CN102590537B - 催化剂的评价系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种催化剂的评价系统，包括反应气体发生器、注射发生器、至少一个反应器、采样控制器和连接在采样控制器上若干个采样设备、含主控软件的主控单元以及众多的连接管路。该化学性能评价系统反应气体发生器的原料气进气管路可以根据检测项目和检测对象的不同，对原料气体进行灵活组合和设置不同的反应参数，实现不同反应气氛的模拟，同时系统设有管路切换阀、管路切换阀组和开关阀等，通过控制器和主控软件可以实现反应气氛的动态调整、切换和循环。通过连接管路与至少两个的配有电热元件及温度传感器的反应器相连接，可以实现对催化剂的活性、寿命和材料的性能等进行评价和表征。该系统尤其适用于机动车尾气催化剂的活性和性能的评价、表征。

Description

催化剂的评价系统

技术领域

本发明涉及一种催化剂及材料的评价系统，尤其是涉及一种能够模拟机动车尾气组成和使用条件，实现对各种汽车尾气催化剂及材料进行评价的装置系统。

背景技术

众所周知，世界范围内机动车排放的尾气是导致空气质量问题的主要因素。在降低汽车排放污染的各项措施中，汽车尾气催化净化技术是目前被公认的最有效技术而被广泛应用。例如汽油发动机和摩托车的三效催化剂。有关对柴油发动机尾气净化的各种颗粒捕集器和NOx阱，以及选择性催化还原（SCR）、四效催化技术（NPDR）等也正在开发和试运行之中。

在汽车尾气催化剂实际装车应用之前，必须确认催化剂的性能和寿命是否满足相关的排放法规要求，有必要进行相关的测试工作。

对催化剂性能的测试可以有以下方法：

将催化剂装车后直接在路面上跑车，并实时监控催化剂的性能。该方法因为是路跑，所以最接近车辆的实际使用条件，但由于受路况等行驶条件影响较大，实验结果的重复性较差，不是一种标准的催化剂性能评价方法。

将催化剂装车后在标准的车辆试验场，按标准的程序跑车，并在固定公里数后在配有转鼓和底盘测功机的专业实验室里，运行特定的驾驶循环来检测催化剂的性能。例如国标GB18352.3-2005里规定的方法。该方法作为一种标准的装车验证方法，为广大汽车厂所采用。但该方法的不利之处在于实验周期长、需要专业的实验场和检测设备，花费很大。除此之外采用该方法得到的评价结果是对车辆排放性能的整体评价，离开特定的试验车辆的试验结果，无法说明不同型号、不同厂家的催化剂产品性能。

采用发动机台架测试系统可以直接对催化剂性能、寿命进行测试和快速模拟，相对于上述两方法可大大缩短试验周期和节省费用。如GBT18377-2001（ GB/T18377-2001汽油车用催化转化器的技术要求和试验方法）中规定的方法。但这种方法的不足在于测试结果受发动机参数和性能影响。不同的发动机、不同的运行工况，同一个催化剂试验的结果可能有偏差，甚至很大的偏差。而实际上不同的实验室往往所采用的发动机和运行工况都不同，造成实验结果的可比性变差。该方法也不是一种很好的评价催化剂性能的基准方法。

一种被认为是较基准的评价催化剂性能的方法是采用标准气来模拟汽车废气。由于标准气性质的稳定性，因此采用标准气模拟废气进行的催化剂评价结果，不会因地点、实验室、测试使用对象及操作人员的差异而不同，而只跟模拟气组成、反应温度、反应器结构形式等相关。作为一种基准的方法，该方法在催化剂实验室研究和开发阶段被广泛使用，具有装置简单、成本低、实验结果重现性和一致性好的优点且易于实现标准化。

最常见的标准气模拟活性评价方法为采用两种气体，例如CO+O2，HC+O2评价催化剂的氧化活性；或CO+NO，HC+NO，H2+NO等评价催化剂的氧化还原性能；或者是3至4种气体系统，O2+NO+还原剂，表征催化剂的选择性催化还原能力；或CO+NO+HC+O2，表征催化剂的三效性能。这些评价方法在测试时气体的百分比组成是固定的，烃类一般只有一种如C3H8，被称为稳态法（GB/T 1881-2002）（石油学报（石油加工），2001，VOl.17,P16-20）。由于模拟气组成与实际尾气还相差较大，如烃类组成单一、无CO2或H2O，以及稳态气氛与汽车实际的动态气氛有差别，使得测试的结果与实际装车或发动机台架测试结果之间比对性不好。

