一种尾气吸附剂测评方法与应用与流程

本发明涉及吸附剂测评方法，尤其涉及一种尾气吸附剂测评方法与应用。

背景技术：

1、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nox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。现阶段，氮氧化物吸附性能主要是基于实验室模拟尾气评价装置，没有方法进行评测其在实际应用过程中是否和实验室模拟评价结果一致。吸附剂所处吸附环境对吸附效果影响较大，会出现模拟尾气评价较好的吸附剂在实际应用中效果较差，第一，会造成成果的浪费，成果无法成功转化；第二，则无法根据应用环境对吸附剂进行针对性的改善；第三，无法帮助研究人员从众多的吸附剂中挑选出模拟和实际应用一致性好的吸附剂。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种尾气吸附剂测评方法与应用，本发明的测评方法通过获取尾气吸附材料本征吸附特性，测评吸附剂的应用稳定性和实时吸附性能，进而测评吸附材料性能的优劣，有利于吸附材料的挑选和优化。

2、本发明提供了一种尾气吸附剂测评方法，包括如下步骤：

3、在设定的恒定温度和恒定体积空速的条件下通过稳态模拟测试获得吸附剂的吸附量，根据温度、体积空速、吸附量绘制吸附剂稳态本征吸附特征曲线；

4、通过稳态本征吸附特征曲线获得该吸附剂的第一本征吸附量与该吸附剂在实际应用环境下的第一实际吸附量评价该吸附剂的实用性；所述第一本征吸附量为吸附剂在稳态模拟测试中的理论吸附量；

5、在设定的温度区间范围内和体积空速区间范围内，通过瞬态模拟测试获得吸附剂的吸附量，根据温度区间、体积空速区间、吸附量绘制吸附剂瞬态本征吸附特征曲线；

6、通过瞬态本征吸附特征曲线获得该吸附剂的第二本征吸附量与该吸附剂在实际应用环境下的第二实际吸附量评价该吸附剂的适应性；所述第二本征吸附量为吸附剂在瞬态模拟测试中的理论吸附量。

7、进一步的，所述通过稳态本征吸附特征曲线获得该吸附剂的第一本征吸附量与该吸附剂在实际应用环境下的第一实际吸附量评价该吸附剂的实用性具体为：

8、稳态模拟测试：在恒定温度和恒定体积空速测试条件下，获得相应测试下吸附剂的吸附量，根据温度、体积空速、吸附量绘制吸附剂稳态本征吸附特征曲线，其中，以温度为x轴，体积空速为z轴，吸附量为y轴；

9、将吸附剂安装在发动机台架进行测试，令测试过程中温度和体积空速与稳态模拟测试的测试条件一致，获得相应测试条件下吸附剂的第一实际吸附量；将测试时的测试条件带入稳态模拟测试绘制的吸附剂稳态本征吸附特征曲线中，计算出相应测试条件下的吸附剂的第一本征吸附量；

10、将获得的第一实际吸附量与计算的第一本征吸附量进行比较获得吸附剂校准系数，所述吸附剂校准系数用于评价吸附剂在恒定温度和/或恒定体积空速下，吸附剂在实际应用环境下的实用性；

11、吸附剂校准系数与吸附剂的实用性呈正相关，吸附剂校准系数越大，吸附剂的实用性越好。

12、进一步的，通过瞬态本征吸附特征曲线获得该吸附剂的第二本征吸附量与该吸附剂在实际应用环境下的第二实际吸附量评价该吸附剂的适应性具体为：

13、瞬态模拟测试：在设置的温度区间内和体积空速区间内的测试条件下，连续改变温度和/或体积空速，获得相应测试条件下的吸附剂的吸附量，根据温度、体积空速、吸附量绘制吸附剂瞬态本征吸附特征曲线，其中，以温度为x轴，体积空速为z轴，吸附量为y轴；

14、将吸附剂安装在发动机台架进行测试，令测试过程中温度区间和体积空速区间与瞬态模拟测试的测试条件一致，获得相应测试条件下的吸附剂的第二实际吸附量；将测试时的测试条件带入瞬态模拟测试绘制的吸附剂瞬态本征吸附特征曲线中，计算出相应测试条件下的吸附剂的第二本征吸附量；

15、将获得的第二实际吸附量与计算获得的第二本征吸附量进行比较获得吸附剂偏差指数k，所述偏差指数k用于评价吸附剂在连续变化的温度和/或体积空速的情况下，吸附剂在实际应用环境下的适应性；

16、吸附剂偏差指数与吸附剂的适应性呈正相关，吸附剂偏差指数越大，吸附剂的适应性越好。

17、本领域技术人员应该理解的是，在评价吸附剂的实用性和适应性时，可根据实际需求进行，但是吸附剂具有较好的适应性的基础要求则是吸附剂具有较好的实用性。本领域技术人员可以只评价吸附剂的实用性，也可以在吸附剂实用性较差的情况下，进一步评价吸附剂的适应性。在本发明中并没有严格的要求吸附剂的适应性的评价基础是吸附剂实用性必须好。

