CN105067551A - 傅里叶红外汽车尾气评价系统 - Google Patents

傅里叶红外汽车尾气评价系统 Download PDF

Info

Publication number
CN105067551A
CN105067551A CN201510401941.0A CN201510401941A CN105067551A CN 105067551 A CN105067551 A CN 105067551A CN 201510401941 A CN201510401941 A CN 201510401941A CN 105067551 A CN105067551 A CN 105067551A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
mixing tank
evaluation system
fourier
reaction tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510401941.0A
Other languages
English (en)
Inventor
邱祎源
饶婷
吴嘉昉
沈旭平
盛丽萍
陆建强
韩飞
陈同同
王平立
承晓华
张徐民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuxi Weifu Environmental Protection Catalyst Co Ltd
Original Assignee
Wuxi Weifu Environmental Protection Catalyst Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuxi Weifu Environmental Protection Catalyst Co Ltd filed Critical Wuxi Weifu Environmental Protection Catalyst Co Ltd
Priority to CN201510401941.0A priority Critical patent/CN105067551A/zh
Publication of CN105067551A publication Critical patent/CN105067551A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种傅里叶红外汽车尾气评价系统，其特征是：包括气体控制部分、气体反应部分、尾气检测部分和数据处理和输出部分；所述气体控制部分包括评价气体混合柜、恒温水槽、第一混合罐和第二混合罐，评价气体混合柜的进气管路与模拟尾气气源连接，评价气体混合柜的气体出口连接至第一混合罐，第一混合罐的出口连接至第二混合罐，恒温水槽通过水蒸气管道连接至第二混合罐，第二混合罐的出口与气体反应部分连接；所述气体反应部分包括管式炉，在管式炉中设置反应管，在反应管中放置催化剂样品；所述尾气检测部分采用红外分析仪，红外分析仪的气体池连接反应管的出气端。本发明可以准确检测燃料在燃烧过程中的各个气体组份的浓度。

