本技術(shù)涉及測(cè)試分析設(shè)備，特別涉及一種正-仲氫和仲-正氫催化轉(zhuǎn)化測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、液氫因其高體積能量密度、純凈、清潔和可再生等特點(diǎn)，被認(rèn)為是未來(lái)可再生能源發(fā)展?jié)撛诘拇笠?guī)模儲(chǔ)能物質(zhì)和形式。然而，氫液化過(guò)程消耗能量約占其本身熱值的40%-50%，這導(dǎo)致液氫作為儲(chǔ)能物質(zhì)的能量傳遞效率受到限制。除了進(jìn)一步優(yōu)化氫液化流程，提高液化效率，如何利用液氫中儲(chǔ)存的冷能，回收液化過(guò)程中投入的功也是提高液氫儲(chǔ)能效率的重要途經(jīng)。
2、處于熱力學(xué)平衡條件下的氫（平衡氫），其正氫分子和仲氫分子的組分濃度僅隨溫度而變化。常溫下，平衡氫約由75％的正氫和25％的仲氫組成；在77?k時(shí)，平衡氫約由50％的正氫和50％的仲氫組成；在20?k時(shí)，平衡氫中約含有99%以上的仲氫。然而由于反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢，正氫向仲氫自發(fā)轉(zhuǎn)化過(guò)程較長(zhǎng)，若不加催化劑，經(jīng)歷正常液化流程后，得到液氫產(chǎn)品中仍含有較高濃度的正氫。在長(zhǎng)期儲(chǔ)存過(guò)程中，自發(fā)正-仲氫轉(zhuǎn)化伴隨強(qiáng)烈的放熱過(guò)程，其反應(yīng)熱約527?kj/kg，高于液氫潛熱446?kj/kg，會(huì)引起將引起液氫過(guò)量蒸發(fā)，造成損失甚至產(chǎn)生危險(xiǎn)。
3、在氫液化的應(yīng)用需求下，正-仲氫催化反應(yīng)得到了較為充分的研究。隨著研究的深入，研究人員也開(kāi)始關(guān)注這一反應(yīng)的逆過(guò)程。例如在儲(chǔ)罐、氫燃料電池等應(yīng)用端，伴隨著復(fù)溫過(guò)程，將發(fā)生緩慢的仲-正氫反應(yīng)。而加速這一反應(yīng)達(dá)到平衡則可以回收額外的冷能，用于儲(chǔ)罐絕熱或氫燃料電池的熱管理。這也是利用液氫冷能，提高液氫儲(chǔ)能效率的一種有效途徑。
4、目前有關(guān)正-仲氫催化轉(zhuǎn)化測(cè)試裝置大多設(shè)計(jì)為開(kāi)式系統(tǒng)，在測(cè)試過(guò)程中，需要外接氫氣源，并在測(cè)試完成后立刻排出氫氣。這樣的流程不但造成了氫氣和冷能的浪費(fèi)，而且受到氣源來(lái)源不足等條件限制不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)試以及不能很好的對(duì)正氫以及仲氫的含量進(jìn)行分析，延長(zhǎng)了測(cè)試周期。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本技術(shù)實(shí)施例的目的在于提供一種正-仲氫和仲-正氫催化轉(zhuǎn)化測(cè)試系統(tǒng)。
2、本技術(shù)的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：一種正-仲氫和仲-正氫催化轉(zhuǎn)化測(cè)試系統(tǒng)，包括：
3、壓縮組件，其用于對(duì)常溫氫氣進(jìn)行壓縮；
