CN116359161A - 一种储氨能力测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明创造提供了一种储氨能力测试方法，先取催化剂小样进行安装，然后用含氧气体吹扫催化剂小样，之后降低反应炉的加热区温度，直至催化剂入口温度达到测试温度点后保持恒温；根据FTIR对各气流组分浓度的反馈对各气体组分的设定流量进行调整，使得各气流组分浓度测量值的波动范围满足理论目标值的偏差范围；向反应气路中通入NH3，使得催化剂表面充分吸附NH3，待NH3吸附饱和后，停止通氨；待物理吸附的氨释放完毕后，升温使化学吸附的氨继续释放，并记录下开始升温的时间；试验结束后通过积分法计算储氨量。本发明测试方法比发动机台架测试方法更为灵活，测试精度和可重复性更好，试验成本更低，节能环保性更好。
Description
技术领域
本发明创造属于柴油车排气后处理性能指标测试评价技术领域，尤其是涉及一种储氨能力测试方法。
背景技术
在排气系统中装入氨气选择性催化还原(NH3 selective catalytic reduction,NH3-SCR)装置是当前柴油车去除NOx的关键技术。NH3-SCR反应机理是通入反应器中的还原剂氨气进入载体孔道后，先吸附在SCR催化剂表面酸性位，再在SCR催化剂的作用下有选择性的与排气中的NOx发生反应，生成N2和H2O。因此，NH3在SCR催化剂表面的吸附和脱附速率以及吸附和脱附能力与SCR在不同温度下的瞬态和稳态性能表现有着密不可分的关系，其中SCR在不同温度下的储氨能力(NH3 storage capability)是其应用特性的重点关注点。目前现有技术中对SCR储氨能力方法的公开只有针对利用发动机台架进行测试的方法，然而受到尿素水溶液自身理化特性、尿素喷射液滴大小、喷射方向、排气温度、排气管内空间设计等诸多因素的影响，尿素的热解率和水解率并非100％，部分未被充分热解和水解的尿素水溶液会附在排气管上形成沉淀、结晶以及形成副产物。这是在传统发动机台架上测试时所不可避免的常见问题，因此这种根据质量守恒法计算得到的理论储氨量会比实际真实的储氨量要大，难以精准考察SCR催化剂自身的储氨能力。现有技术方法不可对SCR催化剂自身的储氨能力做单独量化评估，不适用于SCR催化剂厂家在产品研发阶段的测试评估。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种储氨能力测试方法，以克服用传统柴油机台架法测试SCR催化剂储氨能力的诸多不足，同样适用于安装在SCR催化剂后端用于捕集从SCR后端泄露出的氨气的氨逃逸催化剂(ammonia slip catalyst，ASC)。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种储氨能力测试方法，包括如下步骤：
S1、用取样工具从催化剂大样中取出催化剂小样，将小样进行外型规格尺寸的手工精修并测量小样尺寸、计算出小样体积；用压缩空气吹扫掉样品外表面和孔道内的浮尘，将小样包裹石英纤维棉后装入到试验用反应管的反应区；
S2、在反应管进气端插入热电偶用于测量催化剂小样入口温度，热电偶在催化剂小样入口温度的测量点，处于反应管的反应区；
S3、调节反应炉的加热区温度，使得催化剂小样的入口温度到达500℃～600℃；然后通入O2和N2的混合气，吹扫至催化剂出口的NH3浓度归至近零点后关闭O2；
S4、降低反应炉的加热区温度，直至催化剂入口温度达到测试温度点后保持恒温；在等待降温的过程中，将气流切换到配气路时，根据各气体组分计算出来的理论流量设定各气体组分的流量目标值；