Description

傅里叶红外汽车尾气评价系统
技术领域
本发明涉及一种傅里叶红外汽车尾气评价系统，尤其是一种CNG尾气的催化剂实验室催化剂小样性能评价系统，用来测试催化剂活性试验包括起燃温度特性试验和空燃比特性试验。
背景技术
压缩天然气(CNG)属于通用燃料，对轻型车、中型车和重型车均适合。近年的研究结果表明，与柴油车比较，CNG车尾气中的多环芳烃(AHs)比柴油车低50倍，甲醛低20倍，颗粒物(PM)低30倍，总毒性低20-30倍。基于对尾气排放的研究成果，欧美国家在城市启动了天然气汽车程序，在城市用CNG车(包括公交车和重载货车)取代了柴油车。CNG车分为理论空燃比CNG车和稀燃CNG车两种。对于理论空燃比CNG车，排放尾气的污染物种类与汽油车类似，为HC、CO和NOx。其中CO和HC低于汽油车，NOx与汽油车相等或稍高。稀燃CNG车尾气中要净化的主要是CH4和CO，但稀燃尾气的特点是温度低(低于500－550℃)，低的CH4浓度(500－1000ppm)，大量的水蒸气(10－15％)和CO2(15％)以及大约1ppm的SO2。
国家已规定在实施国3排放标准阶段，对CNG车与汽油车一样实施排放标准控制(2007年7月1日对新车实行)，CNG车尽管排放值低于汽油车，但仍需实施尾气净化才能达到国3排放标准的限值。国家已规定在实施国3排放标准阶段，对CNG车与汽油车一样实施排放标准控制(2007年7月1日对新车实行)，CNG车尽管排放值低于汽油车，但仍需实施尾气净化才能达到国3排放标准的限值。环保部要求，自2013年1月1日起，所有生产、进口、销售和注册登记的气体燃料点燃式发动机与汽车必须符合国五标准的要求。国五的排放标准为：一氧化碳CO1.0g/km；非甲烷烃HC0.1g/km；氮氧化物NOx0.06g/km；PM未限制。
对整车进行尾气排放测定，采集的数据是催化剂工艺开发和改进的重要参考依据。催化剂的性能主要通过转化率来体现，转化率ηk＝(催化剂入口污染物体积浓度Cik-催化剂出口污染物体积浓度Cek)/催化剂入口污染物体积浓度Cik×100％。现有技术中，一般CNG尾气评价系统中，数据采集系统采用AVL五气分析仪，但是只能检测碳氢化合物的含量和氮氧化物的含量。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种傅里叶红外汽车尾气评价系统，可以准确检测燃料在燃烧过程中的各个气体组份的浓度。
按照本发明提供的技术方案，所述傅里叶红外汽车尾气评价系统，其特征是：包括气体控制部分、气体反应部分、尾气检测部分和数据处理和输出部分；
所述气体控制部分包括控制气体流量的评价气体混合柜、恒温水槽、第一混合罐和第二混合罐，评价气体混合柜的进气管路分别与模拟的尾气气源连接，评价气体混合柜的气体出口管路连接至第一混合罐的进口，第一混合罐的出口连接至第二混合罐的进口，恒温水槽通过水蒸气管道连接至第二混合罐的进口，第二混合罐的出口与气体反应部分的进气端连接；
所述气体反应部分包括管式炉，在管式炉中设置反应管，反应管的一端为进口端，进气端与第二混合罐的出口连接，反应管的另一端为出气端，出气端连接尾气检测部分，在反应管中放置催化剂样品；
所述尾气检测部分采用红外分析仪，红外分析仪的气体池连接反应管的出气端。
进一步的，在所述评价气体混合柜的气体出口管路上分别设置流量计，流量计的出口安装单向阀。
进一步的，在所述水蒸气管道和第二混合罐上缠绕加热带。
进一步的，所述加热带由石英纤维包裹加热丝和热电偶组成。
进一步的，所述催化剂样品采用包裹材料包裹后装入反应管中，以填补催化剂样品与反应管管壁之间的间隙。
进一步的，所述包裹材料采用石英纤维。
进一步的，在所述反应管的进口端安装热电偶。
进一步的，连接反应管和红外分析仪的导气管上采用加热带进行缠绕。
进一步的，所述数据处理和输出部分由电脑和打印机组成。
本发明主要用来测试催化剂活性试验包括起燃温度特性试验和空燃比特性试验，采用傅里叶红外仪作为数据采集系统以后，可以准确检测反应过程中各个气体组份的浓度，包括CH4、NOx、C3H8、SO2、CO等其他需要检测的气体。本发明可用于各类尾气净化用催化剂反应及催化剂性能评价，以及反应过程动力学及工艺参数研究及优化。
附图说明
图1为本发明所述傅里叶红外汽车尾气评价系统的结构示意图。
图2为所述气体反应部分的结构示意图。
图中标号：气体控制部分A、气体反应部分B、尾气检测部分C、数据处理和输出部分D、评价气体混合柜1-1、第一混合罐1-2、单向阀1-3、第二混合罐1-4、水蒸气管道2、恒温水槽3、反应管4、管式炉5、催化剂样品6。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
在下面的描述中以CNG尾气为例，详细阐述了尾气评价系统以便于充分理解本发明，但是本发明还可以应用于其他尾气催化剂实验室小样评价，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本发明包括气体控制部分A、气体反应部分B、尾气检测部分C和数据处理和输出部分D。
所述气体控制部分A包括控制气体流量的评价气体混合柜1-1和第一混合罐1-2，评价气体混合柜1-1的进气管路分别与模拟的CNG尾气气源连接，至少应包括：CO、CO2、SO2、NO、NO2、N2O、THC、CH4等成分，气源所用标准气的浓度偏差应在标准值的±2％范围内。在评价气体混合柜1-1的各个气体出口管路上分别设置流量计，流量计的出口安装单向阀1-3以防止气体回灌；评价气体混合柜1-1的气体出口管路连接至第一混合罐1-2的进口；
