一種方形管催化劑動態結構原位表征裝置及應用制造方法及圖紙

本發明專利技術方形管催化劑動態結構原位在線表征裝置是在室溫～500?℃，常壓～10MPa?條件下，以原位在線的方式對制備催化劑時的晶化過程，金屬氧化物催化劑焙燒過程，各種催化劑的活化、反應、再生等過程用XAFS(X射線吸收精細結構)、XRD(X射線衍射)、SAXS（X射線小角散射）、SAXS/WAXS(X射線小角散射和廣角衍射)進行研究。監測在這些過程中催化劑結構（特別是表面微觀結構）的變化。

Square tube catalyst dynamic structure in-situ characterization device and Application

The invention of square tube catalyst in situ characterization of dynamic structure of online device is in room temperature to 500 DEG C ~ 10MPa, atmospheric conditions, the crystallization process of preparing catalyst preparation by in situ online, the roasting process of metal oxide catalysts, XAFS activation, reaction and regeneration process of various catalysts (X ray absorption fine structure XRD (X), X-ray diffraction (SAXS), small angle X ray scattering (SAXS/WAXS), small angle X ray scattering and diffraction angle) were studied. Monitoring the changes in the catalyst structure (especially surface microstructure) during these processes.

【技術實現步驟摘要】
一種方形管催化劑動態結構原位表征裝置及應用
本專利技術屬于一種微觀結構原位表征裝置及應用，具體涉及一種方形管催化劑動態結構原位表征裝置及應用。
技術介紹
絕大多數化學反應過程屬于催化過程，所用催化劑的表面微觀結構是決定其反應性能至關重要的因素。X射線在催化劑結構分析表征方面占有十分重要的地位。由于催化反應過程通常是在一定的溫度和壓力下進行，但鑒于早先技術條件的限制，對真實反應條件下催化劑活性中心及其變遷規律進行研究困難重重。隨著高亮度、高準直、能量可調的同步輻射X光的出現和發展，為許多常規條件下無法進行的研究提供了可能。同步輻射X光具有常規光源不可比擬的優良性能，其各具特色的技術手段，可以從不同側面提供催化劑樣品的微觀結構信息。采用XANES(X-rayAbsorptionNearEdgeStructure，X射線吸收近邊結構)譜可以檢測樣品中元素的化學態。而通過對催化劑EXAFS(ExtendedX-rayAbsorptionFineStructure，擴展X射線吸收精細結構)譜研究可以獲得樣品中吸收原子近鄰結構的原子種類、配位數和配位距離等信息，這不僅可以用于研究成型催化劑晶態以及非晶態的結構，還可以用于研究催化劑的微晶或無定形結構。同步輻射X射線高準直、能量可調的優勢，更是常規XRD(X-rayDiffraction，X射線衍射)無可比擬；高準直確保了高分辯，能量可調用以進行反常散射；這都是結構解析更加準確可靠。高分辨率XRD可提供催化劑晶體結構參數、相變過程、晶粒大小、晶粒取向及微結構(點缺陷、位錯、面缺陷)等信息。SAXS/WAXS(SmallandWideAngleX-rayScattering，X射線小角散射和廣角散射)可用來考察催化劑晶化過程中前驅體納米顆粒結構、性質的演化及催化劑晶體的生長過程。通過利用這些技術，研究催化劑在焙燒、活化、反應和再生等過程的微觀結構及其變化，有助于我們鑒別其催化活性中心，了解其演變規律。這些信息對新型催化劑和催化反應過程的研究與開發不可或缺。專利ZL200910075167.3涉及的樣品池，沒有介質進出通道，無法開展對有氣體或液體介質參與的催化反應進行原位表征；其用于XRD表征時，大角度的信息無法獲得。專利ZL200910075168.8的樣品池，在進行涉及高壓氣體介質的實驗時，X光路上的死體積較大，嚴重影響信噪比，使得原位表征實驗時數據質量降低，難以發揮同步輻射X光的巨大優勢。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種催化劑動態結構原位在線表征，準確度高，適用范圍寬的方形管催化劑動態結構原位表征裝置及應用。本專利技術方形管催化劑動態結構原位在線表征裝置，該裝置是在室溫～500℃，常壓～10MPa條件下，以原位在線的方式對制備催化劑時的晶化過程，金屬氧化物催化劑焙燒過程，各種催化劑的活化、反應、再生等過程用XAFS(X射線吸收精細結構)、XRD(X射線衍射)、SAXS(X射線小角散射)、SAXS/WAXS(X射線小角散射和廣角衍射)進行研究。監測在這些過程中催化劑結構(特別是表面微觀結構)的變化。