一种选择性催化还原技术scr催化剂的评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种催化剂的评价方法，特别针对选择性催化还原技术SCR催化剂的 评价方法，可对发动机尾气处理，烟气脱硝等处使用的选择性催化还原技术SCR催化剂进 行系统性的评价。
【背景技术】
[0002] 随着人们对环保的重视和排放法规的日益严格，选择性催化还原技术SCR已成为 目前去除^^^最有效的技术手段之一，已被广泛应用于发动机尾气处理、烟气脱硝等场合。 针对SCR催化剂的研究众多，但是统一的评价指标很少。其中NO x转化率为最普遍使用的评 价指标，此外，NH3的氧化率，N 2的选择性，NH 3的逃逸率，NO的氧化率，NO 2的还原率，N 20的 生成率等都被不同程度的用来评价和对比SCR催化剂的性能。
[0003] 康明斯公司的 Krishna Kamasamudram 和 Neal W. Currier 等人在文献 Overview of the practically important behaviors of zeolite-based urea-SCRcatalysts, using compact experimental protocol公开了用"四步法"考察SCR催化剂，其将SCR催化剂的 运行过程分为稳态和瞬态两个部分。稳态情况下第一步考察NO到NO 2的转化率和NO x存储 率，第二步考察NOx的转化率、NH 3的氧化率、出口处的NO 2/N0x的比值等，第三步考察NH 3单 独与氧气反应的氧化率。在瞬态的情况下，第二步考察SCR反应下册13的覆盖率，第三步考 察非SCR反应下順 3的存储率，第四步考察总的NH 3存储能力。"四步法"的目的在于建立一 个与实车相似度极高的模型，探索催化剂在反应过程中各个量的变化，探究影响NO x转化率 的潜在因素，而不是对催化剂进行系统性的评价。整个过程也复杂多变，不能在一套装置上 完成。
[0004] SCR评价指标众多，缺乏统一的标准和代表性。"四步法"虽然考虑全面，但是操作 复杂，需要多套仪器才能完成，且目的是建立SCR流动反应模型而非评价。
[0005] 此外，实车中由于排气不均匀，流速轴向变化，SCR反应器老化程度并不均匀，尚未 看到把该现象纳入评价指标。而SCR催化剂的评价不仅限于新鲜的催化剂，老化后的催化 剂性能的评价也是考察重点。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种既考虑实车老化情况，又和仿真 机理模型相接近，评价指标有其代表性和必要性的评价方法。
[0007] 本发明的技术方案如下：
[0008] 对新鲜的催化剂任意位置取样，对已经老化后的催化剂在入口段、中间和出口 段各取一份样品，以三份样品评价所得的指标平均值作为对比标准。评价指标分为NOx 转化率、順3逃逸率、NO氧化率、NH 衡时间。在催化剂运行的温度范围内（如 150-550°C )，每隔50°C选取一个温度点进行测量。
[0009] 每一个温度点的测量如下：
[0010] 在流动反应器上，第一步通入N0、02、队和CO2，其中，N2为平衡气体，5%的C0 2, O2 含量为10 % -15 %，NO含量200-350ppm。先通入其它三种气体，最后通入N0,通入后实时 连续记录NO和繼2含量随时间变化，直到两者浓度稳定平衡。
[0011] 在第一步的基础上，通入NH3,順3与NO的含量比值是1. 1，通入后实时连续记录NO 和NH3的含量随时间变化，直到两者浓度稳定一段时间。此时，因为NO 2迅速被反应完全，不 需要测量其含量。
[0012] 测量完毕后，停止其它气体的加入，通入队吹扫剩余的未反应完全的气体，准备进 入下一个温度点进行测量。
[0013] 对催化剂运行的温度范围内每个温度点重复上述测量过程，得到催化剂在运行温 度范围内的NO xR化率、NH 3逃逸率、NO氧化率、NH 3和NO ：(平衡时间。其中，关于NO x转化率 的温度窗口越广，转化效率越高，特别是高温和低温部分的转化率越高越好；册13逃逸率越 低，一定程度反应催化剂对NH 3的使用率高；NO氧化率越高，说明产生的NO 2越多，有助于提 高催化效率；順3和NO x平衡时间越短，说明催化剂瞬态反应越迅速，性能越好。
[0014] 本发明的有益效果：
[0015] 1)提出了针对SCR催化剂评价较为简单、完整、考虑全面的指标，在流动反应器上 就能实现。目前针对SCR催化剂评价指标多，散乱，没有考虑实际使用中SCR催化剂老化不 均匀，本发明弥补了现有技术的不足；
[0016] 2)考虑催化剂将NO氧化成NO2的能力，一方面柴油机尾气90%都是N0,而提高NO 2 的含量，能够发生"快速SCR"反应，提高催化剂的转化效率；另一方面能一定程度的解决低 温下SCR催化剂转化效率过低的问题。考察NO x的平衡时间，也即考察通入NO后，发生NO 氧化，NOx存储的快慢，该项因素直接影响瞬态时的催化剂转化效率。
