CN107620620A - 一种实验教学用选择性催化还原发动机尾气*** - Google Patents

一种实验教学用选择性催化还原发动机尾气*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实验教学用选择性催化还原发动机尾气***，包括尿素罐、储气罐、供给计量模块、催化***、冷却水***和后处理控制单元，本技术方案首次提出用复合分子筛催化剂，水热法提高其结晶性能，其催化活性温度最低可达120℃，氮氧化物降解效率达到95％；创新的将尿素供给计量***采用气体辅助的方式，提高了雾化效果，有利于优化和降低催化剂的涂敷量；自主开发DCU软硬件，产品支持开环控制策略和客户指定的喷射策略，能够瞬态修正喷射量，实现设备自动化，集成化和智能化；集成式后处理器采用创新性的结构设计，尿素消耗低，营运成本低的特点；新型电子控制***自动故障检测的设计，为保证使用安全提供坚实的保障。

Description

一种实验教学用选择性催化还原发动机尾气***
技术领域
本发明属于发动机尾气处理领域，尤其是一种实验教学用选择性催化还原发动机尾气***。
背景技术
氮氧化物(NOx)是多种氮氧化合物的总称，其中对大气环境造成污染的主要包括NO、NO2、N2O，是空气污染问题的引发因素之一。全球排入大气中的氮氧化物逐年增加，已经达到千万吨以上。氮氧化物的来源大致有两类，一类是固定源，主要来源于锅炉以及焚烧炉排出的烟气，另一部分来自于移动源汽车和轮船等交通工具排放的尾气。其中，柴油车对城市氮氧化物的排放贡献相当大。如何有效遏制柴油机动车尾气排放，对于改善城市大气环境有着积极和重要的作用。机动车尾气氮氧化物控制技术可以分为三大类：机前控制技术，机内控制技术和机外控制技术(即后处理技术)。
后处理技术是对已产生的氮氧化物采取措施来减少其排放，这也是目前国内外普遍采用的脱硝方法和研究热点。选择性催化还原(SCR)指利用氨、尿素、CO、H2或烃类为还原剂，在氧气浓度高出NOx浓度两个数量级以上的条件下，还原剂选择性地优先把NOx还原为N2而非与O2发生反应。催化剂降低了反应的活化能，使反应温度降低。目前，在富氧条件下选择催化还原是最具前途的一种脱氮方法。以氨为还原剂时，主要反应为：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
氨法脱硝存在以下缺点：(1)氨水腐蚀设备；(2)氨气易泄漏；(3)反应中产生硫酸铵盐。因此氨法适合固定源NOx的脱除，而尿素相对于氨气更安全，适于移动源脱硝。
发明内容
本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种实验教学用选择性催化还原发动机尾气***。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种实验教学用选择性催化还原发动机尾气***，包括尿素罐、储气罐、供给计量模块、催化***、冷却水***和后处理控制单元，
发动机通过主气体管路与催化***相连，尿素罐通过尿素管路与供给计量模块相连，在尿素罐上设置有尿素直流泵，储气罐通过供气管路与供给计量模块相连，尿素和气体在供给计量模块中进行计量和混合后通过喷嘴进入主气体管路，最终与发动机产生的尾气共同进入催化***进行尾气的吸附处理；
