CNG催化剂性能的小样评价系统及方法与流程

cng催化剂性能的小样评价系统及方法
技术领域
1.本发明涉及的是一种催化剂测试领域的技术，具体是一种cng催化剂性能的小样评价系统及方法。


背景技术：

2.cng催化剂性能评价方法的可靠性、测试周期以及成本等将直接制约着高性能催化剂的研制。实验室小样评价是将一定体积的催化剂切割样品装入反应管中，通入模拟汽车尾气的混合器，分别测定催化反应前后气体组分浓度变化，从而获得气体浓度随着反应温度的变化规律。目前的实验室小样评价方法多用于twc催化剂的性能评价，但是对于cng催化剂的性能评价不适用。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术由于参数设置改变产生的延迟会造成极大的测试误差等缺陷，提出一种cng催化剂性能的小样评价系统及方法，基于可频繁切换的稀燃和富燃管路，使催化剂一直处于动态的气氛中，从而实现精确评价催化剂性能。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：
5.本发明涉及一种cng催化剂性能的小样评价系统，包括：稀燃系统、富燃系统以及分别与之相连的反应炉和傅里叶变换红外光谱仪，其中：稀燃系统和富燃系统的输出端分别与四通电磁阀的两个输入端相连，四通电磁阀的一个输出端与反应炉的输入端相连，反应炉的输出端与傅里叶变换红外光谱仪相连，反应炉的输入端和输出端通过两个三通电磁阀与旁路并联。
6.所述的稀燃系统和富燃系统均为若干条支路并联的结构，其中每条支路包括串联的两通电磁阀和质量流量计，待测的ch4、co、no、co2气体以及o2气体和n2气体分别通入各个支路。
7.本发明涉及一种基于上述系统的cng催化剂性能的小样评价方法，将已知浓度的ch4、co、no、co2气体分别通入稀燃系统和富燃系统后，分别根据空燃比系数lambda》1和lambda《1计算o2浓度并分别通入稀燃系统和富燃系统，且以n2作为平衡气体保证稀燃和富燃管路的总流量一致，通过混合/单独燃烧实现在动态气氛中进行催化剂的性能评价。
8.所述的空燃比系数lambda＝(2*yo2+2*yco2+yh2o+yco+yno)/(2*yco+4*ych4+2*yco2+yh2o)，其中：ych4表示ch4的气体体积浓度(％)；yco表示co的气体体积浓度(％)，yno表示no的气体体积浓度(％)；yco2表示co2的气体体积浓度(％)；yo2表示o2的气体体积浓度(％)；空燃比系数lambda》1是指：上述计算公式中提供氧气的组分浓度多于消耗氧气的组分浓度，说明现在处于稀燃气氛；空燃比系数lambda《1是指：提供氧气的组分浓度小于消耗氧气的组分浓度，说明现在处于富燃气氛。
9.所述的动态气氛，通过电磁阀的开关和开关频率的设定实现，其中电磁阀频率为
1s-5s，优选1s、2s、4s。
10.所述的性能评价为100-600℃的连续升温测试，升温速率为5℃/min、10℃/min和20℃/min或200-600℃范围内一个或者几个温度点的恒温转化性能测试，稳定时间为20min。
11.本发明涉及一种实现上述方法的系统，包括：气路系统、反应器系统、分析检测系统以及控制系统，其中：气路系统用于配制不同组分和浓度的气体，反应器系统装有样品，用于催化反应的发生，分析检测系统用于检测反应前后不同气体的浓度，控制系统用于上述系统的控制和执行。
附图说明
12.图1为本发明cng催化剂的性能评价装置示意图；
13.图2为稳态测试气氛下催化剂的ch4转化性能图；
14.图3为动态测试气氛下催化剂的ch4转化性能图；
15.图4为稳态和动态测试气氛下催化剂的ch4转化性能对比图；
16.图中：两通电磁阀1、四通电磁阀2、质量流量计3、压力表4、背压阀5、反应炉6、三通电磁阀7、傅里叶变换红外光谱仪8。
具体实施方式
实施例1
17.如图1所示，为本实施例涉及一种cng催化剂性能的小样评价系统，包括：稀燃系统、富燃系统以及分别与之相连的反应炉6和傅里叶变换红外光谱仪8，其中：稀燃系统和富燃系统的输出端分别与四通电磁阀2的两个输入端相连，四通电磁阀2的一个输出端与反应炉6的输入端相连，反应炉6的输出端与傅里叶变换红外光谱仪8相连，反应炉6的输入端和输出端通过两个三通电磁阀7与旁路并联。
18.本实施例中的样品均为直径1英寸、高度3英寸的圆柱体结构，贵金属含量为50gpcf，pt:pd:rh＝3:6:1。
19.本实施例涉及一种基于上述系统的cng催化剂性能的小样评价方法，包括：小样制备、氧气分析仪标定、ftir在线气体分析仪标定、空管气体调节、小样性能测试和数据整理，具体包括：首先准备直径2英寸、高度为3英寸的圆柱形小样(与对比例1相同)，对氧气分析仪、在线ftir气体分析仪标定后，按照表1的lambda＝0.96和lambda＝1.04的动态气体气氛进行空管气体调节。设置电磁阀的开关时间为4s，随后将气体通过催化剂从100℃以10℃/min的升温速率升温至600℃，记录co、ch4和no随温度的浓度变化曲线，计算各气体转化率：
20.no转化率(％)＝(1-c(no)
催化剂后
/c(no)
空管
)*100％
21.ch4转化率(％)＝(1-c(no)
催化剂后
/c(no)
空管
)*100％
22.co转化率(％)＝(1-c(no)
催化剂后
/c(no)
空管
)*100％
23.结果如图2所示。
24.表1动态测试气氛下的小样配气
对比例1
25.首先准备直径2英寸、高度为3英寸的圆柱形小样，在对氧气分析仪、在线ftir气体分析仪标定后，按照表2的lambda＝1的稳态气体气氛进行空管气体调节，气体初始浓度调节完成后，随后将气体通过催化剂从100℃以10℃/min的升温速率升温至600℃，记录co、ch4和no随温度的浓度变化曲线，计算各气体转化率：
26.no转化率(％)＝(1-c(no)
催化剂后
/c(no)
空管
)*100％
27.ch4转化率(％)＝(1-c(no)
催化剂后
/c(no)
空管
)*100％
28.co转化率(％)＝(1-c(no)
催化剂后
/c(no)
空管
)*100％
29.结果如图3所示。
30.表2稳态测试气氛下的小样配气
31.如图4所示，为两种稳态和动态测试条件下ch4转化率的对比图，可以看到在动态测试条件下ch4的最高转化率远远高于稳态测试条件下，且高温下转化率也高于稳态测试条件下的结果。
32.相比于传统twc稳态测试气氛下的小样性能评价，本实施例在动态测试气氛下的小样性能评价，更能反映出cng催化剂的真实性能，因而其结果具有更好的适用性和代表性，能更好地为前期高性能cng催化剂的研究开发提供筛选服务。
33.上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。