一种催化剂活性评价装置的制作方法

本实用新型属于催化剂技术领域，尤其涉及一种催化剂活性评价装置。

背景技术：

柴油车排放的污染物一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOX)和颗粒等严重危害人体健康和生态环境，国家规定柴油车在使用期限内，必须满足国家排放标准要求，目前控制柴油车污染物排放的基本原则是加装尾气处理装置。对于一套尾气处理装置，需先制备催化剂，然后将催化剂和助剂等涂覆于蜂窝陶瓷载体中。装置中催化剂涂层性能直接关系到排放污染物是否达标。日常实验研发中一套性能完善、快速有效的实验评价装置，来筛选性能优良的催化剂和有效的催化剂涂层也是关键技术之一。

目前针对催化剂，其活性大小一般采用固定床实验反应器进行评价，但是很多实验装置仅局限于粉末催化剂的评价实验，对于涂覆催化剂涂层的蜂窝陶瓷载体并不受用。或者可以并用，但受实验装置影响，不能充分的模拟发动机实际工况进行涂层效果的评估，因此并不能真实反映出催化剂涂层性能，对形成一个完整产品的工艺参数可能存在误导，造成实验室过渡到工业化停滞不前。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种催化剂活性评价装置，运行安全而稳定，测试数据准确可靠，可重复性高。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种催化剂活性评价装置，包括NH3气路控制系统、O2气路控制系统、N2气路控制系统、SO2气路控制系统、NO气路控制系统、CO气路控制系统、CO2气路控制系统、催化反应系统、在线分析检测系统和计算机控制系统，所述NH3气路控制系统直接与所述催化反应系统连接，所述O2气路控制系统、所述N2气路控制系统、所述SO2气路控制系统、所述NO气路控制系统、所述CO气路控制系统和所述CO2气路控制系统均依次通过总压力表和混合器与所述催化反应系统连接，所述在线分析检测系统与所述催化反应系统连接，所述计算机控制系统用于控制各系统的配合运行。

作为本实用新型所述的催化剂活性评价装置的一种改进，所述NH3气路控制系统、所述O2气路控制系统、所述N2气路控制系统、所述SO2气路控制系统、所述NO气路控制系统、所述CO气路控制系统和所述CO2气路控制系统均由第一开关阀、前过滤器、第一压力表、减压阀、第二压力表、质量流量计、单向阀和第二开关阀依次连接形成。其中，第一开关阀是用于控制气体是否进入管路；前过滤器用于过滤气体杂质；第一压力表用于检测从气瓶出来气体的气压是否正常；减压阀是对气体减压；第二压力表显示减压后的气压；质量流量计用于给予实验需要的流量；单向阀用于防止气流逆流；第二开关阀用于控制气体是否进入反应炉。

作为本实用新型所述的催化剂活性评价装置的一种改进，所述催化反应系统包括水注射室、汽化室、保温箱、催化反应炉、气液分离室和制冷泵，所述水注射室、所述汽化室、所述保温箱、所述催化反应炉和所述气液分离室依次连接，所述制冷泵与所述气液分离室形成回路。

作为本实用新型所述的催化剂活性评价装置的一种改进，所述水注射室与所述汽化室之间还设置有进水阀门，所述气液分离室的液体输出端还连接有出液阀门。

作为本实用新型所述的催化剂活性评价装置的一种改进，所述NH3气路控制系统和所述混合器均与所述保温箱连接。

作为本实用新型所述的催化剂活性评价装置的一种改进，所述催化反应炉内部设置有石英管，所述石英管的中部设置为反应区，所述反应区以上部位插设有热电偶。

作为本实用新型所述的催化剂活性评价装置的一种改进，所述催化反应炉的外壁设置有上段温度检测器、中段温度检测器和下段温度检测器。由于混合后的气体进入催化反应炉反应时，热气是向上扩散的，因此，在催化反应炉上、中、下段分别设置温度检测器，并设置不同升温程序，使上、中、下三段显示炉温一样。