其中，所述的供给计量模块包括气体输送管路、尿素回流管路、尿素蓄能管路、尿素气体节流管路、气液混合器和喷嘴，气体输送管路与储气罐相连，在气体输送管路上设置有气泵、二级滤清器、第一温度传感器、气压传感器和第一电磁阀，三条尿素管路(尿素回流管路、尿素蓄能管路和尿素气体节流管路)与尿素罐相连，三条管路在三岔分流管处进行分流，在三岔分流管的上游设置有第一单向阀，尿素回流管路上设置有尿素回流气控阀，尿素回流管路接回尿素罐，在尿素蓄能管路上设置有第二单向阀和蓄能器，尿素蓄能管路连接于气体输送管路上，在尿素气体节流管路上设置有气体节流孔板，来自气体输送管路和尿素气体节流管路的气体和尿素在气液混合器中进行汇聚，气液混合器连接喷嘴；
其中，所述的催化***包括，外壳、内端板、隔板、催化剂载体、排气管、进气管、进气法兰、第二温度传感器和氮氧传感器，催化***外壳呈四方形，一端设置有进气管，进气管通过进气法兰与主气体管路相连，在接近主气体管路与进气法兰的连接处的地方，供给计量模块的喷嘴伸入主气体管路中，尿素与尾气在此处进行混合共同进入催化***内，催化***的另一侧设置有排气管，催化***的内部的一侧设置有内端板，内端板上设置有隔板将催化***内部分隔为C字形的混合处理空间，隔板上设置有用于放置催化剂的催化剂载体，催化剂载体设置于隔板的两侧使尾气在混合处理空间内可与催化剂进行充分的接触反应，在催化***上还设置有第二温度传感器和氮氧传感器；
在所述催化剂载体上放置有反蛋白石催化剂，该反蛋白石催化剂的制备过程如下所述：
步骤一、制备分子筛反蛋白石结构以正硅酸乙酯、四丙基氢氧化铵、去离子水为原料进行混合，使最终摩尔配比n(TEOS)：n(TPAOH)：n(H2O)＝(1-3)：(0.1-0.5)：(100-120)，取一洁净烧杯，加入去离子水、四丙基氢氧化铵，在搅拌条件下逐滴加入正硅酸乙酯，之后加入PS微球，老化24-30h，而后将合成液转入反应釜，在170-180℃下晶化1.5-2h后以15-20℃/min的速度降温至室温(25-30℃)，然后用去离子水反复洗涤至所得晶体悬液为中性(pH6.8-7.2)，在60-70℃下干燥，干燥后在500-550℃下烧结2-3h,并进行退火处理从而使分子筛形貌变为反蛋白质结构；
步骤二、负载活性物质活性物质是质量百分数为6-7％的硝酸铈溶液，将催化剂置入洁净烧杯，加入氯化铜水溶液在室温下浸渍24-30h，使活性物质硝酸铈的质量达到步骤一中合成的反蛋白质结构质量的5％-25％，在110-120℃下干燥1-2h，之后将样品放入马弗炉，在500-550℃条件下煅烧3h，得到成品，该步骤用以提升反蛋白石结构的脱硝能力。
其中，所述的冷却水***为利用发动机冷却水对尿素管路进行温控的***，从发动机开始连接尿素罐，再连通供给计量模块，最后返回发动机，完成对尿素管路的温控，防止尿素在低温下结晶，在冷却水***中设置有冷却液电磁阀；
所述后处理控制单元包括信号处理模块、功率驱动模块、总线驱动模块、电源模块和单片机，单片机分别与信号处理模块、功率驱动模块、总线驱动模块和电源模块相连，所述总线驱动模块与所述发动机控制装置相连，以获得发动机转速、扭矩信号，所述功率驱动模块与尿素直流泵、第一温度传感器、第二温度传感器、气压传感器、氮氧传感器、第一电磁阀和第二电磁阀相连，所述后处理控制单元接收各传感器的信号，控制尿素直流泵的运转或停止，以及电磁阀的开启或关闭。
一种实验教学用选择性催化还原发动机尾气***在发动机尾气处理中的应用，按照下述步骤进行：
