CN104569287B - 一种scr催化剂粉末快速老化和评价装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种SCR催化剂粉末快速老化和评价装置。本发明包括与尾气管等大的钢管、小样反应装置、温度传感器、第一NOx传感器和第二NOx传感器；钢管的一端与尾气排气口连接，另一端设置有连接装置；在所述的连接装置上开有主出气孔和围绕主出气孔呈均布的小样反应装置孔，所述的小样反应装置固定在小样反应装置孔内，且位于钢管中。本发明弥补了固定床反应器和模拟尾气试验系统的不足，能够利用模拟尾气试验系统提供的指定温度的尾气进行SCR催化剂的快速老化和初步评价，解决了模拟尾气试验系统只能对整个催化器进行老化的难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种催化剂老化和评价的试验系统装置，尤其是针对尾气模拟系统的SCR催化剂粉末样品快速老化和初步评价的试验装置。
背景技术
随着人们对环境的重视和排放法规的不断严格，汽车尾气处理技术日益完善，有降低排气颗粒物的颗粒过滤器DPF、同时处理尾气中CO、HC和NOx的三元催化器TWC、降低NOX的选择催化还原装置SCR等。其中选择性催化还原技术（SCR）能够在催化剂的作用下，使得尿素分解与尾气中的NOx反应，将NOx还原为无污染的N2和H2O，其对发动机影响极小，燃油经济性较好，对燃油和机油品质要求较低，在欧洲、日本等地区得到广泛应用，也是我国重型柴油机主要后处理技术手段。
目前，针对SCR的研究主要集中在催化器的老化和失活机理探究、反应动力学探究、新型催化剂研发、建模仿真和优化控制等方面。对SCR的运行有直接的影响是催化剂，它占SCR总投资的三分之一。研发新的催化剂和催化剂的改性和测试，是一直以来的重点。其中，催化剂的老化试验有非常重要的地位。
常见的老化试验一般为路试和实验室台架老化。路试老化采取的是试验车在道路上长时间运行使得催化剂老化，主要是针对整个催化器进行的，投入大、周期长、成本高。实验室台架老化主要包括针对催化剂的小样测试搭建的固定床反应器，直接利用发动机进行测试的试验台架以及模拟尾气的老化试验系统。固定床式反应器无法进行准确的尾气模拟，也不能进行催化剂的快速老化，而模拟尾气台架试验系统，不能对催化剂进行小样测试，发动机台架试验难以控制。
发明内容
为了克服固定床反应器、发动机台架实验、模拟尾气试验系统等的不足，本发明针对模拟尾气试验系统，设计了可进行SCR催化剂粉末小样老化和初步评价的装置。
本发明的技术方案如下：
本发明包括与尾气管等大的钢管、小样反应装置、温度传感器、第一NOx传感器和第二NOx传感器；钢管的一端与尾气排气口连接，另一端设置有连接装置；在所述的连接装置上开有主出气孔和围绕主出气孔呈均布的小样反应装置孔，所述的小样反应装置固定在小样反应装置孔内，且位于钢管中。
所述的小样反应装置包括连接固定装置、石英管、外围钢管、排气出口、石英棉固定装置、石英棉；石英管套置于外围钢管内，两者采用卡套和螺栓连接；石英管和外围钢管位于连接固定装置之间，在石英管的末端安装有石英棉和对应的石英棉固定装置；石英棉固定装置的外侧为排气出口。
所述的温度传感器和第一NOx传感器位于钢管内，所述的第二NOx传感器位于小样反应装置的排气出口。
设第二NOx传感器读出的NOx浓度为C1，第一NOx传感器读出的NOx浓度为C2，催化剂的转化效率为，则。
本发明的有益效果在于：
1）弥补了固定床反应器和模拟尾气试验系统的不足，能够利用模拟尾气试验系统提供的指定温度的尾气进行SCR催化剂的快速老化和初步评价，解决了模拟尾气试验系统只能对整个催化器进行老化的难题。
2）小样反应装置采用内置式石英管，既避免了普通固定床反应器石英管的易碎、脆弱等缺点，又避免了催化剂与钢管直接接触，导致副反应的发生，影响实验效果。
3）采用两个NOx传感器就可以计算出流量，解决了传统流量计不能高温下测量流量的问题。
4）可以同时对多个样品进行快速老化或者进行同一样品不同时间的老化。
5）经过适当的改装，如改变传感器，还可以进行其他尾气处理的催化剂的小样老化和初步评价。
附图说明
图1是小样反应装置图。
图2是本发明结构示意图。