4、換熱器組件，其包括多個(gè)換熱器，多個(gè)所述換熱器相互連接；其中一個(gè)所述換熱器與所述壓縮組件連接，以承接經(jīng)所述壓縮組件壓縮后升溫的氫氣；部分所述換熱器用于對(duì)氫氣進(jìn)行梯級(jí)逐級(jí)冷卻，以得到設(shè)定溫度的液氫；所述換熱器的冷媒介質(zhì)包括回流的液氫和外部通入的冷媒；所述液氫流經(jīng)所述多個(gè)換熱器中的部分換熱器，以通過(guò)流經(jīng)所述換熱器的氫氣對(duì)所述液氫進(jìn)行梯級(jí)逐級(jí)加熱復(fù)溫，得到設(shè)定溫度的氫氣，復(fù)溫后的氫氣循環(huán)回流至壓縮組件，完成氫氣的閉式循環(huán)；多個(gè)所述換熱器中的至少部分換熱器中設(shè)置有正-仲氫轉(zhuǎn)化反應(yīng)催化劑和仲-正氫轉(zhuǎn)化反應(yīng)催化劑；
5、液氫儲(chǔ)罐，其與多個(gè)所述換熱器中的另一個(gè)換熱器連接，以儲(chǔ)存液氫；
6、分支管路組件，其包括多個(gè)分支管路，各所述分支管路的一端分別與所述換熱器的氫氣出口、所述換熱器的液氫出口以及液氫儲(chǔ)罐連接，以采集對(duì)應(yīng)位置的氫氣或液氫；
7、氣相色譜儀，其與各所述分支管路的另一端連接，以對(duì)來(lái)自各所述分支管路的氫氣或液氫進(jìn)行分析，進(jìn)而確定不同溫度下正氫與仲氫轉(zhuǎn)換過(guò)程中正氫和仲氫的濃度。
8、在一些實(shí)施例中，所述換熱器組件包括第一級(jí)換熱器、第二級(jí)換熱器、第三級(jí)換熱器、第四級(jí)換熱器和第五級(jí)換熱器；所述第三級(jí)換熱器和第四級(jí)換熱器為所述正-仲氫催化反應(yīng)和所述仲-正氫催化反應(yīng)的測(cè)試段換熱器；所述第五級(jí)換熱器為所述正-仲氫催化反應(yīng)的平衡段換熱器，第二級(jí)換熱器為所述仲-正氫催化反應(yīng)的平衡段換熱器；
9、所述第一級(jí)換熱器、第三級(jí)換熱器和第四級(jí)換熱器均包括有第一流道、第二流道和第三流道；所述第二級(jí)換熱器包括有第二流道和第三流道；所述第五級(jí)換熱器包括有第一流道和第三流道；
10、經(jīng)所述壓縮組件壓縮升溫的氫氣依次經(jīng)所述第一級(jí)換熱器的第一流道、所述第三級(jí)換熱器的第一流道、所述第四級(jí)換熱器的第一流道以及第五換熱器的第一流道進(jìn)行梯級(jí)逐級(jí)冷卻，得到液氫，所述第五換熱器的第一流道將所述液氫經(jīng)輸送至所述液氫儲(chǔ)罐；
11、所述液氫儲(chǔ)罐內(nèi)的液氫依次經(jīng)所述第四級(jí)換熱器的第二流道、所述第三級(jí)換熱器的第二流道、所述第二級(jí)換熱器的第二流道和第一級(jí)換熱器的第二流道加熱復(fù)溫，得到復(fù)溫后的氫氣；所述第三流道分別通入外部通入的冷媒。
12、在一些實(shí)施例中，所述測(cè)試段換熱器，測(cè)試特定工況條件下正-仲氫催化反應(yīng)速率和仲-正氫催化反應(yīng)速率，所述平衡段換熱器，使流經(jīng)所述正-仲氫催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)管路和仲-正氫催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)管路的氫氣均達(dá)到反應(yīng)平衡。
13、在一些實(shí)施例中，所述第三級(jí)換熱器的第一流道、所述第四級(jí)換熱器的第一流道和所述第五級(jí)換熱器的第一流道內(nèi)分別設(shè)置有正-仲氫轉(zhuǎn)化反應(yīng)催化劑，所述第五級(jí)換熱器的第一流道的出口的液氫處于平衡態(tài)；
14、所述第四級(jí)換熱器的第二流道、第三級(jí)換熱器的第二流道和第二級(jí)換熱器的第二流道內(nèi)分別設(shè)置有仲-正氫轉(zhuǎn)化反應(yīng)催化劑，所述第二級(jí)換熱器的第二流道的出口的氫氣處于平衡態(tài)。
