一种多功能反应装置

：本发明属于催化剂及催化机理研究领域，特别是涉及一种可同时用于稳态同位素瞬变动力学测量、高通量催化剂评价和化学吸附分析的多功能反应装置。

背景技术

0、
背景技术：

1、高通量催化剂评价反应器是近年来迅速发展起来的反应装置，通过同时对多个不同配方的催化剂进行反应性能评价，或者对同一催化剂在不同反应条件下评价，快速获取不同催化剂的反应性能，进而筛选出更好的催化剂配方；或者快速获得同一催化剂的最佳使用条件。

2、专利cn219285114u公开了一种具有稳态同位素瞬变动力学分析与高通量催化剂评价功能的反应装置。高通量催化剂评价反应器与稳态同位素瞬变动力学反应器联用具有如下优势：(1)可以提高研究效率：高通量催化剂评价反应器可以在微量反应物下进行高通量反应测试，从而提高研究效率。而稳态同位素瞬变动力学反应器可以通过瞬态响应快速地提供反应动力学信息，从而进一步提高研究效率；(2)可以了解反应过程：稳态同位素瞬变动力学反应器可以提供反应过程中反应物和产物的分布信息，而高通量催化剂评价反应器可以提供催化剂的活性和选择性信息。这些信息相互印证，可以更全面地了解反应过程中催化剂和反应物的相互作用。

3、上述高通量催化剂评价反应器与稳态同位素瞬变动力学反应器的联用装置仅提供催化剂的活性和选择性方面的测定信息，并不能做到对催化剂性能的全面评价，特别是缺少催化剂的表面结构及化学吸附性质的相关信息，而这些信息对催化剂的分析、研制，以及对催化机理的深入认识同样起到至关重要的作用。

技术实现思路

0、
技术实现要素：

1、鉴于上述反应装置中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可用于稳态同位素瞬变动力学测量、研究吸附过程中化学作用和高通量催化剂评价的多功能反应装置。

2、本发明技术方案如下：

3、所述多功能反应装置，其特征在于包括：第一至第八进样气路、第一至第四检测气路、放空气路、三通阀a、三通阀b、三通阀c、三通阀d、三通阀e、四通阀，以及内置有定量环的六通阀；

4、其中，每条进样气路上按进气走向依次设有流量控制器和单向阀；每条检测气路上按气体走向依次设有反应器和检测器；

5、第一、二进样气路的单向阀出口并入三通阀a的入口，并通过三通阀a的两个出口分别连接三通阀b的入口，以及并入第三进样气路的单向阀的出口处气路，三通阀b两个出口分别连接第一检测气路和六通阀；第三进样气路单向阀出口处的气路连接三通阀c的入口，并通过三通阀c两个出口分别连接六通阀和第二检测气路的检测器，所述三通阀b和三通阀c的出口分别连接六通阀两个不同的入口；六通阀的两个出口分别连接放空气路和四通阀；

6、第四、五进样气路的单向阀出口并入同一气路后连接第四检测气路；

7、第八进样气路的单向阀出口连接三通阀e的入口，并通过三通阀e的两个出口分别连接四通阀和第四检测气路；

8、第六、七进样气路的单向阀出口并入三通阀d的入口，并通过三通阀d的两个出口分别连接第三检测气路，以及并入三通阀e与四通阀间的连接气路；

9、所述六通阀和三通阀e的出口分别连接四通阀两个不同的入口，四通阀的两个出口分别连接第二检测气路和放空气路。

10、进一步地，所述放空气路、第二检测气路、通过所述三通阀a和三通阀c形成并联的第一、二、三进样气路，以及通过所述三通阀d和三通阀e形成并联的第六、七、八进样气路进一步通过所述六通阀与四通阀构成如下可同步切换的气路连接：当第一、二、三进样气路中的部分或全部气路连通放空气路时，第六、七、八进样气路中的部分或全部气路连通第二检测气路；当第一、二、三进样气路中的部分或全部气路连通第二检测气路时，第六、七、八进样气路中的部分或全部气路连通放空气路。

