一种天然气车用催化剂快速老化装置及其应用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种天然气车用催化剂快速老化装置及其应用方法。包括供气单元和反应单元；供气单元用于提供模拟当量燃烧天然气发动机尾气气氛；包括多个钢瓶、减压阀、调压阀、质量流量计、聚四氟乙烯管路、加热带保温管路；反应单元用于模拟当量燃烧天然气发动机尾气的温度和时间对催化剂进行老化，包括管式炉和控制单元；试样催化剂置于管式炉中，催化剂外壁与管式炉壁之间的间隙有耐高温材料密封。本发明专利技术采用与当量燃烧天然气发动机尾气相同的气氛，通过采集发动机台架老化过程中的最高温度和该温度对应的时间，以此温度和时间为基础进行催化剂老化，更接近真实老化过程情况、并大大缩短了催化剂台架老化过程。

A Rapid Aging Device for Natural Gas Vehicle Catalysts and Its Application Method

The invention discloses a fast aging device for natural gas vehicle catalyst and its application method. It includes gas supply unit and reaction unit; gas supply unit is used to provide tail gas atmosphere for simulating equivalent combustion of natural gas engine; it includes multiple cylinders, pressure reducing valve, pressure regulating valve, mass flowmeter, PTFE pipeline, heating belt insulation pipeline; reaction unit is used to simulate the temperature and time of equivalent combustion of natural gas engine tail gas to aging catalyst, including tubular furnace and control. The sample catalyst is placed in the tubular furnace, and the gap between the outer wall of the catalyst and the tubular wall is sealed by high temperature resistant material. The invention adopts the same atmosphere as the exhaust gas of an equivalent combustion natural gas engine, collects the highest temperature and the corresponding time in the aging process of the engine bench, and carries out the aging of the catalyst based on the temperature and time, which is closer to the real aging process and greatly shortens the aging process of the catalyst bench.

【技术实现步骤摘要】
一种天然气车用催化剂快速老化装置及其应用方法
本专利技术属于催化剂制备
，尤其属于催化剂制备中老化方法
，涉及一种当量燃烧天然气车催化剂制备研究中的快速老化装置及其应用方法。
技术介绍
