选择型还原催化器标定方法与流程

1.本发明涉及选择性催化还原技术领域，尤其涉及一种选择型还原催化器标定方法。


背景技术：

2.柴油机的nox排放主要包括排气中的no和no2两种。no的化学性质十分活泼，与氧气发生反应后，会形成no2。no2在常温常压下为红棕色，气味具有刺激性，易溶于水、有毒、易液化；no2吸入人体后，会对肺部产生强烈的刺激和腐蚀作用。由于组成no
x
的是空气中两种主要成分n2和o2，它们是无害的，所以最理想的情况就是将no
x
分解为n2和o2。但是直接分解成本很高，所以一般采用在一定温度下，利用催化剂的催化作用，使no
x
与还原剂反应，将nox还原为无害的n2和h2o、co2等的no
x
催化还原法。
3.选择性催化还原(selective catalytic reduction，scr)系统是消除柴油机排气中nox的主要后处理技术。scr系统以nh3为还原剂，在催化剂的作用下，还原剂有选择性地与排气中的no
x
发生反应并生成n2和h2o等的方法。其特点是还原剂基本上不与o2反应，避免了还原剂的额外消耗，大大减少了反应产生的热量，降低了催化反应器的温度，使反应器控制变得更容易，同时提高了反应器的使用寿命和可靠性。因此scr技术是目前车用柴油机使用最广泛、技术最成熟的no
x
的选择催化还原技术。
4.其净化机理可用以下反应表示：
5.4nh3 4no o2→
4n2 6h2o
6.4nh3 2no 2no2→
4n2 6h2o
7.8nh3 6no2→
7n2 12h2o
8.传统的scr系统开发主要在试验阶段通过不同的scr系统选择和标定手段来满足法规要求，开发周期长，耗费大量的人力物力，不能做到精细化的后处理系统开发。但随着市场竞争的加剧，设计工程师必须在开发时采用更有针对性的措施来缩短开发周期；另外由于排放法规的日趋严苛，排放后处理系统的开发难度大幅度上升。
9.因此，亟需一种选择型还原催化器标定方法。


技术实现要素：

10.本发明的目的是提供一种选择型还原催化器标定方法，以解决上述现有技术中的问题，能够建立较准确的scr仿真模型，实现scr后处理系统的快速开发。
11.本发明提供了一种选择型还原催化器标定方法，其中，包括：
12.测试scr小样的化学反应，得到小样测试结果；
13.根据所述小样测试结果，标定scr小样的仿真模型，得到小样模型参数；
14.根据所述小样模型参数，标定scr系统的仿真模型，得到系统模型参数。
15.如上所述的选择型还原催化器标定方法，其中，优选的是，所述测试scr小样的化学反应，得到小样测试结果，具体包括：
16.测试scr小样的标准scr化学反应的转化效率，得到小样标准scr化学反应的测试结果；
17.测试scr小样的快速scr化学反应的转化效率，得到小样快速scr化学反应的测试结果；
18.测试scr小样的慢速scr化学反应的转化效率，得到小样慢速scr化学反应的测试结果。
19.如上所述的选择型还原催化器标定方法，其中，优选的是，所述测试scr小样的标准scr化学反应的转化效率，得到小样标准scr化学反应的测试结果，具体包括：
20.将气体组分nh3、o2和no分别通入小样试验台的scr小样进口，从开始到预设中间时刻nh3与no的体积百分比为1:1
‑
1.3:1，以使气体组分发生标准scr化学反应4nh3 4no o2→
4n2 6h2o，在不同的测试温度下，在小样试验台的scr出口检测nh3、no、o2的体积分数，以得到no的转化效率，并将标准scr化学反应的no的转化效率作为小样标准scr化学反应的测试结果。
21.如上所述的选择型还原催化器标定方法，其中，优选的是，所述测试scr小样的标准scr化学反应的转化效率，得到小样标准scr化学反应的测试结果，具体包括：
22.将气体组分nh3、o2和no分别通入小样试验台的scr小样进口，其中，从开始到预设中间时刻nh3的体积分数为0.08％，预设中间时刻后停止通入nh3，no的体积分数为0.07％，o2的体积分数为10％，从开始到预设中间时刻n2的体积分数为89.85％，中间时刻后n2的体积分数为89.93％，测试温度分别为473k、573k、673k、773k，在小样试验台的scr出口检测nh3、no、o2的体积分数，以得到no的转化效率，并将标准scr化学反应的no的转化效率作为小样标准scr化学反应的测试结果，其中，气体组分的初始温度为293k。
23.如上所述的选择型还原催化器标定方法，其中，优选的是，所述测试scr小样的快速scr化学反应的转化效率，得到小样快速scr化学反应的测试结果，具体包括：
24.将气体组分nh3、no2、no分别通入小样试验台的scr小样进口，从开始到预设中间时刻no2与no的体积百分比为1:1
