[发明专利]催化剂及材料的评价系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂及材料的评价系统，尤其是涉及一种能够模拟机动车尾气组成和使用条件，实现对各种汽车尾气催化剂及材料进行评价的装置系统。

背景技术

众所周知，世界范围内机动车排放的尾气是导致空气质量问题的主要因素。在降低汽车排放污染的各项措施中，汽车尾气催化净化技术是目前被公认的最有效技术而被广泛应用。例如汽油发动机和摩托车的三效催化剂。有关对柴油发动机尾气净化的各种颗粒捕集器和NOx阱，以及选择性催化还原（SCR）、四效催化技术（NPDR）等也正在开发和试运行之中。

在汽车尾气催化剂实际装车应用之前，必须确认催化剂的性能和寿命是否满足相关的排放法规要求，有必要进行相关的测试工作。

对催化剂性能的测试可以有以下方法：

将催化剂装车后直接在路面上跑车，并实时监控催化剂的性能。该方法因为是路跑，所以最接近车辆的实际使用条件，但由于受路况等行驶条件影响较大，实验结果的重复性较差，不是一种标准的催化剂性能评价方法。

将催化剂装车后在标准的车辆试验场，按标准的程序跑车，并在固定公里数后在配有转鼓和底盘测功机的专业实验室里，运行特定的驾驶循环来检测催化剂的性能。例如国标GB18352.3-2005里规定的方法。该方法作为一种标准的装车验证方法，为广大汽车厂所采用。但该方法的不利之处在于实验周期长、需要专业的实验场和检测设备，花费很大。除此之外采用该方法得到的评价结果是对车辆排放性能的整体评价，离开特定的试验车辆的试验结果，无法说明不同型号、不同厂家的催化剂产品性能。

采用发动机台架测试系统可以直接对催化剂性能、寿命进行测试和快速模拟，相对于上述两方法可大大缩短试验周期和节省费用。如GBT18377-2001（ GB/T18377-2001汽油车用催化转化器的技术要求和试验方法）中规定的方法。但这种方法的不足在于测试结果受发动机参数和性能影响。不同的发动机、不同的运行工况，同一个催化剂试验的结果可能有偏差，甚至很大的偏差。而实际上不同的实验室往往所采用的发动机和运行工况都不同，造成实验结果的可比性变差。该方法也不是一种很好的评价催化剂性能的基准方法。

一种被认为是较基准的评价催化剂性能的方法是采用标准气来模拟汽车废气。由于标准气性质的稳定性，因此采用标准气模拟废气进行的催化剂评价结果，不会因地点、实验室、测试使用对象及操作人员的差异而不同，而只跟模拟气组成、反应温度、反应器结构形式等相关。作为一种基准的方法，该方法在催化剂实验室研究和开发阶段被广泛使用，具有装置简单、成本低、实验结果重现性和一致性好的优点且易于实现标准化。

最常见的标准气模拟活性评价方法为采用两种气体，例如CO+O2，HC+O2评价催化剂的氧化活性；或CO+NO，HC+NO，H2+NO等评价催化剂的氧化还原性能；或者是3至4种气体系统，O2+NO+还原剂，表征催化剂的选择性催化还原能力；或CO+NO+HC+O2，表征催化剂的三效性能。这些评价方法在测试时气体的百分比组成是固定的，烃类一般只有一种如C3H8，被称为稳态法（GB/T 1881-2002）（石油学报（石油加工），2001，VOl.17,P16-20）。由于模拟气组成与实际尾气还相差较大，如烃类组成单一、无CO2或H2O，以及稳态气氛与汽车实际的动态气氛有差别，使得测试的结果与实际装车或发动机台架测试结果之间比对性不好。

为了进一步提高催化剂模拟评价数据结果的可比对性，有发明者提出了动态小样评价模拟系统，在气体的组成上尽量考虑与实际气氛接近。如美国西南研究院的通用合成气体反应器（USGR）（US 200510107973）。该系统模拟气组分烃类可以是一种或多种，加进了CO2和H2O，同时也考虑到了因为燃料、发动机的差别，可以设置增减相应的组分和调整组分的百分比，同时对尾气中的氧组分含量可以设定为稀燃和富燃的两百分比，且气路可以在这两个百分比之间交替变换，实现了对发动机排气的稀富燃变化模拟，两个点之间的差值可以根据需要设定。