CN107175051B - 脉动式加氢还原法制备载体车用催化剂的装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及脉动式加氢还原法制备载体车用催化剂的装置及其应用，装置由反馈气路控制系统组件连接的热交换型氢定量筒组件以及沸腾流化床式反应器组件组成，沸腾流化床式反应器组件的气体进口及气体出口分别经由装有真空压力表、截止阀的气路与热交换型氢定量筒组件上的外套筒氢气出口法兰及内列管反应废气进口法兰相连接。与现有技术相比，本发明可以避免作为催化剂载体的CeO2颗粒团聚以及作为活性组分的贵金属颗粒长大及团聚，从而能够很大程度上提高CeO2载体车用催化剂的制备效率和产品的催化活性。

Description

脉动式加氢还原法制备载体车用催化剂的装置及其应用
技术领域
本发明涉及制备车用汽车尾气催化剂的装置及其应用，尤其是涉及一种脉动式加氢还原法制备CeO2载体车用催化剂的装置及其应用。
背景技术
随着我国国民经济的不断发展和人民生活水平的日益提高，国内机动车年销量和保有量都不断提高，2016年我国的机动车保有量已达2.95亿辆，且还在以每年超过2000万辆的速度增加。汽车尾气污染问题正日益成为各大中城市日益严重的空气污染的元凶。研究表明，大城市中40％以上的NOx，80％以上的CO和70％以上的HCx都来自于汽车尾气，汽车尾气污染已经严重影响了生态环境和人民群众的健康。目前控制汽车尾气污染最有效的途径就是降低单车排放量，安装以催化材料为核心的汽车尾气催化净化装置是减轻汽车尾气污染的有效手段。
车用汽车尾气催化剂一般由载体和活性组分两部分组成，载体一般选用CeO2或铈锆固溶体等储放氧材料，添加Al2O3、La2O3、BaO等助剂；活性组分主要是Pt、Pd、Rh等贵金属，其中Pt与Pd的作用基本相同，主要是作为CO和HCx的氧化反应的催化活性组元；Rh的作用主要是提供对NOx的催化活性，同时兼具对CO和HCx的氧化活性。
目前CeO2载体车用尾气催化剂制备的方法主要包括浸渍-还原法、沉淀-沉积法、滚涂-喷涂法、机械混合法等。工业领域主要应用的是浸渍-还原法，这一方法制备的CeO2载体车用尾气催化剂存在的主要问题包括：1.湿法还原的还原效率较低，导致采用湿法还原制备的催化剂活性组分贵金属颗粒成本较高，且存在后续煅烧过程中活性组分易长大、团聚失活等问题；2.采用还原气体还原存在反应温度要求较高，能耗较大；且高温还原下CeO2载体本身也容易烧结团聚导致表面积下降、储放氧能力下降甚至失活等问题。
综上所述，针对CeO2载体车用尾气催化剂的制备装置及工艺进行系统的改进，以便既能够利用还原气体高效原位还原活性组分贵金属，也能够降低能耗和成本，同时还能够避免在较高的反应温度下活性组分及CeO2载体的烧结团聚等问题，将在很大程度上提高CeO2载体车用催化剂的制备效率和产品的催化活性，具有相当的研究和应用前景。
发明内容
本发明的目的在于开发一种脉动式加氢还原法制备新型CeO2载体车用催化剂的装置及实现方法，旨在解决目前现有的CeO2载体车用尾气催化剂的还原法制备装置及工艺中存在的能耗与成本较高、反应温度下活性组分及CeO2载体的烧结团聚等重要的技术瓶颈问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
脉动式加氢还原法制备载体车用催化剂的装置，由反馈气路控制系统组件连接的热交换型氢定量筒组件以及沸腾流化床式反应器组件组成，
最重要的技术点就在于，采用了沸腾流化床式反应器组件这一特殊的装置，将气体进口、氢气喷出头、电加热管、微孔陶瓷筛板、网状过滤器、旋风除尘器、气体出口等部件整体集成在耐温耐压反应器外壳中。
具体来说，沸腾流化床式反应器组件的气体进口及气体出口分别经由装有真空压力表、截止阀的气路与热交换型氢定量筒组件上的外套筒氢气出口法兰及内列管反应废气进口法兰相连接。
所述的沸腾流化床式反应器组件包括：
耐温耐压反应器外壳：采用高强度耐温耐压材料制成的封闭结构，外侧壁敷有绝热层，顶部的反应器顶盖可打开，顶盖上方正中央装有气体出口与反馈气路相连，通过耐压气体管路经由真空压力表及压力传感器、截止阀与热交换型氢定量筒组件上方中部的内列管反应废气进口法兰连接；
氢气喷出头：设置于沸腾流化床式反应器组件内部下方的轴心位置，下方经由开口于反应器外壳底部中央的气体进口与反馈气路相连，通过耐压气体管路经由真空压力表及压力传感器、截止阀与热交换型氢定量筒组件下方的外套筒氢气出口法兰连接；
微孔陶瓷筛板：设置于沸腾流化床式反应器内部中间位置，作为承载催化剂反应物原料的反应床层，同时其结构中大量的微孔又可以使高温高压氢气迅速通过；
在微孔陶瓷筛板上还设有温度传感器的热电偶，埋入催化剂反应物原料床层中，其通过反馈电路与电加热管相连接，用于控制沸腾流化床式反应器中的反应物温度。
电加热管：至少设有七组，呈环状轴对称等间距排列于微孔陶瓷筛板下方，通过反馈回路与温度传感器相连；
网状过滤器：设置于沸腾流化床式反应器组件内部上方，反应器顶盖的正下方；
旋风除尘器：设置于沸腾流化床式反应器组件顶盖上方的轴心位置，其上方经由开口于反应器顶盖中央的气体出口与气路相连。
所述的微孔陶瓷筛板上催化剂反应物原料填装量根据具体试验要求进行调整，确保在加氢还原中催化剂反应物原料床层处于沸腾流化床的流体动力学区域，利用以下公式进行计算决定催化剂反应物原料床层高度L：
Figure BDA0001336423780000031
上式(1)中：ΔPf为催化剂反应物原料床层的压力降，ρ为所填充催化剂反应物原料的密度，λ为与雷诺数Re有关的经验参数，d为反应器直径，u为反应中氢气流速。