步骤1，SCR计量喷射***和电子控制单元进行喷射控制。尿素从尿素罐沿管路进入供给计量模块，在供给计量模块内，经电磁阀控制喷射速度，单向阀稳压后，一部分经气体节流孔板稳压后进入气液混合器，一部分经单向阀进入蓄能器，一部分经尿素回流气控阀至尿素回流管路；
步骤2，压缩空气从储气罐经气体调压阀进入供给计量模块，经气泵产生气压后一部分输送到尿素回流管路协助尿素回流过程，另一部分输送到二级滤清器，过滤掉压缩空气中的颗粒物，经压力传感器、温度传感器后，由电磁阀控制喷射速度将空气喷射到气液混合器中，与尿素水溶液混合，辅助提高尿素水溶液的雾化效果；
步骤3，雾化后的尿素水溶液经过喷嘴与发动机产生的尾气混合，在催化***内的催化剂表面发生反应，完成氮氧化物催化降解过程；
步骤4，冷却水在冷却液电磁阀控制下将发动机产生的热量传递到尿素罐与供给计量模块，防止尿素在低温下结晶；
步骤5，设计的后处理控制单元(DCU)，接收所有传感器的信号，控制尿素直流泵的运转或停止，以及所有电磁阀的开启或关闭，实现自动控制；
步骤6，尾气的采集和分析，测定尾气处理效率，利用气相色谱-质谱联用、红外分析等对降解后的尾气体系进行定量和定性分析，通过质谱确定降解后尾气中各组分的分子式，结合XRD、原子吸收等大型仪器确定尾气中其他各组分含量，确定氮氧化物的降解效率在不同降解条件下降解产物；
步骤7，对于SCR后处理器在不正常运行条件下，排出尾气进行精确分析，确定问题产生环节，确保产品质量；
步骤8，在***运行时，进行实时故障检测，包括对传感器、执行器、控制器总线和***功能的监视和测量，并根据监测结果判断是否有故障出现。当检测到某一故障后，将对此故障持续发生的时间进行计时(或对发生次数计数)。当故障计时器(或计数器)的值超过预设的值(容错时间或容错次数)后，即可确定此故障发生。如在容错时间内，该故障消失，则故障计时器(或计数器)归零，故障计时(或计数)重新开始。在故障被确认后，设置故障确认状态位，并开始故障恢复判断。
在本发明的技术方案中，首次提出用复合分子筛催化剂，水热法提高其结晶性能，其催化活性温度最低可达120℃，氮氧化物降解效率达到95％；创新的将尿素供给计量***采用气体辅助的方式，提高了雾化效果，有利于优化和降低催化剂的涂敷量；自主开发DCU软硬件，产品支持开环控制策略和客户指定的喷射策略，能够瞬态修正喷射量，可以直接过渡到国五和国六及闭环控制，实现设备自动化，集成化和智能化；集成式后处理器采用创新性的结构设计，尿素消耗低，营运成本低的特点；新型电子控制***自动故障检测的设计，为保证使用安全提供坚实的保障。
附图说明
图1为本发明中尾气处理***的管路连接示意图。
图2为本发明中供给计量模块管路连接结构示意图。
图3为本发明中SCR后处理器(催化***)结构示意图。
图4为本发明中实验台控制装置(DCU)结构示意图。
图5为合成的分子筛反蛋白石催化剂SEM图。
图6为负载活性物质的分子筛催化剂的NOx转化率折线图。
其中，1为后处理控制单元，2为发动机，3为尿素罐，4为冷却液电磁阀，5为供给计量模块，6为催化***，7为气体调压阀，8为储气罐，9为气泵，10为二级滤清器，11为第一温度传感器，12为气压传感器，13为第一电磁阀，14为气液混合器，15为喷嘴，16为第二电磁阀，17为第一单向阀，18为第二单向阀，19为蓄能器，20为尿素回流气控阀，21为尿素回流管路，22为气体节流孔板，23为三岔分流管，24为外壳，25为内端板，26为隔板，27为催化剂载体，28为混合处理空间，29为排气管，30为进气管，31为第二温度传感器，32为氮氧传感器，33为进气法兰，34为排气管路。
