車輛尾氣凈化催化材料活性測試系統(tǒng)及測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種車輛尾氣凈化催化材料活性測試系統(tǒng)及測試方法，它包括以下步驟：將車輛尾氣凈化催化材料裝填、固定于反應(yīng)器中，反應(yīng)器按軸向置于加熱爐中；設(shè)定水汽發(fā)生器的溫度，使水汽發(fā)生器內(nèi)的水汽達(dá)到設(shè)定的體積濃度；模擬汽車尾氣和水汽發(fā)生器送出的水汽進(jìn)入加熱爐中的預(yù)熱管預(yù)熱；經(jīng)預(yù)熱管預(yù)熱后的模擬汽車尾氣和水汽送入反應(yīng)器內(nèi)通過催化劑反應(yīng)，然后用分析儀采集數(shù)據(jù)；將完成評價處理的催化材料沿反應(yīng)器軸向取出，用于后續(xù)表征測試。本評價方法過程簡單、成本低，實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性好，用途廣，可以實(shí)現(xiàn)汽油車三效催化劑起燃溫度特性，汽油車三效催化劑空燃比特性及柴油車選擇性催化還原催化劑溫度窗口特性評價。
【專利說明】
車輛尾氣凈化催化材料活性測試系統(tǒng)及測試方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種催化材料活性測試系統(tǒng)及測試方法，特別是一種在人為可控的氣氛下對車輛尾氣凈化催化材料進(jìn)行活性測試系統(tǒng)及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國城市化進(jìn)程的加速和經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，車輛保有量呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。車輛產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時給人類帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題。目前，采用催化凈化技術(shù)被認(rèn)為是有效控制車輛尾氣污染的最重要手段之一。凈化效率是衡量催化器對污染物去除效果的重要指標(biāo)，因此對催化器的凈化效率進(jìn)行評價就顯得尤為重要。催化材料評價系統(tǒng)在催化器生產(chǎn)、檢驗(yàn)、應(yīng)用中是必需的，能夠?qū)Υ呋鬟M(jìn)行快速、準(zhǔn)確、可靠的活性評價。此外，隨著全球石油資源短缺的日益加劇及“溫室氣體效應(yīng)”(CO2)的增加，國內(nèi)外存在轎車柴油化的趨勢，因此具有較好燃油經(jīng)濟(jì)性和排放特性的柴油車越來越受到人們的廣泛關(guān)注。隨著柴油車的日益普及，同時也帶來了NOx的污染問題，通過加裝SCR催化器能夠有效解決柴油車的尾氣污染問題。因此，開發(fā)多功能的催化材料評價系統(tǒng)對于催化器的研究、開發(fā)及生產(chǎn)具有重要的意義。
[0003]目前，關(guān)于車輛尾氣凈化催化材料評價系統(tǒng)已有報道(CNI 3 6 9 6 2 7 A，CN101138702A，CN201047836y，CN2862035Y)，主要針對某種車型催化劑的活性評價，評價系統(tǒng)復(fù)雜且缺少相應(yīng)的評價方法，無法滿足飛速發(fā)展的車輛尾氣催化劑產(chǎn)業(yè)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提供一種可以模擬車輛排氣性質(zhì)，對車輛尾氣凈化催化材料進(jìn)行測試和評價，測試和評價方法過程簡單、成本低、實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性好，用途廣的車輛尾氣凈化催化材料活性測試系統(tǒng)及測試方法。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明的車輛尾氣凈化催化材料活性測試系統(tǒng)，它包括:
[0007](I)多個第一氣瓶和一個第二氣瓶；
[0008](2) 一個混合罐，該混合罐的多個入口通過其上裝有壓力表、質(zhì)量流量計(jì)和單向閥的多個第一管線分別與多個第一氣瓶的出口相連；
[0009](3)—個其內(nèi)裝有水汽發(fā)生器加熱器的水汽發(fā)生器，該水汽發(fā)生器的入口通過其上裝有壓力表、質(zhì)量流量計(jì)和單向閥的第二管線與一個第二氣瓶的出口相連；
[0010](4) 一個加熱爐，該加熱爐的上部為加熱段并且其下部為預(yù)熱段；