随着人们生活水平的不断提高，我国汽车保有量逐年增加，城市大气污染环境问题也日益突出，为了保护环境，防止城市大气污染，我国对机动车尾气的排放标准不断升级，污染物的排放限值不断加严，逐步达到接近于零排放的要求。中国现阶段天然气车执行的国五排放标准，从2019年7月1日起将执行国六排放标准。随着排放标准的提升，污染物的排放限值在国五阶段的基础上大幅降低，对催化剂的活性提出了更高的要求，同时对催化剂的耐久性也提出了更高的要求，其中N3类车的耐久里程从国五的50万公里提升到国六阶段的70万公里。因此，如何评价催化剂的耐久性显得尤为重要。目前汽车尾气催化剂常用的考察催化剂耐久性的老化方法主要有以下四种，整车老化，发动机台架老化，马弗炉老化和模拟气氛老化。第一种方法为整车老化，即催化剂安装于车辆的排气管上，在规定的道路上按一定的工况行驶，行驶里程达到催化剂要求的里程为止，然后进行排放测试，根据排放结果判断催化剂的耐久性是否满足要求。一次整车老化试验一般需要一年以上的时间，花费数百万元。该方法评价催化剂的耐久性周期较长且费用很高。此方法适用于定型的催化剂的耐久性验证。不适用于研发阶段大量催化剂配方的耐久性验证。第二种方法为台架老化，即按照“GB20890-2007重型汽车排气污染物排放控制系统耐久性要求及试验方法”中的发动机台架耐久试验循环进行，一个台架耐久循环(5小时)相当于整车道路耐久行驶800公里。一次类推70万公里相当于台架耐久4375小时，每天按20小时计算，每月按25天计算，台架耐久时间也超过8个月。此种方法一次试验花费超过100万。此方法适用于定型的催化剂的耐久性验证。不适用于研发阶段大量催化剂配方的耐久性验证。第三种方法为马弗炉老化，即将催化剂至于马弗炉中进行高温水热老化，此方法的优点是效率快，费用低，但是催化剂老化后的排放结果与整车和台架老化差异较大，往往氮氧化合物(NOx)的排放远远超过整车和台架老化的排放结果，不能真实反映催化剂在实际使用过程中的劣化情况。不适用研发阶段催化剂配方的耐久性验证。第四种模拟气氛老化，即在一定温度下，通入模拟发动机尾气的气氛下进行老化，能够比较准确的模拟催化剂的老化温度，老化时间和老化气氛。是一种实验室的老化方法，适用于研发阶段催化剂配方的筛选，具有快速，经济和与台架老化相关性好等优点。当量燃烧是指发动机的燃料量和空气进气量按化学计量比进行混合，即燃料完全燃烧刚好把空气中的氧气消耗完。有关模拟气氛老化的方法目前有大量的专利文献报道。中国专利CN102107148提到了一种催化剂劣化方法。其方法为将待劣化的催化剂在磷酸或磷酸盐溶液中浸渍，然后进行煅烧；最后再热老化处理。热老化条件为：在500～1200℃的真空环境、还原性气氛或惰性气氛中处理1～30h或在850～1300℃氧化性气氛或氧化-还原振荡气氛中处理2～50h。老化过程中气氛为还原性气氛主要是含氢气(H2)或一氧化碳(CO)的气氛，惰性气氛主要是氮气(N2)、氦气(He)或氩气(Ar)中的任意一种或几种，氧化-还原振荡气氛中氧化气氛可以为10％水蒸气、10％二氧化碳(CO2)、5％氧气(O2)，其余成分为N2，还原气氛为10％水蒸气、10％CO2、10％CO，其余成分为N2。实际当量燃烧天然气发动机的尾气组成主要有甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)、一氧化氮(NO)、氧气(O2)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)和水(H2O)，过量空气系数λ等于1。该专利技术专利中的老化气氛与实际当量燃烧天然气车尾气气氛差异很大，不适用于当量燃烧天然气车催化剂老化。美国专利US8038951B2提到了一种汽油车催化剂的实验室快速老化方法。其方法为将1inch×1.5inch的催化剂放置于炉子中，老化过程通入空气和10％水，在1050℃条件下，老化12h。此方法为典型的高温水热老化，存在的缺陷是老化过程中气氛为氮气、氧气、水汽。其中氧含量为18％左右，与当量燃烧天然气车尾气中氧含量差异很大，氧含量太高会使催化剂老化后NO活性与整车和台架老化后的催化剂活性差很别很大，且汽油车催化剂的使用温度高于重型当量燃烧天然气车催化剂的使用温度，因此二者所需的老化温度也不同。中国专利CN107764626公开了一种催化剂的快速老化方法，该老化方法中老化过程的气体组成为：O2体积百分比含量0.2％～1.0％，CO体积百分比含量0.4％～2.0％；H2O体积百分比含量8％～12％，O2与CO的体积比为1:2，其余为N2或He，老化温度为1000～1050℃，在1000～1050℃保持时间为20～50小时。该方法的老化温度超过1000℃，属于典型的汽油机紧耦合催化剂的老化，由于天然气车催化剂的使用温度低于汽油机紧耦合催化剂的使用温度，该法不适用于天然气车催化剂的老化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种天然气车用催化剂快速老化装置及其应用方法。本专利技术公开了一种天然气车催化剂的实验室快速老化装置及催化剂老化方法，通过本装置及其方法快速老化后催化剂的性能与天然发动机台架老化后的性能相当，是能够最接近真实模拟催化剂实际老化状态的装置及其应用方法。