[发明专利]一种加速老化试验快速鉴定SCR催化剂老化程度的方法

说明书

本发明涉及一种加速老化试验快速鉴定SCR催化剂老化程度的方法。本发明以强酸位点数目为切入点，定量评价SCR催化剂的老化程度，将排气老化的SCR催化剂与实验室加速老化的联系起来。提出老化临界温度这个概念，忽略低于该温度时排气带来的老化效应，同时避免实验室加速老化温度高于催化剂性能崩塌点。在计算机环境下搭建了加速老化时间加速比模型，基于该模型可以计算SCR催化剂在不同排气状况下所需的实验室加速老化时间。在实验室环境下加速老化SCR催化剂，而后通过测试实验室加速老化的SCR催化剂，可以快速评价排气状况下的老化程度，极大地缩短了SCR催化剂的开发周期。

技术领域

本发明涉及一种加速老化试验快速鉴定SCR催化剂老化程度的方法。

背景技术

NH₃-SCR是稀薄燃烧发动机NO_x还原的主要技术，催化剂是SCR技术的核心所在，因此催化剂的性能直接决定了尾气中NO_x的转化效率是否达标。现有催化剂技术已经可以确保新鲜的催化剂满足NO_x排放的要求，但是在高温高湿度的排气环境笼罩下，SCR催化剂能否在生命周期内可靠稳定运行是工程上一直关注的重要问题。然而目前广泛使用的分子筛催化剂具有较好的抗水热老化性能，在催化剂的实际开发和测试中，耗费上千小时来测试其老化后的性能，这不仅耗费很长时间，而且试验成本昂贵，严重阻碍了催化剂的设计开发及推广应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种实验室加速水热老化对应自然水热老化的时间加速比计算模型，从已有的理论和实际测试数据出发，搭建了SCR催化剂加速水热老化时间加速比计算模型，利用该模型能够计算得到，达到相同老化程度，自然老化所需时间与人为高温高湿度老化试验所需时间之比。通过计算获得的加速比可以设计加速老化试验，在短时间内将催化剂老化到预期程度，以缩短SCR催化剂的开发周期。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种实验室加速老化试验快速鉴定SCR催化剂老化程度的方法。目前评价SCR催化剂老化程度的方法主要有：NO_x转化效率温度窗口、微观特性、NH₃存储能力等。目前NO_x转化效率下限数值的选取没有统一的标准，因此用NO_x转化效率温度窗口来定量评价SCR催化剂的老化程度存在争议。微观特性表征通常用于定性分析SCR催化剂老化程度，它们更多的是被用来解释催化活性下降的原因，难以应用于水热老化的定量评价分析。NH₃存储能力是指SCR催化剂上所能吸附的NH₃总量，根据目前公认的E-R反应机理，只有吸附态的NH₃才能与NO_x反应，所以NH₃存储能力也可以作为评价SCR催化剂催化性能的指标之一。NH₃的存储能力由Lewis(L)和酸性位点数目决定，随着老化程度的加深，NH₃的存储能力会显著下降，造成这种情况的主要原因是B酸位点数目的减少。间接地，B酸位点的数目一定程度上能够定量评价催化剂水热老化程度的，那么在不同老化条件下，当SCR催化剂的B酸位点数目达到相同值时，可以认为它们达到了相同的老化程度。本发明以B酸位点的数目作为切入点，将不同老化条件的SCR催化剂对应起来；即分别搭建SCR催化剂各活性位点数目模型和加速老化时间加速比模型，根据实际车载工况下，SCR系统内排气温度周期性变化的特点，将历经的老化过程进行划分，基于时间加速比模型计算每个稳态老化阶段对应的实验室时间，将其线性叠加，确定试验总时间tacc。最终，依据NH₃储存能力，定量评价不同水热条件下的老化程度，将实验室老化的SCR催化剂与实际车载状况下的对应起来。

方法包括下述步骤：

(1)搭建加速老化时间加速比模型

不同老化条件SCR催化剂达到相同老化程度时的时间加速比为：

式中：