[发明专利]一种固体高温高压化学反应动力学参数获取方法与装置

说明书

本发明公开了一种固体高温高压化学反应动力学参数获取方法与装置。获取方法：电炉升至指定温度并通入高压反应气体，将固体样品送入电炉炉膛内发生反应并实时测量样品质量，通过对样品质量曲线的微分获取固体高温高压化学反应动力学参数。用于此方法的装置：电炉和质量传感器置入高压罐体内，电炉在运动装置上且能在运动驱动器的控制下水平运动，电炉温度由温度控制器控制，高压罐体内的反应气体由高压气氛调控装置通入罐体中的电炉炉膛内，高压罐体内的压力由压力控制器控制，样品放置在样品托盘内，其质量通过连杆传递到质量传感器，质量传感器测量的质量信号上传计算机进行处理。

技术领域

本发明涉及一种固体高温高压化学反应动力学参数获取方法与装置，属于化学反应动力学参数测量领域。

背景技术

固体的化学反应通常导致颗粒质量的变化，比如煤粉的燃烧、石灰石颗粒的热解等，这类反应能够通过颗粒质量的变化得到反应的进度，将反应进度对时间微分便得到反应速率，在不同温度下获取反应速率后，还能通过阿累尼乌斯关系进一步计算出反应的活化能。因此，如果能够连续监控反应过程中的样品质量，将能够获得固体化学反应的反应速率、活化能等反应动力学参数。

实际工业中，常见固体突然进入恒定高温环境并发生化学反应的过程，如煤粉喷入加压流化床炉膛发生燃烧、石灰石粉喷入加压流化床炉膛发生热解和脱硫反应等，通常反应温度从室温到一千余摄氏度不等，压力从0.1MPa到10MPa。获取固体的高温高压反应动力学参数，对特定工业装置如加压流化床内的燃烧和脱硫过程等具有重要意义。因此，研究固体在恒定高温高压环境中的化学反应动力学是科研和工业生产的常见活动。

目前，通过连续监控反应中固体样品质量来获取固体高温反应动力学参数的常用设备是热天平，包括普通热天平和加压热天平，其工作过程是在室温环境下将样品置于热天平的托盘内，将托盘放入热天平炉膛内的天平称量支架上，通入特定流量的反应气体并开启升温程序，在炉膛的程序升温过程中，样品质量发生变化，热天平实时记录样品温度和质量随时间的变化，从而测试样品的反应动力学参数。由于热天平的特点，样品从室温开始经过程序升温(通常1-100℃/min)到某个指定反应温度是热天平的固有过程，样品将不可避免地经受程序升温过程中高温炉膛环境的影响，因此极有可能在到达指定的反应温度前，样品已经发生了不可控的反应导致样品属性已经变化。可见，采用热天平只能获得程序升温中或程序升温后样品的化学反应动力学参数，无法获得固体在恒定高温下的化学反应动力学参数，也不能模拟样品突然置于恒定高温环境后发生反应的过程。

因此，研究一种能够实现固体在高压气体环境下快速进入高温环境并测量其反应动力学参数的方法和装置，是化学反应动力学参数测量领域急需解决的问题。

发明内容

为克服现有测量技术的不足，本发明提供一种固体高温高压化学反应动力学参数获取方法和装置。本发明所采取的技术方案如下：

一、固体高温高压化学反应动力学参数获取方法，步骤如下：

(1)将电炉加热到预定温度并维持恒定，并向炉膛通入高压反应气体；

(2)将固体样品平铺到样品托盘中，样品托盘通过连杆连接到质量传感器上，移动电炉在2s内将样品送入电炉炉膛中心；

(3)开启质量传感器记录样品质量并实时上传到计算机内，直至达到指定反应时间；

(4)计算机内安装的数据处理软件接收质量传感器上传的质量数据并进行存储、微分处理，获得固体高温化学反应动力学参数。

二、用于上述方法的装置，构成及功能如下：