18、进一步的，所述将获得的第一实际吸附量与计算的第一本征吸附量进行比较获得吸附剂校准系数具体为：

19、；

20、其中，δqi是指第i个测试条件下，第一实际吸附量与第一本征吸附量的比值δq；n是指测试条件个数，n≥3。

21、进一步的，所述将获得的第二实际吸附量与计算获得的第二本征吸附量进行比较获得吸附剂偏差指数k具体为：

22、k；

23、其中，δwi是指第i个测试条件下，第二实际吸附量与第二本征吸附量的比值δw；n是指测试条件个数，n≥3。

24、进一步的，所述吸附量、第一实际吸附量、第二实际吸附量通过吸附曲线积分获得：

25、；

26、其中，qnox(单位：μmol/g)表示nox的吸附或解吸量；f(单位：ml/min)表示模拟气体总流量；fin(单位：ppm)为进口nox浓度；fout(单位：ppm)为出口nox浓度；m(单位：g)为吸附剂吸附前的重量；t(单位：min)表示吸附或解吸过程的持续时间。

27、进一步的，所述稳态模拟测试的过程包括：将吸附剂置于反应管内，通入氧气和惰性气体，预处理，设定目标的体积空速和/或目标的温度，保持目标的温度和/或目标的体积空速，通入模拟气体进行测试，直至吸附剂吸附完成，对吸附剂进行脱附，然后在下一个目标的体积空速和/或目标的温度进行吸附剂的吸附量测试。

28、进一步的，评价吸附剂在实际应用环境下的实用性时，通入模拟气体进行测试时，保持目标的体积空速和目标的温度下进行测试。

29、进一步的，评价吸附剂在实际应用环境下的适应性时，通入模拟气体进行测试时，包括i方案-iii方案：

30、i方案：保持设定的目标的体积空速，连续改变温度区间范围内的温度进行测试；

31、ii方案：保持设定目标的温度，连续改变体积空速区间范围内的体积空速进行测试；

32、iii方案：设定的目标的体积空速和目标的温度为体积空速区间和温度区间，在体积空速区间范围内连续改变体积空速和在温度区间范围内连续改变温度进行测试。

33、进一步的，所述吸附剂的形态为颗粒状、粉末状、块状、条状、泡沫状、蜂窝状中至少一种。

34、进一步的，所述惰性气体包括氮气、氦气、氩气、氖气、氪气、氙气中的至少一种。

35、进一步的，本领域技术人员在进行惰性气体和氧气配置时，可以根据实际需要进行限制惰性气体和氧气之间的比例关系。

36、进一步的，所述预处理包括将反应管加热至500℃-850℃恒温处理至少30min，然后将反应管的温度下降至目标的温度。

37、进一步的，所述模拟气体包括氮气、氮氧化物、氧气、一氧化碳、碳氢化合物、二氧化碳。

38、本领域技术人员在进行模拟气体配置时，可以根据实际需要进行限制模拟气体中气体之间的比例关系。

39、进一步的，所述碳氢化合物包括甲烷、丙烷、乙烯、乙炔、丙烯中的一种或几种。

40、进一步的，所述模拟气体还包括甲醇、乙醇、甲苯、c4-c12直链烷烃、单环芳烃、环烷烃、萜烃、羰基化合物中的一种或几种。

41、进一步的，所述直至吸附剂吸附完成后，还需要保持至少10min。

42、进一步的，所述脱附的具体步骤包括将反应管的温度升温至500℃以上。

43、进一步的，所述升温的速率为2℃/min-20℃/min。

44、进一步的，所述升温的速率为10℃/min。

45、进一步的，所述吸附完成的判断为通过吸附剂前后模拟气体浓度差异，持续10min以上浓度差异均低于±10ppm。

46、进一步的，所述脱附完成的判断为通过吸附剂前后模拟气体浓度差异，持续10min以上浓度差异均低于±10ppm。

47、进一步的，所述目标的体积空速为102-106h-1。

48、进一步的，所述目标的温度为100℃-500℃。

49、进一步的，所述将吸附剂安装在发动机台架进行测试的具体步骤包括：

50、组装发动机台架测试装置，进行测试；

51、所述发动机台架测试装置包括发动机、热源、吸附单元、压缩机、旁路管道；

52、所述发动机、热源、吸附单元通过排气管路依次连接；

53、在发动机和热源之间设置有主路阀门；

54、压缩机与排气管路连接，压缩机与排气管路的连接点在主路阀门和热源之间；

55、在发动机和主路阀门之间连接有旁路管道；

56、旁路管道上设置有旁路阀门。

57、进一步的，进行目标的温度和目标的体积空速测试过程包括：

58、将吸附剂放置于吸附单元中，关闭主路阀门和旁路阀门，压缩机产生的压缩空气通入排气管路中，开启热源将热源与吸附单元之间的排气管路进行加热至500℃以上，保持25min-35min，关闭热源，热源与吸附单元之间的排气管路冷却至100℃以下，关闭压缩机，完成预处理；