所述的热交换型氢定量筒组件采用管壳式设计，包括：
呈圆柱形的外壳体，选用耐氢腐蚀及氢脆较强的内壁电解抛光低碳不锈钢材料制备，外侧壁敷有绝热层，内部装有平行列管束，外壳体与内部列管束之间的空间为反应气氢气的流动区域；
外壳体的外顶部正上方通过耐压气体管路经由外套筒氢气进口法兰连接有真空压力表及压力传感器，该段气体管路经由氢流量计、截止阀与氢气钢瓶连接；
外壳体外中部上方通过耐压气体管路经由内列管反应废气进口法兰、截止阀、真空压力表及压力传感器与沸腾流化床式反应器顶盖中央的气体出口相连接；
外壳体的中部下方通过耐压气体管路经由内列管反应废气出口法兰连接有单向阀和涡轮真空泵；
外壳体的外底部正下方通过耐压气体管路经由外套筒氢气出口法兰、截止阀、真空压力表及压力传感器与沸腾流化床式反应器底部中央的气体进口及氢气喷出头相连接；
所述的列管束两端平行固定于管板上，列管束内部的空间设计为反应废气的流动区域。所述的所有列管内部体积之和占整个外壳体内的体积比应根据具体制备试验操作要求(反应废气流量、氢气流量、反应废气温度和换热系数等)进行设计，一般要求列管的直径小于或等于外壳体直径的1/8，列管的根数一般不超过18根，从而能够确保在维持反应废气/氢气流量比和换热效率之间取得最优化平衡。列管也应选用耐氢腐蚀及氢脆较强的内壁电解抛光低碳不锈钢材料制备。
另外，由于列管束中引入的高温反应废气(进口温度>400℃)温度与通过氢气的壳体温度(进口温度为室温)差别较大，列管束的两端采取加装不锈钢波纹管等适当的温差补偿措施，以消除或减小热应力。所述的管板固定于外壳体的两端，用于为列管束两端提供结构支撑，并通过其将全部列管平均分隔成若干组，使得反应废气可每次只通过部分列管而往返列管束多次，提高换热效率。
设置在外壳体上的外套筒氢气进口法兰、外套筒氢气出口法兰、内列管反应废气进口法兰及内列管反应废气出口法兰。
所述的反馈气路控制系统组件主要包括：真空压力表及压力传感器、截止阀、氢流量计、单向阀、涡轮真空泵、含热电偶的温度传感器及相关的反馈电路及耐压气体管路；
所述的温度传感器有两套，一套的热电偶设置于沸腾流化床式反应器内部中间位置的微孔陶瓷筛板上，埋入催化剂反应物原料床层中，其通过反馈电路与电加热管相连接，用于控制沸腾流化床式反应器中的反应物温度；另一套温度传感器的热电偶设置于热交换型氢定量筒组件的内部轴向位置的正中间列管束的管壁外，用于监控热交换型氢定量筒内部的温度；
所述的真空压力表及压力传感器有两套，一套通过耐压气体管路与沸腾流化床式反应器壳体顶盖上方正中央的气体出口相连接，用于实时监控沸腾流化床式反应器壳体内部的压力；另一套通过耐压气体管路与热交换型氢定量筒上方正中央的外套筒氢气进口法兰相连接，用于实时监控热交换型氢定量筒内部氢气的压力，并可以通过真空压力表表头读数、温度传感器(含热电偶)表头读数，并结合氢气流量计的读数来估算通入的氢气的量(摩尔数)。
所述的气体管路应选用耐氢腐蚀及氢脆较强的内壁电解抛光低碳不锈钢材料制备。
利用脉动式加氢还原法制备载体车用催化剂装置进行脉动式加氢还原法制备CeO2载体车用催化剂，包括前处理和加氢还原反应两个步骤：
(1)前处理步骤：
(1-1)将符合工艺条件要求反应物原料预先采用机械挤出或压出制成所需要尺寸和形状的原料颗粒；
(1-2)将所述的原料颗粒在真空加热设备中，于氮气或氩气的惰性气氛的保护下，在300～850摄氏度温度下煅烧2～20小时；
(1-3)将煅烧冷却后的原料颗粒浸入浓度的贵金属溶液中浸渍处理8～72小时，然后取出于为40～60摄氏度的真空烘箱中烘干，得到催化剂反应物原料颗粒；
(2)加氢还原反应步骤：
(2-1)将催化剂反应物原料颗粒均匀分散置于沸腾流化床式反应器组件中微孔陶瓷筛板上，催化剂反应物原料的填装量(以填装床层高度L计)可以根据具体试验要求(反应气流速u、反应器直径d、催化床层的阻力降ΔPf等)进行调整，以确保在加氢还原中催化剂反应物原料床层处于流化床的流体动力学区域。利用Eugen公式进行计算决定催化剂反应物原料床层高度L：
Figure BDA0001336423780000051
上式(1)中：ΔPf为催化剂反应物原料床层的压力降，ρ为所填充催化剂反应物原料的密度，λ为与雷诺数Re有关的经验参数，d为反应器直径，u为反应中氢气流速；
(2-2)填装完催化剂反应物原料颗粒后，关闭沸腾流化床式反应器顶盖，开启截止阀V1，关闭截止阀V2，并通过真空泵抽气，此时单向阀V4打开，然后关闭真空泵，此时单向阀V4关闭，关闭截止阀V1，通过观察真空压力表V-P1表头处的压力指示变化，确认沸腾流化床式反应器体系不漏气；
(2-3)开启微孔陶瓷筛板的正下方的电加热管并开始加热催化剂反应物原料，随时调整加热功率，缓缓加热至温度传感器T1表头显示达到预设的反应温度；
(2-4)在电加热管加热期间打开截止阀V3，向热交换型氢定量筒中引入氢气，并通过氢流量计结合真空压力表V-P3表头及温度传感器T2表头的指示以及热交换型氢定量筒的体积来估算氢气的量，V-P3表头达到预定的值以后，关闭截止阀V3；
(2-5)打开截止阀V1，关闭截止阀V2，再度启动真空泵(此时单向阀V4打开)并抽到最大真空度并保持一段时间后，关闭截止阀V1和真空泵，此过程中间注意通过反馈电路控制沸腾流化床式反应器中的温度在反应区间内。这时会将上一轮脉冲还原反应的废气抽入热交换型氢定量筒的列管束内，同时通过逆流热交换将外套筒内的反应气氢气进行加热，氢气达到预先设定的温度和压力后，即可进行下一轮脉冲还原反应。此处通过热交换型氢定量筒中的热交换作用，不仅可以回收沸腾流化床式反应器中的还原反应的大量能量，还可以预先使得准备参加下一步脉冲还原反应的氢气预先达到高温高压的状态，一旦下一步打开截止阀V2后进行下一轮脉冲还原反应时，高温高压的氢气将以较高的流速经由微孔陶瓷筛板喷向催化剂反应物原料床层，使得在加氢还原中催化剂反应物原料颗粒向上浮动，整个床层处于流化床的流体动力学区域，得到非常均匀的贵金属还原效果；