为了进一步提高催化剂模拟评价数据结果的可比对性，有发明者提出了动态小样评价模拟系统，在气体的组成上尽量考虑与实际气氛接近。如美国西南研究院的通用合成气体反应器（USGR）（US 200510107973）。该系统模拟气组分烃类可以是一种或多种，加进了CO2和H2O，同时也考虑到了因为燃料、发动机的差别，可以设置增减相应的组分和调整组分的百分比，同时对尾气中的氧组分含量可以设定为稀燃和富燃的两百分比，且气路可以在这两个百分比之间交替变换，实现了对发动机排气的稀富燃变化模拟，两个点之间的差值可以根据需要设定。

该系统的可实现催化剂小样的三效性能、OSC性能、DOC性能和SCR催化剂性能的研究测试。但仍存在不足，主要是因为该系统只有一组模拟气路，气氛的稀富燃模拟只有氧的含量变化，且这种变化就只在两个点之间；其余的气体组分含量在测试过程中是恒定不变的，与发动机稀富燃变化尾气中CO、HC、NOx浓度是变化的这一点仍有差别。另外一点，催化剂和材料除了活性、储氧能力外，还有许多与活性可能相关联的特性如被氧化还原性能、金属表面积、动态氧吸附能力等等。该系统由于没有设计相应的定量装置，或虽设有注射气路，但组分的注入是通过控制气路的开、关时间的形式实现，而流量控制器、泵的反应时间较长。因此无法在该系统上实现快速动态、定量表征。基于上述的不足，本发明提出了一种全新的配气动态模拟评价评价系统。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种催化剂及材料的评价系统，可以实现对各种催化剂及材料的活性、特性进行实现快速动态、动态气氛模拟评价以及催化剂和材料性能的动态和定量表征。可以实现单组份到全组分的动态变化模拟；系统设有众多的气体管路和组合功能，适用性和功能更强，模拟条件更接近催化剂实际的反应条件。

本发明解决技术问题所采用的技术方案在于提供一种催化剂及材料的评价系统，其特征在于，包括：

    一反应气体发生器，能对标准的原料气体进行模拟配气，以产生催化反应所需要的反应气体，并通过不少于一路的连接管路连接到反应器；

    一注射发生器，能对标准的原料气体和液体进行模拟配气，以产生催化反应所需注射的反应气体或反应液体，并通过注射或脉冲的方式经不少于一路的连接管路连接到反应器；

    至少一个反应器，所述反应器内部设置有用于与反应气体或反应液体反应的催化剂或材料，反应器上配有电热元件及温度传感器；

    一个采样控制器和连接在采样控制器上若干个采样设备，该采样控制器能提供不少于一个的采样接口，该采样设备用于对反应器的进气口和出气口进行采样；

    一个含主控软件的主控单元，所述主控单元与分别设置在反应气体发生器、注射发生器、反应器、采样控制器以及采样设备上的控制器相连，用于控制系统各组成部分和整个系统的自动运行；

    众多的连接管路，用于能实现反应气体发生器、注射发生器、反应器、采样控制器等各系统组成部分之间的气氛或液体输送、分配、切换、连接、放空。

在一较佳实施例中，所述反应气体发生器包括若干个独立的原料气进气管路，每个原料气进气管路上分别设置有一支路组，所述支路组由若干支路并联构成，且每一支路上均设置有流量控制器，取该些支路组中的若干个支路进行汇流，以形成若干个混合气管路，该些混合气管路上设置有气体分配器和用于切换输出管路的管路切换阀；所述混合气管路还旁接有备用输气管路，所述备用输气管路上设置有开关阀。所述备用输气管路用于与备用的反应器相连。

