可以进一步地对温度进行精确控制，可以使测定结果更加准确有意义。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明所提供的装置由于管路上缠绕有加热带，能够用于评价催化剂对于多种高沸程碳氢燃料的催化效果，例如模型燃料或者包括航空煤油、火箭煤油在内的等实际燃料。
(2)本发明所提供的装置由于设有CO2检测器，可以定量地对所测碳氢燃料流量进行标定，还可以随时检测碳氢燃料的燃烧情况，判定消耗部分是否完全燃烧。
(3)本发明所提供的装置由于设置了辅助测试管路，通过关闭第一截止阀、打开第二截止阀，来测定装置通路情况，实现随时测定原料气的成分组成。
(4)本发明所提供的装置由于在石英管中接出温度传感器，可以更确切地知道管中的实际温度，使实验结果更加精确。
附图说明
图1为实施例中用于评价催化剂催化性能的装置的结构示意图。
其中，1、配气装置；2、载气管路；3、补充气管路；4、碳氢燃料鼓泡装置；5、混合气管路；6、管式炉；7、温度传感器；8、辅助测试管路；9、气相色谱仪；10、尾气管路；11、尾气吸收器；12、CO2检测管路；13、CO2检测器；14、第三截止阀；15、第四截止阀；16、第一截止阀；17、第二截止阀；18、第五截止阀。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步具体的说明。
实施例
如图1所示，用于评价催化剂催化性能的装置包括依次通过管路连接的配气装置1、碳氢燃料鼓泡装置4、放置待测催化剂的管式炉6和尾气检测装置。
其中，配气装置1为载气钢瓶，通过载气钢瓶的减压阀分别分成载气管路2和补充气管路3。载气钢瓶通过载气管路2连接碳氢燃料鼓泡装置4，载气管路2上依次设有第三截止阀14、流量控制器和单向阀，其中流量控制器用于控制进入碳氢燃料鼓泡装置4的气体流量以及进入管式炉6内石英反应管的碳氢燃料含量；截止阀设置于流量控制前，用于截止气体流动；单向阀设置于流量控制器后，用于保护流量控制器。
载气钢瓶1内装载空气，而碳氢燃料鼓泡装置4可以装载正十二烷、正十三烷、正十四烷、十氢萘、环己烷、乙基环己烷、甲基环己烷等在内的模型燃料，或者航空煤油、火箭煤油等在内的实际燃料。
碳氢燃料鼓泡装置4与管式炉6通过混合气管路5连接，混合气管路5上设有第一截止阀16。管式炉为OTF-1200X-II型管式炉，石英反应管的长度为500-800mm，内径为6-12mm，催化剂通过石英棉固定于石英反应管的中间。该管式炉可对催化燃烧的温度在10-800℃范围内进行精确控制，检测结果对于各催化剂的实际应用更具有指导意义。此外，管式炉6的石英管内设有温度传感器7。在石英管中接入热电偶，外连温度传感器7，可以进一步地对温度进行精确控制，可以使测定结果更加准确有意义。
载气钢瓶还设有与混合气管路5连接的补充气管路3，补充气管路3上同样依次设有第四截止阀15、流量控制器和单向阀。补充气管路3使得载气钢瓶内的气体分成两路，通过调整第三截止阀14和第四截止阀15，可以用于调整碳氢燃料在混合气中的比例。
管式炉6进出口两端分别连接混合气管路5和尾气管路10，辅助测试管路8则并联设置管式炉6进出口两端的管路上，辅助测试管路8上设有第二截止阀17，且辅助测试管路8的进口端设置在第一截止阀5与碳氢燃料鼓泡装置4之间。
管式炉6通过尾气管路10连接尾气吸收器11。尾气吸收器用于收集尾气，避免尾气直接进入大气造成污染。
尾气检测装置则包括气相色谱仪9和CO2检测器13，气相色谱仪9分别连接尾气管路10和尾气吸收器11，采用岛津公司的GC-2014AFsc型气相色谱仪，并且采用六通阀自动进样，能够精准地检测出催化燃烧尾气中的组分组成及含量，从而更好地评价催化剂对于碳氢燃料的催化燃烧效果。
CO2检测器13通过CO2检测管路12与尾气管路10连接，CO2检测管路12上设有第五截止阀18，CO2检测器13可以定量地对所测碳氢燃料流量进行标定，还可以随时检测碳氢燃料的燃烧情况，判定消耗部分是否完全燃烧。
此外，上述的管路上均缠绕有加热带(图中未给出)，可以全程保持碳氢燃料的气体状态，因此可以评价一些诸如航空煤油和火箭煤油等高沸程的燃料。
工作过程如下：
首先称取一定量的催化剂用石英棉固定于石英反应管中部，并将其安装于管式炉6中，然后将流量控制器，加热带控制器，管式炉6，气相色谱仪9和计算机开启。
其次，依次打开载气钢瓶阀门，减压阀，截止阀，并调节流量控制器到一定数值，此时气体经减压阀减压后，经载气管路2和补充气管路3分为两路，载气管路2中的气体在经过碳氢燃料鼓泡装置4后与补充气管路3中的气体混合形成混合气体通入石英反应管。石英反应管中放置有一定量的20目到40目的待测催化剂，催化剂两端用石英棉固定。混合气体在待测催化剂的作用下发生催化降解反应。最后，降解后的混合气体通过尾气管路10与尾气吸收器11相连。气相色谱仪9通过六通阀从尾气管路10上采集一定量的降解后的混合气体，并对其组成和浓度进行精准地分析。

Claims (10)

1.一种用于评价催化剂催化性能的装置，其特征在于，包括依次通过管路连接的配气装置、碳氢燃料鼓泡装置、放置待测催化剂的管式炉和尾气检测装置；
所述碳氢燃料鼓泡装置与管式炉通过混合气管路连接，所述混合气管路上设有第一截止阀；所述管式炉进出口两端管路上并联设有辅助测试管路，所述辅助测试管路上设有第二截止阀，且所述辅助测试管路的进口端设置在第一截止阀与碳氢燃料鼓泡装置之间。
2.根据权利要求1所述的用于评价催化剂催化性能的装置，其特征在于，所述配气装置为载气钢瓶，通过载气管路连接碳氢燃料鼓泡装置。
3.根据权利要求2所述的用于评价催化剂催化性能的装置，其特征在于，所述载气管路上依次设有第三截止阀、流量控制器和单向阀。
4.根据权利要求2所述的用于评价催化剂催化性能的装置，其特征在于，所述载气钢瓶还设有与混合气管路连接的补充气管路。
5.根据权利要求4所述的用于评价催化剂催化性能的装置，其特征在于，所述补充气管路上依次设有第四截止阀、流量控制器和单向阀。
6.根据权利要求1所述的用于评价催化剂催化性能的装置，其特征在于，所述管式炉通过尾气管路连接尾气吸收器。
7.根据权利要求6所述的用于评价催化剂催化性能的装置，其特征在于，所述尾气检测装置包括气相色谱仪，所述气相色谱仪分别连接尾气管路和尾气吸收器。
8.根据权利要求7所述的用于评价催化剂催化性能的装置，其特征在于，所述尾气检测装置还包括CO2检测器，所述CO2检测器通过CO2检测管路与尾气管路连接，所述CO2检测管路上设有第五截止阀。
9.根据权利要求1所述的用于评价催化剂催化性能的装置，其特征在于，所述管路上缠绕有加热带。
10.根据权利要求1所述的用于评价催化剂催化性能的装置，其特征在于，所述管式炉的石英管内设有温度传感器。
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