图3是连接装置横截面示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，为催化剂小样反应的装置图，主要由连接固定装置101、石英管102、钢管103、排气出口104、石英棉固定装置105、石英棉106等组成。反应所采用的石英管为固定床反应器的通用石英管，壁薄易碎，不能承受高压，而直接采用金属管，容易引起催化剂以及尾气成分与其反应，故而将石英管外侧套上相应的薄钢管，石英管和钢管直接采用对应的卡套和螺栓连接。为了防止催化剂在石英管内被吹散和吹走，在石英管的末端安装有石英棉和对应的石英棉固定装置。
如图2所示，为整个快速老化和初步评价装置的整体布置图。主要配备了温度传感器201，与排气管等大的钢管202，连接装置203，尾气出口205，NOx传感器204、206、208，以及小样反应装置207等组成。温度传感器主要用于测量反应温度，NOx传感器用于测量NOx浓度，与排气管等大的钢管主要是为了尽可能的减少排气阻力，以及能够和排气管用标准件连接。
如图3所示，为连接装置203的横截面示意图。四周均布的12个圆孔，为小样反应装置孔302，当小样反应装置装入催化剂后，由该孔放入并固定在钢管上。中间大的是主出气孔301，大部分的尾气从这里流走。
整个快速老化的过程如下：将催化剂装入石英管102，再套上钢管103，用固定装置101固定，最后放入图二所示的钢管202中，进行固定检查无误后，运行模拟尾气试验系统，产生已知温度流量的尾气。在图2中，尾气进入钢管202，并且分流了一部分流入均布的12个小样反应装置207，流入的部分在装置内与催化剂进行反应，并由排气出口104排出。改变模拟尾气试验系统提供尾气的温度和运行的时间，就能对小样反应装置进行快速老化。快速老化达到要求后，可以关闭试验台架，冷却后，拆下小样反应装置，取出试验样品。这样就可以更换样品，进行同一样品不同时间的快速老化或者不同样品的快速老化。
对于催化剂的评价，由NOx传感器206,208读出的NOx浓度分别为C1，C2。则催化剂的转化效率为。记录对应的老化时间，就可以得出催化剂的转化效率窗口。
对于流量的计算，由NOx传感器204,208读出的NOx浓度分别为C3，C2。由模拟试验台架进入尾气的总流量为Q（模拟试验台架流量可控，故总流量可知。）小样反应装置在圆周上均布，可以假设各个装置的流量相等。总流量减去尾气出口205处的流量，除以12（小样反应装置个数）即为进入小样反应装置的流量。而流量与未被催化反应的NOx浓度成正比，故而设出口205处的流量为，则有：
则：
则进入小样反应装置的流量：
其中12为均布的小样反应装置的总个数，根据实际情况可变，为模拟试验系统提供的尾气总流量。
综上，本发明设计了一种安装在模拟尾气试验系统台架上进行催化剂粉末小样测试的装置。该装置有别于固定床式反应器，能够同时进行多个样本的小样测试，对同一样本进行不同时间的快速老化，对同一时间进行不同样本的快速老化，缩短研发周期，节省成本。
Claims (2)
1.一种SCR催化剂粉末快速老化和评价装置，其特征在于：包括与尾气管等大的钢管、小样反应装置、温度传感器、第一NOx传感器和第二NOx传感器；
钢管的一端与尾气排气口连接，另一端设置有连接装置；在所述的连接装置上开有主出气孔和围绕主出气孔呈均布的小样反应装置孔，所述的小样反应装置固定在小样反应装置孔内，且位于钢管中；
所述的小样反应装置包括连接固定装置、石英管、外围钢管、排气出口、石英棉固定装置、石英棉；石英管套置于外围钢管内，两者采用卡套和螺栓连接；石英管和外围钢管位于连接固定装置之间，在石英管的末端安装有石英棉和对应的石英棉固定装置；石英棉固定装置的外侧为排气出口；
所述的温度传感器和第一NOx传感器位于钢管内，所述的第二NOx传感器位于小样反应装置的排气出口；
设第二NOx传感器读出的NOx浓度为C1，第一NOx传感器读出的NOx浓度为C2，催化剂的转化效率为则
2.根据权利要求1所述的一种SCR催化剂粉末快速老化和评价装置，其特征在于：还包括第三NOx传感器，第三NOx传感器装在主出气孔的出气管路上，设第三NOx传感器读出的NOx浓度为C3，第一NOx传感器读出的NOx浓度为C2，由模拟试验台架进入尾气的总流量为Q，主出气孔处的流量为Q1，则：
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