S5、根据FTIR对各气流组分浓度的反馈对各气体组分的设定流量进行调整，使得各气流组分浓度测量值的波动范围满足理论目标值的偏差范围，记录调整后的各气体组分的设定流量；
S6、关停NH3，其他气氛保持不变。待NH3浓度降低至近零点后，调节气路三通阀将气路重新切换至反应气路中；
S7、根据在配气环节确定的NH3流量稳定通入NH3，记录通氨的时间，当NH3出口浓度稳定在最高点后确认NH3吸附饱和，保持该状态3分钟以上，将NH3的通入浓度改为0，停止通氨，记录停止通氨的时间；
S8、保持催化剂入口温度不变，待催化剂表面物理吸附的氨逐渐释放，物理吸附的氨释放完毕后，将反应炉的加热区程序升温，使化学吸附的氨逐渐释放，并记录下开始升温的时间；
当催化剂入口温度到达500℃～600℃时，如NH3出口浓度已下降至近零，停止加热，试验结束；如NH3出口浓度仍有一定浓度，保持该高温，直至NH3出口浓度下降至近零，停止加热，试验结束；
S9、通过积分法计算储氨量，计算公式为：
式中：
NSCi——储氨量(g/L)，i＝Phy，代表物理吸附部分的储氨能力；i＝Chem，代表化学吸附部分的储氨能力；i＝Total，代表总体储氨能力。
C——在1Hz的采集频率下记录的NH3出口浓度实采值(ppm)；
t1——从停氨时刻到开始加热时刻的阶段计时(s)；
t2——从开始加热时刻到停止加热时刻的阶段计时(s)；
t3——从停氨时刻到停止加热时刻的阶段计时(s)；
Q——在1Hz的采集频率下记录的气体总流量实采值(mL/min)；
V——小样体积(L)；
ρ——氨气密度(771mg/L)。
进一步，热电偶在催化剂小样入口温度的测量点，距离催化剂小样进气端面1cm处的上游，并且处在小样中心线位置。
进一步，用压缩空气吹扫掉小样外表面和孔道内的浮尘，且在吹扫催化剂小样时，高压气喷射口距离小样的距离不小于3cm。
进一步，用密封垫包裹小样外表面，使得小样装入反应管后与管壁之间密封。
进一步，催化剂小样的长度为直径的1～6倍。
进一步，反应炉采用分段式加热的管式反应炉，包括预热区、恒温区、反应区。
进一步，反应管采用石英管，其内径为20mm～30mm。
相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：
本发明测试方法针对不同的测试速度需求对操作细节提出了不同的处理方式，以满足实验室的快速筛选评价和高精度评价的不同需求，比发动机台架测试方法更为灵活，测试精度和可重复性更好，克服了在发动机台架上以尿素水溶液供应氨气导致的供应量不精准，结果计算偏高的问题；根据FTIR排气分析仪对气体组分浓度的反馈，进一步精细调节配气组分的质量流量和水泵的泵速，可精准控制气体组分的浓度，避免发动机排气成分波动对测试结果的影响；采用热电偶测量温度，温度控制精度为±1℃，克服发动机排气温度抖动大对测试精度的影响。并且，相比发动机台架法中需要大量燃油消耗的试验成本，本发明主要试验成本在于配气和电，试验成本更低，节能环保性更好，安全性更高，配套设备设施更少。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例1中实验曲线的示意图；
图2为本发明创造实施例3中实验曲线的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
一种储氨能力测试方法，包括如下步骤：