具体实施方式
下面结合附图与具体的实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图中所示，一种实验教学用选择性催化还原发动机尾气***，包括尿素罐、储气罐、供给计量模块、催化***、冷却水***和后处理控制单元，
发动机通过主气体管路与催化***相连，尿素罐通过尿素管路与供给计量模块相连，在尿素罐上设置有尿素直流泵，储气罐通过供气管路与供给计量模块相连，尿素和气体在供给计量模块中进行计量和混合后通过喷嘴进入主气体管路，最终与发动机产生的尾气共同进入催化***进行尾气的吸附处理；
其中，所述的供给计量模块包括气体输送管路、尿素回流管路、尿素蓄能管路、尿素气体节流管路、气液混合器和喷嘴，气体输送管路与储气罐相连，在气体输送管路上设置有气泵、二级滤清器、第一温度传感器、气压传感器和第一电磁阀，三条尿素管路(尿素回流管路、尿素蓄能管路和尿素气体节流管路)与尿素罐相连，三条管路在三岔分流管处进行分流，在三岔分流管的上游设置有第一单向阀，尿素回流管路上设置有尿素回流气控阀，尿素回流管路接回尿素罐，在尿素蓄能管路上设置有第二单向阀和蓄能器，尿素蓄能管路连接于气体输送管路上，在尿素气体节流管路上设置有气体节流孔板，来自气体输送管路和尿素气体节流管路的气体和尿素在气液混合器中进行汇聚，气液混合器连接喷嘴；
其中，所述的催化***包括，外壳、内端板、隔板、催化剂载体、排气管、进气管、进气法兰、第二温度传感器和氮氧传感器，催化***外壳呈四方形，一端设置有进气管，进气管通过进气法兰与主气体管路相连，在接近主气体管路与进气法兰的连接处的地方，供给计量模块的喷嘴伸入主气体管路中，尿素与尾气在此处进行混合共同进入催化***内，催化***的另一侧设置有排气管，催化***的内部的一侧设置有内端板，内端板上设置有隔板将催化***内部分隔为C字形的混合处理空间，隔板上设置有用于放置催化剂的催化剂载体，催化剂载体设置于隔板的两侧使尾气在混合处理空间内可与催化剂进行充分的接触反应，在催化***上还设置有第二温度传感器和氮氧传感器；
其中，所述的冷却水***为利用发动机冷却水对尿素管路进行温控的***，从发动机开始连接尿素罐，再连通供给计量模块，最后返回发动机，完成对尿素管路的温控，防止尿素在低温下结晶，在冷却水***中设置有冷却液电磁阀；
所述后处理控制单元包括信号处理模块、功率驱动模块、总线驱动模块、电源模块和单片机，单片机分别与信号处理模块、功率驱动模块、总线驱动模块和电源模块相连，所述总线驱动模块与所述发动机控制装置相连，以获得发动机转速、扭矩信号，所述功率驱动模块与尿素直流泵、第一温度传感器、第二温度传感器、气压传感器、氮氧传感器、第一电磁阀和第二电磁阀相连，所述后处理控制单元接收各传感器的信号，控制尿素直流泵的运转或停止，以及电磁阀的开启或关闭。
一种实验教学用选择性催化还原发动机尾气***在发动机尾气处理中的应用，按照下述步骤进行：
步骤1，SCR计量喷射***和电子控制单元进行喷射控制。尿素从尿素罐沿管路进入供给计量模块，在供给计量模块内，经电磁阀控制喷射速度，单向阀稳压后，一部分经气体节流孔板稳压后进入气液混合器，一部分经单向阀进入蓄能器，一部分经尿素回流气控阀至尿素回流管路；