(2-6)打开截止阀V2，通过氢气喷头向沸腾流化床反应器中通入高温高压氢气，在所预设的反应温度(300～850摄氏度)下，氢气对催化剂反应物原料颗粒中预先浸渍在CeO2颗粒上的贵金属盐类进行选择性还原并形成均匀负载在CeO2颗粒上的贵金属颗粒，此过程中CeO2基本不会被还原。同时，催化剂反应物原料颗粒中的活性碳将于高温高压氢气反应生成挥发性的烃类化合物(CxHy)，所述挥发性的烃类化合物(CxHy)可以在脉冲还原反应中扩大催化剂反应物原料的比表面积，可以有效地避免反应温度下活性组分及CeO2载体的烧结团聚。此过程中应观察该还原过程中反应器压力与温度传感器的变化，以便控制调节下一脉冲循环的操作参数；
催化剂反应物原料颗粒在微孔陶瓷筛板上处于流化床状态进行还原反应过程中，设置在沸腾流化床式反应器内部上方的网状过滤器将确保较大的原料颗粒不会扬起过高，旋风除尘器将较小的原料颗粒收集并返回微孔陶瓷筛板，二者共同作用避免扬起的颗粒堵塞反应器顶盖上的反应器气体出口；
(2-7)再次开启截止阀V1，关闭截止阀V2，并通过真空泵抽走反应剩余的氢气和生成的烃类化合物的杂质气体；
(2-8)重复上述步骤2～7次，直至催化剂反应物原料中贵金属离子基本完全被还原，制备出所需要的CeO2载体负载活性贵金属车用催化剂。
步骤(1-1)中所述的原料颗粒由CeO2颗粒、活性碳颗粒、助剂按摩尔比为10～100:4～8:1～5混合而成。
所述的CeO2颗粒包括采用溶胶凝胶法、水热法、沉淀法、气相燃烧法制备的CeO2纳米级及亚微米级颗粒；所述的助剂选自Al2O3、La2O3或BaO中的一种或几种的微米级粉末，在助剂中含有粉末粘合剂。
步骤(1-3)中所述的贵金属溶液包括Pt、Pd或Rh的硝酸盐或氯化物水溶液。
由于氢气还原贵金属的反应是放热的反应，且电加热管的启动和预热需要时间，故除了第一次脉冲反应中引入沸腾流化床反应器的氢气是常温的，一旦还原反应启动并维持温度-气路反馈系统正常运行后，脉冲还原反应的废气的热值将达到预设的范围，并能够通过在热交换型氢定量筒中与作为反应气的氢气进行充分热交换，反应后续整个脉动式加氢过程中的氢气都将在高温高压的状态下从氢气喷头中喷出，且能够维持在加氢还原中催化剂反应物原料床层处于流化床的流体动力学区域。反馈电路及气路的设计正是为了控制沸腾流化床式反应器中的反应后续整个脉动式加氢还原反应的温度在合理的反应区间内。
与现有技术相比，本发明通过特殊的结构设计和反馈气路控制系统组件、热交换型氢定量筒组件以及沸腾流化床式反应器组件一系列的模块化组件思路，能够通过在充分利用还原气体高效原位还原活性组分贵金属生产CeO2载体负载活性贵金属车用催化剂，同时也能够做到在精确控制反应体系温度、压力、氢气和反应废气流量的条件下，大大降低能耗和成本，反应操作较为简单，还能够避免在较高的反应温度下活性组分及CeO2载体的烧结团聚等问题。
采用的沸腾流化床式反应器组件的底部中央安装有气体进口及氢气喷出头，中部敷设有电加热管及微孔陶瓷筛板，上部设有网状过滤器，顶部中央设有旋风除尘器和气体出口。热交换型氢定量筒组件采用管壳式设计，反应生成的高热值反应废气在内列管束内折流通过，而作为反应气引入的氢气经由壳内管外逆向通过。通过气路反馈控制系统组件的控制，氢气以脉冲的形式注入沸腾流化床式反应器组件中进行加氢还原反应。氢气能够在热交换型氢定量筒组件中预先与反应废气进行热交换，从而获得较高的温度及出口压力。在气路反馈控制系统中各处温度、压力传感器的反馈设置下，通过精确的调控参与反应的氢气的温度与压力参数，不仅可以在该制备反应中节约大量能源，还可以利用高温高压氢气高速自下而上喷向微孔陶瓷筛板上方的催化剂反应物原料床层，使得催化剂反应物原料以脉冲散式流化态的形式进行还原反应。含有贵金属溶液浸渍的CeO2颗粒、活性碳颗粒、助剂及粉末粘合剂等的催化剂反应物原料在流化状态下还原可以造成较均匀的贵金属还原效果；活性碳颗粒还将于高温高压氢气反应生成挥发性的烃类化合物(CxHy)，可以在脉冲还原反应中扩大催化剂反应物原料的比表面积，从而有效地避免作为催化剂载体的CeO2颗粒团聚以及作为活性组分的贵金属颗粒长大及团聚。整套装置及方法具有模块化、简便、安全、经济等特点，将在很大程度上提高CeO2载体车用催化剂的制备效率和产品的催化活性，具有相当的研究和应用前景。
附图说明
图1为脉动式加氢还原法制备载体车用催化剂装置的结构示意图；
图2为热交换型氢定量筒组件结构及内部气体流路图。
图1中，1为沸腾流化床式反应器组件、2为热交换型氢定量筒组件、3-1为真空压力表及压力传感器V*P1、3-3为真空压力表及压力传感器V*P3、4-1为截至阀V1、4-2为截至阀V2、4-3为截至阀V3、4-4为单向阀V4、5-1为温度传感器T1、5-2为温度传感器T2、6为氢气喷出头、7为催化剂反应物原料、8为微孔陶瓷筛板、9为电加热管、10为氢气流量计、11为涡轮真空泵、12为氢气钢瓶、13为反应器顶盖、14为网状过滤器、15-1为第一热电偶、15-2为第二热电偶、16为旋风除尘器、17-1为反应器气体出口、17-2为反应器气体进口。