‑
1.3:1，从开始到预设中间时刻nh3与no2的体积百分比为2:1
‑
4:1，以使气体组分发生快速scr化学反应4nh3 2no 2no2→
4n2 6h2o，在不同的测试温度下，在小样试验台的scr出口检测nh3、no、no2、o2的体积分数，以得到no和no2的转化效率，并将快速scr化学反应的no和no2的转化效率作为小样快速scr化学反应的测试结果。
25.如上所述的选择型还原催化器标定方法，其中，优选的是，所述测试scr小样的快速scr化学反应的转化效率，得到小样快速scr化学反应的测试结果，具体包括：
26.将气体组分nh3、no2、no分别通入小样试验台的scr小样进口，其中，从开始到预设中间时刻nh3的体积分数为0.08％，预设中间时刻后停止通入nh3，no的体积分数为0.035％，no2的体积分数为0.035％，o2的体积分数为10％，从开始到预设中间时刻n2的体积分数为89.85％，预设中间时刻后n2的体积分数为89.93％，测试温度分别为473k、573k、673k、773k，在小样试验台的scr出口检测nh3、no、no2、o2的体积分数，以得到no和no2的转化效率，并将快速scr化学反应的no和no2的转化效率作为小样快速scr化学反应的测试结果，其中，气体组分的初始温度为293k。
27.如上所述的选择型还原催化器标定方法，其中，优选的是，所述测试scr小样的慢速scr化学反应的转化效率，得到小样慢速scr化学反应的测试结果，具体包括：
28.将气体组分nh3、no、o2、no2分别通入小样试验台的scr小样进口，从开始到预设中间时刻no与no2的体积百分比为1:3
‑
1:5，从开始到预设中间时刻nh3与no2的体积百分比为1.5:1
‑
2:1，以使气体组分发生快速scr化学反应8nh3 6no2→
7n2 12h2o，在不同的测试温度下，在小样试验台的scr出口检测nh3、no、no2的体积分数，以得到no2的转化效率，并将快速scr化学反应的no2的转化效率作为小样慢速scr化学反应的测试结果。
29.如上所述的选择型还原催化器标定方法，其中，优选的是，所述测试scr小样的慢速scr化学反应的转化效率，得到小样慢速scr化学反应的测试结果，具体包括：
30.将气体组分nh3、no、o2、no2分别通入小样试验台的scr小样进口，其中，从开始到预设中间时刻nh3的体积分数为0.13％，预设中间时刻后停止通入nh3，no的体积分数为0.02％，no2的体积分数为0.08％，o2的体积分数为10％，从开始到预设中间时刻n2的体积分数为89.77％，预设中间时刻后n2的体积分数为89.9％，测试温度分别为473k、573k、673k、773k，在小样试验台的scr出口检测nh3、no、no2的体积分数，以得到no2的转化效率，并将快速scr化学反应的no2的转化效率作为小样慢速scr化学反应的测试结果，其中，气体组分的初始温度为293k。
31.如上所述的选择型还原催化器标定方法，其中，优选的是，所述根据所述小样测试结果，标定scr小样的仿真模型，得到小样模型参数，具体包括：
32.在计算流体动力学模型中，根据所述小样测试结果，标定scr小样的仿真模型，得到小样模型参数，以使通过计算流体动力学模型计算的scr化学反应的转化效率与所述小样测试结果一致。
33.如上所述的选择型还原催化器标定方法，其中，优选的是，所述根据所述小样模型参数，标定scr系统的仿真模型，得到系统模型参数，具体包括：
34.在所述计算流体动力学模型中，根据所述小样模型参数，标定scr系统的仿真模型，得到系统模型参数，其中，所述scr系统包括多个所述scr小样和各所述scr小样之间的连接管路。
35.本发明提供一种选择型还原催化器标定方法，采用scr小样标定策略，先标定scr小样的仿真模型，得到小样模型参数，并在此基础上标定scr系统的仿真模型，得到系统模型参数，通过scr小样标定，建立较准确的scr仿真模型，可以避免仿真模型与实际模型不一致的问题；有利于利用标定好的scr系统的仿真模型开发scr后处理系统，可以快速实现柴油机scr后处理系统的开发，降低人力物力的消耗，实现后处理系统的精细化开发。
附图说明
36.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：
37.图1为本发明提供的选择型还原催化器标定方法的实施例的流程图。
具体实施方式
38.现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且
向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