S1、用取样工具从催化剂大样中取出催化剂小样，将小样进行外型规格尺寸的手工精修，测量小样在不同位置处的长度和直径(长度和直径取不同位置点分别测量三次以上)、分别计算出小样长度和直径的平均值，按照圆柱体体积的计算公式计算出小样体积，通常，以不同位置点测得的小样直径和长度各自的平均值分别作为小样规格尺寸的输入值，计算出小样体积。用压缩空气吹扫掉样品外表面和孔道内的浮尘，将小样缓慢推入到试验用反应管的反应区；反应管采用石英管，其设有圆形开口。需要指出的是，取小样时，可使用锯条或圆柱形取样模具(优选使用圆柱形取样器具)等工具从催化剂载体上切取出圆柱形小样。催化剂小样的直径需与反应管内径相配套，以刚好能放入反应管内为宜。催化剂小样的长度可为直径的1～6倍，推荐小样的长径比选择与催化剂原长径比相一致。通常，用密封垫包裹小样外表面，使得小样装入反应管后与管壁之间密封。
S2、在反应管进气端插入热电偶用于测量催化剂小样入口温度，热电偶在催化剂小样入口温度的测量点，处于反应管的反应区；小样入口位置与反应区入口间隔1cm，反应管内径一般为20mm～30mm，按行业的应用习惯推荐石英管内径为26mm。石英管与管式炉的长度应匹配，不宜过长，以防止反应管中的水蒸气在管式炉外产生冷凝。
反应管使用前，先使用试管刷或高压水枪等工具对内壁进行全面清洁，清洁后用压缩空气吹扫干净，确保管内清洁干燥。在进行储氨测试前，应先用氧化性气氛在高温下吹扫催化剂表面，以消除催化剂表面附着的NH3及其他杂质性气体。不吹扫的条件下直接进行测试，经试验验证会导致储氨测试结果偏低。通常，用压缩空气吹扫掉样品外表面和孔道内的浮尘，且在吹扫催化剂小样时，压缩空气喷射口距离小样的距离不小于3cm。
S3、调节反应炉的加热区温度，使得催化剂小样的入口温度到达500℃～600℃，在催化剂能够耐受的温度区间内选择较高的温度加热，以确保清扫更充分更高效；然后通入O2和N2的混合气，具体的，可选择与储氨测量条件下的空速相同的速率通入O2和N2的混合气，其中氧气浓度2％～10％，在该范围内，氧气浓度越高，吹扫效率越高，吹扫至催化剂出口的NH3浓度归至近零点后关闭O2，该过程通常在5-30min即可完成。
需要说明的是，所选用的反应炉优选采用管式反应炉，采用分段式加热，加热器具备预热区、恒温区、反应区(低温区)三个区间。加热区的三个区间可分别控温，控温精度：±1℃。其中，预热区用于为通入反应管的反应气预热，当气流经过预热区后，气流吸收热量后升温；恒温区用于进一步加热气流，当气流到达恒温区后，气流温度逐步到达平衡点，通过调节预热区与恒温区的炉温，以达到催化剂入口温度的目标值，预热区与恒温区的炉温设置应保持一致。
反应区用于模拟催化剂样品在外部环境温度较低的情况下，与热的发动机尾气进行气固相反应的环境，为确保进入催化剂的水蒸气不发生冷凝，从而降低FTIR分析的准确性，需适当设置管式反应炉的反应区温度，推荐反应区的炉温保持在120℃。水蒸气的供应方式是由供水箱中的蒸馏水经过滤后通过恒流泵定量的输送至汽化器中。水蒸气流量的控制精度不低于：±2％F.S.。
S4、降低管式反应炉的加热区温度，直至催化剂入口温度达到测试温度点后保持恒温；在等待降温的过程中，将气流切换到配气路，根据各气体组分计算出来的理论流量设定各气体组分的流量目标值；
S5、采用流量计控制气体流量，根据FTIR对各气体组分浓度的反馈对各气体组分的设定流量进行调整，使得各气体组分浓度测量值的波动范围满足理论目标值的偏差范围，记录调整后的各气体组分的设定流量，上述的流量计优选采用高速质量数字流量计，精度不低于：±1％F.S.。气体配制时，以气瓶作为气源，经过减压、过滤后进入气体流量计，各路气体包括水蒸气经混合器充分混合后配制成设定浓度和流量的混合气体。然后根据FTIR分析反馈的气体组分浓度，对各气体组分的设定流量进行调整，以最终实现各气流组分浓度测量值的波动范围满足理论目标值的偏差范围。混合后的气体在石英反应管内由管式炉的加热器进行加热。