在一较佳实施例中，所述注射发生器包括若干个注射气进气管和若干个注射液进液管，所述注射气进气管上分别设置有流量控制阀，将注射气进气管分为若干注射气进气组，并将同一注射气进气组内的各注射气进气管汇流到一混合气管中，在相邻两混合气管之间依次设置有第一管路切换阀组、第二管路切换阀组和第三管路切换阀组，所述第二管路切换阀组一旁侧还设置有加热装置，所述第三管路切换阀组上设置有定量管，定量管的容积可以根据需要替换；所述注射液进液管上分别设置有液体注射泵和管路切换阀组，所述管路切换阀组的部分出液管路通向加热装置，所述管路切换阀组的部分出液管路直接通向反应器，所述管路切换阀组的部分出液管路直接通向反应器。所述第一管路切换阀组、第二管路切换阀组、第三管路切换阀组以及管路切换阀组可以由多通阀构成，或是多个电磁阀构成，也可以由多个多通阀和电磁阀组合构成，以实现所连接管路的汇流或改变管路的流向。

注射液进液管可以根据需要与一加热装置（蒸汽发生器）相连，而直接加注液体或蒸汽；也可以与注射气进气管组合，以蒸汽混合气的形式作为注射的反应气；为了防止液体冷凝，蒸汽发生器后管路带有加热保温系统。所述加热装置（蒸汽发生器）上设置有直接将气体排向大气的放空管路。

 这些从反应气体发生器出来的连接管路和从注射发生器出来的连接管路分别与反应器相连或是排空。进入反应器的连接管路可以再汇总成一路；为了避免气体到达样品前的不利反应或是副反应，也可以多路。

在一较佳实施例中，所述反应器包括反应器外管和反应器内管，所述反应器外管的外周部包覆有电热元件，所述反应器内管填充有催化剂或材料，且所述催化剂或材料的前侧、后侧以及其内部分别设置有温度传感器，所述催化剂或材料的前、后侧还分别设置有进口采样管和出口采样管，所述进口采样管和出口采样管均通向采样控制器。

上述反应器的进气端上设置有气体混合器，以保证混合气体到达催化剂或材料之前是均匀的。混合器可以采用商品化的静态混合器或是动态混合器。混合器首选采用惰性填料或材料的混合器。

在一较佳实施例中，所述采样控制器包括一采样管路，所述采样管路上均匀分布有若干个采样接口，该些采样接口分别连接有不同的采样设备，所述采样管路上还设置有进样口，所述进样口与进口采样管和出口采样管相连接，所述采样管路的一端口为吹扫气入口和开关阀，其另一端口为吹扫气出口和开关阀，所述采样管路的中部区域上设置有开关阀。设置吹扫气的入口和出口主要用于采样管路的清洁。

上述采样设备包括TCD检测器、氧传感器、质谱仪、气相色谱仪、红外光谱仪、五组份尾气分析仪或排放柜。比如用通用的商品化五组份尾气分析仪或排放柜分析反应器前后的气体组成，可以得到催化剂的转化性能。用TCD或质谱检测器监控样品出口带分析气体某组分的浓度变化情况，可以得到催化剂或材料的性能。

在一较佳实施例中，所述主控单元由上位机和主控制柜组成，主控制柜内设置有供电单元、逻辑控制器、程序升温控制器、单片机、通讯模块；上位机采用通用的商用电脑或是工业机，上位机装有主控软件，以实现主控单元与控制器通讯，实现气体或液体流量设定、开关和阀件控制，实现管路编组，根据需要与分析设备通讯，实现采样控制器与仪器同步实现分析数据的采集，记录、输出。

催化剂或材料的形态可以是整体式的、也可以是颗粒状或粉末。所述材料是指可以应用于催化剂的材料，系统所适用的催化剂主要为气固反应催化剂，尤其为汽车尾气三效催化剂，柴油车氧化型催化剂，稀薄燃烧氮氧存储催化剂、选择性还原催化剂、及催化燃烧催化剂等。

系统中与液体输送和蒸汽发生器连接的管路和定量管，根据需要可以加装管路保温单元，以防止液体冷凝。

本发明与现有的评价系统相比显著的优势在于：该评价系统适用于稳态气氛的配气模拟，更适用于进行动态气氛的模拟，尤其适用于多组分复杂气氛的模拟，可以在主控软件的控制下自动进行，实现气体管路流量、浓度、动态波动频率和幅度的自动控制，同时记录和保存实验信息和数据。可以实现单组份到全组分的动态变化模拟；系统设有众多的气体管路和组合功能，适用性和功能更强，模拟条件更接近催化剂实际的反应条件。程序可以根据需要灵活设置特定的分析方法，并保存调用。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1 是本发明所公开的评价系统的总示意图。