39.本公开中使用的“第一”、“第二”：以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
40.在本公开中，当描述到特定部件位于第一部件和第二部件之间时，在该特定部件与第一部件或第二部件之间可以存在居间部件，也可以不存在居间部件。当描述到特定部件连接其它部件时，该特定部件可以与所述其它部件直接连接而不具有居间部件，也可以不与所述其它部件直接连接而具有居间部件。
41.本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
42.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
43.传统的scr系统开发主要在试验阶段通过不同的scr系统选择和标定手段来满足法规要求，开发周期长，耗费大量的人力物力，不能做到精细化的后处理系统开发。但随着市场竞争的加剧，设计工程师必须在开发时采用更有针对性的措施来缩短开发周期；另外由于排放法规的日趋严苛，排放后处理系统的开发难度大幅度上升。仿真分析是现代发动机开发的重要手段之一，它使得排放后处理系统的设计者能更早的了解产品的性能表现，针对可能出现的问题采取针对性措施，从而有效提高产品质量并缩短开发周期。
44.如图1所示，本实施例提供的选择型还原催化器标定方法在实际执行过程中，具体包括如下步骤：
45.步骤s1、测试scr小样的化学反应，得到小样测试结果。
46.其中，scr小样选择的原则是截取scr载体中的单孔样本，在小样试验台上进行化学反应测试(例如为反应物的转化效率)。在本发明的选择型还原催化器标定方法的一种实施方式中，所述步骤s1具体可以包括：
47.步骤s11、测试scr小样的标准scr化学反应的转化效率，得到小样标准scr化学反应的测试结果。
48.具体地，将气体组分nh3、o2和no分别通入小样试验台的scr小样进口，从开始到预设中间时刻nh3与no的体积百分比为1:1
‑
1.3:1，以使气体组分发生标准scr化学反应4nh3 4no o2→
4n2 6h2o，在不同的测试温度下，在小样试验台的scr出口检测nh3、no、o2的体积分数，以得到no的转化效率，并将标准scr化学反应的no的转化效率作为小样标准scr化学反应的测试结果。
49.一氧化氮(no)与人体血液中血红素的亲和力比co还强，二者结合后会产生与co相似的症状，一般情况下对人体的眼睛、鼻子、咽喉、支气管和肺部等会带来更大的损害，严重时会置人于死地。通过标准scr化学反应，可以使no转换为无害的n2。通过在不同的温度下
进行测试，可以模拟发动机的不同运行工况，使标定结果适用的温度范围更广。
50.在具体实现中，将气体组分nh3、o2和no分别通入小样试验台的scr小样进口，其中，从开始到预设中间时刻nh3的体积分数为0.08％，预设中间时刻后停止通入nh3，no的体积分数为0.07％，o2的体积分数为10％，从开始到预设中间时刻n2的体积分数为89.85％，中间时刻后n2的体积分数为89.93％，测试温度分别为473k、573k、673k、773k，在小样试验台的scr出口检测nh3、no、o2的体积分数，以得到no的转化效率，并将标准scr化学反应的no的转化效率作为小样标准scr化学反应的测试结果，其中，气体组分的初始温度为293k。
51.步骤s12、测试scr小样的快速scr化学反应的转化效率，得到小样快速scr化学反应的测试结果。
52.具体地，将气体组分nh3、no2、no分别通入小样试验台的scr小样进口，从开始到预设中间时刻no2与no的体积百分比为1:1
‑
1.3:1，从开始到预设中间时刻nh3与no2的体积百分比为2:1
‑
4:1，以使气体组分发生快速scr化学反应4nh3 2no 2no2→
4n2 6h2o，在不同的测试温度下，在小样试验台的scr出口检测nh3、no、no2、o2的体积分数，以得到no和no2的转化效率，并将快速scr化学反应的no和no2的转化效率作为小样快速scr化学反应的测试结果。
53.no2在高温下呈棕红色，属于有毒气体、有毒、有刺激性气体。二氧化氮是酸雨的成因之一，氮氧化物主要损害呼吸道。吸入初期仅有轻微的眼及上呼吸道刺激症状，如咽部不适、干咳等。数小时至十几小时或更长时间潜伏期后常发生迟发性肺水肿、成人呼吸窘迫综合征，出现胸闷、呼吸窘迫、咳嗽、咯泡沫痰、紫绀等，可并发气胸及纵隔气肿，肺水肿消退后两周左右可出现迟发性阻塞性细支气管炎。通过标准scr化学反应，可以同时将no和no2转换为无害的n2。通过在不同的温度下进行测试，可以模拟发动机的不同运行工况，使标定结果适用的温度范围更广。