本专利技术通过以下技术方案实现：天然气车用催化剂快速老化装置，其特征在于：装置包括供气单元和反应单元；所述供气单元用于提供模拟当量燃烧天然气发动机尾气气氛；包括多个钢瓶、减压阀、调压阀、质量流量计、聚四氟乙烯管路、加热带保温管路；各钢瓶依次联接减压阀、调压阀、质量流量计、聚四氟乙烯管路后合并通过加热带保温管路将模拟气体组分输入反应单元；其中，至少有一个钢瓶为氮气瓶，氮气瓶依次联接减压阀、调压阀、质量流量计、单向阀、冷凝瓶后，第一路顺序联接开关、加湿器再与加热带保温管路连接，第二路联接开关后再与加热带保温管路连接；所述反应单元用于模拟当量燃烧天然气发动机尾气的温度和时间对催化剂进行老化，包括管式炉和控制单元；控制单元包括分别置于管式炉入口和出口的热电偶、温度和时间控制器、电流和电压控制器；试样催化剂置于管式炉中，催化剂外壁与管式炉壁之间的间隙有耐高温材料密封。所述钢瓶还包括CH4、CO、NO、O2、CO2气钢瓶。采用上述老化装置进行当量燃烧天然气车用催化剂快速老化应用的方法，包括以下方法：步骤一，采集相应催化剂在当量燃烧天然气发动机台架老化过程的相关参数，包括发动机在老化工况下的尾气组成，老化过程中的催化器入口温度，最高老化温度，催化剂空速，台架老化时间；通过采集的催化器入口温度，获得最高老化温度。步骤二，根据步骤一获取的参数，在本专利技术所述老化装置上进行参数设定，通过供气单元模拟上述台架老化的尾气组成，包括CH4、CO、NO、O2、CO2、或/和N2的浓度、比例及总气体流量；步骤三，将需试验催化剂样放入所述老化装置管式炉的恒温区，对管式炉与催化剂样间的间隙使用耐高温材料进行密封，使气体只能从催化剂通过；步骤四，通过反应单元控制老化装置的老化温度、老化时间；在升温、恒温和降温过程中保证通入气氛不变，完成老化试验，其中，反应单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然气车用催化剂快速老化装置，其特征在于：装置包括供气单元和反应单元；所述供气单元用于提供模拟当量燃烧天然气发动机尾气气氛；包括多个钢瓶、减压阀、调压阀、质量流量计、聚四氟乙烯管路、加热带保温管路；各钢瓶依次联接减压阀、调压阀、质量流量计、聚四氟乙烯管路后合并通过加热带保温管路将模拟气体组分输入反应单元；其中，至少有一个钢瓶为氮气瓶，氮气瓶依次联接减压阀、调压阀、质量流量计、单向阀、冷凝瓶后，第一路顺序联接开关、加湿器再与加热带保温管路连接，第二路联接开关后再与加热带保温管路连接；所述反应单元用于模拟当量燃烧天然气发动机尾气的温度和时间对催化剂进行老化，包括管式炉和控制单元；控制单元包括分别置于管式炉入口和出口的热电偶、温度和时间控制器、电流和电压控制器；试样催化剂置于管式炉中，催化剂外壁与管式炉壁之间的间隙有耐高温材料密封。

【技术特征摘要】
1.一种天然气车用催化剂快速老化装置，其特征在于：装置包括供气单元和反应单元；所述供气单元用于提供模拟当量燃烧天然气发动机尾气气氛；包括多个钢瓶、减压阀、调压阀、质量流量计、聚四氟乙烯管路、加热带保温管路；各钢瓶依次联接减压阀、调压阀、质量流量计、聚四氟乙烯管路后合并通过加热带保温管路将模拟气体组分输入反应单元；其中，至少有一个钢瓶为氮气瓶，氮气瓶依次联接减压阀、调压阀、质量流量计、单向阀、冷凝瓶后，第一路顺序联接开关、加湿器再与加热带保温管路连接，第二路联接开关后再与加热带保温管路连接；所述反应单元用于模拟当量燃烧天然气发动机尾气的温度和时间对催化剂进行老化，包括管式炉和控制单元；控制单元包括分别置于管式炉入口和出口的热电偶、温度和时间控制器、电流和电压控制器；试样催化剂置于管式炉中，催化剂外壁与管式炉壁之间的间隙有耐高温材料密封。2.根据权利要求1所述的天然气车用催化剂快速老化装置，其特征在于：所述钢瓶还包括CH4、CO、NO、O2、CO2气钢瓶。3.一种天然气车用催化剂快速老化应用方法，其特征在于：所述应用方法采用权利要求1或2所述的老化装置进行，包括以下方法：步骤一，采集催化剂在当量燃烧天然气发动机台架老化过程的相关参数，包括发动机在老化工况下的尾气组成，老化过程中的催化器入口温度，最高老化温度，催化剂空速，台架老化时间；步骤二，根据步骤一获取的参数，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：程永香，淡宜，王云，杜洪仪，朱赞，刘芳，王燕，刘冶，李云，陈启章，
申请(专利权)人：中自环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51