[0011](5)—個其頂部和底部為錐形的反應(yīng)器，該反應(yīng)器軸線沿豎直方向設(shè)置裝在所述的加熱爐的加熱段，所述的反應(yīng)器的底部入口與設(shè)置在反應(yīng)器的預(yù)熱段的兩個預(yù)熱管的出口相連，所述的兩個預(yù)熱管中的一個預(yù)熱管通過其上裝有壓力表的第一連接管與混合罐的出口相連并且另一個預(yù)熱管通過第二連接管與水汽發(fā)生加熱器的出口相連；
[0012](6)—個溫控儀，該溫控儀的控制線分別與安裝在水汽發(fā)生器加熱器、加熱爐的預(yù)熱段和加熱段以及反應(yīng)器內(nèi)的測溫?zé)犭娕枷噙B；
[0013](7) —個氣液分離器，該氣液分離器為冷凝器，該冷凝器的入口通過其上裝有壓力表的分析管線與反應(yīng)器的頂部出口相連，該冷凝器的液相出口與其上裝有截止閥的液相出口管相連，該冷凝器的氣相出口與一臺分析儀的入口相連。
[0014]本發(fā)明的車輛尾氣凈化催化材料活性測試方法，它包括以下步驟:
[0015](I)將車輛尾氣凈化催化材料裝填、固定于反應(yīng)器中，反應(yīng)器按軸向置于加熱爐中；
[0016](2)設(shè)定水汽發(fā)生器的溫度，使水汽發(fā)生器內(nèi)的水汽達(dá)到設(shè)定的體積濃度；
[0017](3)模擬汽車尾氣和水汽發(fā)生器送出的水汽進(jìn)入加熱爐中的預(yù)熱管預(yù)熱；
[0018](4)經(jīng)預(yù)熱管預(yù)熱后的模擬汽車尾氣和水汽送入反應(yīng)器內(nèi)通過催化劑反應(yīng)，然后用分析儀采集數(shù)據(jù)；
[0019](5)將完成評價處理的催化材料沿反應(yīng)器軸向取出，用于后續(xù)表征測試。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:在人為可控的氣氛下對車輛尾氣凈化催化材料進(jìn)行評價，評價方法過程簡單、成本低，實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性好，用途廣，可以實(shí)現(xiàn)汽油車三效催化劑起燃溫度特性，汽油車三效催化劑空燃比特性及柴油車選擇性催化還原催化劑溫度窗口特性評價，既適用于粉末樣品，又適用于整體式蜂窩催化劑的活性評價。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本發(fā)明的車輛尾氣凈化催化材料活性測試系統(tǒng)的流程示意圖；
[0022]圖2是圖1所示的系統(tǒng)中的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是圖1所示的系統(tǒng)中的水汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4是采用本發(fā)明測試系統(tǒng)及測試方法所作的實(shí)施例1三效催化劑起燃溫度特性。
[0025]圖5是采用本發(fā)明測試系統(tǒng)及測試方法所作的實(shí)施例2三效催化劑空燃比窗口特性。
[0026]圖6是采用本發(fā)明測試系統(tǒng)及測試方法所作的實(shí)施例3選擇性催化還原(SCR)催化劑溫度窗口特性。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0028]如圖1-3所示的本發(fā)明的車輛尾氣凈化催化材料活性測試系統(tǒng)，它包括:(I)多個第一氣瓶I和一個第二氣瓶I; (2)一個混合罐5，該混合罐的多個入口通過其上裝有壓力表
2、質(zhì)量流量計(jì)3和單向閥4的多個第一管線分別與多個第一氣瓶的出口相連；(3) —個其內(nèi)裝有水汽發(fā)生加熱器11的水汽發(fā)生器10，該水汽發(fā)生器10的入口通過其上裝有壓力表2、質(zhì)量流量計(jì)3和單向閥4的第二管線與一個第二氣瓶I的出口相連；(4)一個加熱爐6，該加熱爐的上部為加熱段并且其下部為預(yù)熱段；(5)—個其頂部和底部為錐形的反應(yīng)器7，該反應(yīng)器7的軸線沿豎直方向設(shè)置裝在所述的加熱爐的加熱段，所述的反應(yīng)器的底部入口與設(shè)置在反應(yīng)器預(yù)熱段的兩個預(yù)熱管8的出口相連，所述的兩個預(yù)熱管8中的一個預(yù)熱管通過其上裝有壓力表2的第一連接管與混合罐5的出口相連并且另一個預(yù)熱管通過第二連接管與水汽發(fā)生器10的出口相連;反應(yīng)器組件為錐形反應(yīng)器，可以由兩部分組成，每部分上部分為錐形、下部分為圓筒形，兩圓筒形的底部可以通過螺紋連接，材質(zhì)為不銹鋼、銅或鋁合金，用于裝填預(yù)評價催化劑。