图2中，18为热交换型氢定量筒外壳体、19为列管束、20为外壳体与内部列管束之间的空间、4-1为截至阀V1、4-2为截至阀V2、4-3为截至阀V3、4-4为单向阀V4、21-1为上管板、21-2为下管板、22-1为内列管反应废气进口法兰、22-2为内列管反应废气出口法兰、22-3为外套筒氢气进口法兰、22-4为外套筒氢气出口法兰。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
脉动式加氢还原法制备载体车用催化剂的装置，其结构如图1所示，该装置由反馈气路控制系统组件连接的热交换型氢定量筒组件2以及沸腾流化床式反应器组件1组成，
沸腾流化床式反应器组件1的反应器气体进口17-1及反应器气体出口17-2分别经由装有真空压力表、截止阀的气路与热交换型氢定量筒组件2(其结构如图2所示)上的外套筒氢气出口法兰22-4及内列管反应废气进口法兰22-1相连接。
沸腾流化床式反应器组件1包括：采用高强度耐温耐压材料制成的封闭结构的耐温耐压反应器外壳，外侧壁敷有绝热层，顶部的反应器顶盖13可打开，顶盖上方正中央装有气体出口与反馈气路相连，通过耐压气体管路经由真空压力表及压力传感器、截止阀与热交换型氢定量筒组件2上方中部的内列管反应废气进口法兰22-1连接；
氢气喷出头6：设置于沸腾流化床式反应器组件内部下方的轴心位置，下方经由开口于反应器外壳底部中央的气体进口与反馈气路相连，通过耐压气体管路经由真空压力表及压力传感器、截止阀与热交换型氢定量筒组件2下方的外套筒氢气出口法兰22-4连接；
微孔陶瓷筛板8：设置于沸腾流化床式反应器内部中间位置；
电加热管9：至少设有七组，呈环状轴对称等间距排列于微孔陶瓷筛板下方，通过反馈回路与温度传感器相连；
网状过滤器14：设置于沸腾流化床式反应器组件内部上方，反应器顶盖的正下方；
旋风除尘器16：设置于沸腾流化床式反应器组件顶盖上方的轴心位置，其上方经由开口于反应器顶盖中央的气体出口与气路相连。
微孔陶瓷筛板8上催化剂反应物原料7的填装量根据具体试验要求进行调整，确保在加氢还原中催化剂反应物原料床层处于沸腾流化床的流体动力学区域，利用以下公式进行计算决定催化剂反应物原料床层高度L：
Figure BDA0001336423780000091
上式(1)中：ΔPf为催化剂反应物原料床层的压力降，ρ为所填充催化剂反应物原料的密度，λ为与雷诺数Re有关的经验参数，d为反应器直径，u为反应中氢气流速。
热交换型氢定量筒组件2采用管壳式设计，包括：
呈圆柱形的外壳体，选用耐氢腐蚀及氢脆较强的内壁电解抛光低碳不锈钢材料制备，外侧壁敷有绝热层，内部装有平行的列管束19，外壳体与内部列管束之间的空间20为反应气氢气的流动区域，设置在外壳体上的外套筒氢气进口法兰22-3、外套筒氢气出口法兰22-4、内列管反应废气进口法兰22-1及内列管反应废气出口法兰22-2。
外壳体的外顶部正上方通过耐压气体管路经由外套筒氢气进口法兰连接有真空压力表及压力传感器，该段气体管路经由氢流量计、截止阀与氢气钢瓶连接；
外壳体外中部上方通过耐压气体管路经由内列管反应废气进口法兰22-1、截止阀、真空压力表及压力传感器与沸腾流化床式反应器顶盖中央的气体出口相连接；
外壳体的中部下方通过耐压气体管路经由内列管反应废气出口法兰22-2连接有单向阀和涡轮真空泵；
外壳体的外底部正下方通过耐压气体管路经由外套筒氢气出口法兰22-4、截止阀、真空压力表及压力传感器与沸腾流化床式反应器底部中央的气体进口及氢气喷出头6相连接；
列管束19两端平行固定于上管板21-1以及下管板21-2上，列管束内部的空间为反应废气的流动区域，列管的直径小于或等于外壳体直径的1/8，列管的根数不超过18根，选用耐氢腐蚀及氢脆较强的内壁电解抛光低碳不锈钢材料制备，上管板21-1以及下管板21-2固定于外壳体两端，为列管束两端提供结构支撑，并将全部列管平均分隔成若干组，使得反应废气可每次只通过部分列管而往返列管束多次。列管束19的两端还加装不锈钢波纹管进行温差补偿措施，消除或减小热应力。
反馈气路控制系统组件主要包括：真空压力表及压力传感器、截止阀、氢流量计、单向阀、涡轮真空泵、含热电偶的温度传感器及相关的反馈电路及耐压气体管路；温度传感器有两套，一套的热电偶设置于沸腾流化床式反应器内部中间位置的微孔陶瓷筛板上，埋入催化剂反应物原料床层中，其通过反馈电路与电加热管相连接，用于控制沸腾流化床式反应器中的反应物温度；另一套温度传感器的热电偶设置于热交换型氢定量筒组件的内部轴向位置的正中间列管束的管壁外，用于监控热交换型氢定量筒内部的温度；
真空压力表及压力传感器有两套，一套通过耐压气体管路与沸腾流化床式反应器壳体顶盖上方正中央的气体出口相连接，用于实时监控沸腾流化床式反应器壳体内部的压力；另一套通过耐压气体管路与热交换型氢定量筒上方正中央的外套筒氢气进口法兰相连接，用于实时监控热交换型氢定量筒内部氢气的压力，并可以通过真空压力表表头读数、含热电偶的温度传感器的表头读数，并结合氢气流量计的读数来估算通入的氢气的量。
利用上述装置进行脉动式加氢还原法制备新型CeO2载体车用催化剂的实现方法分为前处理和加氢还原反应两个主要步骤：
一、前处理步骤：
1.将符合工艺条件要求比例(CeO2颗粒/活性碳颗粒/助剂及粉末粘合剂＝20/5/1，摩尔比)的反应物原料预先采用混合后机械挤出或压出制成所需要尺寸和形状的原料颗粒。此处CeO2颗粒为采用溶胶凝胶法制备的粒径约为20～50纳米的单分散CeO2纳米颗粒，活性碳颗粒采用反应活性较高的粉末活性碳(直径小于0.18纳米)，助剂采用Al2O3、La2O3、BaO混合金属氧化物亚微米级粉末(摩尔比2：2：1)。
2.将第1步制得的原料颗粒在真空加热设备中，于氮气气氛的保护下，在600摄氏度温度下进行煅烧，煅烧时间设置在4小时。