59、开启旁路阀门和关闭主路阀门，开启发动机，当达到目标的体积空速或目标的温度后，关闭旁路阀门和开启主路阀门，对吸附剂进行测试，当通过吸附剂前后气体浓度差异，持续10min以上浓度差异均低于±10ppm时，继续采集10min，测试结束；

60、开启旁路阀门和关闭主路阀门，开启压缩机，开启热源将热源与吸附单元之间的排气管路进行加热至500℃以上，保持25min-35min，吸附剂完成再生处理，然后进行下一个目标的体积空速或目标的温度进行测试。

61、进一步的，在设置的温度区间内和体积空速区间内的测试条件下进行测试过程包括ⅰ方案-ⅲ方案：

62、ⅰ方案：将吸附剂放置于吸附单元中，关闭主路阀门和旁路阀门，压缩机产生的压缩空气通入排气管路中，开启热源将热源与吸附单元之间的排气管路进行加热至500℃以上，保持25min-35min，关闭热源，热源与吸附单元之间的排气管路冷却至100℃以下，关闭压缩机，完成预处理；

63、开启旁路阀门和关闭主路阀门，开启发动机，当达到目标的体积空速，关闭旁路阀门和开启主路阀门，在设置的温度区间内连续改变温度，对吸附剂进行测试，当通过吸附剂前后气体浓度差异，持续10min以上浓度差异均低于±10ppm时，继续采集10min，测试结束；

64、开启旁路阀门和关闭主路阀门，开启压缩机，开启热源将热源与吸附单元之间的排气管路进行加热至500℃以上，保持25min-35min，吸附剂完成再生处理；

65、ⅱ方案：

66、将吸附剂放置于吸附单元中，关闭主路阀门和旁路阀门，压缩机产生的压缩空气通入排气管路中，开启热源将热源与吸附单元之间的排气管路进行加热至500℃以上，保持25min-35min，关闭热源，热源与吸附单元之间的排气管路冷却至100℃以下，关闭压缩机，完成预处理；

67、开启旁路阀门和关闭主路阀门，开启发动机，当达到目标的温度后，关闭旁路阀门和开启主路阀门，在设置的体积空速区间内连续改变体积空速，对吸附剂进行测试，当通过吸附剂前后气体浓度差异，持续10min以上浓度差异均低于±10ppm时，继续采集10min，测试结束；

68、开启旁路阀门和关闭主路阀门，开启压缩机，开启热源将热源与吸附单元之间的排气管路进行加热至500℃以上，保持25min-35min，吸附剂完成再生处理；

69、ⅲ方案：将吸附剂放置于吸附单元中，关闭主路阀门和旁路阀门，压缩机产生的压缩空气通入排气管路中，开启热源将热源与吸附单元之间的排气管路进行加热至500℃以上，保持25min-35min，关闭热源，热源与吸附单元之间的排气管路冷却至100℃以下，关闭压缩机，完成预处理；

70、开启旁路阀门和关闭主路阀门，开启发动机，当达到设置的温度区间内和体积空速区间内时，关闭旁路阀门和开启主路阀门，在设置的体积空速区间内连续改变体积空速和在设置的温度区间内连续改变温度，对吸附剂进行测试，当通过吸附剂前后气体浓度差异，持续10min以上浓度差异均低于±10ppm时，继续采集10min，测试结束；

71、开启旁路阀门和关闭主路阀门，开启压缩机，开启热源将热源与吸附单元之间的排气管路进行加热至500℃以上，保持25min-35min，吸附剂完成再生处理。

72、本发明还提供了所述尾气吸附剂测评方法在测评吸附剂中的应用。

73、本发明实施例具有以下技术效果：

74、1.通过本发明提出校准系数λ，用于评价尾气吸附材料的应用稳定性，反映吸附材料在实际发动机尾气中抗竞争吸附能力和抗干扰能力，用于测评和判断是否具备实用性；本发明还设置偏差指数κ，用于评价吸附材料的实时吸附性能，反映面对发动机尾气实时变化情况下吸附材料的时效性和适应性。

75、2.吸附剂吸附目标物质，过程可分为三个阶段，目标物质由气氛中扩散至吸附剂表面，目标物质在吸附剂表面结合附着，目标污染物离开吸附剂表面扩散至气流中。体积空速会影响目标污染物在气氛中的扩散，体积空速越小表明目标污染物与吸附剂接触时间越充分，对吸附有利；反之，体积空速越大，目标污染物来不及与吸附剂充分接触，对吸附不利。另外，根据langmuir吸附模型，目标物质在吸附剂表面的吸附过程是可逆的吸附脱附，动态平衡的过程，吸附速率与温度成正比，因此，温度也是影响吸附量的另一关键指标。因此，本发明通过吸附量、温度和体积空速进行绘制吸附剂的本征吸附特性；将吸附剂的本征吸附特性与吸附材料应用稳定性和实时吸附性能进行有效关联，形成全面的吸附性能评价测试方法，可用于吸附材料优化，可用于电控策略开发。