[0017] 3)在新的排放标准中，NH3逃逸量已经纳入考察范围。本发明结合实际情况，通入 过量的NH 3，考察NH3的逃逸率。NH 3在整个SCR反应过程中，与NO x反应，被氧化和被吸附之 后，多余的氨气发生了逃逸。逃逸率一定程度反应催化剂对順3的使用率。另外考察順 3的 平衡时间，更能直接反应催化剂瞬态情况下性能的好坏，且比NH3存储率，氧化率更方便测 量。
[0018] 4)对老化的催化剂采取入口段、中间段和出口段取样取平均值的标准，考虑了催 化剂在实际老化过程中受各种因素影响老化程度不一的特点。
【附图说明】
[0019] 图1是催化剂取样示意图及评价指标汇总；
[0020] 图2是具体实施评价过程示意图。
【具体实施方式】
[0021] 以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0022] 图1为催化剂取样示意图及评价指标汇总，其中a、b和c分别为催化剂沿气流方 向的入口段，中间段和出口段，需要在这三处距离催化剂中心相同位置的地方截取样本。评 价指标为NO xR化率、NH 3逃逸率、NO氧化率、NH 3和NO ：(平衡时间。新鲜的催化剂直接取样 评价，老化后的催化剂按照图示截取三个样本，评价后取平均值作为评价标准。
[0023] 图2为每个温度点下，具体实施评价过程示意图，实时连续记录N0#P NH 3含量随 时间的变化。其中（a)、（b)、（c)为每个温度点测量的三个步骤，步骤（a)中通入的气体为 勵、0 2、队和0)2，步骤〇3)中通入的气体为勵、02、队、0)2和順 3，步骤（(3)中通入的气体为 N2。（1)为^^(平衡时间，是从通入NO开始到NO 2浓度稳定的时间；（2)为实时连续记录的 NO2浓度随时间的变化；（3)为NH3平衡时间，从通入NH3开始到NH 3浓度稳定的时间；(4)为 实时记录的出口处順3的浓度；(5)为步骤（a)和步骤（b)中连续记录的NO含量随时间变 化情况；（6)为叫转化率；（7)为加入的总的NO的含量；(8)为加入的总的NH 3的含量。
[0024] 特别地：
[0025]
其中（5)为步骤（b)中所测的值；
[0026]
其中⑷为步骤（b)稳定时所测的值；
[0027]，其中（5)为步骤（a)中所测的值，⑵为步骤（a)稳定时所 测的值；
[0028] NH3平衡时间=(3);
[0029] NOx 平衡时间=(1)。
【主权项】
1. 一种选择性催化还原技术SCR催化剂的评价方法，其特征在于该方法具体是： 对新鲜的催化剂任意位置取样，对已经老化后的催化剂在入口段、中间和出口段各取 一份样品，以三份样品评价所得的指标平均值作为对比标准；评价指标分为NOxR化率、NH3 逃逸率、NO氧化率、順3和NO x平衡时间；在催化剂运行的温度范围内，每隔50°C选取一个温 度点进行测量； 每一个温度点的测量内容如下： 在流动反应器上，第一步通入N0、02、队和CO 2，其中，N2为平衡气体，5%的CO 2, O2含量 为10%-15%，NO含量200-350ppm ;先通入其它三种气体，最后通入N0,通入后实时连续记录 NO和繼2含量随时间变化，直到两者浓度稳定平衡； 在第一步的基础上，通入順3,順3与NO的含量比值是1. 1，通入后实时连续记录NO和 NH3的含量随时间变化，直到两者浓度稳定一段时间；此时，因为NO 2迅速被反应完全，不需 要测量其含量； 测量完毕后，停止其它气体的加入，通入队吹扫剩余的未反应完全的气体，准备进入下 一个温度点进行测量； 对催化剂运行的温度范围内每个温度点重复上述测量过程，得到催化剂在运行温度范 围内的NOxR化率、NH 3逃逸率、NO氧化率、NH 3和NO x平衡时间；其中，NO 化率的温度窗 口越广，转化效率越高；NH3逃逸率越低，反应催化剂对NH 3的使用率越高；NO氧化率越高， 产生的NO2越多，有助于提高催化效率；NH 3和NOx平衡时间越短，催化剂瞬态反应越迅速，性 能越好。
【专利摘要】本发明公开了一种针对选择性催化还原技术SCR催化剂的评价方法。本发明具体是：新鲜催化剂取样任意，老化后的催化剂分别在入口段、中间段和出口段截取三个样本，样本评价结果的均值作为最终反应催化剂性能的参数。在流动反应器上对每个温度点：首先通入NO，O2，CO2和N2，实时记录产生NO2的量极其变化，得到NO氧化率和NOX平衡时间；然后加入过量NH3，得到NOX转化率、NH3逃逸率和NH3的平衡时间；后续进行N2吹扫，准备进入下一个温度点进行评价。最终获得整个温度窗口内催化剂NOX转化率、NH3逃逸率、NO氧化率、NH3和NOX平衡时间等参数，来对比催化剂性能的好坏。整个评价方法与实车结合度高，改善了SCR催化剂评价指标多而不统一，缺乏系统性评价过程的现状。
【IPC分类】G01N31/10
【公开号】CN105136971
【申请号】CN201510518378
【发明人】李杏文, 吴锋, 姚栋伟, 魏铼, 干旭波, 戴佳伟
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月21日