图2 是本发明所公开的反应气体发生器的详细流程示意图。

图3是本发明所公开的注射发生器的详细流程示意图。

图4和图5是本发明所公开的反应气体进入反应器的形式示意图。

图6是本发明所公开的反应器结构示意图。

图7是本发明所公开的采样控制器示意图。

图中：1反应气体发生器，2注射发生器， 3反应器，4采样控制器，5采样设备，6主控单元， F1X1、F1XXA、F1XXB连接管路；

G101~G107原料气进气管路，11支路组，A、B、C流量控制器，F101、F121、F131混合气管路，FP100气体分配器，FZ100管路交换器，F101A、F101B、F121A 、F131B输气管路，K111、K121、K131开关阀，F101H、F121H、F131H备用输气管路；

G201A~G204B注射气进气管，  LKA、LKB开关， 21流量控制器， F201A、F201B、F202A、F202B输出管路， ZH201、ZH204第一管路切换阀组， ZH202、ZH205第二管路切换阀组， ZH203、ZH206第三管路切换阀组， ZQ200、ZQ300蒸汽发生器，22定量管，Y201、Y202注射液进液管，ZH207管路切换阀组，23管路保温单元，24放空管路；

31催化剂或材料、32电热元件、33温度传感器，34气体混合器，35进口采样管，36出口采样管，37反应器内管，38反应器外管；

41采样管路，42采样接口，43进样口，44吹扫气入口，45吹扫气出口，46开关阀。

具体实施方式

本发明的催化剂及材料的评价系统，主要包括以下几部分：

    一反应气体发生器1，能对标准的原料气体进行模拟配气，以产生催化反应所需要的反应气体，并通过不少于一路的连接管路（例如图1中的F1X1、F1XXA和F1XXB）连接到反应器3；

    一注射发生器2，能对标准的原料气体和液体进行模拟配气，以产生催化反应所需注射的反应气体或反应液体，并通过注射或脉冲的方式经不少于一路的连接管路连接到反应器3； 

    至少一个反应器3，所述反应器3内部设置有用于与反应气体或反应液体反应的催化剂或材料31，反应器上配有电热元件32及温度传感器33；

    一个采样控制器4和连接在采样控制器4上若干个采样设备5，该采样控制器4能提供不少于一个的采样接口，该采样设备用于对反应器3的进气口和出气口进行采样；

    一个含主控软件的主控单元6，所述主控单元与分别设置在反应气体发生器1、注射发生器2、反应器3、采样控制器4以及采样设备5上的控制器7相连，用于控制系统各组成部分和整个系统的自动运行；

    众多的连接管路（例如图1中的F1X1、F1XXA、F1XXB），用于能实现反应气体发生器1、注射发生器2、反应器3、采样控制器4等各系统组成部分之间的气氛或液体输送、分配、切换、连接、放空。

本发明的一个重要方面是提出了一种全新的动态配气模拟实现方式。这种方式的实现是通过一个反应气体发生器1实现的，如图2所示。反应气体发生器1上设有多路独立的原料气进气管路，可以接入通常所用的模拟原料气如CO、CO2、NO、H2、HC、O2等，原料气进气管路可以是图2中所示的7路原料气进气管路G101~G107，但并不局限于7路，也可以根据需要增加或减少相应的原料气进气管路。每一原料气进气管路分别连接到支路组11，如图2中所示支路组11包含有三条并联的支路，且三条支路上分别设置有A、B、C三个流量控制器，流量控制器首选质量流量控制，也可以选其他能实现自动化控制的流量控制器。相应的由各流量计接出的管路可以汇成一个总的混合气管路，例如将所有的带有A流量控制器的支路汇合成混合气管路F101；将所有的带有B流量控制器的支路汇合成混合气管路F121；将所有的带有B流量控制器的支路汇合成混合气管路F131。当然，根据需要也可以不汇合或者部分管路汇合。各原料气进气管路可以根据需要接相应的原料气，每一个流量控制器都可以单独设置流量，也可以根据需要启用或不启用流量控制器。因此，该系统的产生的反应气体与标准钢瓶气相比可以有非常宽的浓度范围和组分自由度，基本上可以实现对现有机动车排放的主要气体污染物进行模拟。

通过上述流量控制器可以得到所需要的模拟混合气（即反应气体），但这种模拟混合气基本上还是静态的。虽然测试过程当中也可以随时调整流量来产生动态气氛，但由于流量控制器反应的滞后性，无法保证所有的流量计在同一时间稳定达到设定目标值，用这种方法无法保证本次试验与下次试验气氛的一致性，测试数据的重现性差。