步骤2，压缩空气从储气罐经气体调压阀进入供给计量模块，经气泵产生气压后一部分输送到尿素回流管路协助尿素回流过程，另一部分输送到二级滤清器，过滤掉压缩空气中的颗粒物，经压力传感器、温度传感器后，由电磁阀控制喷射速度将空气喷射到气液混合器中，与尿素水溶液混合，辅助提高尿素水溶液的雾化效果；
步骤3，雾化后的尿素水溶液经过喷嘴与发动机产生的尾气混合，在催化***内的催化剂表面发生反应，完成氮氧化物催化降解过程；
步骤4，冷却水在冷却液电磁阀控制下将发动机产生的热量传递到尿素罐与供给计量模块，防止尿素在低温下结晶；
步骤5，设计的后处理控制单元(DCU)，接收所有传感器的信号，控制尿素直流泵的运转或停止，以及所有电磁阀的开启或关闭，实现自动控制；
步骤6，尾气的采集和分析，测定尾气处理效率，利用气相色谱-质谱联用、红外分析等对降解后的尾气体系进行定量和定性分析，通过质谱确定降解后尾气中各组分的分子式，结合XRD、原子吸收等大型仪器确定尾气中其他各组分含量，确定氮氧化物的降解效率在不同降解条件下降解产物；
步骤7，对于SCR后处理器在不正常运行条件下，排出尾气进行精确分析，确定问题产生环节，确保产品质量；
步骤8，在***运行时，进行实时故障检测，包括对传感器、执行器、控制器总线和***功能的监视和测量，并根据监测结果判断是否有故障出现。当检测到某一故障后，将对此故障持续发生的时间进行计时(或对发生次数计数)。当故障计时器(或计数器)的值超过预设的值(容错时间或容错次数)后，即可确定此故障发生。如在容错时间内，该故障消失，则故障计时器(或计数器)归零，故障计时(或计数)重新开始。在故障被确认后，设置故障确认状态位，并开始故障恢复判断。
在上述技术方案中，在催化***的催化剂载体上放置有反蛋白石催化剂，在反蛋白石催化剂的制备中，首先合成PS微球与分子筛，利用PS微球合成蛋白石结构，以该蛋白石结构为模板合成具有多孔结构的分子筛反蛋白石催化剂，使分子筛具有更好的低温活性和更宽的温度操作区间。并通过负载活性物质，进一步提高分子筛的氮氧化物转化率，该反蛋白石催化剂的制备步骤如下：
实施例1：
步骤一、合成PS微球
取洁净三口烧瓶，中口***机械搅拌装置，左口用于添加药品及通氮气，右口接冷凝回流装置，向三口烧瓶内加入体积比为1：10的苯乙烯及去离子水，在向反应液内通氮气25min后，加入0.45g过硫酸铵(作为苯乙烯合成聚苯乙烯的引发剂)，继续保持通氮气，冷凝回流2h；
步骤二、制备分子筛反蛋白石结构
以正硅酸乙酯、四丙基氢氧化铵、去离子水为原料进行混合，使最终摩尔配比n(TEOS)：n(TPAOH)：n(H2O)＝1：0.18：100，取一洁净烧杯，加入去离子水、四丙基氢氧化铵，在搅拌条件下逐滴加入正硅酸乙酯，之后加入步骤一合成的PS微球，老化24h，而后将合成液转入反应釜，在170℃下晶化1.5h后急冷至室温，然后用去离子水反复洗涤至所得晶体悬液为pH6.8，在60℃下干燥，干燥后在500℃下烧结2h,并进行退火处理；
步骤三、负载活性物质
活性物质是质量分数为6.45％的硝酸铈溶液，将催化剂置入洁净烧杯，加入氯化铜水溶液在室温下浸渍24h，使活性物质质量达到步骤二中合成的反蛋白质结构质量的5％，在110℃下干燥2h，之后将样品放入马弗炉，在500℃条件下煅烧3h，得到成品。
实施例2：
步骤一、合成PS微球
取洁净三口烧瓶，中口***机械搅拌装置，左口用于添加药品及通氮气，右口接冷凝回流装置，向三口烧瓶内加入体积比为1：10的苯乙烯及去离子水，在向反应液内通氮气30min后，加入0.5g过硫酸铵(作为苯乙烯合成聚苯乙烯的引发剂)，继续保持通氮气，冷凝回流2.5h；