本專利技術方形管催化劑動態結構原位在線表征裝置，它包括爐架、水冷外殼、鈹管支撐、鈹管、右支架、右壓緊螺絲、右固定襯環、出管、右管線接板、右內螺紋套、密封環、左內螺紋套、左管線接板、進管、左固定襯環、左壓緊螺絲、左支架，其特征在于水冷外殼內有右支架和左支架，在右支架和左支架之間有爐架，水冷外殼上面中部有矩形通槽，爐架上中部有V型通槽，矩形通槽與V型通槽的長度相等，爐架內有圓桶形鈹管支撐，鈹管支撐上面中部徑向方向有垂直于軸向的長方形通槽，在鈹管支撐內位于長方形通槽的正下面有鈹管，鈹管孔道截面為長方形，鈹管的長度與長方形通槽的長度相等，矩形通槽、V型通槽與長方形通槽共同形成X光通道，鈹管支撐內壁位于鈹管兩側有右內螺紋套和左內螺紋套，右內螺紋套和左內螺紋套的直徑大于鈹管的直徑，鈹管左端依次有密封環和左管線接板，并通過左壓緊螺絲與左內螺紋套連接，鈹管右端依次有密封環和右管線接板，并通過右壓緊螺絲與右內螺紋套連接，左管線接板連接有進管，右管線接板連接有出管，鈹管、左管線接板和右管線接板組成樣品池。如上所述的密封環的材質可以是聚四氟乙烯、聚酰亞胺、全氟橡膠或柔性石墨等，以適應不同溫度、壓力的需要。密封墊材料根據實驗溫度選擇，溫度≤250℃可以選用聚四氟、聚酰亞胺、柔性石墨；溫度＞250℃且≤400℃選用聚酰亞胺、柔性石墨。密封環分別位于鈹管支撐左右兩側，之后通過左壓緊螺絲把焊接有進管的左管線接板及右壓緊螺絲把焊接有出管的右管線接板旋轉壓緊。形成密封的原位反應器結構。如上所述的鈹管與鈹管支撐是精密貼合，并以激光焊接為一個整體。如上所述的爐架通過左固定襯套環、右固定襯套環定位，并用螺絲通過爐架固定孔與左支架、右支架一起固定于水冷外殼內部。如上所述樣品倉中的樣品可以是液態(膠體、溶液、微乳液等)，固態(顆粒狀、整體片狀)等。為了提高鈹管與介質的兼容性，可在鈹管內表面氣相沉積氮化硼、氧化鋁或聚酰亞胺膜。材料根據實驗氣氛選擇，金屬鈹僅適用于還原性氣氛，內表面沉積氮化硼薄膜的金屬鈹適用于還原性、氧化性、惰性等各種氣氛。如上所述爐架上有加熱元件孔，加熱元件孔為2-6均勻分布于爐架上，用于放置棒形加熱器等加熱元件。爐架的芯部內孔的下端開有小槽，小槽與樣品池部件外側形成電偶孔。如上所述進管、出管尾端安裝直通式兩通。直通式兩通可以連接供流體進出的管線，也可以用死堵密封，分別用于需要或不需要有流體(氣體或液體)介質連續進出鈹管的情況。本專利技術的應用是在室溫～500℃，常壓～10MPa條件下進行X射線檢測。本專利技術具體的檢測步驟如下：1.根據實驗條件選擇適宜的密封環材料，溫度≤250℃選用聚四氟、聚酰亞胺或柔性石墨；溫度＞250℃且≤400℃選用聚酰亞胺或柔性石墨；鈹管材料中金屬鈹適用于還原性氣氛，內表面沉積氮化硼薄膜的金屬鈹適用于還原性、氧化性或惰性氣氛；2.將待測樣品裝入鈹管內腔；3.裝配好樣品池，確保密封良好，依次與爐架、水冷外殼組裝在一起；4.將組裝好的裝置固定在X射線表征線站的光學臺上，鈹管支撐中部的通槽對準X光路；5.連接流體進管、出管，將樣品池連接到實驗裝置中；6.放置好加熱器件，插入熱電偶；7.在室溫～500℃，常壓～10MPa之間，根據被表征催化劑所需要的真實反應條件設定溫度和壓力；8.持續用同步輻射裝置提供的檢測器采集透射的X光信號、衍射出的X光信號、散射出的X光信號，即可獲得催化劑在實驗過程中，其結構動態的變化信息。本專利技術具有如下優點：(1).利用高亮度的同步輻射X光，實現了催化劑動態結構原位在線表征。(2).結構合理，樣品與X光路相對位置調整方便；承壓耐溫能力高；無死體積，信噪比高；XRD表征實驗可測角度大。(3).適用范圍寬。可以對固態、液態等形態的催化劑樣品進行研究；可以對制備催化劑時的晶化過程，金屬氧化物催化劑焙燒過程，各種催化劑的活化、反應、再生等過程進行研究。附圖說明圖1為本專利技術方形管催化劑動態結構原位表征裝置結構示意圖；圖2為方形管催化劑動態結構原位表征裝置側視圖；圖3為方形管催化劑動態結構原位表征裝置外觀圖；圖4為方形管催化劑動態結構原位表征裝置外觀側視圖。如圖所示，1是本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種方形管催化劑動態結構原位表征裝置，它包括爐架(1)、水冷外殼(2)、鈹管支撐(3)、鈹管(4)、右支架(6)、右壓緊螺絲(7)、出管(9)、右管線接板(10)、右內螺紋套(11)、密封環(12)、左內螺紋套(13)、左管線接板(14)、進管(15)、左壓緊螺絲(17)、左支架(18)，其特征在于水冷外殼(2)內有右支架(6)和左支架(18)，在右支架(6)和左支架(18)之間有爐架(1)，水冷外殼(2)上面中部有矩形通槽，爐架(1)上中部有V型通槽，矩形通槽與V型通槽的長度相等，爐架(1)內有圓桶形鈹管支撐(3)，鈹管支撐(3)上面中部徑向方向有垂直于軸向的長方形通槽，在鈹管支撐(3)內位于長方形通槽的正下面有鈹管(4)，鈹管(4)孔道截面為長方形，鈹管(4)的長度與長方形通槽的長度相等，矩形通槽、V型通槽與長方形通槽共同形成X光通道(5)，鈹管支撐(3)內壁位于鈹管(4)兩側有右內螺紋套(11)和左內螺紋套(13)，右內螺紋套(11)和左內螺紋套(13)的直徑大于鈹管(4)的直徑，鈹管(4)左端依次有密封環(12)，左管線接板(14)和左壓緊螺絲(17)，并通過左壓緊螺絲(17)與左內螺紋套(13)連接，鈹管(4)右端依次有密封環(12)，右管線接板(10)和右壓緊螺絲(7)，并通過右壓緊螺絲(7)與右內螺紋套(11)連接，左管線接板(14)連接有進管(15)，右管線接板(10)連接有出管(9)，鈹管(4)、左管線接板(14)和右管線接板(10)組成樣品池。...

