過程所獲國家重大科學儀器專項支持

　　近日，過程工程所許光文研究員主持的“微型流化床等溫微分流(氣)固相反應分析儀研發與應用示范”獲得國家重大科學儀器設備開發專項的資助。

　　中科院過程工程研究所許光文研究員

　　　　“微型流化床反應分析儀”是在2006年度中國科學院儀器裝備專項及過程工程研究所儀器研制項目支持下，中國科學院過程工程研究所多相復雜系統國家重點實驗室許光文課題組自行研制的分析儀器。該儀器首次利用微型流化床作為反應器構建了氣固反應分析方法與分析儀，實現了反應物快速加熱和流化床中氣固反應的等溫微分化、有效抑制了擴散影響，形成了定點溫度下的氣固反應動力學參數的等溫微分測試方法與儀器，填補了快速升溫下等溫微分反應測試儀器的空白，致使所求算的氣固反應動力學參數更加趨近本征反應特性。該方法與儀器彌補了以程序升溫為基礎的傳統氣固反應分析方法與分析儀加熱速率低、擴散影響大、難以對熱不穩定物質進行定點溫度測試等不足，豐富了氣固反應分析手段，可廣泛應用于化工、冶金、能源、材料、環境、生物等領域。2010年中國科學院組織的成果鑒定意見：該儀器創新性強，屬國內外首創，達到國際領先水平。前期研發的與氣體分析分離式微型流化床反應分析方法與儀器獲得2010年度中國分析測試協會科學技術獎(CAIA獎)一等獎、第八屆中國國際科學儀器及實驗室裝備展覽會(CISILE2010)自主創新獎金獎、相關基礎研究論文在2010 Int. Symposium on Gasification and its Application獲得優秀論文獎。

微型流化床等溫微分流(氣)固相反應分析儀

　　　　通過本次國家重大科學儀器設備開發專項項目的支持，將進一步研發建立集成氣體分析和微型流化床反應系統的一體化等溫微分反應分析儀和配套的等溫微分反應動力學解析軟件，同時通過與華中科技大學、哈爾濱工業大學、中國航空工業集團公司北京航空制造工程研究所、中國科學院山西煤炭化學研究所、山東百川同創能源有限公司、北京中科潔創能源技術有限公司等單位合作，開發微型流化床等溫微分反應分析方法和儀器對氣固反應分級與原位解耦、化學氣相沉積、催化過程積碳、液體原料裂解、三相漿態等溫反應、外場環境氣固反應等具有重要科學意義和應用價值的流固相反應的應用方法和技術，形成等溫微分微型流化床等溫微分反應分析方法與儀器的系列功能化擴展。通過該國家重大科學儀器設備開發專項項目，還將建立該新型儀器的生產加工能力，構建研發成果的產業化基礎，并建立多相反應分析測試中心，面向全國提供分析測試服務。在已有應用的基礎上，通過國家重大科學儀器設備開發專項項目的系統工作，將在今后3年將形成20套左右等溫微分微型流化床反應分析儀的應用推廣。

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　　過程工程所微型流化床反應動力學分析儀研制成功 　　

　　【2009-05-05日發稿】過程工程所許光文研究員主持的中科院重大科研裝備研制項目“微型流化床反應動力學分析儀研制”順利通過驗收。

　　化工、冶金、能源、材料、環境等領域涉及大量氣固反應，通常通過熱重分析儀測試其反應特性，推導反應動力學參數。但是，熱重分析不能在線供給固體反應物，升溫速度緩慢，受氣體擴散影響嚴重。因此，許光文研究員于2006年提出利用微型流化床作為反應器的氣固反應動力學測試思想，以克服上述熱重分析方法的弊端，通過檢測反應生成氣的典型組成隨反應時間的變化，測試任意溫度下的氣固反應速度，分析推導反應動力學。

　　在中國科學院儀器研制專項資金的支持下，許光文研究員的課題組通過與國產熱重分析儀專業企業——北京恒久科學儀器公司合作，經過兩年多的努力工作，成功研制了微型流化床反應動力學分析儀(MFBK: Micro Fluidized Bed Kinetic analyzer)的樣機（見圖），并實現與在線微型質譜檢測儀的聯用，經系統試驗，獲得了系列新型測試結果，展現出它的優點和應用潛力。

　　MFBK適用于顆粒物料參與及顆粒催化劑催化的所有氣固反應，包括化工（化學品分解、氧化、還原、加氫）；冶金（礦石還原、焙燒）；能源（煤/生物質熱解、燃燒、氣化、碳化）；材料（發射藥/炸藥分解、爆炸）；環境（固廢熱解/燃燒/氣化、廢氣吸收/氧化/吸附）。它有效克服了熱重分析的升溫速度慢、擴散影響大等弊端，通過在線顆粒反應物供給，實現了任意溫度下氣固（顆粒）反應速度的測試，并提供了分析反應參數、揭示反應機理，特別是適合于快速顆粒反應測試的功能。

　　MFBK作為一種新型固體(顆粒)反應測試儀器，具有快速升溫、趨近顆粒反應本征、易于操作，結果準確，重復性好等優點。其良好的功能及其與質譜的匹配性，引起了美國AMETEK質譜分析儀制造公司的興趣。雙方為此簽訂了合作研發協議，研制偶聯AMETEK在線質譜分析儀的集成化微型流化床反應分析儀器，北京科技大學于2009年4月訂購了該儀器。 （許光文）