步骤二、制备分子筛反蛋白石结构
以正硅酸乙酯、四丙基氢氧化铵、去离子水为原料进行混合，使最终摩尔配比n(TEOS)：n(TPAOH)：n(H2O)＝1：0.18：100，取一洁净烧杯，加入去离子水、四丙基氢氧化铵，在搅拌条件下逐滴加入正硅酸乙酯，之后加入步骤一合成的PS微球，老化27h，而后将合成液转入反应釜，在175℃下晶化1.8h后急冷至室温，然后用去离子水反复洗涤至所得晶体悬液为pH7.0，在65℃下干燥，干燥后在525℃下烧结2.5h,并进行退火处理；
步骤三、负载活性物质
活性物质是质量分数为6.45％的硝酸铈溶液，将催化剂置入洁净烧杯，加入氯化铜水溶液在室温下浸渍27h，使活性物质质量达到步骤二中合成的反蛋白质结构质量的15％，在110℃下干燥2h，之后将样品放入马弗炉，在525℃条件下煅烧3h，得到成品。
实施例3：
步骤一、合成PS微球
取洁净三口烧瓶，中口***机械搅拌装置，左口用于添加药品及通氮气，右口接冷凝回流装置，向三口烧瓶内加入体积比为1：10的苯乙烯及去离子水，在向反应液内通氮气35min后，加入0.55g过硫酸铵(作为苯乙烯合成聚苯乙烯的引发剂)，继续保持通氮气，冷凝回流3h；
步骤二、制备分子筛反蛋白石结构
以正硅酸乙酯、四丙基氢氧化铵、去离子水为原料进行混合，使最终摩尔配比n(TEOS)：n(TPAOH)：n(H2O)＝1：0.18：100，取一洁净烧杯，加入去离子水、四丙基氢氧化铵，在搅拌条件下逐滴加入正硅酸乙酯，之后加入步骤一合成的PS微球，老化30h，而后将合成液转入反应釜，在180℃下晶化2h后急冷至室温，然后用去离子水反复洗涤至所得晶体悬液为pH7.2，在70℃下干燥，干燥后在550℃下烧结3h,并进行退火处理；
步骤三、负载活性物质
活性物质是质量分数为6.45％的硝酸铈溶液，将催化剂置入洁净烧杯，加入氯化铜水溶液在室温下浸渍30h，使活性物质质量达到步骤二中合成的反蛋白质结构质量的25％，在110℃下干燥2h，之后将样品放入马弗炉，在550℃条件下煅烧3h，得到成品。
实验结果及分析:
1.反蛋白石催化剂的形貌：
图5为合成的分子筛反蛋白石催化剂的SEM图片，反蛋白石结构是蛋白石结构的逆向结构，从SEM图片中可看出该催化剂为明显的多孔状，结构紧密，孔径在1-4μm，便于质量传递，同时能有效提升催化剂的比表面积和活性位点，有利于吸附和催化反应，从而提升使用效率，降低成本。
2.反蛋白石催化剂的活性测试：
该测试利用石英管固定床反应器对实施例中制备的反蛋白石催化剂进行活性测试，反应器主要包括配气***、反应***以及分析测试***：
(1)配气***
所制得的催化剂的活性测试利用模拟烟气完成。模拟烟气包括NO，O2，N2作为载气使用。NO为体积分数0.998％的标准气，N2为载气；氮气和氧气的体积分数均达到99.99％以上。测试时，各组分的气体经过质量流量计后，在混合室中充分混合后进入石英管式反应器与催化剂发生反应。实验所用气体参数见下表：
脱硝实验的气体参数
(2)反应***
将实施例中制备的反蛋白石催化剂置于反应器内石英管中，通入气体后加热，在20-500℃每隔20℃检测一次气体。
(3)烟气分析***
本实验***主要对NO以及NO2进行测量，对反应后模拟烟气成分在线监测的设备是傅立叶变换红外光谱气体分析仪，光谱范围为4000-650cm-1，最高分辨率为0.5cm-1，检测器采用液氮冷却，气体池光程长2米，气体池窗口以及分束器的玻片材料采用ZnSe。
