【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于催化，特別涉及一種電熱催化中電強化催化作用的定量評估方法。
技術介紹
1、電能在使用上具有簡單、靈活和高效的特點，而且隨著可再生能源發電成本的不斷降低，電氣化已成為化學工業綠色發展的重要手段。近年來，將電能轉化為熱能驅動化學反應的技術方向開始得到廣泛重視。與熱源在反應器外部的傳統熱催化技術相比，這類技術往往將催化劑直接作為電熱轉化載體，即催化劑自身就是熱源，可被稱為“電內加熱”，具有熱利用效率高、不受傳熱限制、反應溫度可控性強等優點。雖然電阻加熱、微波加熱、電磁感應加熱等多種電熱轉化方式都可以實現催化劑的“電內加熱”，但相比而言，電阻加熱在能源效率、成本、工業放大難度等方面都具有更為顯著的優勢，因此也得到了越來越多的關注。
2、在基于電阻加熱的催化技術中，將“電阻內加熱”與結構化催化劑相結合的新型反應方式備受矚目，其將具有導電骨架載體的結構化催化劑作為電阻加熱元件接入電路，電流從骨架載體流過產生的焦耳熱給催化反應供熱，被稱為“電阻內加熱”結構化催化劑反應技術。這種反應技術不僅利用催化劑內部產熱來控制反應溫度，而且保有結構化催化劑強化傳質傳熱的過程強化特性，使催化劑床層的溫度管理變得更為高效、快速和靈活，具備利用波動性和間歇性的光伏、風電等可再生電力直接驅動反應器運行的動態操作潛力。不僅如此，這種電能施加方式也使電熱源與催化活性位點緊密接觸，讓電能能夠以電流、表面電場、熱電子等多種形式作用于表面催化活性位點，給利用電能調控催化劑表界面反應性能提供了新手段。
3、然而，由于在電阻加熱下電與熱的強
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種電熱催化中電強化催化作用的定量評估方法，所述方法能夠定量評估“電阻內加熱”結構化催化劑反應方式下的電強化催化作用。
2、本專利技術采用以下技術方案：
3、本專利技術提供的一種電熱催化中電強化催化作用的定量評估方法的基本思路是將在“電阻內加熱”結構化催化劑反應方式下評價催化劑所獲得的催化活性稱為表觀總催化活性，它被設定由熱貢獻和電強化貢獻兩部分組成，其中熱貢獻可基于結構化催化劑的溫度和常規外加熱催化活性數據進行推算，電強化貢獻是表觀總催化活性與熱貢獻之間的差值。
4、本專利技術提供的方法主要包括：
5、第一步：給第一結構化催化劑通電，利用焦耳熱驅動催化反應，測得其在設定反應條件（即反應氣的組成、流速和壓力）下和在設定電流（或電功率）下的表觀總催化活性；
6、第二步：將第一結構化催化劑劃分為若干個易于分別測溫的微區域，并在設定反應條件下和在設定電流（或電功率）下測得各所述微區域的溫度；
7、第三步：基于外加熱反應方式（外加熱反應方式是指通過熱輻射、外部流動介質對流傳熱等加熱原理使催化劑由表面到內部逐步實現升溫的反應方式）獲得第二結構化催化劑在設定反應條件下的外加熱催化活性隨溫度變化的曲線；
8、第四步：根據第二步和第三步的結果，按照第一結構化催化劑的各微區域與第二結構化催化劑的體積比例，推算獲得第一結構化催化劑的各微區域熱催化活性；
9、第五步：將第四步中的第一結構化催化劑的各微區熱催化活性進行累加獲得在設定電流（或電功率）下的整體熱催化活性；
10、第六步：將第五步中獲得的整體熱催化活性與第一步中獲得的表觀總催化活性相除即可獲得熱貢獻，再用1減去熱貢獻即為電強化貢獻。
11、其中，第一結構化催化劑與第二結構化催化劑是采用相同原料和相同方法制備的；表觀總催化活性、外加熱催化活性、微區域熱催化活性和整體熱催化活性統一采用反應物轉化率、反應速率、產物收率或產物生成速率中的一種來表示。
12、優選的，采用紅外熱像儀對通電下的第一結構化催化劑進行成像測溫，利用其基于像素點陣列的測溫原理實現對第一結構化催化劑的微區域劃分與分別測溫。