所述气体控制部分A还包括恒温水槽3和第二混合罐1-4，第一混合罐1-2的出口连接至第二混合罐1-4的进口，恒温水槽3通过水蒸气管道2连接至第二混合罐1-4的进口，第二混合罐1-4的出口与气体反应部分B的进气端连接；在所述水蒸气管道2和第二混合罐1-4上缠绕加热带，解决了管路中易形成冷凝水滴的问题，设计成本也不高，否则水蒸气遇到冷的管道容易冷凝，附于管壁上，以致气体溶解于水滴中，形成酸液，尾气模拟气体的比拟也容易发生改变。加热带的选择需要考虑使用过程中的安全性、功能、方便和安全美观，选择由石英纤维包裹加热丝和热电偶组成，加热丝是通用型电阻加热丝，热电偶是普通K型热电偶，通过温控表进行温控。
如图2所示，所述气体反应部分B包括管式炉5，管式炉5可以采用能控制炉温的电炉等，在管式炉5中设置反应管4，反应管4的一端为进口端，进气端与第二混合罐1-4的出口连接，反应管4的另一端为出气端，出气端连接尾气检测部分C；在所述反应管4中放置催化剂样品6，催化剂样品6用不与尾气发生反应的耐热、薄且柔软的包裹材料(如石英纤维)包裹后装入反应管4中，以填补催化剂样品6与反应管4管壁之间的间隙。在反应管4的进口端安装热电偶，监测催化剂样品反应前的温度情况。
所述尾气检测部分C采用红外分析仪NICOLETIS10，红外分析仪的气体池连接反应管4的出气端；气体定量分析对气体的压力和温度都有要求，在分析气体通入气体池以前，连接反应管4和红外分析仪的导气管上采用加热带进行缠绕保温，加热带呈扁平带状，由石英纤维包裹加热丝和热电偶组成。另外，气体池需要加裹保温材料同时进行温控，由MCT/A检测器进行检测。利用TQAnalyst光谱分析软件建立定量分析数据模型，根据CNG实验要求对反应尾气进行实时数据检测。
所述数据处理和输出部分D由电脑和打印机组成，对采集的数据进行分析绘制成温度-转化率曲线并整理形成报告后归档。
下面对本发明的工作原理进行详细介绍：
已知，当CNG燃料在火花点火式内燃机中燃烧时，一氧化碳CO、非甲烷烃HC、氮氧化物NOx、甲烷CH4的排放量主要受到燃烧气缸中的空气/燃料比的影响。所涉及的化学反应有：(1)CO+O2→CO2；
(2)CH4+O2→CO2+H2O；
(3)NOx+CO→CO2+N2；
(4)NOx+CH4→CO2+H2O+N2；
(5)NOx+H2→H2O+N2；
(6)CO+H2O→CO2+H2；
(7)CH4+H2O→CO2+H2O+N2。
催化剂实验室小样的关键是CNG尾气的模拟。利用压力表调节钢瓶气压力；利用流量计来调整气体流量，根据具体的实验需求进行配比。气源流量控制采用评价气体混合柜。气源所用标准气的浓度偏差应在标准值的±2％范围内。各种气体(除水蒸气)在混合气罐中进行混合后和水蒸气一起组成的混合气才是模拟CNG废气，模拟气通过催化剂样品进行反应。气体反应部分保证模拟尾气从催化剂一端进入，另一端排出。催化剂样品取自以蜂窝堇青石为载体的催化器的几何中心部位，催化剂样品一般形状为立方柱或圆柱状。
尾气检测部分，由红外分析仪NICOLETIS10进行测定。傅里叶变换红外光谱仪中，把光源发出的光经迈克尔逊干涉仪变成干涉光，再让干涉光照射样品。检测器获得干涉图，由计算机把干涉图进行傅里叶数字变换得到红外吸收光谱图。利用红外光谱进行定量分析基于朗伯-比尔定律：吸光度A＝样品吸收率a×样品的浓度c×样品吸收池光程长l。
气体样品的定量分析与凝聚态样品相比，有其复杂性。所以采用MCT检测器即汞铬碲检测器，溴化钾分束器以及ZnSe窗片，同时需要使用液氮作为冷却剂。检测灵敏度很高，但是工作温度比较低需要液氮冷却。在定量分析时，尽可能选用振动谱带，在必须选用转动谱带作为分析谱带时，需要尽可能快的仪器响应速度和尽可能稳定的实验条件和环境温度、电压等。
运用TQAnalyst光谱分析软件和各个组份不同浓度的标准谱图，建立多组份气体的定量分析方法。定量分析区间精确选取是建立定量分析方法的至关重要的一步。其选取原则是：一、为了尽量保证组份浓度和光强的线性关系，分析区域内的峰强不宜过强(A＜1)，避免饱和；二、为了减少误差，分析窗口内各个区间内峰强应尽量接近；三、各个组份的特征分析区间的选取尽可能不要重叠。
以CNG样品为例，主要分析CO、NO、NO2、N2O、CH4气体的标准谱图，确定各组份的定量分析区间。各组份的分析谱带如表1所示。
表1
通过软件TQAnalyst光谱分析软件建立分析方法，检验该方法的测量精度满足要求，最终使测量误差满足要求。
数据处理和输出部分则由电脑和打印机完成。以催化剂样品入口废气温度为横坐标，以各污染物转化率为纵坐标绘制起燃温度特性曲线；按照线性插值法求出催化器对各种污染物的起燃温度T50和450℃的转化率C450。应连续重复进行数次起燃温度试验，直至相邻两次试验的各污染物成分起燃温度T50偏差的绝对值均不超过10℃，即认为数据已经稳定。两次相邻试验的平均值作为试验结果。
本发明主要是将傅里叶红外定量分析与CNG尾气检测结合起来，增加了废气检测的种类，是催化剂实验室小样评价的新系统。
本发明能够更好地真实模拟气体尾气成分，同时也能够精确地得到定量分析所需要的气体标准图。测定CNG尾气中的甲烷和非甲烷碳氢以及氮氧化物的转化率和空燃比，是以前利用AVL尾气评价系统对CNG进行测定所不具体的功能。利用本发明所述汽车尾气评价系统，在催化剂研发方面，能给予更好的指导作用。另外，实验成本和时间成本较台架测试要降低很多，是很好的用于催化剂开发的实验方法。整套系统的设计参数可以根据具体实验需求进行设置和调整，即能满足CNG催化剂的实验室小样评价，同时也能进行DOC等各类尾气净化催化剂的实验室小样进行性能评价。

