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

NH

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

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：

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

A——加速因子；

a——临界温度系数；

b——经验参数。

(2)

氨气程序升温(NH

其中T＝T

式中：

k

E——B酸位点脱附活化能，单位为KJ/mol；

R——气体常数；

T——温度变量，单位为K；

T

t——时间变量，单位为min；

t

t

(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。

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NH

(4)确定模型参数

确定实验参数T

(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通常将SCR置于DPF后，SCR的排气温度受DPF再生的影响，因此，本发明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

此外，车载排气过程的温度具有瞬时性，依据DPF周期性再生的特点，本发明将温段曲线分为m个老化周期，每个周期离散成n个稳态老化过程，用于快速计算每个稳态老化过程对应加速试验的时间加速比AF

式中

t

t

AF

作为优选的技术方案，步骤(1)中，SCR催化剂所处排气温度低于老化临界温度Ts以下时，不考虑催化剂性能的变化，超过该临界点后，随着温度升高，催化剂的老化进程加快，且温度T

作为优选的技术方案，步骤(2)中，B酸位点数目用于定量评价SCR催化剂的老化程度，B酸位点数目相等时，可以认为不同老化条件的催化剂达到了相同老化程度。

作为优选的技术方案，步骤(4)中，根据步骤(3)的时间加速比变化曲线，利用递归最小二乘法拟合SCR催化剂的加速老化时间加速比模型，确定参数A、a、b。

作为优选的技术方案，步骤(1)～(5)中，所有模型的搭建工作均在计算机环境下利用Matlab/Simulink工具完成。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明中的SCR催化剂水热老化时间加速比模型的精度明显优于其他领域的同类模型，目前应用加速老化时间加速比模型多围绕Arrhenius公式展开，因此，本发明将上述模型与Arrhenius模型的预测结果作了对比，结果表明本发明模型的精度明显高于Arrhenius模型，见图3。

2、本发明中的SCR催化剂水热老化时间加速比模型是采用经验模型，模型具有很好的通识性，对于不同类型的催化剂，只需要通过修改模型系数来匹配不同类型催化剂的需求，而不需要重新搭建催化剂的老化时间加速比模型。

附图说明

图1为SCR催化剂水热老化时间加速比模型的建模流程图；

图2Cu-SSZ-13催化剂在不同老化条件下B酸位点数目的变化情况

图3本发明的时间加速比模型与Arrhenius模型预测结果的对比

具体实施方式

下面结合实例及附图对本发明作进一步详细的解释，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例选用Cu-SSZ-13分子筛催化剂作为研究对象，实施不同温度、时间的实验室水热老化试验，取老化后的样品进行NH

Step 1：搭建SCR催化剂加速老化时间加速比模型，所述时间加速比模型的表达式为：

式中，T

Step 2：水热老化试验

DPF再生时SCR系统一般要承受500℃以上的高温，因此，本发明分别开展550℃、600℃、650℃、700℃、750℃不同温度、时间的SCR催化剂水热老化试验，将老化后的催化剂进行NH

Step 3：计算时间加速比

计算不同老化条件样品的高温脱附峰面积以量化老化程度。整合各温度点下的试验数据，在550～750℃下提取B酸位点数目相同的时间点，求取一般老化温度相对于加速老化温度的时间加速比。本例选取550℃、600℃、650℃、700℃作为排气温度点，750℃假设为实验室加速老化温度点。当B酸位点数目相同时，排气温度点相对于实验室加速老化温度点的时间比例如下：

Step 4：确定时间加速比模型的参数

有研究表表明，Cu-SSZ-13催化剂在400℃时水热老化1000h后，其活性相较于新鲜催化剂的变化可以忽略，高于400℃时，老化效应开始显现。因此，本例假设Cu-SSZ-13催化剂的老化临界温度点Ts为400℃，设置加速老化温度Tt为750℃(＜800℃)。其余温度点550℃、600℃、650℃、700℃设置为非加速老化试验的温度点，水含量为7％，加速老化试验不提高水含量。确定好Ts、Tt、Tiu的数值后，参考相关文献获取E值，利用最小二乘法优化辨识模型参数，加速因子A、临界温度系数a、活化能E和经验参数b的值分别为841420、2933.4、25000、0.037249。

Step 5：应用模型

SCR催化剂的水热老化效应主要发生在DPF再生阶段，使用一段时间后，假设SCR催化剂分别在575℃、610℃、688℃水热老化100h、60h、20h，750℃作为加速老化温度，运用本发明的时间加速模型，可以依次算出575℃、610℃、688℃对应750℃的时间加速比AF

AF

AF

AF

从而快速估算出在加速温度750℃达到同样的老化程度需要老化9.272小时。

t

通过加速老化的样品评价历经排气阶段SCR催化剂的实际老化状况。