54.在具体实现中，将气体组分nh3、no2、no分别通入小样试验台的scr小样进口，其中，从开始到预设中间时刻nh3的体积分数为0.08％，预设中间时刻后停止通入nh3，no的体积分数为0.035％，no2的体积分数为0.035％，o2的体积分数为10％，从开始到预设中间时刻n2的体积分数为89.85％，预设中间时刻后n2的体积分数为89.93％，测试温度分别为473k、573k、673k、773k，在小样试验台的scr出口检测nh3、no、no2、o2的体积分数，以得到no和no2的转化效率，并将快速scr化学反应的no和no2的转化效率作为小样快速scr化学反应的测试结果，其中，气体组分的初始温度为293k。
55.步骤s13、测试scr小样的慢速scr化学反应的转化效率，得到小样慢速scr化学反应的测试结果。
56.具体地，将气体组分nh3、no、o2、no2分别通入小样试验台的scr小样进口，从开始到预设中间时刻no与no2的体积百分比为1:3
‑
1:5，从开始到预设中间时刻nh3与no2的体积百分比为1.5:1
‑
2:1，以使气体组分发生快速scr化学反应8nh3 6no2→
7n2 12h2o，在不同的测试温度下，在小样试验台的scr出口检测nh3、no、no2的体积分数，以得到no2的转化效率，并将快速scr化学反应的no2的转化效率作为小样慢速scr化学反应的测试结果。
57.通过在不同的温度下进行测试，可以模拟发动机的不同运行工况，使标定结果适用的温度范围更广。
58.在具体实现中，将气体组分nh3、no、o2、no2分别通入小样试验台的scr小样进口，其
中，从开始到预设中间时刻nh3的体积分数为0.13％，预设中间时刻后停止通入nh3，no的体积分数为0.02％，no2的体积分数为0.08％，o2的体积分数为10％，从开始到预设中间时刻n2的体积分数为89.77％，预设中间时刻后n2的体积分数为89.9％，测试温度分别为473k、573k、673k、773k，在小样试验台的scr出口检测nh3、no、no2的体积分数，以得到no2的转化效率，并将快速scr化学反应的no2的转化效率作为小样慢速scr化学反应的测试结果，其中，气体组分的初始温度为293k。
59.步骤s2、根据所述小样测试结果，标定scr小样的仿真模型，得到小样模型参数。
60.具体而言，在计算流体动力学模型(computational fluid dynamics，cfd)中，根据所述小样测试结果，标定scr小样的仿真模型，得到小样模型参数，以使通过计算流体动力学模型计算的scr化学反应的转化效率与所述小样测试结果一致。
61.在具体实现中，根据小样标准scr化学反应的测试结果，对scr小样仿真模型(cfd中的scr小样仿真模型)中的标准scr反应进行标定；根据小样快速scr化学反应的测试结果，对scr小样仿真模型中的快速scr反应进行标定；根据小样慢速scr化学反应的测试结果，对scr小样仿真模型中的慢速scr反应进行标定。
62.例如，小样测试结果中的标准scr化学反应的no的转化效率为50％，而通过cfd计算得到的标准scr化学反应的no的转化效率为50％，则在标定时，需要将通过cfd计算得到的标准scr化学反应的no的转化效率乘以1.6(80％/50％)，这样在标定结束后可以通过cfd得到准确的scr小样模拟结果。
63.步骤s3、根据所述小样模型参数，标定scr系统的仿真模型，得到系统模型参数。
64.具体地，在所述计算流体动力学模型中，根据所述小样模型参数，标定scr系统的仿真模型，得到系统模型参数，其中，所述scr系统包括多个所述scr小样和各所述scr小样之间的连接管路。
65.通过步骤s2，可以通过cfd得到准确的scr小样模拟结果，通过步骤s3，可以准确地模拟出整个scr系统的催化性能，有利于快速开发出柴油机对应的scr后处理系统。
66.本发明实施例提供的选择型还原催化器标定方法，采用scr小样标定策略，先标定scr小样的仿真模型，得到小样模型参数，并在此基础上标定scr系统的仿真模型，得到系统模型参数，通过scr小样标定，建立较准确的scr仿真模型，可以避免仿真模型与实际模型不一致的问题；有利于利用标定好的scr系统的仿真模型开发scr后处理系统，可以快速实现柴油机scr后处理系统的开发，降低人力物力的消耗，实现后处理系统的精细化开发。
67.至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
68.虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。