S6、关停NH3，其他气氛保持不变。待NH3浓度降低至近零点后，调节气路三通阀将气路重新切换至反应气路中；
S7、根据在配气环节确定的NH3流量稳定通入NH3，记录通氨的时间，当NH3出口浓度稳定在最高点后确认NH3吸附饱和，保持该状态3分钟以上，将NH3的通入浓度改为0，停止通氨，记录停止通氨的时间(精确到秒)；
S8、保持催化剂入口温度不变，催化剂表面物理吸附的氨逐渐释放，待物理吸附的氨释放完毕后，将反应炉的加热区程序升温，使化学吸附的氨逐渐释放，并记录下开始升温的时间；
在拟测量的入口温度(由于SCR通常工作在100℃～500℃的温度范围内，可选择该区间的某一或某几个温度作为考察点)及NH3浓度(可根据进入SCR实际工作环境中上游尾气中的NH3浓度而定，通常SCR工作的NH3浓度范围为250ppm～2000ppm)下，使NH3在催化剂表面达到饱和。
当催化剂入口温度到达500℃～600℃时，如NH3出口浓度已下降至近零，停止加热，试验结束；如NH3出口浓度仍有一定浓度，保持该高温，直至NH3出口浓度下降至近零，停止加热，试验结束。
吸附的NH3分为物理吸附和酸性位吸附两种状态。通过氨气释放的温度可以判断出吸附的类型(物理吸附或化学吸附)。化学位上的吸附属于酸性位吸附，在温度不变的情况下，被化学位吸附的氨不会释放出来，只有催化剂表面依靠范德华力物理吸附的氨会因氨浓度的降低而逐渐脱离催化剂表面释放出来。随着温度的升高，化学位吸附的氨会逐渐脱离酸性位的吸附而释放出来，即，通过高温将吸附的氨完全释放完毕。以下针对不同的测试速度需求提供四种放氨方法，四种放氨方法在升温时刻的NH3出口浓度和停止统计放氨时刻的NH3出口浓度有不同的要求。
方法1：精准计算物理吸附和化学吸附的储氨量。
保持催化剂入口温度不变，催化剂表面物理吸附的氨逐渐释放。
当NH3出口浓度下降至近零时(物理吸附的氨释放完毕)，以(5～10)℃/min的升温速率使得管式反应炉的加热区程序升温，记录开始升温的时间。此过程中，化学吸附的氨逐渐释放。
当催化剂入口温度到达(500～600)℃时，如NH3出口浓度已下降至近零，停止加热，试验结束；如NH3出口浓度仍有一定浓度，保持该高温，直至NH3出口浓度下降至近零，停止加热，试验结束。需要说明的是，通常SCR在450℃时仍有储氨能力，但500℃时通常已经失去储氨能力，如果低于500℃，氨会释放不完全，因而选择500℃作为氨脱附温度的下限。
通常当温度升高到500℃时，氨已释放完毕；但对于部分储氨能力极强储氨量较高的SCR，温度升高到500℃时，氨可能尚未完全释放完毕，如为了进一步提高氨脱附的速度，可以进一步升温加速氨的释放，SCR的正常工作温度通常不超过600℃，选择600℃作为氨释放温度的上限，这样既可以保证氨气完全释放出来，又不会超过SCR的正常工作温度，不会导致SCR催化剂热老化。
方法2：快速计算物理吸附和化学吸附的储氨量。
将方法1中的第(2)条和第(3)条，“NH3出口浓度下降至近零”的要求变更为“NH3出口浓度小于某值(该值为NH3入口浓度的0.5％～2％，该值与储氨阶段的氨浓度有关，储氨阶段的氨浓度越高，该值可以相应提高)，可大幅缩减放氨阶段所需时间。原因是：当NH3出口浓度较低时，氨的释放速度变慢，而此阶段释放的氨量也较小，在储氨量结果的计算值中的占比较小。其他步骤与方法1相同。此方法相比方法1的放氨时间可以缩短时间约20min～120min。