15、在一些實(shí)施例中，正-仲氫轉(zhuǎn)化反應(yīng)催化劑與仲-正氫轉(zhuǎn)化反應(yīng)催化劑不同。
16、在一些實(shí)施例中，所述壓縮組件包括主動(dòng)驅(qū)動(dòng)氣路，通過(guò)所述主動(dòng)驅(qū)動(dòng)氣路改變循環(huán)流量的同時(shí)改變兩側(cè)壓力，以獲取多種工況下正-仲氫催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)和仲-正氫催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
17、在一些實(shí)施例中，所述換熱器組件采用多級(jí)換熱器逐級(jí)回?zé)犷A(yù)冷，仲-正氫催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)充分回收液氫氣化過(guò)程中產(chǎn)生的冷能。
18、在一些實(shí)施例中，所述測(cè)試系統(tǒng)還包括真空冷箱，所述第三級(jí)換熱器、第四級(jí)換熱器、第五級(jí)換熱器和所述液氫儲(chǔ)罐均設(shè)置在所述真空冷箱內(nèi)。
19、在一些實(shí)施例中，所述測(cè)試系統(tǒng)還包括壓力調(diào)節(jié)閥，所述壓力調(diào)節(jié)閥設(shè)置在所述液氫儲(chǔ)罐的進(jìn)口與所述第五級(jí)換熱器之間；所述測(cè)試系統(tǒng)還包括氣體純化器，所述氣體純化器設(shè)置在所述壓縮組件的進(jìn)氣口與所述換熱器組件之間，以去除復(fù)溫后氫氣中的雜質(zhì)；
20、所述測(cè)試系統(tǒng)還包括氣體流量計(jì)，所述氣體流量計(jì)設(shè)置在所述氣體純化器的進(jìn)氣口與所述換熱器組件之間，以檢測(cè)復(fù)溫后回流的氫氣流量。
21、在一些實(shí)施例中，各所述采樣管或所述氣相色譜儀上設(shè)置有復(fù)溫機(jī)構(gòu)，所述復(fù)溫機(jī)構(gòu)用于多來(lái)自各個(gè)所述采樣管的采樣氣體進(jìn)行復(fù)溫，復(fù)溫后氣體溫度范圍在20℃-25℃之間，復(fù)溫速度為40℃/s-50℃/s之間。
22、本技術(shù)實(shí)施例的有益效果在于：
23、采用閉式循環(huán)系統(tǒng)，減少測(cè)試過(guò)程中氫氣的用量和排放。在測(cè)試過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)量，避免因?yàn)闅庠粗袛鄬?shí)驗(yàn)，有效提升了實(shí)驗(yàn)效率。
24、通過(guò)設(shè)計(jì)循環(huán)氣路，利用壓縮組件驅(qū)動(dòng)氣體在閉式系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，通過(guò)設(shè)置多個(gè)換熱器，既滿足了氫氣離開(kāi)測(cè)試段時(shí)達(dá)到非平衡態(tài)的測(cè)試需求，又確保了連續(xù)測(cè)試時(shí)進(jìn)入測(cè)試段氫氣始終保持平衡的初始條件。在該測(cè)試系統(tǒng)中同時(shí)滿足了正-仲氫和仲-正氫催化轉(zhuǎn)化測(cè)試需求。
25、采用多級(jí)換熱器，通過(guò)逐級(jí)回?zé)犷A(yù)冷，有效地回收了液化過(guò)程中產(chǎn)生的冷能。這不僅有效地減少了穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中的能耗，還能夠大幅縮短預(yù)冷過(guò)程所需要耗費(fèi)的時(shí)間，進(jìn)一步提升了測(cè)試效率。