11、进一步地，所述第一进样气路、第三进样气路、放空气路以及第二检测气路通过所述三通阀a、三通阀b、三通阀c、四通阀、六通阀及其内置的定量环构成如下可切换的取样/检测气路：当第一进样气路依次经三通阀a、三通阀b、六通阀与定量环、放空气路连通时，所述第三进样气路依次经三通阀c、六通阀、四通阀与第二检测气路连通；当第一进样气路依次经三通阀a、三通阀b、六通阀直接与放空气路连通时，所述第三进样气路依次经三通阀c、六通阀与定量环、四通阀与第二检测气路连通。

12、进一步地，所述第一至第八进样气路、第一至第四检测气路通过所述三通阀a、三通阀b、三通阀c、三通阀d、三通阀e、四通阀、六通阀构成如下四条独立的气路连接：1)第一、二进样气路与第一检测气路构成的气路连接；2)第三进样气路与第二检测气路构成的气路连接；3)第六、七进样气路与第三检测气路构成的气路连接；4)第四、五、八进样气路与第四检测气路构成的气路连接。

13、进一步地，第一至第四检测气路上反应器和检测器间均通过可切换的第一支路和第二支路进行连接：反应器可通过第一支路直接连接检测器，或依次经过第二支路上的热阱、冷阱以及背压阀后连接至检测器。

14、进一步地，所述第一、三、四检测气路上的反应器均为管式反应器；所述第二检测气路上的反应器为可相互替换的管式反应器和直型变径反应器；所述第二检测气路上的冷阱为可相互替换的普通冷阱或tcd检测器专用冷阱；所述第一、三、四检测气路上的反应器为gc检测器；所述第二检测气路上的检测器为可相互替换的gcms检测器和tcd检测器。

15、进一步地，所述第一、三、四检测气路上的管式反应器外部均设有加热炉；第二检测气路上可相互替换的管式反应器和直型变径反应器外部均设有加热炉；所述第一至第八进样气路在流量控制器之前按进气走向依次设有气体过滤器、截止阀和定压器；每条进样气路上的所述流量控制器由质量流量计和与其并联的快开阀构成。

16、进一步地，所述放空气路上按气体走向依次设有背压阀和放空管。

17、进一步地，所述第一至第四检测气路上均设有三通阀f，所述反应器出口连接三通阀f的入口，并通过三通阀f两个出口分别连接第一支路和第二支路。

18、本发明多功能反应装置除了具有进行稳态同位素瞬变动力学分析和高通量催化剂评价分析功能外，还兼具化学吸附分析功能，可对新鲜催化剂进行程序升温脱附(tpd)、程序升温还原(tpr)、程序升温表面反应(tpsr)等多种分析，还可对失活催化剂、干燥催化剂进行程序升温氧化(tpo)研究。

19、本发明将上述三种功能联合使用可以更全面、深入地研究催化剂和吸附材料的性质和反应机理：1)更全面地评价催化剂的性能：通过催化剂活性、选择性信息与表面化学吸附信息相互印证，能够更全面地评价催化剂的性能；2)更深入地了解催化反应机理：可以提供吸附物与吸附剂之间的相互作用信息以研究反应动力学和机理；3)提高分析研究效率：可以快速高效地进行催化剂性能评估和表征，通过瞬态响应快速地提供反应动力学信息。

技术特征：

1.一种多功能反应装置，其特征在于包括：第一至第八进样气路、第一至第四检测气路、放空气路、三通阀a、三通阀b、三通阀c、三通阀d、三通阀e、四通阀，以及内置有定量环的六通阀；