(6)—個溫控儀9，該溫控儀9的控制線與安裝在水汽發(fā)生器加熱器11、加熱爐6的預(yù)熱段和加熱段以及反應(yīng)器內(nèi)的測溫?zé)犭娕枷噙B;溫控儀用于控制水汽發(fā)生器加熱器11、加熱爐6的預(yù)熱段和加熱段的溫度并顯示反應(yīng)器的溫度。(7) —個氣液分離器12，該氣液分離器為冷凝器，該冷凝器的入口通過其上裝有壓力表2的分析管線與反應(yīng)器的頂部出口相連，該冷凝器的液相出口與其上裝有截止閥13的液相出口管相連，該冷凝器的氣相出口與一臺分析儀14的入口相連。分析儀可以為不分光分外檢測儀(NDIR)、傅里葉紅外檢測儀(FTIR)或質(zhì)譜(MS)。
[0029]圖4-圖6是采用本發(fā)明測試系統(tǒng)及測試方法對三效催化劑起燃溫度特性、三效催化劑空燃比窗口特性及選擇性催化還原催化劑溫度窗口特性的測試結(jié)果，說明了采用本發(fā)明評價系統(tǒng)及方法可以廣泛用于汽油車三效催化體系及柴油車選擇性催化還原體系催化材料的活性評價，既適用于粉末樣品，又適用于整體式蜂窩催化劑的活性評價。圖4中橫坐標(biāo)為溫度，縱坐標(biāo)為轉(zhuǎn)化率。圖5中的橫坐標(biāo)為入值，λ值由以下公式計(jì)算，λ = (202+Ν0) / (CO+1C3H8)計(jì)算，縱坐標(biāo)為轉(zhuǎn)化率。圖6中橫坐標(biāo)為溫度，縱坐標(biāo)為NOx的轉(zhuǎn)化率。
[0030]本發(fā)明的車輛尾氣凈化催化材料活性測試方法，它包括以下步驟:(I)將車輛尾氣凈化催化材料裝填、固定于反應(yīng)器中，反應(yīng)器按軸向置于加熱爐中；(2)設(shè)定水汽發(fā)生器的溫度，使水汽發(fā)生器內(nèi)的水汽達(dá)到設(shè)定的體積濃度，優(yōu)選的將水汽發(fā)生器的溫度設(shè)定為10?100°C。(3)模擬汽車尾氣和水汽發(fā)生器送出的水汽進(jìn)入加熱爐中的預(yù)熱管預(yù)熱；(4)經(jīng)預(yù)熱管預(yù)熱后的模擬汽車尾氣和水汽送入反應(yīng)器內(nèi)通過催化劑進(jìn)行反應(yīng)，然后用分析儀采集數(shù)據(jù);根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求，反應(yīng)器內(nèi)的溫度采用程序升溫，同時進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;也可以在某一恒定溫度下反應(yīng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；(5)將完成評價處理的催化材料沿反應(yīng)器軸向取出，用于后續(xù)表征測試。
[0031]實(shí)施例1
[0032]將三效催化劑粉末樣品(600mg)與一定量的石英沙均勻混合裝入反應(yīng)器，反應(yīng)器按軸向置于加熱爐中；設(shè)定水汽發(fā)生器溫度為80°C，使水汽體積濃度為10%;模擬汽油車尾氣氣氛:2 % C0+0.1 % N0+0.1 % C3H8+12 % CO2+1.5 % O2+N2 (平衡氣)和水氣發(fā)生器送出的水汽送入加熱爐中的預(yù)熱管預(yù)熱至40°C;經(jīng)預(yù)熱管預(yù)熱后的模擬汽車尾氣和水汽(氣體總流量為1.5L，空速為50，OOOh 1)送入反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器內(nèi)以1 °C /min的升溫速率升溫使反應(yīng)器內(nèi)的溫度從40°C達(dá)到700°C，經(jīng)預(yù)熱管預(yù)熱后的模擬汽車尾氣和水汽通過催化劑在100?700°C的溫度下反應(yīng)，用分析儀連續(xù)在線采集數(shù)據(jù)。分析儀(NDIR)在線檢測反應(yīng)器出口 C0、HC、NOx的濃度，計(jì)算CO、HC、N0X的轉(zhuǎn)化率，得到三效催化劑的起燃溫度特性曲線(如圖4所示)。
[0033]實(shí)施例2
[0034]取三效催化劑整體式蜂窩催化劑樣品裝入反應(yīng)器中，反應(yīng)器按軸向置于加熱爐中；設(shè)定水汽發(fā)生器溫度為100°C，使水汽體積濃度為12% ;模擬汽油車尾氣氣氛:2.2%C0+