Claims (9)

1.一种傅里叶红外汽车尾气评价系统，其特征是：包括气体控制部分（A）、气体反应部分（B）、尾气检测部分（C）和数据处理和输出部分（D）；
所述气体控制部分（A）包括控制气体流量的评价气体混合柜（1-1）、恒温水槽（3）、第一混合罐（1-2）和第二混合罐（1-4），评价气体混合柜（1-1）的进气管路分别与模拟的尾气气源连接，评价气体混合柜（1-1）的气体出口管路连接至第一混合罐（1-2）的进口，第一混合罐（1-2）的出口连接至第二混合罐（1-4）的进口，恒温水槽（3）通过水蒸气管道（2）连接至第二混合罐（1-4）的进口，第二混合罐（1-4）的出口与气体反应部分（B）的进气端连接；
所述气体反应部分（B）包括管式炉（5），在管式炉（5）中设置反应管（4），反应管（4）的一端为进口端，进气端与第二混合罐（1-4）的出口连接，反应管（4）的另一端为出气端，出气端连接尾气检测部分（C），在反应管（4）中放置催化剂样品（6）；
所述尾气检测部分（C）采用红外分析仪，红外分析仪的气体池连接反应管（4）的出气端。
2.如权利要求1所述的傅里叶红外汽车尾气评价系统，其特征是：在所述评价气体混合柜（1-1）的气体出口管路上分别设置流量计，流量计的出口安装单向阀（1-3）。
3.如权利要求1所述的傅里叶红外汽车尾气评价系统，其特征是：在所述水蒸气管道（2）和第二混合罐（1-4）上缠绕加热带。
4.如权利要求3所述的傅里叶红外汽车尾气评价系统，其特征是：所述加热带由石英纤维包裹加热丝和热电偶组成。
5.如权利要求1所述的傅里叶红外汽车尾气评价系统，其特征是：所述催化剂样品（6）采用包裹材料包裹后装入反应管（4）中，以填补催化剂样品（6）与反应管（4）管壁之间的间隙。
6.如权利要求5所述的傅里叶红外汽车尾气评价系统，其特征是：所述包裹材料采用石英纤维。
7.如权利要求1所述的傅里叶红外汽车尾气评价系统，其特征是：在所述反应管（4）的进口端安装热电偶。
8.如权利要求1所述的傅里叶红外汽车尾气评价系统，其特征是：连接反应管（4）和红外分析仪的导气管上采用加热带进行缠绕。
9.如权利要求1所述的傅里叶红外汽车尾气评价系统，其特征是：所述数据处理和输出部分（D）由电脑和打印机组成。
CN201510401941.0A 2015-07-09 2015-07-09 傅里叶红外汽车尾气评价系统 Pending CN105067551A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510401941.0A CN105067551A (zh) 2015-07-09 2015-07-09 傅里叶红外汽车尾气评价系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510401941.0A CN105067551A (zh) 2015-07-09 2015-07-09 傅里叶红外汽车尾气评价系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105067551A true CN105067551A (zh) 2015-11-18