方法3：精确计算总储氨量。
将方法1中的第(2)条，“NH3出口浓度下降至近零”的要求变更为“NH3出口浓度小于某值(推荐该值为NH3入口浓度的20％～80％)”。即当不需要区分物理吸附和化学吸附的储氨量，仅计算总储氨量时，可以在停止通氨后，待氨浓度稍降低后就开始升温。计算从停氨时刻到停止加热时刻区间的氨脱附量作为总储氨量。其他步骤与方法1相同。此方法相比方法1的放氨时间可以缩短20min～120min。
方法4：快速计算总储氨量。
将方法2中的第(2)条，“NH3出口浓度下降至近零”的要求变更为“NH3出口浓度小于某值(推荐该值为NH3入口浓度的20％～80％)”。其他步骤与方法2相同。此方法相比方法2的放氨时间可以缩短10min～60min。
本发明同时根据不同的测试需求(是否要区分物理吸附和化学吸附，是否追求较高的测试效率)，提供了四种脱氨方法，方法具有较佳的重复性，以放氨阶段释放出来的氨气量作为样品的储氨量，相较于相比直接计算储氨阶段存储进去的氨气量的计算方式更为精确，可排除掉储氨接近饱和阶段因氨气浓度波动引入的误差。
S9、通过积分法计算储氨量，计算公式为：
式中：
NSCi——储氨量(g/L)，i＝Phy，代表物理吸附部分的储氨能力；i＝Chem，代表化学吸附部分的储氨能力；i＝Total，代表总体储氨能力。
C——在1Hz的采集频率下记录的NH3出口浓度实采值(ppm)；
t1——从停氨时刻到开始加热时刻的阶段计时(s)；
t2——从开始加热时刻到停止加热时刻的阶段计时(s)；
t3——从停氨时刻到停止加热时刻的阶段计时(s)；
Q——在1Hz的采集频率下记录的气体总流量实采值(mL/min)；
V——小样体积(L)；
ρ——氨气密度(771mg/L)。
热电偶在催化剂小样入口温度的测量点，距离催化剂小样进气端面1cm处的上游，并且处在小样中心线位置。测量点与催化剂保持一定间隔可以防止催化剂放热或吸热对入口温度测量结果的影响，行业内的惯例通常是间隔1cm，且该测量点应处于石英管的反应区。
需要说明的是，傅里叶红外分析仪FTIR优选单通道采样头的FTIR，分辨率不低于：0.5cm-1。用于采集和分析催化剂入口及出口的气流中各组分的浓度。采样点设置在石英反应管出口和配气路出口的交汇处，在石英反应管入口和配气路入口的交汇处安装三通阀实现气流在反应气路和配气路之间的切换的功能。当气流切换至配气路中时，FTIR分析得到的数据即为催化剂入口的组分浓度；当气流切换至反应气路中时，FTIR分析得到的数据即为催化剂出口的组分浓度。
相较于传统柴油机台架法的优势：第一、本方法采用直接向反应管路中通入氨气的方式，可排除掉尿素水溶液在排气管路中因热解和水解不充分形成沉淀、结晶以及副产物对SCR催化剂储氨能力的表现造成的干扰，测试结果与样品自身特性的关联性大幅提高，显著提高了测试精度。第二、采用气瓶供应反应用气、用电加热反应器提供热源，可准确便捷控制试验条件(反应气组分浓度、反应气流量、催化剂入口温度)，相比柴油机台架法，测试条件技术参数的控制精度更高、试验重复性和再现性大幅提高。第三、用加热管式模拟反应器代替了柴油机台架，不需要柴油机台架实验室的进气空调、铁地板、进油管路等配套设施；不需要柴油机测功机、油耗仪等配套仪器设备；不存在柴油机运转过程中产生的高热和高速旋转的测功机滚筒带来的安全危险。同时，本方法相比柴油机台架法，设备占用面积减小，配套设施要求降低、设备购置成本和运行成本大幅下降，同时试验操作的安全性提高。