本发明所提出的反应气体发生器1的另一个重要功能是不仅能够实现静态气氛模拟而且能够实现混合气动态模拟。如图2所示，由A组流量计汇合成一个F101管路，也可以是A组流量计中的一个或多个组合汇合成混合气管路。F101经过一个气体分配器FP100后可以将一路气分割成一路（不分割）、两路器F101A、F101B（图2）或是多路。各路的分配比例可以随需要而定，例如分割成两路的情况。如果两个催化剂或材料是平行的，流量要求一致，可以对F101平均分割。如果两路要求的流量不同则可以进行不等比分割。该混合气管路产生的模拟混合气（即反应气体）为静态混合气。经气体分配器FP100分出的气路上接一个管路交换器FZ100，就可以实现F101A和F101B气路间流量的瞬间改变。

同理B流量计组可以汇合成混合气管路F121，或是其他的混合气管路。C流量计组可以汇合成混合气管路F131，或是其他的混合气管路。与F101不同的是，将F121和F131两管路同时接入一个气体分配器FP200后，将变成两路浓度等同或不同于未经气体分配器FP200前管路的模拟混合气，而且新的两路气的浓度可以根据需要在F121，F131原浓度的范围内非连续（静态）变化，或者是连续（动态）变化。这两路气再经过一个管路交换器FZ200后，就可以实现F121A和F131B两管路间浓度交替变化。例如将C组汇合管路的气体设为稀燃，B组流量计汇合管路设为富燃，就可以实现F121A和F131B混合气浓度稀浓交替变化。所述混合气管路还旁接有备用输气管路F101H、F121H、F131H，所述备用输气管路F101H、F121H、F131H上设置有开关阀K111、K121、K131。所述备用输气管路用于与备用的反应器相连。

汽车尾气的成分除了上述的CO、CO2、NO、H2、HC、O2等气态组分外，还有一个重要的组分是水；如果是醇醚代用燃料尾气还有甲醇、乙醇等；也可能尾气中有一些长碳链的组分，这些组分在常温下都是液态的，因此为了实现对这些液态模拟物的引入，本评价系统设有一注射发生器，其具体结构如图3所示。

注射发生器2所述注射发生器包括若干个注射气进气管、若干个注射液进液管和若干个流量控制器21。在本实施例中系统可以接8路的注射气进气管，如图3中的G201A、G201B、G202A、G202B、G203A、G203B、G204A、G204B。每一个流量控制器设置有至少2个的接入口，根据需要也可以有多个接入口，所述接入口与注射气进气管相连接。这主要是方便当需要改变注射气体时，直接可以通过流量控制器内部开关LKA、开关LKB来选用那一路的注射气进气管，而不需要中途更换原料气钢瓶，易于实现注射气体的自动切换。

在本实施例中，两相邻流量控制器21的输出管路F201A、F201B、F202A、F202B上依次设置有第一管路切换阀组ZH201、ZH204、第二管路切换阀组ZH202、ZH205和第三管路切换阀组ZH203、ZH206，其中之一路的流量控制器的输出管路F201A、F202A与反应器相连用于注射，其中另一路的控制器的输出管路F201B、F202B用于填充后放空。第二管路切换阀组ZH202、ZH205用于切换气路是否与加热装置（蒸汽发生器ZQ200、ZQ300）连接，蒸汽是否完全蒸发后由F201A、F202A气路带走注射，还是由F201B、F202B气路带走，经定量管22定量注射。另外，所述加热装置（蒸汽发生器）上设置有直接将气体排向大气的放空管路24。第三个阀组ZH203、ZH206用于切换定量管22的填充和注射。反应气体的注射可以是经定量管22脉冲注射，也可以是经F201A连续注射；或是通过第一管路切换阀组ZH201的切换实现时间脉宽注射。两路一组的这种设计，还可以实现现场配气功能。为了防止液体冷凝，在蒸汽发生器及后管路可设保温装置。