实验结果如图6所示，从图中可看出当催化剂活性物质负载为20％时，分子筛反蛋白石催化剂氮氧化物转化率最高，有最好的低温活性和最宽的温度操作区间。负载活性物质过少活性不够导致分子筛性能不佳，负载量过多会影响活性物质的分散性，影响催化剂的性能。
过渡金属氧化物催化脱硝材料拥有较高的NOx消除性能，与贵金属催化材料相比其表现出更高的抗氧化性，而且其应用成本低。研究表明，锰基氧化物与其它元素构成的复合氧化物具有很高的催化活性，而且该催化剂对环境友好，无污染且成本低廉。本发明中将过渡金属铈通过化学浸渍法负载到催化剂中，将所制的负载活性物质的分子筛反蛋白石催化剂置于催化***中，通过SCR尾气处理***得到高NOx转化率。
以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (2)

1.一种实验教学用选择性催化还原发动机尾气***，其特征在于：包括尿素罐、储气罐、供给计量模块、催化***、冷却水***和后处理控制单元，
发动机通过主气体管路与催化***相连，尿素罐通过尿素管路与供给计量模块相连，在尿素罐上设置有尿素直流泵，储气罐通过供气管路与供给计量模块相连，尿素和气体在供给计量模块中进行计量和混合后通过喷嘴进入主气体管路，最终与发动机产生的尾气共同进入催化***进行尾气的吸附处理；
其中，所述的供给计量模块包括气体输送管路、尿素回流管路、尿素蓄能管路、尿素气体节流管路、气液混合器和喷嘴，气体输送管路与储气罐相连，在气体输送管路上设置有气泵、二级滤清器、第一温度传感器、气压传感器和第一电磁阀，三条尿素管路与尿素罐相连，三条管路在三岔分流管处进行分流，在三岔分流管的上游设置有第一单向阀，尿素回流管路上设置有尿素回流气控阀，尿素回流管路接回尿素罐，在尿素蓄能管路上设置有第二单向阀和蓄能器，尿素蓄能管路连接于气体输送管路上，在尿素气体节流管路上设置有气体节流孔板，来自气体输送管路和尿素气体节流管路的气体和尿素在气液混合器中进行汇聚，气液混合器连接喷嘴；
其中，所述的催化***包括，外壳、内端板、隔板、催化剂载体、排气管、进气管、进气法兰、第二温度传感器和氮氧传感器，催化***外壳呈四方形，一端设置有进气管，进气管通过进气法兰与主气体管路相连，在接近主气体管路与进气法兰的连接处的地方，供给计量模块的喷嘴伸入主气体管路中，尿素与尾气在此处进行混合共同进入催化***内，催化***的另一侧设置有排气管，催化***的内部的一侧设置有内端板，内端板上设置有隔板将催化***内部分隔为C字形的混合处理空间，隔板上设置有用于放置催化剂的催化剂载体，催化剂载体设置于隔板的两侧使尾气在混合处理空间内可与催化剂进行充分的接触反应，在催化***上还设置有第二温度传感器和氮氧传感器；
在所述催化剂载体上放置有反蛋白石催化剂，该反蛋白石催化剂的制备过程如下所述：
步骤一、制备分子筛反蛋白石结构
以正硅酸乙酯、四丙基氢氧化铵、去离子水为原料进行混合，使最终摩尔配比n(TEOS)：n(TPAOH)：n(H2O)＝(1-3)：(0.1-0.5)：(100-120)，取一洁净烧杯，加入去离子水、四丙基氢氧化铵，在搅拌条件下逐滴加入正硅酸乙酯，之后加入PS微球，老化24-30h，而后将合成液转入反应釜，在170-180℃下晶化1.5-2h后以15-20℃/min的速度降温至室温(25-30℃)，然后用去离子水反复洗涤至所得晶体悬液为中性(pH6.8-7.2)，在60-70℃下干燥，干燥后在500-550℃下烧结2-3h,并进行退火处理从而使分子筛形貌变为反蛋白质结构；
