[发明专利]一种天然气车用催化剂快速老化装置及其应用方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，尤其属于催化剂制备中老化方法技术领域，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。

背景技术

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。