蒸汽发生器ZQ200、ZQ300的液体可以是手动加入，也可以由自动定量设备加入。本发明的注射发生器中设有液体自动进样装置，该液体自动进样装置包括注射液进液管，在本实施例中，所述的注射液进液管优选二路Y201、Y202，根据需要还可以选着一路或者增设更多的注射液进液管。两路注射液进液管的定量注射通过液体注射泵（B200、B300）实现。两路注射液进液管同时连接到管路切换阀组ZH204-7，以实现配液或实现管路切换，切换是将反应液体注入到蒸汽发生器ZQ200、ZQ300中，还是通过输出管路F222A、F222B直接将反应液体注射到反应器。

由反应发生器1和注射发生器2产生的模拟混合气可以最终汇合成一路进入反应器3也可以是分多路进入反应器3，也可以是分组汇合成多路进入反应器3（图4和图5）。

本发明所公开的评价系统所设置的反应器3可以是一个，也可以是多个。首选是带电热元件32的两个反应器3，这主要是基于可以充分利用两个交替切换输出管路的气体，实现两个样品（催化剂或材料）的平行检测。反应器3的结构形式如图6所示，但又可以不局限于此，可以根据需要在混合气路上连接U型或其他结构形式的反应器。在反应器3中根据需要可以在样品位置的上游设置一个气体混合器34，以保证气体达到样品（催化剂或材料）之前混合均匀。气体混合器34可以采用商品化的静态混合器或是动态混合器。气体混合器34首选采用惰性填料或材料的静态混合器。所述催化剂或材料的前侧、后侧以及其内部分别设置有温度传感器33。催化剂的起燃温度及空燃比特性等测试采用入口温度传感器。样品（催化剂或材料）表征采用其内部的温度传感器。样品（催化剂或材料）的形态可以是整体式的、如堇青石蜂窝陶瓷为基体的催化剂样品，也可以是颗粒状或粉末如氧化铝球或储氧材料粉末。所述催化剂或材料的前、后侧还分别设置有进口采样管35和出口采样管36，所述进口采样管35和出口采样管36均通向采样控制器4。

采样控制器4的结构示意图如图6。

所述采样控制器4包括一采样管路41，所述采样管路41上均匀分布有若干个采样接口42，该些采样接口42用于连接有不同的采样设备5，所述采样管路41上还设置有进样口43，所述进样口43与进口采样管35和出口采样管36相连接，所述采样管路41的一端口为吹扫气入口44和开关阀46，其另一端口为吹扫气出口45和开关阀46，所述采样管路41的中部区域上设置有开关阀46。设置吹扫气的入口和出口主要用于采样管路的清洁。设置如此众多采样接口42的原因在于尾气成分复杂，单纯用一种仪器无法对所有的污染物成分进行分析。常用的分析仪器有：五组份尾气分析仪或排放柜，可以分析CO、CO2、NO、HC、O2。FID气相色谱仪可以分析烃类、或含氧烃类如甲醇、乙醇等。TCD可用于常规永久性气体分析入CO、CO2、N2、O2、NH3、H2、N2O等；NOX分析仪可以分析NO、NO2。FPD气相色谱分析仪可以实现对含硫有机物的分析；SO2分析仪可以实现对SO2的检测；质谱仪可以分析和实时跟踪以上所有的气体、或有机分子碎片，或进行定性分析；氧传感器可以对尾气中的氧含量进行检测等。根据需要将这些仪器中的一种或多种接到采样控制器上就可以对样品入口和出后的气体组分进行分析。

该评价系统所有测试是可以在一开发的人机交互界面软件的控制下自动进行，可同时记录和保存实验信息和数据。系统设有一主控单元，主控单元由上位机和主控制柜组成，主控制柜含供电单元、逻辑控制器、程序升温控制器、单片机、通讯模块等构成。上位机可以采用通用的商用电脑或是工业机。各控制器可以实现对反应气体发生器、注射发生器、反应器、以及管路交换器等进行控制。上位机装有主控软件，可以与主控单元、控制器实现通讯。程序可以实现气体或液体流量设定、开关和阀件控制，实现管路编组。程序可以根据需要灵活设置特定的分析方法，并保存调用。也可以与分析设备通讯，实现采样控制器与仪器同步。分析数据可以自动采集，记录、输出。通过对采集到的温度和分析仪数据进行处理就可以获得催化剂或材料的活性、空燃比特性曲线、氧化还原温度曲线、储氧量、金属表面积等性能。

实施例1

 以下实施例中采用如下公式计算空燃比：空燃比=A/F = 14.63/( 1 + 0.02545（[CO] + [H₂] + 3n[CnH₂n]+(3n + 1)[CnH₂n+2] -2[O₂] - [NO])。