3.将煅烧冷却后的原料颗粒浸入一定浓度的Pt、Pd、Rh的硝酸盐水溶液(溶液中三种金属离子总的质量分数1％，其中Pt/Pd/Rh摩尔比＝2/4/1)中进行浸渍处理24小时，然后取出于温度设置为50摄氏度的真空烘箱中烘干，得到催化剂反应物原料颗粒。
二、加氢还原反应步骤：
1.将上述前处理得到的催化剂反应物原料颗粒均匀分散置于沸腾流化床式反应器组件1中微孔陶瓷筛板8上，催化剂反应物原料的填装量(以填装床层高度L计)可以根据试验要求(反应气流速u、流化床式反应器(1)直径d、催化床层的阻力降ΔPf等)进行调整，以确保在加氢还原中催化剂反应物原料床层处于流化床的流体动力学区域。利用Eugen公式进行计算决定催化剂反应物原料床层高度L：
Figure BDA0001336423780000111
上式(1)中：ΔPf为催化剂反应物原料床层的压力降，ρ为所填充催化剂反应物原料的密度，λ为与雷诺数Re有关的经验参数，d为沸腾流化床式反应器组件1直径，u为反应中氢气流速。
2.填装催化剂反应物原料颗粒后，关闭沸腾流化床式反应器顶盖13。开启截止阀V1(4-1)，关闭截止阀V2(4-2)，并通过真空泵抽气到一定的真空度(此时单向阀V4(4-4)打开)。然后关闭涡轮真空泵11(此时单向阀V4(4-4)关闭)，关闭截止阀V1(4-1)，通过观察真空压力表V-P1(2-1)表头处的压力指示变化一段时间，确认沸腾流化床式反应器组件1体系不漏气。
3.开启微孔陶瓷筛板8的正下方的七组呈环状轴对称等间距排列的电加热管9并开始加热催化剂反应物原料，随时调整加热功率，缓缓加热至温度传感器T1(5-1)的表头显示达到预设的反应温度，第一热电偶15-1与温度传感器T1(5-1)连接并埋入到催化剂反应物原料7中。
4.在电加热管9加热期间打开截止阀V3(4-3)，利用氢气钢瓶12向热交换型氢定量筒组件2中引入氢气，并通过氢流量计10结合真空压力表V*P3(3-3)表头及温度传感器T2(5-2)表头的指示以及热交换型氢定量筒组件2的体积来估算氢气的量，真空压力表V-P3(3-3)表头达到预定的值以后，关闭截止阀V3(4-3)，温度传感器T2(5-2)与第二热电偶15-2连接。
5.打开截止阀V1(4-1)，关闭截止阀V2(4-2)，再度启动涡轮真空泵11(此时单向阀V4(4-4)打开)并抽到最大真空度并保持一段时间后，关闭截止阀V1(4-1)和涡轮真空泵11，此过程中间注意通过反馈电路控制沸腾流化床式反应器组件1中的温度在反应区间内。这时会将上一轮脉冲还原反应的废气抽入热交换型氢定量筒组件2的列管束19内，热交换型氢定量筒外壳体18与内部列管束19之间的空间设计为反应气氢气的流动区域，列管束19内部设计为反应废气的流动区域：通过逆流热交换将外壳体与内部列管束之间的空间20内的反应气氢气进行加热，氢气达到预先设定的温度和压力后，即可进行下一轮脉冲还原反应。列管束19的直径等于热交换型氢定量筒外壳体18直径的1/8，列管束19中列管的根数设计为18根，确保在维持反应废气/氢气流量比和换热效率之间取得最优化平衡。通过设置于热交换型氢定量筒组件2组件的内部轴向位置的正中间列管束19管壁的温度传感器(5-2)的热电偶(15-2)监控热交换型氢定量筒组件2内部的温度。
通过热交换型氢定量筒组件2中的热交换作用，不仅可以回收沸腾流化床式反应器组件1中的还原反应的大量能量，还可以预先使得准备参加下一步脉冲还原反应的氢气预先达到高温高压的状态，一旦下一步打开截止阀V2(4-2)后进行下一轮脉冲还原反应时，高温高压的氢气将以较高的流速经由微孔陶瓷筛板8喷向催化剂反应物原料床层，使得在加氢还原中催化剂反应物原料颗粒向上浮动，整个床层处于流化床的流体动力学区域，得到非常均匀的贵金属还原效果。
6.打开截止阀V2(4-2)，通过氢气喷头6向沸腾流化床反应器(1)中通入高温高压氢气，在所预设的反应温度(850摄氏度)下，氢气对催化剂反应物原料颗粒中预先浸渍在CeO2颗粒上的贵金属盐类进行选择性还原并形成均匀负载在CeO2颗粒上的贵金属颗粒，此过程中CeO2基本不会被还原。同时，催化剂反应物原料颗粒中的活性碳将于高温高压氢气反应生成挥发性的烃类化合物(CxHy)，所述挥发性的烃类化合物(CxHy)可以在脉冲还原反应中扩大催化剂反应物原料的比表面积，可以有效地避免反应温度下活性组分及CeO2载体的烧结团聚。此过程中应观察该还原过程中沸腾流化床反应器(1)相连接的真空压力表及压力传感器V*P1(3-1)与温度传感器(5-1)的变化，以便控制调节下一脉冲循环的操作参数。
催化剂反应物原料颗粒在微孔陶瓷筛板8尚处于流化床状态进行还原反应过程中，设置在沸腾流化床式反应器组件1内部上方的网状过滤器14将确保较大的原料颗粒不会扬起过高，旋风除尘器将较小的原料颗粒收集并返回微孔陶瓷筛板8，二者共同作用避免扬起的颗粒堵塞反应器顶盖13上的反应器气体出口17-1。
7.待高温高压氢气基本消耗完毕，催化剂反应物原料颗粒从流化床状态全部落回到微孔陶瓷筛板8的上方，可以再次开启截止阀V1(4-1)，关闭截止阀V2(4-2)，并通过涡轮真空泵11抽走反应剩余的氢气和生成的烃类化合物(CxHy)等杂质气体。
8.重复上述步骤2～7次，一旦还原反应启动并维持温度-气路反馈系统正常运行后，脉冲还原反应的废气的热值将达到预设的范围，并能够通过在热交换型氢定量筒组件2中与作为反应气的氢气进行充分热交换，反应后续整个脉动式加氢过程中的氢气都将在高温高压的状态下从氢气喷头(6)中喷出，且能够维持在加氢还原中催化剂反应物原料床层处于流化床的流体动力学区域，直至催化剂反应物原料中贵金属基本完全被还原，制备出所需要的CeO2载体负载活性贵金属车用催化剂。
实施例2
