[发明专利]一种氢氧复合催化剂的综合性能试验装置及其应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及氢氧复合催化剂的性能检测领域，具体地讲，是涉及一种适用于核电站非能动氢氧复合器的氢氧复合催化剂样品的综合性能试验装置及其应用方法。

背景技术

日本福岛核事故以后，为了避免或降低核电站安全壳内氢气爆炸的风险，目前国际上和国内的二代和三代核电站均采取了相应的措施作为防范，其中一项重要措施便是在安全壳内分布放置数十个非能动氢氧复合器(PARs)，在设计基准事故和严重事故时不需外接能源，可自动启动，并将氢气浓度降低至安全水平以下。非能动氢氧复合器的基本结构可以概括描述为底部装填催化剂的竖直通道(俗称“烟囱”)；其工作原理为，事故发生后，氢分子和空气中的氧分子在催化剂表面接触，发生如的强放热自由基反应，反应释放的大量热量加热竖直通道入口处的空气，为催化元件周围的气流上升提供推动力，热空气温度升高、密度降低而沿通道上升，热空气上升后留下的空间由氢氧复合器下部冷空气流入补充，形成气体自然扩散循环的“烟囱效应”。当使用活性组分为铂或钯的催化剂后，上述反应活化大大减小，从而能够在低温条件下开始反应。反应遵循Langmuir–Hinshelwood两步法机理：首先是反应物向催化剂表面的扩散，然后是吸附在催化剂上的反应物发生反应。如此加速实现了氢氧复合器内外气体“非能动”对流循环，增加单位时间内流过复合器的气体，加速了氢气的催化反应，从而提高复合器的消氢能力，最后反应后的气体经过氢氧复合器顶部排出。非能动氢氧复合器与安全壳大气环境的自然对流循环有效地促进了易燃气体混合，避免了氢气的累积。

由以上叙述可知，催化剂的研制和性能检测是非能动氢氧复合器研制的核心问题。

另一方面，在核电站严重事故工况下，安全壳内存在着复杂的环境条件：温度最高达到150℃以上、压力最高达到0.5MPa以上、累积辐照计量大于5×106Gy；安全壳内的气体包括放射性气溶胶(>50g/m3)、水蒸汽(最高可达60％)、氢气(最高可达10％以上)、空气以及CO等毒化组分。为了验证催化剂在严重事故工况下的可靠性，需要对催化剂进行不同条件下的性能试验，包括：不同氢气浓度下催化板的消氢性能试验、不同温度下催化板消氢性能试验、催化板存放寿命试验、连续运行试验、重复启动试验、高温运行稳定性试验、辐照试验、挥发性有机溶板毒化试验、环境挥发性气体产物毒化试验、碘毒化试验、气溶胶试验、不同氧气浓度下催化板消氢性能试验、电缆燃烧气体产物毒化试验、一氧化碳毒化试验、不同压力下催化板消氢性能试验、不同水蒸汽浓度下催化板消氢性能试验等。催化剂都是由催化板承载。由于上述不同试验所要求的模拟环境均有所不同，如果分别单独进行，势必消耗大量人力物力，而且费时费力，因此发明人对上述试验环境研究整合，全新研制一套能够应用于上述所有催化剂性能试验的设备，为催化剂的性能检验提供必要条件。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于核电站非能动氢氧复合器内的催化剂的综合性能试验装置，用以全方位模拟核电站严重事故工况下的各种环境条件，以实现对催化剂性能的全面充分检测。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种氢氧复合催化剂的综合性能试验装置，包括反应罐，安装于反应罐内用于放置催化板的试验工装，安设于反应罐上的用于检测其内气体浓度、温度、压力等参数的测量系统，与测量系统连接的数据采集系统，为反应罐提供试验所需外源气体的多路气体引入控制系统，以及与反应罐直接或间接连接的辅助试验设备。

进一步地，所述反应罐由不锈钢材料制成，其横截面呈圆形，在具体设计中反应罐采用全不锈钢结构，能够耐受500℃高温，设计压力为10MPa，漏率<1×10^-8Pa·m³/s；所述试验工装包括由不锈钢制成的工装本体和开设在其内用于安放催化板的通孔，其中，工装本体呈圆柱体状，其外径与反应罐内径匹配，通孔呈长方形状，通孔的长度与催化板的长度相同，宽度与非能动氢氧复合器中的催化剂间距相同。

进一步地，所述测量系统包括分别用于检测反应罐入口和出口处氢浓度的测氢仪，用于检测供氧量的测氧仪，用于检测反应罐内多点温度的热电偶，用于检测反应罐内部气压的压力传感器，用于检测反应罐内真空度的真空规管，用于检测供气量的流量控制器。其中，热电偶能够测量包括催化板表面温度等反应罐内多处位置。数据采集系统主要对测量系统的参数进行数据采集和输出，以便于工作人员分析结果。