在本评价系统上的G101-107气源接口上依次接上如下气体表1：

设置气体的组成为：

测试空速为40000h-1。设置各气体的流量以及水的注射量。在反应器A中装上样品。

1）、稳态起燃温度特性、空燃比特性测试：

设置相应的A流量计气体流量，设置水的注射量，使混合气的组成满足表2 浓度1，其中氧的浓度为9500ppm。反应混合气由F101A进入反应器。FP100和FZ100不工作。设置反应器电炉从室温开始升温程序升温至550℃。在样品的前后分别接五组份排放分析柜，分析尾气组成。这样就可以得到稳态气氛条件下催化剂的起燃温度曲线。

使反应器电炉恒温在550℃，空速不变，相应改变流量控制器LKA的氧气流量，使由F101A的混合气氧的含量由2000ppm逐渐变化到16000ppm，便可实现空燃比从14.1-15.1稳态变化条件下的催化剂活性的扫描。既空燃比特性曲线。

2)、单氧动态波动的起燃温度特性测试：

关闭LKA流量控制器。设置其他相应的A流量计气体流量，设置水的注射量，使混合气的组成除氧为零外。满足表2 浓度1。设置LKB、C的流量，其余流量计关闭，使氧的组成分别为浓度2、浓度3数值。

无氧混合气由F101A进入反应器，设置FP100和FZ100不工作。氧气由F121A进入反应器，设置气体分配器FP200不工作，设置管路交换器FZ200以1HZ的频率工作，使得F121A的氧气流量在浓度2和浓度3之间切换。这样就实现了模拟尾气在理论空燃比两边以1HZ，A/F振幅为±0.5的波动。设置反应器电炉从室温开始程序升温至550℃。在样品的前后分别接五组份排放分析柜，分析尾气组成。这样就可以得到稳态空燃比（氧）波动气氛条件下催化剂的起燃温度曲线。

 该实施例中，气体流量可以根据需要随意设置。如果同时测试两个样品，则可设置FP100工作，FZ100不工作。其余条件相同。根据需要空燃比范围、波动频率和波动幅度都可以另行设置。

实施例2

 所接原料气同实施例1，测试空速为40000h-1。在反应器A或B中装上样品。

1）、动态起燃温度特性

设置各相应的A、B、C气体的流量以及水的注射量。则A、B、C流量控制管路任何一路的气体组成可以实现表4中富燃R到理论S到稀燃L的变化。如果仅设置A流量控制器气体的组成为理论S组成则可以实现稳态空燃比状态下的起燃温度特性试验。如果仅设置B、C流量计组混合气体组成分别为富燃R和稀燃L组成。FP200不工作、FZ200工作，则可以实现稀富燃动态交替气氛下起燃温度特性试验。同时设置A、B、C反应混合气组成分别为理论S、富燃R和稀燃L。FP100和FP200不工作。FZ100、 FZ200工作，则可以实现从稀L-S-R富燃动态交替气氛下起燃温度特性试验。

根据需要，混合模拟气的组成、空燃比波动幅度、气氛切换频率等可以另行设置而不局限于表4。因而可以实现除三效催化剂外的柴油车氧化型催化剂（DOC）、氮氧存储还原催化剂（NSCR）、选择性催化还原催化剂（SCR）的活性测试、老化性能考核、动态应答反应测试等。

2)、空燃比特性测试：

关闭A组流量计。仅设置B、C流量计组混合气体组成分别为富燃R和稀燃L组成，两组的流量相等。FP200工作，F2200不工作，则可以实现从空燃比14.12-15.12稳态变组成条件下的催化剂空燃比特性扫描。

假设从14.1-15.1每隔0.1A/F测一数据点，空燃比波动幅度为±0.05，频率为1HZ的空燃比特性曲线。则可以设A组流量计混合气组成空燃比为设定值、B、C组流量计混合气组成空燃比分别为设定值减0.1和加0.1。A、B、C三组混合气的流量相同。设置FP200不工作，FZ200以1HZ频率工作。则可以实现组成波动变化条件下的空燃比特性。