13、進一步，采用低溫（即低于室溫）冷卻的且沒有通電的第一結構化催化劑的紅外熱像圖提取其成像在所述像素點陣列中的輪廓（即對應的像素點范圍），以便準確實現對所述第一結構化催化劑的微區域劃分。
14、進一步，第一結構化催化劑是薄片（厚度不大于1cm）型的，有利于其內部溫度與表面溫度趨于一致，使紅外熱成像測溫結果可以反映結構化催化劑的整體溫度分布。
15、優選的，采用電加熱爐進行第二結構化催化劑的外加熱。
16、優選的，第一結構化催化劑與第二結構化催化劑具有相同的宏觀幾何形狀和尺寸。
17、優選的，外加熱催化活性隨溫度變化的曲線是先由實驗測定若干個離散溫度下的催化活性，再通過數值擬合方式獲得的。
18、本專利技術技術方案具有如下優點：
19、（1）本方法作為一種指導高效電熱催化劑開發的實用方法，既無需使用昂貴的材料微觀結構表征設備，也無需開展復雜的催化反應機制研究，具有簡單易行、低成本、耗時短等優點。
20、（2）本方法以實驗上易于測量的溫度作為標度評估熱能在催化反應過程中的貢獻，進而間接獲得電強化作用的貢獻，為電熱催化反應過程的分析提供了全新的量化指標。
21、（3）本方法的應用不受結構化催化劑類型和反應類型的限制，能開展跨催化材料體系和跨反應體系之間的對比研究，有利于建立對電強化催化作用的系統性和規律性認識。
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1.一種電熱催化中電強化催化作用的定量評估方法，其特征在于，催化劑在電熱催化反應方式下展現出的催化活性由熱貢獻和電強化貢獻兩部分組成，所述熱貢獻是基于催化劑溫度和其在外加熱反應方式下的催化活性進行推算，所述電強化貢獻是利用表觀總催化活性與所述熱貢獻之間的差值進行推算，具體方法如下：
2.根據權利要求1所述的測算方法，其特征在于，采用紅外熱像儀對通電下的所述第一結構化催化劑進行成像測溫，利用其基于像素點陣列的測溫原理實現對所述第一結構化催化劑的微區域劃分與分別測溫。
3.根據權利要求2所述的測算方法，其特征在于，采用低溫冷卻的且沒有通電的所述第一結構化催化劑的紅外熱像圖提取其成像在所述像素點陣列中的輪廓，以便準確實現對所述第一結構化催化劑的微區域劃分。
4.根據權利要求2所述的測算方法，其特征在于，所述第一結構化催化劑是薄片型的，有利于其內部溫度與表面溫度趨于一致，使所述紅外熱成像測溫結果可以反映所述第一結構化催化劑的整體溫度分布。
5.根據權利要求1所述的測算方法，其特征在于，所述外加熱反應方式采用電加熱爐進行。
6.根
7.根據權利要求1所述的測算方法，其特征在于，所述外加熱催化活性隨溫度變化的曲線是先由實驗測定多個離散溫度下的催化活性，再通過數值擬合方式獲得的。
...【技術特征摘要】
1.一種電熱催化中電強化催化作用的定量評估方法，其特征在于，催化劑在電熱催化反應方式下展現出的催化活性由熱貢獻和電強化貢獻兩部分組成，所述熱貢獻是基于催化劑溫度和其在外加熱反應方式下的催化活性進行推算，所述電強化貢獻是利用表觀總催化活性與所述熱貢獻之間的差值進行推算，具體方法如下：
2.根據權利要求1所述的測算方法，其特征在于，采用紅外熱像儀對通電下的所述第一結構化催化劑進行成像測溫，利用其基于像素點陣列的測溫原理實現對所述第一結構化催化劑的微區域劃分與分別測溫。
3.根據權利要求2所述的測算方法，其特征在于，采用低溫冷卻的且沒有通電的所述第一結構化催化劑的紅外熱像圖提取其成像在所述像素點陣列中的輪廓，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：閆存極，肖立業，
申請(專利權)人：中國科學院電工研究所，
類型：發明
國別省市：
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