作为本实用新型所述的催化剂活性评价装置的一种改进，所述在线分析检测系统与所述气液分离室的气体输出端连接。

作为本实用新型所述的催化剂活性评价装置的一种改进，所述在线分析检测系统包括取样阀、流量计、后过滤器、气体检测仪、第一尾气吸收瓶和第二尾气吸收瓶，所述取样阀、所述流量计和所述后过滤器依次连接，所述气体检测仪和所述第一尾气吸收瓶均连接于所述后过滤器输出端，所述第二尾气吸收瓶连接于所述气体检测仪的输出端。其中，气体检测仪选用氮氧分析仪。

作为本实用新型所述的催化剂活性评价装置的一种改进，所述在线分析检测系统还包括放空阀，所述放空阀连接于所述气液分离室和所述第二尾气吸收瓶之间。

相比于现有技术，本实用新型至少具有以下优点：

1）本实用新型采用多路进样的结构方式，模拟柴油机烟气组成，计算出各气路控制系统需要给定的流量。由于催化剂的活性与气体空速、气体流量、催化剂体积等因素有关，本实用新型的多个气路控制系统均是多元件设计，实验时可通过质量流量计改变流量大小，减压阀减压使实验维持安全而稳定实验环境；

2）本实用新型中的催化反应炉可针对各类催化剂样品的形态以及尺寸而装上适合催化剂的形态、尺寸以及适合测试气压、流量和空速等的各类石英管；

3）本实用新型采用氮氧分析仪作为气体检测仪，其测试浓度可以达到0.025ppm，响应时间和滞后时间都小于1s，反应迅速、精确度高，测试数据准确可靠。另外，氮氧分析仪具有对样品气体管路进行加热的功能，可以有效地避免铵盐的产生，防止不利于测量的情况发生，而其它气体检测仪可能因氨的存在，生成铵盐堵塞管道，使测试数据不可靠，长时间使用需要额外对实验装置去保养；

4）计算机控制系统连接并用于控制其它各个系统，可直接在计算机上设计程序给予实验条件，实现自动化无人化，省时省力。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中石英管的结构示意图之一。

图3为本实用新型中石英管的结构示意图之二。

其中：1-NH3气路控制系统，2-O2气路控制系统，3-N2气路控制系统，4-SO2气路控制系统，5-NO气路控制系统，6-CO气路控制系统，7-CO2气路控制系统，8-催化反应系统，9-在线分析检测系统，10-总压力表，11-混合器，12-第一开关阀，13-前过滤器，14-第一压力表，15-减压阀，16-第二压力表，17-质量流量计，18-单向阀，19-第二开关阀，81-水注射室，82-汽化室，83-保温箱，84-催化反应炉，85-气液分离室，86-制冷泵，87-进水阀门，88-出液阀门，91-取样阀，92-流量计，93-后过滤器，94-气体检测仪，95-第一尾气吸收瓶，96-第二尾气吸收瓶，97-放空阀，841-石英管，842-反应区，843-热电偶，844-上段温度检测器，845-中段温度检测器，846-下段温度检测器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和说明书附图，对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式并不限于此。

如图1所示，一种催化剂活性评价装置，包括NH3气路控制系统1、O2气路控制系统2、N2气路控制系统3、SO2气路控制系统4、NO气路控制系统5、CO气路控制系统6、CO2气路控制系统7、催化反应系统8、在线分析检测系统9和计算机控制系统，NH3气路控制系统1直接与催化反应系统8连接，O2气路控制系统2、N2气路控制系统3、SO2气路控制系统4、NO气路控制系统5、CO气路控制系统6和CO2气路控制系统7均依次通过总压力表10和混合器11与催化反应系统8连接，在线分析检测系统9与催化反应系统8连接，计算机控制系统用于控制各系统的配合运行。

