度和不断通入高纯H2的条件下，进行催化合成 氨的反应，探索催化剂在不同温度下的催化活性；
[0021]E.利用反应流出气检测装置对通过反应流出气传输部分流出的部分反应气连续 在线采样，并将长时间采集的数据实时绘成曲线，得到流出气中氨的浓度随时间或微反应 管温度的变化趋势。
[0022] 所述催化剂为固体催化剂。所述微反应管为石英玻璃材质，非金属材质，以避免金 属对氮氢合成氨反应有催化效果。
[0023] 微反应器装置最高可加热至50(TC，适于高温常压的催化合成氨反应，并根据催化 剂的种类调节最高稳定温度。
[0024] 本在线分析方法的基本原理为：
[0025] 首先，氮氢混合气催化合成氨的原理是：
[0026]
【主权项】
1. 一种连续监测催化合成氨反应的在线分析系统，其特征在于：包括微反应器装置 (1) 、温度控制装置（3)、反应流出气传输部分（4)、供气装置（9)和反应流出气检测装置 (2) ； 其中，所述供气装置（9)包括载气钢瓶（22)、其出口管路上的质量流量控制器（21)、两 通阀（19)与除氧除水管（20); 所述微反应器装置（1)为中空的密闭腔体，包括微反应管（9)、加热套（10)和剩余气出 口（8)，腔体侧壁上设有与外界电源相连的加热套（10)，腔体的一端设有氮氢混合气进样 口，混合气进样口与不锈钢管的一端相连，远离混合气进样口的另一端设有反应流出气出 口和剩余气出口（ 8 )，混合气进样口与反应流出气出口之间的腔体内设有支撑筛板（6 )，腔 体内填充有石英棉（5)和催化剂（7); 所述温度控制装置（3)包括温度控制仪及热电偶感温元件；热电偶感温元件的一端与 微反应管（9)的外壁紧密相贴； 所述反应流出气传输部分（4)为弹性石英毛细管；毛细管的一端直接插入微反应管 (9)内部，紧靠支撑筛板（6)下方，保证了零死体积和零延迟时间，另一端与反应流出气检 测装置（2)的样品进样口相连。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于： 所述反应流出气检测装置（2)为直接气体进样的分析装置，主要为气体进样的在线质 谱仪，截取反应流出气的一部分进行分析，其余作为尾气排出。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于： 所述支撑筛板（6)为孔径大小可控、数目可变的隔板，隔板的上端填有石英棉（5)，避 免催化剂（7)下漏，隔板的下方与反应流出气传输部分（4)的一端紧靠，石英棉（5)填充在 微反应管（9)的两端，催化剂（7)则填充于石英棉（5)之间，以避免气流将催化剂吹出微反 应管（9)。
4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于： 混合气主要为氮氢气体，体积比为1:3,通过不锈钢管传输，并经过除氧除水管（20)的 清洁，两通阀（19)通过不锈钢管与微反应管（9)和除氧除水管（20)连接。
5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于： 所述剩余气出口（8)也设有除氧除水管（20)，避免外界空气反流进入微反应管（9)，造 成催化剂（7)的中毒和失活。
6. -种连续监测催化合成氨反应的在线分析方法，其特征在于： 采用权利要求1-5中任一所述装置进行操作，包括如下步骤： A. 填装催化剂（7 ):称取催化剂，装入事先填入石英棉（5 )的微反应管（9 )内，最后填入 上层石英棉（5)密封； B. 设定程序升温条件：根据催化剂（7)种类和质量设定合适的程序升温条件进行还原 反应和氮氢催化合成氨反应试验； C. 还原反应过程：在控制温度和不断通入高纯H2的条件下，对催化剂（7)进行还原反 应，将催化剂（7)中的一定基团还原去除； D. 催化合成氨反应过程：在控制温度和不断通入高纯H2的条件下，进行催化合成氨的 反应，探索催化剂（7)在不同温度下的催化活性； E.利用反应流出气检测装置（2)对通过反应流出气传输部分（4)流出的部分反应气连 续在线采样，并将长时间采集的数据实时绘成曲线，得到流出气中氨的浓度随时间或微反 应管（9)温度的变化趋势。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于： 所述催化剂（7)为固体催化剂。
8. 根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于： 所述微反应管（9)为石英玻璃材质，非金属材质，以避免金属对氮氢合成氨反应有催化 效果。
9. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于： 微反应器装置（5)最高可加热至50(TC，适于高温常压的催化合成氨反应，并根据催化 齐IJ(7)的种类调节最高稳定温度。
10. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于： 反应流出气检测装置（2)采用单光子电离与化学电离的复合电离方式（SPI-CI)对反 应流出气进行电离，该方法可提高对NH3的检测灵敏度。
【专利摘要】本发明提供了一种连续监测催化合成氨反应的在线分析系统，所用在线分析系统包括微反应器装置、温度控制装置、反应流出气传输部分、供气装置和反应流出气检测装置。所述在线分析方法是利用上述在线分析装置，氮氢混合气以一定流量进入微反应器装置，同时，利用温度控制装置设定一定的反应温度程序。最后氮氢混合气于一定温度下经过催化剂催化后一部分经过反应流出气传输部分直接进入反应流出气检测装置进行分析，其余作为尾气排出。改变氮氢混合气的流速、反应器的温度、催化剂的质量和种类能获得不同浓度的合成氨，合成的氨经反应流出气传输部分入口直接进入反应流出气检测装置而不需要离线浓缩、衍生等步骤，操作简单，分析速度快，测定精度高，方法检测限低。
【IPC分类】G01N35-00, G01N30-72
【公开号】CN104713968
【申请号】CN201310689499
【发明人】李海洋, 谢园园, 花磊, 侯可勇, 陈平, 赵无垛
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月13日