脉动式加氢还原法制备载体车用催化剂的装置，由反馈气路控制系统组件连接的热交换型氢定量筒组件以及沸腾流化床式反应器组件组成，沸腾流化床式反应器组件的气体进口及气体出口分别经由装有真空压力表、截止阀的气路与热交换型氢定量筒组件上的外套筒氢气出口法兰及内列管反应废气进口法兰相连接。
沸腾流化床式反应器组件由以下零部件组成：
耐温耐压反应器外壳：采用高强度耐温耐压材料制成的封闭结构，外侧壁敷有绝热层，顶部的反应器顶盖可打开，顶盖上方正中央装有气体出口与反馈气路相连，通过耐压气体管路经由真空压力表及压力传感器、截止阀与热交换型氢定量筒组件上方中部的内列管反应废气进口法兰连接；
氢气喷出头：设置于沸腾流化床式反应器组件内部下方的轴心位置，下方经由开口于反应器外壳底部中央的气体进口与反馈气路相连，通过耐压气体管路经由真空压力表及压力传感器、截止阀与热交换型氢定量筒组件下方的外套筒氢气出口法兰连接；
微孔陶瓷筛板：设置于沸腾流化床式反应器内部中间位置；
电加热管：至少设有七组，呈环状轴对称等间距排列于微孔陶瓷筛板下方，通过反馈回路与温度传感器相连；
网状过滤器：设置于沸腾流化床式反应器组件内部上方，反应器顶盖的正下方；
旋风除尘器：设置于沸腾流化床式反应器组件顶盖上方的轴心位置，其上方经由开口于反应器顶盖中央的气体出口与气路相连。
微孔陶瓷筛板上催化剂反应物原料填装量根据具体试验要求进行调整，确保在加氢还原中催化剂反应物原料床层处于沸腾流化床的流体动力学区域，利用以下公式进行计算决定催化剂反应物原料床层高度L：
Figure BDA0001336423780000141
上式(1)中：ΔPf为催化剂反应物原料床层的压力降，ρ为所填充催化剂反应物原料的密度，λ为与雷诺数Re有关的经验参数，d为反应器直径，u为反应中氢气流速。
热交换型氢定量筒组件采用管壳式设计，由以下零部件组成：
呈圆柱形的外壳体，选用耐氢腐蚀及氢脆较强的内壁电解抛光低碳不锈钢材料制备，外侧壁敷有绝热层，内部装有平行列管束，外壳体与内部列管束之间的空间为反应气氢气的流动区域；
外壳体的外顶部正上方通过耐压气体管路经由外套筒氢气进口法兰连接有真空压力表及压力传感器，该段气体管路经由氢流量计、截止阀与氢气钢瓶连接；
外壳体外中部上方通过耐压气体管路经由内列管反应废气进口法兰、截止阀、真空压力表及压力传感器与沸腾流化床式反应器顶盖中央的气体出口相连接；
外壳体的中部下方通过耐压气体管路经由内列管反应废气出口法兰连接有单向阀和涡轮真空泵；
外壳体的外底部正下方通过耐压气体管路经由外套筒氢气出口法兰、截止阀、真空压力表及压力传感器与沸腾流化床式反应器底部中央的气体进口及氢气喷出头相连接；
列管束两端平行固定于管板上，列管束内部的空间为反应废气的流动区域，列管的直径小于或等于外壳体直径的1/8，列管的根数不超过18根，选用耐氢腐蚀及氢脆较强的内壁电解抛光低碳不锈钢材料制备，并且在列管束的两端还可以加装不锈钢波纹管进行温差补偿措施，消除或减小热应力。
固定于外壳体两端的管板，为列管束两端提供结构支撑，并将全部列管平均分隔成若干组，使得反应废气可每次只通过部分列管而往返列管束多次；
设置在外壳体上的外套筒氢气进口法兰、外套筒氢气出口法兰、内列管反应废气进口法兰及内列管反应废气出口法兰。
反馈气路控制系统组件主要包括：真空压力表及压力传感器、截止阀、氢流量计、单向阀、涡轮真空泵、含热电偶的温度传感器及相关的反馈电路及耐压气体管路。
温度传感器有两套，一套的热电偶设置于沸腾流化床式反应器内部中间位置的微孔陶瓷筛板上，埋入催化剂反应物原料床层中，其通过反馈电路与电加热管相连接，用于控制沸腾流化床式反应器中的反应物温度；另一套温度传感器的热电偶设置于热交换型氢定量筒组件的内部轴向位置的正中间列管束的管壁外，用于监控热交换型氢定量筒内部的温度；
真空压力表及压力传感器有两套，一套通过耐压气体管路与沸腾流化床式反应器壳体顶盖上方正中央的气体出口相连接，用于实时监控沸腾流化床式反应器壳体内部的压力；另一套通过耐压气体管路与热交换型氢定量筒上方正中央的外套筒氢气进口法兰相连接，用于实时监控热交换型氢定量筒内部氢气的压力，并可以通过真空压力表表头读数、含热电偶的温度传感器的表头读数，并结合氢气流量计的读数来估算通入的氢气的量。
气体管路应选用耐氢腐蚀及氢脆较强的内壁电解抛光低碳不锈钢材料制备。
利用该装置进行脉动式加氢还原法制备CeO2载体车用催化剂，包括前处理和加氢还原反应两个步骤：
(1)前处理步骤：
(1-1)将符合工艺条件要求反应物原料预先采用机械挤出或压出制成所需要尺寸和形状的原料颗粒，本实施例中采用的原料颗粒由CeO2颗粒、活性碳颗粒、助剂按摩尔比为10:4:1混合而成，其中的CeO2颗粒为采用水热法制备的CeO2纳米级颗粒；助剂为Al2O3微米级粉末，并且在助剂中还含有粉末粘合剂；
(1-2)将所述的原料颗粒在真空加热设备中，于氮气的惰性气氛的保护下，在300摄氏度温度下煅烧20小时；
(1-3)将煅烧冷却后的原料颗粒浸入质量浓度为0.1％的Pt硝酸盐水溶液中浸渍处理72小时，然后取出于为40摄氏度的真空烘箱中烘干，得到催化剂反应物原料颗粒；
(2)加氢还原反应步骤：
(2-1)将催化剂反应物原料颗粒均匀分散置于沸腾流化床式反应器组件中微孔陶瓷筛板上；
(2-2)填装完催化剂反应物原料颗粒后，关闭沸腾流化床式反应器顶盖，开启截止阀V1，关闭截止阀V2，并通过真空泵抽气，此时单向阀V4打开，然后关闭真空泵，此时单向阀V4关闭，关闭截止阀V1，通过观察真空压力表V-P1表头处的压力指示变化，确认沸腾流化床式反应器体系不漏气；