【技術特征摘要】
1.一種方形管催化劑動態結構原位表征裝置，它包括爐架(1)、水冷外殼(2)、鈹管支撐(3)、鈹管(4)、右支架(6)、右壓緊螺絲(7)、出管(9)、右管線接板(10)、右內螺紋套(11)、密封環(12)、左內螺紋套(13)、左管線接板(14)、進管(15)、左壓緊螺絲(17)、左支架(18)，其特征在于水冷外殼(2)內有右支架(6)和左支架(18)，在右支架(6)和左支架(18)之間有爐架(1)，水冷外殼(2)上面中部有矩形通槽，爐架(1)上中部有V型通槽，矩形通槽與V型通槽的長度相等，爐架(1)內有圓桶形鈹管支撐(3)，鈹管支撐(3)上面中部徑向方向有垂直于軸向的長方形通槽，在鈹管支撐(3)內位于長方形通槽的正下面有鈹管(4)，鈹管(4)孔道截面為長方形，鈹管(4)的長度與長方形通槽的長度相等，矩形通槽、V型通槽與長方形通槽共同形成X光通道(5)，鈹管支撐(3)內壁位于鈹管(4)兩側有右內螺紋套(11)和左內螺紋套(13)，右內螺紋套(11)和左內螺紋套(13)的直徑大于鈹管(4)的直徑，鈹管(4)左端依次有密封環(12)，左管線接板(14)和左壓緊螺絲(17)，并通過左壓緊螺絲(17)與左內螺紋套(13)連接，鈹管(4)右端依次有密封環(12)，右管線接板(10)和右壓緊螺絲(7)，并通過右壓緊螺絲(7)與右內螺紋套(11)連接，左管線接板(14)連接有進管(15)，右管線接板(10)連接有出管(9)，鈹管(4)、左管線接板(14)和右管線接板(10)組成樣品池。2.如權利要求1所述的一種方形管催化劑動態結構原位表征裝置，其特征在于所述的密封環(12)的材質是聚四氟乙烯、聚酰亞胺、全氟橡膠或柔性石墨。3.如權利要求2所述的一種方形管催化劑動態結構原位表征裝置，其特征在于所述的密封環(12)的材質根據實驗溫度選擇，溫度≤250℃選用聚四氟、聚酰亞胺或柔性石墨；溫度＞250℃且≤400℃選用聚酰亞胺、柔性石墨。4.如權利要求1所述的一種方形管催化劑動態結構原位表征裝置，其特征在于所述的鈹管(4)與鈹管支撐(3)是精密貼合，并以激光焊接為一個整體。5.如權利要求1所述的一種方形管催化劑動態結構原位表征裝置，其特征在于所述的爐架1通過左固定襯套環(16)、右固定襯套環(8)定位，并用螺絲通過爐架固定孔(22)...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王建國，王國富，樊衛斌，秦張峰，董梅，何月，盛沛，
申請(專利權)人：中國科學院山西煤炭化學研究所，
類型：發明
國別省市：山西,14