一种加速老化试验快速鉴定SCR催化剂老化程度的方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。极大地缩短了SCR催化剂的开发周期。极大地缩短了SCR催化剂的开发周期。

【技术实现步骤摘要】
一种加速老化试验快速鉴定SCR催化剂老化程度的方法


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术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。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]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：NOr/>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。本专利技术以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。
[0006]方法包括下述步骤：
[0007](1)搭建加速老化时间加速比模型
[0008]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：
[0009][0010]式中：
[0011]Tiu——使用条件下即非加速条件下的绝对温度值。此处的温度值是绝对温
[0012]度值，以开尔文(K)作单位；
[0013]Tt——测试条件下即加速条件下的绝对温度值，单位为K；
[0014]Ts——SCR催化剂老化临界温度点，单位为K；
[0015]E
o
——老化激活能，单位为KJ/mol；
[0016]A——加速因子；
[0017]a——临界温度系数；
[0018]b——经验参数。
[0019](2)酸性位点的数目模型
[0020]氨气程序升温(NH3‑
TPD)用于测试NH3‑
SCR催化剂的NH3存储性能，首先，在较低的恒定温度T0下，持续通入NH3，确保催化剂吸附NH3饱和。随后，切断NH3的通入，并在惰性气体氛围下，对催化剂的表面进行吹扫。吹扫完毕后，t1开始将催化剂以10℃/min的速率升温，直至催化剂吸附的NH3脱附完毕，记录脱附完毕的时间为t2。图1为Cu
‑
SSZ
‑
13催化剂NH3‑
TPD的表征结果，选取峰值点，获取SCR催化剂的吸附脱特性，假设NH3脱附过程为Temkin类型，脱附速率满足Arrhenius方程，基于反应动力学拟合曲线，通过式(2)估算B酸位点的数目。
[0021][0022]其中T＝T0+10(t
‑
t1)(3)
[0023]式中：
[0024]k
d
——指前因子；
[0025]E——B酸位点脱附活化能，单位为KJ/mol；
[0026]R——气体常数；
[0027]——B酸位点的NH3覆盖率；
[0028]T——温度变量，单位为K；
[0029]T0——催化剂的初始吸附温度，单位为K；
[0030]t——时间变量，单位为min；
[0031]t1——开始升温的时间点，单位为min；
[0032]t2——结束升温的时间点，单位为min。
[0033](3)整合试验数据
[0034]选取典型温度点，分别开展不同环境温度、老化时间Cu
‑
SSZ
‑
13催化剂的实验室老化试验，对老化后的样品进行NH3
‑
TPD表征，获取B酸位点的吸附脱附特性，计算B酸位点数目相等时，不同水热条件的老化样品的时间加速比。
[0035]具体为：从450℃开始，每隔100℃选取一个温度点，直至850℃，分别在各温度点下
开展不同老化时间的Cu
‑
SSZ
‑
13催化剂的实验室老化试验，老化时间的选取遵循倍数关系，例如8小时、16小时、24小时依次往下，以便寻找规律。采用NH3‑
TPD对老化后的样品进行表征，获取B酸位点的吸附脱附特性，计算B酸位点数目相等时，不同水热条件的老化样品的时间加速比。
[0036](4)确定模型参数
[0037]确定实验参数T
s
、T
iu
、T
t
，利用最小二乘法对加速因子A、临界温度系数a、经验参数b进行优化辨识，完成SCR催化剂加速老化时间加速比计算模型的搭建；
[0038](5)利用加速老化试验模拟SCR催化剂实际排气老化
[0039]实际车载后处理系统通常将SCR置于DPF后，SCR的排气温度受DPF再生的影响，因此，本专利技术将实际排气过程分为低温阶段和高温阶段，低温阶段是指排气温度低于老化临界温度T<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加速老化试验快速鉴定SCR催化剂老化程度的方法，其特征在于，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。2.如权利要求1所述的一种加速老化试验快速鉴定SCR催化剂老化程度的方法，其特征在于，具体步骤如下：(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：Tiu——使用条件下即非加速条件下的绝对温度值，此处的温度值是绝对温度值，以开尔文(K)作单位；Tt——测试条件下即加速条件下的绝对温度值，单位为K；Ts——SCR催化剂老化临界温度点，单位为K；E
o
——老化激活能，单位为KJ/mol；A——加速因子；a——临界温度系数；b——经验参数，(2)搭建酸性位点的数目模型氨气程序升温用于测试NH3‑
SCR催化剂的NH3存储性能，首先，在催化剂的初始吸附温度T0下，持续通入NH3，确保催化剂吸附NH3饱和；随后，切断NH3的通入，并在惰性气体氛围下，对催化剂的表面进行吹扫；吹扫完毕后，t1开始将催化剂以10℃/min的速率升温，直至催化剂吸附的NH3脱附完毕，记录脱附完毕的时间为t2；根据催化剂NH3‑
TPD的表征结果，选取峰值点，获取SCR催化剂的吸附脱特性，假设NH3脱附过程为Temkin类型，脱附速率满足Arrhenius方程，基于反应动力学拟合曲线，通过式(2)估算B酸位点的数目；其中T＝T0+10(t
‑
t1)
ꢀꢀ
(3)；式中：k
d
——指前因子；E——B酸位点脱附活化能，单位为KJ/mol；R——气体常数；——B酸位点的NH3覆盖率；T——温度变量，单位为K；T0——催化剂的初始吸附温度，单位为K；
t——时间变量，单位为min；t1——开始升温的时间点，单位为min；t2——结束升温的时间点，单位为min；(3)整合试验数据选取典型温度点，分别开展不同环境温度、老化时间Cu
‑
SSZ
‑
13催化剂的实验室老化试验，对老化后的样品进行NH3
‑
TPD表征，获取B酸位点的吸附脱附特性，计算B酸位点数目相等时，不同水热条件的老化样品的时间加速比；(4)确定模型参数确定实验参数T
s
、T
iu
、T
t
，利用最小二乘法对加速因子A、临界温度系数a、经验参数b进行优化辨识，完成SCR催化剂加速老化时间加速比计算模型的搭建；(5)利用加速老化试验模拟SCR催化剂实际排气老化实际车载后处理系统中会将SCR置于DPF后，SCR的排气温度受DPF再生的影响；将实际排气...

【专利技术属性】
技术研发人员：王攀，吕星磊，赵虹钰，雷利利，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：