进一步地，NH3气路控制系统1、O2气路控制系统2、N2气路控制系统3、SO2气路控制系统4、NO气路控制系统5、CO气路控制系统6和CO2气路控制系统7均由第一开关阀12、前过滤器13、第一压力表14、减压阀15、第二压力表16、质量流量计17、单向阀18和第二开关阀19依次连接形成。

进一步地，催化反应系统8包括水注射室81、汽化室82、保温箱83、催化反应炉84、气液分离室85和制冷泵86，水注射室81、汽化室82、保温箱83、催化反应炉84和气液分离室85依次连接，制冷泵86与气液分离室85形成回路。

进一步地，水注射室81与汽化室82之间还设置有进水阀门87，气液分离室85的液体输出端还连接有出液阀门88。

进一步地，NH3气路控制系统1和混合器11均与保温箱83连接。

进一步地，催化反应炉84内部设置有石英管841，石英管841的中部设置为反应区842，反应区842以上部位插设有热电偶843。如图2所示，当催化剂为粉末状态时，催化反应炉84内部的石英管841中部有用于呈载粉末催化剂的石英砂。呈载催化剂的石英砂在石英管841中部,填入催化剂时石英管841管壁会吸附大量粉末，这在评价定量的催化剂活性时会带来误差，因此在靠近石英砂上部的位置，石英管841侧面有个小支管，催化剂粉末从侧口装入，侧支管的设计避免了因石英管841吸附催化剂而带来的测量误差，装填完催化剂，该支管口用法兰密封住。如图3所示，当催化剂为涂覆催化剂涂层的蜂窝陶瓷载体小样形式时，催化反应炉84内的石英管841中部有３个小凹点，作为蜂窝陶瓷圆柱体的支撑点。在涂覆催化剂涂层的圆柱体上方在放置一个空白的圆柱体，使气体均匀进入涂有催化剂涂层的蜂窝陶瓷圆柱体，使反应均匀充分，也避免了因进气口气流大吹落涂层而影响测试结果。

进一步地，催化反应炉84的外壁设置有上段温度检测器844、中段温度检测器845和下段温度检测器846。

进一步地，在线分析检测系统9与气液分离室85的气体输出端连接。

进一步地，在线分析检测系统9包括取样阀91、流量计92、后过滤器93、气体检测仪94、第一尾气吸收瓶95和第二尾气吸收瓶96，取样阀91、流量计92和后过滤器93依次连接，气体检测仪94和第一尾气吸收瓶95均连接于后过滤器93输出端，第二尾气吸收瓶96连接于气体检测仪94的输出端。

进一步地，在线分析检测系统9还包括放空阀97，放空阀97连接于气液分离室85和第二尾气吸收瓶96之间。

本实用新型的工作过程如下：

1）通过水注射室81将实验用水定量注射到汽化室82内进行气化产生水蒸气，CO2、O2、N2、NO、SO2和CO气体经过各自气路控制系统的各元件后在混合室混合产生混合气体，水蒸气、混合气体以及NH3三者在保温箱83内汇合并一同进入催化反应炉84内进行催化反应；

2）完成催化反应后的气体进入气液分离室85进行气液分离，气液分离室85由制冷泵86循环冷却，温度设置为常温 ~ -20℃，液体部分由液体输出端往下放空，气体部分从气体输出端出来后分成两部分，其中一部分通过放空阀97进入第二尾气吸收瓶96净化后在排入空气中；另一部分依次通过取样阀91、流量计92和后过滤器93，先进行过滤，在后过滤器93进行过滤后的气体有一部分经过第一尾气吸收瓶95净化后排入空气，有一部分进入气体检测仪94进行分析检测，检测完毕后进入第二尾气吸收瓶96净化后排入空气。

需要说明的是，在以上过程中，计算机控制系统主要控制了催化反应炉84的程序升温，汽化室82、保温箱83和质量流量计17等操作条件，即实验需要给定的条件均在计算机控制系统上进行操控，并通过预编程，实现测试的完全自动化和无人化操作，最后分析检测得到的相关数据通过软件自动生成在excel。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。