0.1% N0+0.1 % C3H8+10 % C02+02+N2 (平衡氣)和水氣發(fā)生器送出的水汽送入加熱爐中的預(yù)熱管預(yù)熱至100°C;經(jīng)預(yù)熱管預(yù)熱后的模擬汽車尾氣和水汽(氣體總流量為1.5L，空速為50，000h—O送入反應(yīng)器內(nèi)通過催化劑在500°C的溫度下混合反應(yīng)20分鐘，然后用分析儀采集數(shù)據(jù)。通過改變氧氣流量來調(diào)節(jié)λ值，同時調(diào)節(jié)犯流量使反應(yīng)氣體總流量恒定為1.5L，調(diào)節(jié)O2的體積濃度為1.26?1.87%。每個λ值點(diǎn)測試5?10分鐘，用分析儀(NDIR)在線檢測反應(yīng)器出口 CO、HC、NOx的濃度，計(jì)算CO、HC、NOx的轉(zhuǎn)化率，得到空燃比特性曲線(如圖5所示)。
[0035]實(shí)施例3
[0036]取SCR催化劑整體式蜂窩催化劑樣品裝入反應(yīng)器中，反應(yīng)器按軸向置于加熱爐中；設(shè)定水汽發(fā)生器溫度為10 °C，使水汽體積濃度為5 % ;模擬柴油車尾氣氣氛:0.035% NO+
0.035%冊3+5%0)2+14%02+0.01%802+犯(平衡氣)和水氣發(fā)生器送出的水汽送入加熱爐中的預(yù)熱管預(yù)熱至150°C，經(jīng)預(yù)熱管預(yù)熱后的模擬汽車尾氣和水汽(空速為50000h—1〉送入反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器內(nèi)以8°C/min的升溫速率升溫使反應(yīng)器內(nèi)的溫度從150°C達(dá)到550°C，經(jīng)預(yù)熱管預(yù)熱后的模擬汽車尾氣和水汽通過催化劑，在150?550°C的溫度下反應(yīng)，用分析儀(FTIR)在線檢測反應(yīng)器出口NOx的濃度，計(jì)算NOx的轉(zhuǎn)化率，得到SCR催化劑溫度特性曲線(如圖6所示)。
[0037]上述實(shí)施例僅示例性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.車輛尾氣凈化催化材料活性測試系統(tǒng)，其特征在于它包括: (1)多個第一氣瓶和一個第二氣瓶； (2)—個混合罐，該混合罐的多個入口通過其上裝有壓力表、質(zhì)量流量計(jì)和單向閥的多個第一管線分別與多個第一氣瓶的出口相連； (3)—個其內(nèi)裝有水汽發(fā)生器加熱器的水汽發(fā)生器，該水汽發(fā)生器的入口通過其上裝有壓力表、質(zhì)量流量計(jì)和單向閥的第二管線與一個第二氣瓶的出口相連； (4)一個加熱爐，該加熱爐的上部為加熱段并且其下部為預(yù)熱段； (5)—個其頂部和底部為錐形的反應(yīng)器，該反應(yīng)器軸線沿豎直方向設(shè)置裝在所述的加熱爐的加熱段，所述的反應(yīng)器的底部入口與設(shè)置在反應(yīng)器的預(yù)熱段的兩個預(yù)熱管的出口相連，所述的兩個預(yù)熱管中的一個預(yù)熱管通過其上裝有壓力表的第一連接管與混合罐的出口相連并且另一個預(yù)熱管通過第二連接管與水汽發(fā)生加熱器的出口相連； (6)—個溫控儀，該溫控儀的控制線分別與安裝在水汽發(fā)生器加熱器、加熱爐的預(yù)熱段和加熱段以及反應(yīng)器內(nèi)的測溫?zé)犭娕枷噙B； (7)—個氣液分離器，該氣液分離器為冷凝器，該冷凝器的入口通過其上裝有壓力表的分析管線與反應(yīng)器的頂部出口相連，該冷凝器的液相出口與其上裝有截止閥的液相出口管相連，該冷凝器的氣相出口與一臺分析儀的入口相連。2.車輛尾氣凈化催化材料活性測試方法，其特征在于它包括以下步驟: (1)將車輛尾氣凈化催化材料裝填、固定于反應(yīng)器中，反應(yīng)器按軸向置于加熱爐中； (2)設(shè)定水汽發(fā)生器的溫度，使水汽發(fā)生器內(nèi)的水汽達(dá)到設(shè)定的體積濃度； (3)模擬汽車尾氣和水汽發(fā)生器送出的水汽進(jìn)入加熱爐中的預(yù)熱管預(yù)熱； (4)經(jīng)預(yù)熱管預(yù)熱后的模擬汽車尾氣和水汽送入反應(yīng)器內(nèi)通過催化劑反應(yīng)，然后用分析儀采集數(shù)據(jù)； (5)將完成評價處理的催化材料沿反應(yīng)器軸向取出，用于后續(xù)表征測試。
【文檔編號】G01N31/10GK106093274SQ201610630528
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月3日 公開號201610630528.6, CN 106093274 A, CN 106093274A, CN 201610630528, CN-A-106093274, CN106093274 A, CN106093274A, CN201610630528, CN201610630528.6
【發(fā)明人】胡雪林
【申請人】桐城市宇潔機(jī)動車尾氣檢測有限公司