实施例1：
以SCR催化剂A作为测试对象，取小样规格为
按方法1精准计算物理吸附和化学吸附的储氨量，测试空速为40000h-1，测试入口温度为250℃，NH3浓度为1200ppm，H2O浓度为8％。
(1)氧吹扫：输入气流的空速设定值为40000h-1，输入气体组分为O2浓度10％(v/v)，N2为平衡气，通入含氧气体吹扫催化剂，除去其表面附着的NH3。持续通入10％O2和N2，直至催化剂出口的NH3浓度测量值降为2ppm以下后关闭O2，过程约5～15min。该步骤对O2浓度的控制精度无要求，以NH3吹扫干净为最终目标。
(2)配气：降低和调节管式炉的预热区和恒温区的炉温设定值，使催化剂入口温度降低至测试温度点(250±2)℃后保持恒温。作为举例，在等待降温过程中，设置气路从反应气路切换至配气气路中，输入新增气体组分为NH3浓度1200ppm，H2O浓度8％。根据FTIR分析仪反馈的NH3和H2O浓度，调节NH3和H2O流量的设定值，直至NH3和H2O浓度达到目标控制精度。之后停止通入NH3，当观察到NH3出口浓度下降至5ppm以下后，将气路切换回反应气路中。当反应气路中的H2O浓度稳定后，进行各项温度、流量、浓度数据的记录。
(3)储氨：按在配气阶段得到的NH3流量设定值更改NH3流量的设定值，使NH3通入到反应气路中，人工记录此刻的通氨时间。当观察到NH3出口浓度重新回到入口浓度水平并保持平稳(保持3min以上)后，再次更改NH3流量的设定值为0，停止通入NH3，人工记录此刻的停氨时间(停氨时间精确到s)。储氨时间约(30～50)min。
(4)第一阶段放氨：当观察到NH3出口浓度逐渐下降至2ppm以下后，第一阶段放氨完成。此阶段放氨时间约134min。
(5)第二阶段放氨：更改管式炉的预热区和恒温区的炉温升温方式为程序升温，以10℃/min升温管式炉的预热区和加热区，人工记录开始升温的时间。当催化剂入口温度到达600℃后，设置管式炉的预热区和恒温区的炉温为保温模式，使催化剂入口温度保持在(600±10)℃。在升温过程中，观察到NH3出现了二次脱附，待NH3出口浓度逐渐下降至1ppm以下后，停止采集数据。此阶段放氨时间约82min。
(6)以时间(从NH3通入时刻起，s)为横坐标，NH3出口浓度(ppm)为纵坐标绘制曲线，如图1所示。本次试验通入NH3时间为2440秒，从曲线中可以观察到，停止通氨后，NH3出口浓度并未立即下降，而是在第2466秒才开始有明显下降，从第2441秒～第2465秒应为系统延迟。
(7)用面积积分法计算以时间为积分单位，从氨气脱附过程中的不同脱附阶段的储氨量。本次试验第一个脱附阶段(物理脱附)计算积分的区间是从第2466秒至第8000秒，放氨时间约为92min；第二脱附阶段(化学吸附)计算积分的区间是从第8001秒(开始升温)至第12925秒结束，放氨时间约为82min；全程总放氨时间约为174min。第一次测试完成后，重新降温至测试温度点，按以上方法重复进行第二次、第三次储氨测试。平行测定三次结果见下表。从表中看到，物理吸附、化学吸附、总吸附(物理吸附+化学吸附)平行测定三次的结果的相对标准偏差RSD相近，且均小于1％，说明本方法对不同脱附阶段的储氨能力具有测试精度高、重复性佳的优点。
表：实施例1平行测定三次的储氨量结果
实施例2：
采用实施例1中的样品及测试要求，按方法2快速计算物理吸附和化学吸附的储氨量。
(4)第一阶段放氨：将“等待NH3出口浓度下降至2ppm”改为“等待NH3出口浓度下降至10ppm”，此阶段放氨时间约40min。