(2-3)开启微孔陶瓷筛板的正下方的电加热管并开始加热催化剂反应物原料，随时调整加热功率，缓缓加热至温度传感器T1表头显示达到预设的反应温度；
(2-4)在电加热管加热期间打开截止阀V3，向热交换型氢定量筒中引入氢气，并通过氢流量计结合真空压力表V-P3表头及温度传感器T2表头的指示以及热交换型氢定量筒的体积来估算氢气的量，V-P3表头达到预定的值以后，关闭截止阀V3；
(2-5)打开截止阀V1，关闭截止阀V2，再度启动真空泵，此时单向阀V4打开，抽到最大真空度并保持一段时间，关闭截止阀V1和真空泵；
(2-6)打开截止阀V2，通过氢气喷头向反应器中通入氢气，氢气将还原贵金属，并与活性碳反应生成挥发性的烃类化合物；
(2-7)再次开启截止阀V1，关闭截止阀V2，并通过真空泵抽走反应剩余的氢气和生成的烃类化合物的杂质气体；
(2-8)重复上述步骤7次，直至催化剂反应物原料中贵金属离子基本完全被还原，制备出所需要的CeO2载体负载活性贵金属车用催化剂。
实施例3
利用实施例2中公开的装置进行脉动式加氢还原法制备CeO2载体车用催化剂，包括前处理和加氢还原反应两个步骤：
(1)前处理步骤：
(1-1)将符合工艺条件要求反应物原料预先采用机械挤出或压出制成所需要尺寸和形状的原料颗粒，本实施例中采用的原料颗粒由CeO2颗粒、活性碳颗粒、助剂按摩尔比为100:8:5混合而成，其中的CeO2颗粒为采用气相燃烧法制备的CeO2亚微米级颗粒；助剂为La2O3、BaO、Al2O3微米级混合粉末，并且在助剂中还含有粉末粘合剂；
(1-2)将所述的原料颗粒在真空加热设备中，于氩气的惰性气氛的保护下，在850摄氏度温度下煅烧2小时；
(1-3)将煅烧冷却后的原料颗粒浸入质量浓度为5％的Pt-Rh的混合氯化物水溶液中(Pt/Rh摩尔比为2:1)浸渍处理12小时，然后取出于为60摄氏度的真空烘箱中烘干，得到催化剂反应物原料颗粒；
(2)加氢还原反应步骤：
(2-1)将催化剂反应物原料颗粒均匀分散置于沸腾流化床式反应器组件中微孔陶瓷筛板上；
(2-2)填装完催化剂反应物原料颗粒后，关闭沸腾流化床式反应器顶盖，开启截止阀V1，关闭截止阀V2，并通过真空泵抽气，此时单向阀V4打开，然后关闭真空泵，此时单向阀V4关闭，关闭截止阀V1，通过观察真空压力表V-P1表头处的压力指示变化，确认沸腾流化床式反应器体系不漏气；
(2-3)开启微孔陶瓷筛板的正下方的电加热管并开始加热催化剂反应物原料，随时调整加热功率，缓缓加热至温度传感器T1表头显示达到预设的反应温度；
(2-4)在电加热管加热期间打开截止阀V3，向热交换型氢定量筒中引入氢气，并通过氢流量计结合真空压力表V-P3表头及温度传感器T2表头的指示以及热交换型氢定量筒的体积来估算氢气的量，V-P3表头达到预定的值以后，关闭截止阀V3；
(2-5)打开截止阀V1，关闭截止阀V2，再度启动真空泵，此时单向阀V4打开，抽到最大真空度并保持一段时间，关闭截止阀V1和真空泵；
(2-6)打开截止阀V2，通过氢气喷头向反应器中通入氢气，氢气将还原贵金属，并与活性碳反应生成挥发性的烃类化合物；
(2-7)再次开启截止阀V1，关闭截止阀V2，并通过真空泵抽走反应剩余的氢气和生成的烃类化合物的杂质气体；
(2-8)重复上述步骤2次，直至催化剂反应物原料中贵金属离子基本完全被还原，制备出所需要的CeO2载体负载活性贵金属车用催化剂。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种脉动式加氢还原法制备载体车用催化剂的装置，其特征在于，该装置由反馈气路控制系统组件连接的热交换型氢定量筒组件以及沸腾流化床式反应器组件组成，
所述的沸腾流化床式反应器组件的气体进口及气体出口分别经由装有真空压力表、截止阀的气路与热交换型氢定量筒组件上的外套筒氢气出口法兰及内列管反应废气进口法兰相连接；
所述的沸腾流化床式反应器组件包括：
耐温耐压反应器外壳：采用高强度耐温耐压材料制成的封闭结构，外侧壁敷有绝热层，顶部的反应器顶盖可打开，顶盖上方正中央装有气体出口与反馈气路相连，通过耐压气体管路经由真空压力表V-P1及压力传感器、截止阀V1与热交换型氢定量筒组件上方中部的内列管反应废气进口法兰连接；
氢气喷出头：设置于沸腾流化床式反应器组件内部下方的轴心位置，下方经由开口于反应器外壳底部中央的气体进口与反馈气路相连，通过耐压气体管路经由真空压力表及压力传感器、截止阀V2与热交换型氢定量筒组件下方的外套筒氢气出口法兰连接；
微孔陶瓷筛板：设置于沸腾流化床式反应器内部中间位置；
电加热管：至少设有七组，呈环状轴对称等间距排列于微孔陶瓷筛板下方，通过反馈回路与温度传感器相连；
网状过滤器：设置于沸腾流化床式反应器组件内部上方，反应器顶盖的正下方；
旋风除尘器：设置于沸腾流化床式反应器组件顶盖上方的轴心位置，其上方经由开口于反应器顶盖中央的气体出口与气路相连；
所述的热交换型氢定量筒组件采用管壳式设计，包括：
呈圆柱形的外壳体，选用耐氢腐蚀及氢脆较强的内壁电解抛光低碳不锈钢材料制备，外侧壁敷有绝热层，内部装有平行列管束，外壳体与内部列管束之间的空间为反应气氢气的流动区域；
外壳体的外顶部正上方通过耐压气体管路经由外套筒氢气进口法兰连接有真空压力表V-P3及压力传感器，该段气体管路经由氢流量计、截止阀V3与氢气钢瓶连接；
外壳体外中部上方通过耐压气体管路经由内列管反应废气进口法兰、截止阀V1、真空压力表V-P1及压力传感器与沸腾流化床式反应器顶盖中央的气体出口相连接；
外壳体的中部下方通过耐压气体管路经由内列管反应废气出口法兰连接有单向阀V4和涡轮真空泵；
外壳体的外底部正下方通过耐压气体管路经由外套筒氢气出口法兰、截止阀V2、真空压力表及压力传感器与沸腾流化床式反应器底部中央的气体进口及氢气喷出头相连接；
