[发明专利]涉及气体反应的开放式多功能试验平台

说明书

本发明公开了一种涉及气体反应的开放式多功能试验平台。本发明气源库包括若干气源；配气系统包括通过若干质量流量计与各气源连接的若干混合罐和吹扫气罐，各混合罐分别通过若干流量分配器与反应系统的入口端连接；反应系统包括与流量分配器连接的若干反应器组件，反应器组件安装于支架或支座上，各反应器组件的出口端通过压力缓冲罐依次连接有分离罐、多通道切换阀，多通道切换阀使得各反应器组件之间呈并联或串联连接；检测监控系统包括分布于各部件中的温度探头、压力计和气体浓度检测仪、配套显示仪表、加热控制器。本发明平台解决了传统单台套设备研究测试效率短板，克服了现有涉气反应实验装置气路少、批量测试工作量大、周期长等问题。

技术领域

本发明属于涉及化学反应过程的试验装备技术领域，具体属于一种涉及气体反应的开放式多功能试验平台。

背景技术

化学、化工、能源、材料、环保等领域及其交叉衍生学科中涉及气体参与的反应非常之多，涵盖有机合成(加氢、裂解、加成、重整等反应)、催化氧化/还原、催化降解、光电催化、吸附、吸收、燃烧等等，研究内容则包括各种物质产品制备、催化剂开发、新反应、新工艺、净化方法、反应机理等。这些研究的不断深入又促进科学技术本身的飞速发展及其应用，造福人类社会。相关学科领域科研院所和企业研发实验室的数量和科技研发从业者众多。这些领域的科技研发工作都需要在一定的试验/实验装置上完成，因此各单位各实验室都有采购相关涉气反应设备的需求。

但是，与庞大的科研单位数量和从业人员队伍相伴随的现实问题是，试验设备低效且过度分散，带来了各种浪费。比如，研发某些气体反应的吸附材料或催化剂，需要利用气固反应实验装置开展大量的性能测试工作。传统的实验设备，一般一次只采用1个反应器(管、床)进行测试，测试效率太低、耗时长、工作量大。当购置多台套设备时，投入费用过高且占地。在其他涉及气体参与的实验测试中，设备使用存在相似的问题。每个单位(比如高校)及其下辖各个实验室往往采购多台套相同或者相近似的设备，还需单独为其配置气源，很多气源(如钢瓶气)是一样的。明显存在重复投入大、占用工作面积、空置率高等问题。从整个科研行业、区域或者整个社会来看，低效能的设备同质化、闲置率高和耗材富余现象非常严重，并且技术人员在重复性测试环节占用时间长，这些都造成社会财富和物资、人力资源的巨大浪费，阻碍科技进步和快速发展。

专利ZL200510029469.9提出了一种多管式组合反应装置，包括加热炉、加热器、导热棒、至少2个反应管、多通道切换阀，测温仪、温度控制仪和流量分配器，导热棒内放置反应管，每个反应管的进料口均与流量分配器相连接，每个反应管的出料口均与多通道切换阀相连接，使每个反应管呈并联连接；每个反应管内的测温元件均与测温仪相连；加热炉内的加热器与温度控制仪相连，实现反应管内的温度控制。该装置提高了有机合成催化反应和催化剂的研究效率，但设计中采用固定全部反应管从外部向内部集中加热的方式，当反应管尺寸较大、数目较多时，会传热不均，影响实验结果的准确性和可比性。并且，更换催化剂的装填操作需经历停机、冷却、打开加热炉、逐一装卸反应管等环节，全部完成后才能继续下一批次测试，当反应管数量多时，操作仍然相当麻烦。

市场上有一些高通量气固催化反应设备，增加了平行测试的反应管数量，但定制时均采用反应器全部集中装配方式。一套成型设备的反应管的数量和尺寸是固定的，用户无法根据经常变化的实际需求灵活调整串并联形式和具体配置。而当配置的反应器数量很多时，其组合件又体大笨重，逐一拆卸、更换反应管催化剂耗时费力。当用户要完成大量不同的测试任务时，无法灵活分组，也不能很快捷地实现轮换。

现有的涉气反应试验(实验)设备最突出的不足还在于功能单一。不管是较简单的单反应器实验设备还是效率较高的高通量反应设备，通常只提供可以完成某1种反应类型的反应器(如气固热催化反应或光催化反应等)，用户单位或个人花费高价购置的设备配置和用途是固定的，无法根据反应类型的不同和实际需要灵活增减、重组和调整配置，在测试的反应类型、反应物种性质和测试项目内容方面受到很大的限制。当要进行其他涉气反应的实验测试时，必须另外购买成套的专用设备。