实施例3

气体连接同实施例2，关闭A组流量控制器。仅设置B、C流量控制器组混合气体组成分别为富燃R和稀燃L组成，两组的流量相等。FP200不工作，通过设置FZ200让通过样品在氧化气氛（稀燃L）的时间足够长，然后突然切换到还原气氛（富燃R），测量记录气体切换过程样品前后氧浓度的变化情况，则可以判定催化剂的储氧时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种催化剂的评价系统，其特征在于，包括：

    一反应气体发生器，能对标准的原料气体进行模拟配气，以产生催化反应所需要的反应气体，并通过不少于一路的连接管路连接到反应器，所述反应气体发生器包括若干个独立的原料气进气管路，每个原料气进气管路上分别设置有一支路组，所述支路组由若干支路并联构成，且每一支路上均设置有流量控制器，取这些支路组中的若干个支路进行汇流，以形成若干个混合气管路，这些混合气管路上设置有气体分配器和用于切换输出管路的管路切换阀；所述混合气管路还旁接有备用输气管路，所述备用输气管路上设置有开关阀；

    一注射发生器，能对标准的原料气体和液体进行模拟配气，以产生催化反应所需注射的反应气体或反应液体，并通过注射或脉冲的方式经不少于一路的连接管路连接到反应器；

    至少一个反应器，所述反应器内部设置有用于与反应气体或反应液体反应的催化剂，反应器上配有电热元件及温度传感器；

    一个采样控制器和连接在采样控制器上若干个采样设备，该采样控制器能提供不少于一个的采样接口，该采样设备用于对反应器的进气口和出气口进行采样；

    一个含主控软件的主控单元，所述主控单元与分别设置在反应气体发生器、注射发生器、反应器、采样控制器以及采样设备上的控制器相连，用于控制系统各组成部分和整个系统的自动运行；

    众多的连接管路，用于能实现反应气体发生器、注射发生器、反应器、采样控制器等各系统组成部分之间的气氛或液体输送、分配、切换、连接、放空。

2.根据权利要求1所述的催化剂的评价系统，其特征在于：所述注射发生器包括若干个注射气进气管、若干个注射液进液管和若干个流量控制器，所述流量控制器设置有至少2个的接入口，所述接入口与注射气进气管相连接，两相邻流量控制器的输出管路上依次设置有第一管路切换阀组、第二管路切换阀组和第三管路切换阀组，所述第二管路切换阀组一旁侧还设置有加热装置，所述第三管路切换阀组上设置有定量管；所述注射液进液管上分别设置有液体注射泵和管路切换阀组，所述注射液进液管的管路切换阀组的部分出液管路通向加热装置，所述注射液进液管的管路切换阀组的部分出液管路直接通向反应器。

3.根据权利要求1所述的催化剂的评价系统，其特征在于：所述反应器包括反应器外管和反应器内管，所述反应器外管的外周部包覆有电热元件，所述反应器内管填充有催化剂，且所述催化剂的前侧、后侧以及其内部分别设置有温度传感器，所述催化剂的前、后侧还分别设置有进口采样管和出口采样管，所述进口采样管和出口采样管均通向采样控制器。

4.根据权利要求1或3所述的催化剂的评价系统，其特征在于：所述反应器的进气端上设置有气体混合器，以保证混合气体到达催化剂之前是均匀的。

5.根据权利要求1所述的催化剂的评价系统，其特征在于：所述采样控制器包括一采样管路，所述采样管路上均匀分布有若干个采样接口，这些采样接口分别连接有不同的采样设备，所述采样管路上还设置有进样口，所述进样口与进口采样管和出口采样管相连接，所述采样管路的一端口为吹扫气入口和开关阀，其另一端口为吹扫气出口和开关阀，所述采样管路的中部区域上设置有开关阀，以控制采样管路。

6.根据权利要求1或5所述的催化剂的评价系统，其特征在于：所述采样设备包括TCD检测器、氧传感器、质谱仪、气相色谱仪、红外光谱仪、五组份尾气分析仪或排放柜。

7.根据权利要求1所述的催化剂的评价系统，其特征在于：所述主控单元由上位机和主控制柜组成，主控制柜内设置有供电单元、逻辑控制器、程序升温控制器、单片机、通讯模块；上位机采用通用的商用电脑或是工业机，上位机装有主控软件，以实现主控单元与控制器通讯，实现气体或液体流量设定、开关和阀件控制，实现管路编组，根据需要与分析设备通讯，实现采样控制器与仪器同步，实现分析数据的采集，记录、输出。

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