步骤二、负载活性物质
活性物质是质量百分数为6-7％的硝酸铈溶液，将催化剂置入洁净烧杯，加入氯化铜水溶液在室温下浸渍24-30h，使活性物质硝酸铈的质量达到步骤一中合成的反蛋白质结构质量的5％-25％，在110-120℃下干燥1-2h，之后将样品放入马弗炉，在500-550℃条件下煅烧3h，得到成品，该步骤用以提升反蛋白石结构的脱硝能力；
其中，所述的冷却水***为利用发动机冷却水对尿素管路进行温控的***，从发动机开始连接尿素罐，再连通供给计量模块，最后返回发动机，完成对尿素管路的温控，防止尿素在低温下结晶，在冷却水***中设置有冷却液电磁阀；
所述后处理控制单元包括信号处理模块、功率驱动模块、总线驱动模块、电源模块和单片机，单片机分别与信号处理模块、功率驱动模块、总线驱动模块和电源模块相连，所述总线驱动模块与所述发动机控制装置相连，以获得发动机转速、扭矩信号，所述功率驱动模块与尿素直流泵、第一温度传感器、第二温度传感器、气压传感器、氮氧传感器、第一电磁阀和第二电磁阀相连，所述后处理控制单元接收各传感器的信号，控制尿素直流泵的运转或停止，以及电磁阀的开启或关闭。
2.一种实验教学用选择性催化还原发动机尾气***在发动机尾气处理中的应用，其特征在于：按照下述步骤进行：
步骤1，SCR计量喷射***和电子控制单元进行喷射控制。尿素从尿素罐沿管路进入供给计量模块，在供给计量模块内，经电磁阀控制喷射速度，单向阀稳压后，一部分经气体节流孔板稳压后进入气液混合器，一部分经单向阀进入蓄能器，一部分经尿素回流气控阀至尿素回流管路；
步骤2，压缩空气从储气罐经气体调压阀进入供给计量模块，经气泵产生气压后一部分输送到尿素回流管路协助尿素回流过程，另一部分输送到二级滤清器，过滤掉压缩空气中的颗粒物，经压力传感器、温度传感器后，由电磁阀控制喷射速度将空气喷射到气液混合器中，与尿素水溶液混合，辅助提高尿素水溶液的雾化效果；
步骤3，雾化后的尿素水溶液经过喷嘴与发动机产生的尾气混合，在催化***内的催化剂表面发生反应，完成氮氧化物催化降解过程；
步骤4，冷却水在冷却液电磁阀控制下将发动机产生的热量传递到尿素罐与供给计量模块，防止尿素在低温下结晶；
步骤5，设计的后处理控制单元DCU接收所有传感器的信号，控制尿素直流泵的运转或停止，以及所有电磁阀的开启或关闭，实现自动控制；
步骤6，尾气的采集和分析，测定尾气处理效率，利用气相色谱-质谱联用、红外分析等对降解后的尾气体系进行定量和定性分析，通过质谱确定降解后尾气中各组分的分子式，结合XRD、原子吸收等大型仪器确定尾气中其他各组分含量，确定氮氧化物的降解效率在不同降解条件下降解产物；
步骤7，对于SCR后处理器在不正常运行条件下，排出尾气进行精确分析，确定问题产生环节，确保产品质量；
步骤8，在***运行时，进行实时故障检测，包括对传感器、执行器、控制器总线和***功能的监视和测量，并根据监测结果判断是否有故障出现。当检测到某一故障后，将对此故障持续发生的时间进行计时或对发生次数计数，当故障计时器或计数器的值超过预设的值容错时间或容错次数后，即可确定此故障发生，如在容错时间内，该故障消失，则故障计时器或计数器归零，故障计时或计数重新开始，在故障被确认后，设置故障确认状态位，并开始故障恢复判断。
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