过程所获国家重大科学仪器专项支持

　　近日，过程工程所许光文研究员主持的“微型流化床等温微分流(气)固相反应分析仪研发与应用示范”获得国家重大科学仪器设备开发专项的资助。

　　中科院过程工程研究所许光文研究员

　　　　“微型流化床反应分析仪”是在2006年度中国科学院仪器装备专项及过程工程研究所仪器研制项目支持下，中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室许光文课题组自行研制的分析仪器。该仪器首次利用微型流化床作为反应器构建了气固反应分析方法与分析仪，实现了反应物快速加热和流化床中气固反应的等温微分化、有效抑制了扩散影响，形成了定点温度下的气固反应动力学参数的等温微分测试方法与仪器，填补了快速升温下等温微分反应测试仪器的空白，致使所求算的气固反应动力学参数更加趋近本征反应特性。该方法与仪器弥补了以程序升温为基础的传统气固反应分析方法与分析仪加热速率低、扩散影响大、难以对热不稳定物质进行定点温度测试等不足，丰富了气固反应分析手段，可广泛应用于化工、冶金、能源、材料、环境、生物等领域。2010年中国科学院组织的成果鉴定意见：该仪器创新性强，属国内外首创，达到国际领先水平。前期研发的与气体分析分离式微型流化床反应分析方法与仪器获得2010年度中国分析测试协会科学技术奖(CAIA奖)一等奖、第八届中国国际科学仪器及实验室装备展览会(CISILE2010)自主创新奖金奖、相关基础研究论文在2010 Int. Symposium on Gasification and its Application获得优秀论文奖。

微型流化床等温微分流(气)固相反应分析仪

　　　　通过本次国家重大科学仪器设备开发专项项目的支持，将进一步研发建立集成气体分析和微型流化床反应系统的一体化等温微分反应分析仪和配套的等温微分反应动力学解析软件，同时通过与华中科技大学、哈尔滨工业大学、中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所、中国科学院山西煤炭化学研究所、山东百川同创能源有限公司、北京中科洁创能源技术有限公司等单位合作，开发微型流化床等温微分反应分析方法和仪器对气固反应分级与原位解耦、化学气相沉积、催化过程积碳、液体原料裂解、三相浆态等温反应、外场环境气固反应等具有重要科学意义和应用价值的流固相反应的应用方法和技术，形成等温微分微型流化床等温微分反应分析方法与仪器的系列功能化扩展。通过该国家重大科学仪器设备开发专项项目，还将建立该新型仪器的生产加工能力，构建研发成果的产业化基础，并建立多相反应分析测试中心，面向全国提供分析测试服务。在已有应用的基础上，通过国家重大科学仪器设备开发专项项目的系统工作，将在今后3年将形成20套左右等温微分微型流化床反应分析仪的应用推广。

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　　过程工程所微型流化床反应动力学分析仪研制成功 　　

　　【2009-05-05日发稿】过程工程所许光文研究员主持的中科院重大科研装备研制项目“微型流化床反应动力学分析仪研制”顺利通过验收。

　　化工、冶金、能源、材料、环境等领域涉及大量气固反应，通常通过热重分析仪测试其反应特性，推导反应动力学参数。但是，热重分析不能在线供给固体反应物，升温速度缓慢，受气体扩散影响严重。因此，许光文研究员于2006年提出利用微型流化床作为反应器的气固反应动力学测试思想，以克服上述热重分析方法的弊端，通过检测反应生成气的典型组成随反应时间的变化，测试任意温度下的气固反应速度，分析推导反应动力学。

　　在中国科学院仪器研制专项资金的支持下，许光文研究员的课题组通过与国产热重分析仪专业企业——北京恒久科学仪器公司合作，经过两年多的努力工作，成功研制了微型流化床反应动力学分析仪(MFBK: Micro Fluidized Bed Kinetic analyzer)的样机（见图），并实现与在线微型质谱检测仪的联用，经系统试验，获得了系列新型测试结果，展现出它的优点和应用潜力。

　　MFBK适用于颗粒物料参与及颗粒催化剂催化的所有气固反应，包括化工（化学品分解、氧化、还原、加氢）；冶金（矿石还原、焙烧）；能源（煤/生物质热解、燃烧、气化、碳化）；材料（发射药/炸药分解、爆炸）；环境（固废热解/燃烧/气化、废气吸收/氧化/吸附）。它有效克服了热重分析的升温速度慢、扩散影响大等弊端，通过在线颗粒反应物供给，实现了任意温度下气固（颗粒）反应速度的测试，并提供了分析反应参数、揭示反应机理，特别是适合于快速颗粒反应测试的功能。

　　MFBK作为一种新型固体(颗粒)反应测试仪器，具有快速升温、趋近颗粒反应本征、易于操作，结果准确，重复性好等优点。其良好的功能及其与质谱的匹配性，引起了美国AMETEK质谱分析仪制造公司的兴趣。双方为此签订了合作研发协议，研制偶联AMETEK在线质谱分析仪的集成化微型流化床反应分析仪器，北京科技大学于2009年4月订购了该仪器。 （许光文）