所述的列管束两端平行固定于管板上，列管束内部的空间为反应废气的流动区域，列管的直径小于或等于外壳体直径的1/8，列管的根数不超过18根，选用耐氢腐蚀及氢脆较强的内壁电解抛光低碳不锈钢材料制备；
固定于外壳体两端的管板，为列管束两端提供结构支撑，并将全部列管平均分隔成若干组，使得反应废气可每次只通过部分列管而往返列管束多次；
设置在外壳体上的外套筒氢气进口法兰、外套筒氢气出口法兰、内列管反应废气进口法兰及内列管反应废气出口法兰。
2.根据权利要求1所述的一种脉动式加氢还原法制备载体车用催化剂的装置，其特征在于，所述的微孔陶瓷筛板上催化剂反应物原料填装量根据具体试验要求进行调整，确保在加氢还原中催化剂反应物原料床层处于沸腾流化床的流体动力学区域，利用以下公式进行计算决定催化剂反应物原料床层高度L：
Figure FDA0002508659090000021
上式(1)中：ΔPf为催化剂反应物原料床层的压力降，ρ为所填充催化剂反应物原料的密度，λ为与雷诺数Re有关的经验参数，d为反应器直径，u为反应中氢气流速。
3.根据权利要求1所述的一种脉动式加氢还原法制备载体车用催化剂的装置，其特征在于，所述的列管束的两端还加装不锈钢波纹管进行温差补偿措施，消除或减小热应力。
4.根据权利要求1所述的一种脉动式加氢还原法制备载体车用催化剂的装置，其特征在于，所述的反馈气路控制系统组件主要包括：真空压力表及压力传感器、截止阀、氢流量计、单向阀、涡轮真空泵、含热电偶的温度传感器及相关的反馈电路及耐压气体管路；
所述的温度传感器有两套，一套温度传感器T1的热电偶设置于沸腾流化床式反应器内部中间位置的微孔陶瓷筛板上，埋入催化剂反应物原料床层中，其通过反馈电路与电加热管相连接，用于控制沸腾流化床式反应器中的反应物温度；另一套温度传感器T2的热电偶设置于热交换型氢定量筒组件的内部轴向位置的正中间列管束的管壁外，用于监控热交换型氢定量筒内部的温度；
所述的真空压力表及压力传感器有两套，一套通过耐压气体管路与沸腾流化床式反应器壳体顶盖上方正中央的气体出口相连接，用于实时监控沸腾流化床式反应器壳体内部的压力；另一套通过耐压气体管路与热交换型氢定量筒上方正中央的外套筒氢气进口法兰相连接，用于实时监控热交换型氢定量筒内部氢气的压力，并可以通过真空压力表表头读数、含热电偶的温度传感器的表头读数，并结合氢气流量计的读数来估算通入的氢气的量；
所述的气体管路应选用耐氢腐蚀及氢脆较强的内壁电解抛光低碳不锈钢材料制备。
5.一种如权利要求4所述的脉动式加氢还原法制备载体车用催化剂的装置的应用，其特征在于，利用脉动式加氢还原法制备载体车用催化剂装置进行脉动式加氢还原法制备CeO2载体车用催化剂，包括前处理和加氢还原反应两个步骤：
(1)前处理步骤：
(1-1)将符合工艺条件要求反应物原料预先采用机械挤出或压出制成所需要尺寸和形状的原料颗粒；
(1-2)将所述的原料颗粒在真空加热设备中，于氮气或氩气的惰性气氛的保护下，在300～850摄氏度温度下煅烧2～20小时；
(1-3)将煅烧冷却后的原料颗粒浸入质量浓度为0.1％～8％的贵金属溶液中浸渍处理8～72小时，然后取出于为40～60摄氏度的真空烘箱中烘干，得到催化剂反应物原料颗粒；
(2)加氢还原反应步骤：
(2-1)将催化剂反应物原料颗粒均匀分散置于沸腾流化床式反应器组件中微孔陶瓷筛板上；
(2-2)填装完催化剂反应物原料颗粒后，关闭沸腾流化床式反应器顶盖，开启截止阀V1，关闭截止阀V2，并通过真空泵抽气，此时单向阀V4打开，然后关闭真空泵，此时单向阀V4关闭，关闭截止阀V1，通过观察真空压力表V-P1表头处的压力指示变化，确认沸腾流化床式反应器体系不漏气；
(2-3)开启微孔陶瓷筛板的正下方的电加热管并开始加热催化剂反应物原料，随时调整加热功率，缓缓加热至温度传感器T1表头显示达到预设的反应温度；
(2-4)在电加热管加热期间打开截止阀V3，向热交换型氢定量筒中引入氢气，并通过氢流量计结合真空压力表V-P3表头及温度传感器T2表头的指示以及热交换型氢定量筒的体积来估算氢气的量，V-P3表头达到预定的值以后，关闭截止阀V3；
(2-5)打开截止阀V1，关闭截止阀V2，再度启动真空泵，此时单向阀V4打开，抽到最大真空度并保持一段时间，关闭截止阀V1和真空泵；
(2-6)打开截止阀V2，通过氢气喷出头向反应器中通入氢气，氢气将还原贵金属，并与活性碳反应生成挥发性的烃类化合物；
(2-7)再次开启截止阀V1，关闭截止阀V2，并通过真空泵抽走反应剩余的氢气和生成的烃类化合物的杂质气体；
(2-8)重复上述步骤2～7次，直至催化剂反应物原料中贵金属离子基本完全被还原，制备出所需要的CeO2载体负载活性贵金属车用催化剂。
6.根据权利要求5所述的脉动式加氢还原法制备载体车用催化剂的装置的应用，其特征在于，步骤(1-1)中所述的原料颗粒由CeO2颗粒、活性碳颗粒、助剂按摩尔比为10～100:4～8:1～5混合而成。
7.根据权利要求6所述的脉动式加氢还原法制备载体车用催化剂的装置的应用，其特征在于，所述的CeO2颗粒包括采用溶胶凝胶法、水热法、沉淀法、气相燃烧法制备的CeO2纳米级及亚微米级颗粒；所述的助剂选自Al2O3、La2O3或BaO中的一种或几种的微米级粉末，在助剂中含有粉末粘合剂。
8.根据权利要求5所述的脉动式加氢还原法制备载体车用催化剂的装置的应用，其特征在于，步骤(1-3)中所述的贵金属溶液包括Pt、Pd或Rh的硝酸盐或氯化物水溶液。
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