(5)第二阶段放氨：将“待出口NH3下降至1ppm”改为“待出口NH3下降至10ppm”，此阶段放氨时间约30min。
平行测定1次，其他步骤同实施例1。实施例2的总放氨时间约为70min，比实施例1的放氨时间缩短约104min。
实施例3：
采用实施例1中的样品及测试要求，按方法3精准计算总储氨量。第一阶段放氨时，将“等待NH3出口浓度下降至2ppm”改为“等待NH3出口浓度下降至约250ppm”。其他步骤同实施例1。实施例3从第2597秒开始放氨，到第6688秒放氨结束，总放氨时间约为68min，实验曲线如图2所示。实施例3比实施例1的总放氨时间缩短约106min。
实施例4：
采用实施例1中的样品及测试要求，按方法4快速计算总储氨量。第二阶段放氨时：将“待出口NH3下降至1ppm”改为“待出口NH3低于10ppm”，此阶段放氨时间约50min。其他步骤与方法3相同。实施例4比实施例3的放氨时间缩短约18min。
表实施例1～4储氨量测定结果对比
实施例5：
以SCR催化剂B(SCR催化剂A与B为不同厂家生产的样品)作为测试对象更换测试的NH3浓度，选取不同的入口温度，验证本发明方法。取小样规格为
按方法4快速计算总储氨量，测试空速为100000h-1，NH3浓度为500ppm，H2O浓度为10％，测试入口温度分别为100℃、200℃、250℃、350℃、450℃。
(1)氧吹扫：提高催化剂入口温度到500℃，以空速100000h-1通入10％O2/N2吹扫至催化剂出口的NH3浓度降为2ppm以下后关闭O2，过程约10min。
(2)降低炉温，使入口温度降低至测试温度点(±2)℃后保持恒温。在等待降温过程中，将气路切换至配气气路中，调节NH3浓度至(500±5)ppm，H2O浓度至(10±0.25)％后，关停NH3，待NH3浓度下降至2ppm以下后，将气路切换至反应气路中。待反应气路中的H2O稳定后开始数据采集，采集频次为1Hz。
(3)储氨：按在配气气路中测量得到的NH3流量通入NH3，记录通氨时间。当NH3出口浓度重新回到入口浓度水平后，停止通入NH3，记录停氨时间(从整分钟开始停氨，停氨时间精确到s)。储氨时间(5～20)min。
(4)第一阶段放氨：在温度不变的情况下，等待NH3出口浓度下降至200ppm。
(5)第二阶段放氨：以10℃/min程序升温至入口温度500℃后保持该温度，记录开始升温的时间。待出口NH3下降至5ppm，停止采集数据，记录放氨结束时间。
(6)以时间(从NH3通入时刻起，s)为横坐标，NH3出口浓度(ppm)为纵坐标绘制曲线。用面积积分法计算每个温度点下的脱附储氨量。
表实施例5测定结果
本发明测试方法针对不同的测试速度需求对操作细节提出了不同的处理方式，以满足实验室的快速评价和高精度评价的不同需求，比发动机台架测试方法更为灵活，测试精度和可重复性更好，克服了在发动机台架上以尿素水溶液供应氨气导致的供应量不精准，结果计算偏高的问题，避免了发动机排气成分波动对测试气氛的影响；H2O气来源为纯净水，采用平流泵定量稳定将水泵入到汽化器中，水经汽化器充分汽化后以气体形式与其他气体组分混合均匀后进入反应气路中，根据FTIR排气分析仪对水汽浓度的反馈，进一步精细调节水泵的泵速，精准控制水汽的通入量，避免发动机排气中水气含量波动对测试结果的影响；采用热电偶测量温度，温度控制精度为±1℃，克服发动机排气温度抖动大对测试精度的影响。并且，相比发动机燃油消耗，本发明主要成本在于配气和电，试验成本更低，节能环保性更好。以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种储氨能力测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、取催化剂小样，进行精修并测量小样尺寸、计算出小样体积；用压缩空气吹扫掉样品外表面和孔道内的浮尘，将小样缓慢推入到试验用反应管的反应区；