2.根据权利要求1所述的多功能反应装置，其特征在于：所述放空气路、第二检测气路、通过所述三通阀a和三通阀c形成并联的第一、二、三进样气路，以及通过所述三通阀d和三通阀e形成并联的第六、七、八进样气路进一步通过所述六通阀与四通阀构成如下可同步切换的气路连接：当第一、二、三进样气路中的部分或全部气路连通放空气路时，第六、七、八进样气路中的部分或全部气路连通第二检测气路；当第一、二、三进样气路中的部分或全部气路连通第二检测气路时，第六、七、八进样气路中的部分或全部气路连通放空气路。

3.根据权利要求1所述的多功能反应装置，其特征在于：所述第一进样气路、第三进样气路、放空气路以及第二检测气路通过所述三通阀a、三通阀b、三通阀c、四通阀、六通阀及其内置的定量环构成如下可切换的取样/检测气路：当第一进样气路依次经三通阀a、三通阀b、六通阀与定量环、放空气路连通时，所述第三进样气路依次经三通阀c、六通阀、四通阀与第二检测气路连通；当第一进样气路依次经三通阀a、三通阀b、六通阀直接与放空气路连通时，所述第三进样气路依次经三通阀c、六通阀与定量环、四通阀与第二检测气路连通。

4.根据权利要求1所述的多功能反应装置，其特征在于：所述第一至第八进样气路、第一至第四检测气路通过所述三通阀a、三通阀b、三通阀c、三通阀d、三通阀e、四通阀、六通阀构成如下四条独立的气路连接：1)第一、二进样气路与第一检测气路构成的气路连接；2)第三进样气路与第二检测气路构成的气路连接；3)第六、七进样气路与第三检测气路构成的气路连接；4)第四、五、八进样气路与第四检测气路构成的气路连接。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的多功能反应装置，其特征在于：所述第一至第四检测气路上的反应器和检测器间均通过如下可切换的第一支路和第二支路进行连接：反应器可通过第一支路直接连接检测器，或依次经过第二支路上的热阱、冷阱以及背压阀后连接至检测器。

6.根据权利要求5所述的多功能反应装置，其特征在于：所述第一、三、四检测气路上的反应器均为管式反应器；所述第二检测气路上的反应器为可相互替换的管式反应器和直型变径反应器；所述第二检测气路上的冷阱为可相互替换的普通冷阱或tcd检测器专用冷阱；所述第一、三、四检测气路上的反应器为gc检测器；所述第二检测气路上的检测器为可相互替换的gcms检测器和tcd检测器。

7.根据权利要求6所述的多功能反应装置，其特征在于：所述第一、三、四检测气路上的管式反应器外部均设有加热炉；第二检测气路上可相互替换的管式反应器和直型变径反应器外部均设有加热炉；所述第一至第八进样气路在流量控制器之前按进气走向依次设有气体过滤器、截止阀和定压器；每条进样气路上的所述流量控制器由质量流量计和与其并联的快开阀构成。

8.根据权利要求7所述的多功能反应装置，其特征在于：所述放空气路上按气体走向依次设有背压阀和放空管。

9.根据权利要求8所述的多功能反应装置，其特征在于：所述第一至第四检测气路上均设有三通阀f，所述反应器出口连接三通阀f的入口，并通过三通阀f两个出口分别连接第一支路和第二支路。

技术总结
本发明提供了一种多功能反应装置，包括：第一至第八进样气路、第一至第四检测气路、放空气路、三通阀A、三通阀B、三通阀C、三通阀D、三通阀E、四通阀，以及内置有定量环的六通阀；每条进样气路上按进气走向依次设有流量控制器和单向阀；每条检测气路上按气体走向依次设有反应器和检测器。本发明除了具有进行稳态同位素瞬变动力学分析和高通量催化剂评价分析功能外，还兼具化学吸附分析功能。本发明将上述三种功能联合使用可以更全面、深入地研究催化剂和吸附材料的性质和反应机理：1)更全面地评价催化剂的性能；2)更深入地了解催化反应机理；3)有效提高分析研究效率，可以快速高效地进行催化剂性能评估和表征。

技术研发人员：滕波涛,刘勒,韦江涛,包海洪,郝庆兰
受保护的技术使用者：天津科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16