[发明专利]一种适用于大流量高压条件的仲氢富集装置

说明书

本发明提供了一种适用于大流量高压条件的仲氢富集装置,包括温度检测室、温度器线路保护管、双室连接管、仲氢富集室、热交换棒、保压过滤帽、输入接口、冷却管、输出接口、催化剂和温度显示器；该温度检测室与冷却管、双室连接管以及温度器线路保护管连接；双室连接管连接温度检测室和仲氢富集室；仲氢富集室为套管形式，设有热交换棒和外管，底部连接双室连接管，顶部连接输出接口；催化剂填充于热交换棒和仲氢富集室之间的环形腔内；热交换棒安装在仲氢富集室内腔底部；保压过滤帽设有过滤层和保压层，装于热交换棒顶部，底部设有过滤气孔，顶部侧壁设有保压气孔。应用本技术方案能够提高热传递效果和保持一定压力提高大流量转化效率。

技术领域

本发明涉及氢气生产设备领域，具体是指一种适用于大流量高压条件的仲氢富集装置。

背景技术

氢气是由正氢与仲氢组成的混合物，其物理性质为无色无味的透明气体。正氢和仲氢的区别在于其氢分子为两种不同的自旋异构体，在化学反应上完全相同，物理性质略有差异。当氢处于室温或者更高温度时，其正、仲氢混合比例为3:1,称为正常氢或者标准氢，随着温度降低，即使在没有催化剂的作用下，正氢也会自发的向仲氢转化，但相比有催化剂的情况下，转化速率显著减慢。一般情况下在制备液氢时，需要在气态氢时就开始正-仲氢的转化，这是因为转化过程存在大量的放热，这会导致液氢蒸发。在低温液氢中，一般要求仲氢含量在95％以上。

液态仲氢是重要的液体燃料和低温冷源，也是激光拉曼转换的介质。近年来气态仲氢作为核磁共振超极化作用的工具不断得到应用。仲氢转化富集装置也得到发展。

仲氢发生器一般包括冷却管、温度测量装置和转化柱。因为转化过程存在大量的放热，有时整个转化通路会有几个大气压的压力，增大了实际流量。这就要求转化装置具有良好的热交换特性、保压特性和大流量的高效性，以提高整体的转化效率。

文献1：“杨晓阳，杨昌乐，骆明强，朱晓彤，温鹏飞，董雪，陈静.一种正仲氢转化装置.中国发明专利，公布号：CN104101520A,公布时间2014.10.15”和文献2：“杨昌乐，何田田.仲氢发生器的改进研究.低温与特气，33(6),2015.12”公开了一种单腔式转化装置，温度传感器置于转化腔内，没有热交换器、过滤器和保压器，这样的装置在仅靠转化柱外壳和冷媒接触，热交换效率较差，在大流量高压下难以保证稳定高效的转化率，同时温度传感器置于转化腔内无法提前检测输入氢气的温度，在大流量时未达到预定温度的氢气进入转化柱时会降低转化效率。文献3：“倪中华，邬海强，严岩，魏蔚，况开锋，郭道峰，王秋霞.一种具有正-仲氢转化功能的冷箱.中国发明专利，公开号CN108562112A,公开时间:2018.09.21”，公开了带有出入口的壳体和两段处在壳体之中的换热管，以及防止催化剂流出的过滤器，其换热管即为上一文献的转化柱外壳，换热管两端连接到冷媒的壳体上，这对热交换效果有一定提升，但是对于催化剂内部深处热量的传导较低，其滤波器位于底部，容易造成堵塞。首先在壳体中充入液氮，氢气在热交换管入口进入后，在第一段螺旋管中进行冷却，然后在第二段放有催化剂的直管中进行转化成仲氢，而热交换管出口带有金属过滤器，保证催化剂不随气体从出口吹出。

在文献4“Jan-BerndSébastienJochen Leupold,Klaus Jenne,Dieter Leibfritz,Jürgen Hennig,Simon B.Duckett and Dominik von Elverfeldt.Acontinuous flow,high-throughput,high-pressure parahydrogen converter forhyperpolarization in a clinical setting.NMRin Biomedicine,2013,26(2):124–131”所提出的装置完全处于液氮环境中，其螺旋冷却管缠绕在圆柱表面，氢气在经过螺旋冷却管的充分预冷后，进入圆柱体腔内与催化剂反应，并利用压力调节器和阀门在出口位置控制气体的流速，该仲氢转化装置与文献2类似。