Family

ID=54496975

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510401941.0A Pending CN105067551A (zh) 2015-07-09 2015-07-09 傅里叶红外汽车尾气评价系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105067551A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107941986A (zh) * 2017-10-19 2018-04-20 浙江大学 一种用于评价催化剂催化性能的装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4961341A (en) * 1988-05-31 1990-10-09 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Testing device for an oxygen sensor
KR100210168B1 (ko) * 1996-11-20 1999-07-15 류정열 Cng차량의 촉매성능 검출장치
CN101138702A (zh) * 2007-06-15 2008-03-12 天津内燃机研究所 发动机尾气催化净化器活性评价系统
CN101858901A (zh) * 2010-07-07 2010-10-13 中国汽车技术研究中心 机动车尾气净化催化材料活性测试系统及测试方法
CN102109507A (zh) * 2009-12-23 2011-06-29 比亚迪股份有限公司 一种汽车尾气净化催化剂性能测试系统
CN102331481A (zh) * 2010-07-12 2012-01-25 上海航天汽车机电股份有限公司 多路配气模拟汽车尾气环境的氧传感器性能测试系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4961341A (en) * 1988-05-31 1990-10-09 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Testing device for an oxygen sensor
KR100210168B1 (ko) * 1996-11-20 1999-07-15 류정열 Cng차량의 촉매성능 검출장치
CN101138702A (zh) * 2007-06-15 2008-03-12 天津内燃机研究所 发动机尾气催化净化器活性评价系统
CN102109507A (zh) * 2009-12-23 2011-06-29 比亚迪股份有限公司 一种汽车尾气净化催化剂性能测试系统
CN101858901A (zh) * 2010-07-07 2010-10-13 中国汽车技术研究中心 机动车尾气净化催化材料活性测试系统及测试方法
CN102331481A (zh) * 2010-07-12 2012-01-25 上海航天汽车机电股份有限公司 多路配气模拟汽车尾气环境的氧传感器性能测试系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107941986A (zh) * 2017-10-19 2018-04-20 浙江大学 一种用于评价催化剂催化性能的装置
CN107941986B (zh) * 2017-10-19 2020-05-29 浙江大学 一种用于评价催化剂催化性能的装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Suarez-Bertoa et al. Impact of cold temperature on Euro 6 passenger car emissions
Platt et al. Secondary organic aerosol formation from gasoline vehicle emissions in a new mobile environmental reaction chamber
Suarez-Bertoa et al. Ammonia exhaust emissions from spark ignition vehicles over the New European Driving Cycle
West et al. Assessing reductant chemistry during in-cylinder regeneration of diesel lean NOx traps
Borsari et al. Ammonia emissions from a light-duty vehicle
CN107219323B (zh) 一种摩托车催化剂耐久性能评测方法
Rašić et al. RDE-based assessment of a factory bi-fuel CNG/gasoline light-duty vehicle
Arunachalam et al. Modeling the thermal and soot oxidation dynamics inside a ceria-coated gasoline particulate filter
Park et al. Primary and secondary aerosols in small passenger vehicle emissions: Evaluation of engine technology, driving conditions, and regulatory standards
Hu et al. The NOx emission characteristics of gasoline vehicles during transient driving cycles
Hou et al. For cleaner exhaust of a high performance motorcycle: A macroscopic comparative study of catalytic converters under world-wide motorcycle test cycle
Kuta et al. Experimental and numerical investigation of dual-fuel CI ammonia engine emissions and after-treatment with V2O5/SiO2–TiO2 SCR
Piqueras et al. Sensitivity of pollutants abatement in oxidation catalysts to the use of alternative fuels
Song A SCR model based on reactor and engine experimental studies for a Cu-zeolite catalyst
Blakeman et al. Investigations into NOx aftertreatment with Urea SCR for light-duty Diesel vehicles
Pechout et al. Regulated and unregulated emissions and exhaust flow measurement of four in-use high performance motorcycles
Bond et al. Molecular hydrogen (H2) emissions from gasoline and diesel vehicles
CN205246532U (zh) 汽车尾气评价系统
CN105067551A (zh) 傅里叶红外汽车尾气评价系统
Eng et al. The interaction between nitric oxide and hydrocarbon oxidation chemistry in a spark ignition engine
Katare et al. Hydrogen in diesel exhaust: effect on diesel oxidation catalyst flow reactor experiments and model predictions
de Syniawa et al. Real-Time Simulation of CNG Engine and After-Treatment System Cold Start. Part 2: Tail-Pipe Emissions Prediction Using a Detailed Chemistry Based MOC Model
Baronick et al. Modal measurement of raw exhaust volume and mass emissions by SESAM
Shade et al. A work-based window method for calculating in-use brake-specific NOx emissions of heavy-duty diesel engines
Sentoff et al. Second-by-second characterization of cold-start gas-phase and air toxic emissions from a light-duty vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20151118

RJ01 Rejection of invention patent application after publication