S2、在反应管进气端插入热电偶用于测量催化剂小样入口温度，热电偶在催化剂小样入口温度的测量点，处于反应管的反应区；
S3、调节反应炉的加热区温度，使得催化剂小样的入口温度到达500℃～600℃；然后通入O2和N2，吹扫至催化剂出口的NH3浓度归至近零点后关闭O2；
S4、降低反应炉的加热区温度，直至催化剂入口温度达到测试温度点后保持恒温；在等待降温的过程中，将气流切换到配气路时，根据各气体组分计算出来的理论流量设定各气体组分的流量目标值；
S5、根据FTIR对各气流组分浓度的反馈对各气体组分的设定流量进行调整，使得各气流组分浓度测量值的波动范围满足理论目标值的偏差范围，记录调整后的各气体组分的设定流量；
S6、关停NH3，其他气氛保持不变。待NH3浓度降低至近零点后，调节气路三通阀将气路重新切换至反应气路中；
S7、在配气环节确定的NH3流量稳定通入NH3，记录通氨的时间，当NH3出口浓度稳定在最高点后NH3吸附饱和，保持该状态3分钟以上，将NH3的通入浓度改为0，停止通氨，记录停止通氨的时间；
S8、保持催化剂入口温度不变，待催化剂表面物理吸附的氨逐渐释放，物理吸附的氨释放完毕后，将反应炉的加热区程序升温，使化学吸附的氨逐渐释放，并记录下开始升温的时间；
当催化剂入口温度到达500℃～600℃时，如NH3出口浓度已下降至近零，停止加热，试验结束；如NH3出口浓度仍有一定浓度，保持该高温，直至NH3出口浓度下降至近零，停止加热，试验结束；
S9、通过积分法计算储氨量，计算公式为：
式中：
NSCi——储氨量(g/L)，i＝Phy，代表物理吸附部分的储氨能力；i＝Chem，代表化学吸附部分的储氨能力；i＝Total，代表总体储氨能力。
C——NH3出口浓度(ppm)；
t1——从停氨时刻到开始加热时刻的阶段计时(s)；
t2——从开始加热时刻到停止加热时刻的阶段计时(s)；
t3——从停氨时刻到停止加热时刻的阶段计时(s)；
Q——气体总流量实采值(mL/min)；
V——小样体积(L)；
ρ——氨气密度(771mg/L)。
2.根据权利要求1所述的一种储氨能力测试方法，其特征在于：热电偶在催化剂小样入口温度的测量点，距离催化剂小样进气端面1cm处的上游，并且处在小样中心线位置。
3.根据权利要求1所述的一种储氨能力测试方法，其特征在于：用压缩空气吹扫掉样品外表面和孔道内的浮尘，且在吹扫催化剂小样时，压缩空气喷射口距离小样的距离不小于3cm。
4.根据权利要求1所述的一种储氨能力测试方法，其特征在于：用密封垫包裹小样外表面，使得小样装入反应管后与管壁之间密封。
5.根据权利要求1所述的一种储氨能力测试方法，其特征在于：催化剂小样的长度为直径的1～6倍。
6.根据权利要求1所述的一种储氨能力测试方法，其特征在于：反应炉采用分段式加热的管式反应炉，包括预热区、恒温区、反应区。
7.根据权利要求1所述的一种储氨能力测试方法，其特征在于：反应管采用石英管，其内径为20mm～30mm。
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|---|---|---|---|
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