科创中国

采用微型流化床为反应器，建立等温微分分析方法，反应动力学分析仪（MFBRA）是我国自主研制的新型颗粒反应测试与分析仪器。该仪器利用微型流化床反应器，实现在线颗粒反应物供给，最大程度地克服气体扩散作用，可测试任意温度下反应速度、分析反应参数、揭示反应机理，特别是适合于快速颗粒反应的分析测试，填补了颗粒物反应测试仪器的空白，具有快速升温、趋近反应本征、易于操作，结果准确，重复性好等特点，广泛适用于分解、焙烧、煅烧、燃烧、气化、还原、氧化、吸收、吸附等颗粒物料直接参与及催化的反应。利用微型流化床作为微分反应器，以惰性(硅砂)或催化剂颗粒为流化介质，通过瞬时气力输送在线供入颗粒反应物，反应生成气经净化后，在线监测出口气体的实际流量和利用在线质谱监测浓度随反应时间的变化，根据浓度可以确定完成反应时间，解析软件将这些数据转换为生成气体的摩尔数或质量变化，定量其生成速度、推导相关反应动力学参数，通过重复不同温度下的测试与分析，可进一步通过Arrhenius方程计算反应活化能、频率因子等参数。 

通过对等温微分微型流化床反应器关键技术和部件开发，形成了适用于水蒸气气氛条件的微型流化床反应系统、在线进样系统，开发了适配的微型加热炉，并设计开发了反应尾端净化器，从而可以除尘、除水及油类等。这些关键部件均形成了功能模块，组成了基础型微型硫化床反应分析仪和水蒸气微型流化床反应分析仪。微型流化床反应与气体生成物在线分析匹配控制与操作技术及其软件，要求“反应”与“分析”两部分一体化协同耦联、关联操作，实现“等温微分”与“在线分析”的协同优势，确保分析延迟及返混最小和最大可能的原位信息捕捉。反应与分析一体化微型流化床反应分析仪，为分体式MFBRA进一步发展的高端等温微分反应分析仪，目前国内外仍没有类似的仪器产品。单体机型的微型流化床反应分析仪与检测系统，经过结构和外观的工业化设计，软件进行了UI设计，形成了将反应和检测为一体的质谱集成等温微分流化床反应分析仪。

该仪器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）。在能源化工领域、热转化技术领域等高校、科研院所及企业研究中有着广泛的应用，独创的固体热载体在流化状态下瞬间加热反应物的技术适应性广，效果显著，具有广阔的市场前景。 

研究团队是中国科学院过程工程研究所先进能源技术课题组，团队是一个年轻而富有朝气的团队，在中科院“百人计划”支持下成立于2006年，，从事先进能源转化工艺、热转化技术、分析测试方法和相关的流动传递的基础研究与技术开发。团队目前有研究员1人，副研究员3人，工程师3人，财务主管1人，科研助理1人，博士后2人，博士研究生2人，硕士研究生25人。团队承担多项国家级科研项目，获中国仪器仪表学会科学技术奖一等奖, 四川省科技进步奖一等奖, 辽宁省科技奖一等奖, 中国分析测试协会科学技术奖一等奖, 中国轻工业联合会科技进步奖一等奖等多项荣誉。获多项发明专利和软件著作权。

该仪器由中国科学院组织的成果鉴定为：国内外首创，达到国际领先水平。经专利许可，由北京中科洁创能源技术有限公司组织实施仪器的产业化，至今已对项目内外单位销售15台套仪器，包括韩国的企业研究所，同时对清华大学等国内五十多家单位开展了对外测试服务，分析测试的结果已形成近 40 篇国内外学术论文。研发的仪器支撑了国家 863、国家支撑计划、国家自然 科学基金、中科院煤炭先导专项等重大项目的实施，也为已在泸州老窖、步长制药等公司产业化应用的生物质废物气化燃烧技术的开发和工程实施提供了可靠 的基础数据。利用微型流化床反应器构建流固（气固）相反应测试与分析的方法与仪器是我国自主创新的科技思想，并率先开展了研发与应用工作，填补了流固相反应分 析在等温微分方法上的缺失，对于推动我国在反应分析、热分析等领域的技术进 步甚至引领具有重要作用。

该仪器目前已经技术成熟，产业化也具有一定的规模，但是还没有大规模商业化投入市场。有合作意向可技术合作，资金入股，一起将推进仪器进一步商业化。