10. LATS Nguyễn Duy Tiến_chỉnh sửa theo góp ý của PBK

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Duy Tiến NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ BỘ XÚC TÁC BA THÀNH PHẦN CHO ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG PHA CỒN Ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Thế Lương PGS.TS Trần Quang Vinh Hà Nội – 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu tơi thực Luận án có sử dụng phần kết tơi nhóm nghiên cứu thực Đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu thiết kế chế tạo xúc tác ba thành phần phù hợp với xăng pha cồn (E5-E20) lắp ôtô”, mã số B2016-BKA18 PGS.TS Nguyễn Thế Lương làm Chủ nhiệm đề tài, quan chủ trì Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi Chủ nhiệm đề tài đồng ý cho sử dụng phần kết nghiên cứu Đề tài cấp Bộ vào việc viết luận án Tôi xin cam đoan số liệu kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác TẬP THỂ HƯỚNG DẪN Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Người hướng dẫn Người hướng dẫn Nghiên cứu sinh PGS.TS Nguyễn Thế Lương PGS.TS Trần Quang Vinh Nguyễn Duy Tiến LỜI CẢM ƠN Lời cho phép gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng đào tạo, Viện Cơ khí Động lực, Bộ mơn Động đốt Trung tâm Nghiên cứu Động cơ, nhiên liệu khí thải cho phép giúp đỡ tơi thực luận án thời gian học tập, nghiên cứu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn hai giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Thế Lương PGS.TS Trần Quang Vinh hướng dẫn tận tình chu đáo chuyên mơn, giúp tơi thực hồn thành luận án Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy cô phản biện, thầy cô Hội đồng chấm luận án đồng ý đọc duyệt góp ý kiến q báu để tơi hồn chỉnh luận án đưa định hướng nghiên cứu tương lai Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè đồng nghiệp, người động viên khuyến khích suốt thời gian nghiên cứu thực cơng trình Nghiên cứu sinh Nguyễn Duy Tiến MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ST T Ký hiệu Tên gọi Đơn vị λ δ ԑwcl ρL wkL Hệ số dư lượng khơng khí Chiều dầy lớp vật liệu trung gian Độ xốp lớp vật liệu trung gian Mật độ pha khí lớp vật liệu trung gian Khối lượng chất khí k Thay đổi hiệu suất Mức độ thay đổi hiệu suất Tỷ lệ khối lượng khơng khí nhiên liệu nạp vào động Mật độ lỗ lõi xúc tác Mật độ lỗ lõi xúc tác Chiều rộng thông qua lỗ (cell) xúc tác Năng lượng hoạt hóa phản ứng Suất tiêu thụ nhiên liệu Vận tốc không gian Lưu lượng khối lượng nhiên liệu m % kg % % ∆hs ∆hs% A/F 10 11 12 13 14 15 16 17 CPSI CPSM dhyd E ge GHSV Gnl 18 HSi (x) 19 20 21 22 23 K Ne r R s Hiệu suất chuyển đổi phát thải i sử dụng nhiên liệu x Tham số tốc độ phản ứng Công suất động chế độ làm việc Tốc độ phản ứng Hằng số khí lý tưởng Khoảng cách lỗ (cell) xúc tác 24 tkt Nhiệt độ khí thải °C 25 T Nhiệt độ phản ứng Κ 26 27 ya zb Phần trăm chất khí a hỗn hợp Thành phần kim loại/ xít b bề mặt lớp kim loại % % Gkn Gkt Lưu lượng khối lượng khơng khí Lưu lượng khối lượng khí thải cell/ in cell/ m m kJ/mol g/kW.h h-1 kg/h kg/h kg/h % kmol/m s kW mol/(l.s) Jmol⁻¹K⁻¹ m DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Ký hiệu ADAC ADR37/01 AMA AUCI BET BGTVT BXT BXTct BXTđc 10 BXTEMT 11 BXTm 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 CCCs CD20” CEB II CHK CO CO2 22 E0-E100 23 ECU 24 EDS 25 26 27 28 EPMA EURO3 H2O H/C 29 HC 30 GDP CNG CXT CVS ĐCĐT Diễn tả Tổ chức xe máy xe Đức Chu trình thử tiêu chuẩn Australia Chu trình kiểm tra độ bền động AVL User Coding Interface - giao diện lập trình AVL Boost Brunauer Emmett Teller - Phương pháp xác định diện tích bề mặt theo phương pháp phân tích bề mặt riêng Bộ Giao thơng vận tải Three Way Catalyst - Bộ xử lý khí thải ba thành phần Bộ xúc tác cải tiến, sử dụng q trình mơ phỏng, thực nghiệm, phát triển từ BXTm, sử dụng kết hợp vật liệu xúc tác CuO-MnO2 xúc tác kim loại quý Pt/Rh Bộ xúc tác điều chỉnh, sử dụng q trình mơ phỏng, phát triển từ BXTEMT sau thay đổi số thông số kỹ thuật Bộ xúc tác sở, cung cấp hãng Emitec Bộ xúc tác mới, sử dụng q trình mơ phỏng, phát triển từ BXTđc, sử dụng vật liệu xúc tác CuO/MnO2 Lõi xúc tác lắp gần cửa thải Chassis dynamometer 20’’ - Băng thử xe máy Emissions Bench - Thiết bị phân tích khí thải Bộ chế hịa khí Monoxit cacbon Dioxit cacbon Compressed Natural Gas - Khí thiên nhiên nén Đường thải xe có lắp xúc tác Contant Volume System - Thiết bị lấy mẫu với thể tích không đổi Động đốt Tỷ lệ phần trăm thể tích ethanol nhiên liệu xăng pha cồn từ – 100% Electronic Control Unit - Bộ điều khiển điện tử Energy dispersive X-ray spectroscopy - Xác định thành phần nguyên tố phương pháp phân tích phổ Electron Probe Micro Analyzer - Phép vi phân điện cực điện tử Tiêu chuẩn phát thải EURO3 Châu Âu Hơi nước Tỷ lệ nguyên tử hydro/cacbon phân tử nhiên liệu Hydro carbon - Thành phần nhiên liệu cháy khơng hết, cịn dư khí thải Tổng thu nhập quốc dân quốc gia 31 32 33 KXT Đường thải xe không lắp xúc tác LNG LPG 34 MBT 35 MTBE 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 NCS NMs NOx OSC Pd PM Pt PXĐT QCVN SBXT SEM SO2 TBXT Liquefied Natural Gas - Khí thiên nhiên hóa lỏng Liquefied Petroleum Gas- Khí dầu mỏ hóa lỏng Maximum brake torque - Góc đánh lửa sớm tối ưu theo tiêu chí mơ men lớn Methyl tertiary butyl ether - Hợp chất pha vào xăng để tăng số octan Nghiên cứu sinh Catalyst nanomaterials – Lớp xúc tác kim loại quý 49 TG-DTA 50 51 52 53 54 55 56 57 THC TPR Rh US-FTP 75 XPS XRD WHO ZEV Thành phần khí thải gồm NO2, NO, N2O Lớp vật liệu xúc tác giải phóng hấp thụ xy Paladium - kim loại quý xúc tác Phát thải dạng hạt Platinum - kim loại quý xúc tác Hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử Quy chuẩn Việt Nam Các thông số đo phía sau xúc tác Scanning Electron Microscope - Kính hiển vi điện tử Oxit lưu huỳnh - Thành phần phát thải động Các thông số đo phía trước xúc tác Differential Thermal Analysis - Phân tích nhiệt vi sai, sử dụng để phân tích thành phần vật liệu Tổng lượng hydrocacbon khí thải động Temperature Programmed Reduction - Đặc tính khử theo nhiệt độ Rhodium - kim loại quý xúc tác Chu trình kiểm tra khí thải Mỹ Photoelectron Spectroscopy - Phân tích quang phổ X-Ray Diffraction – Nhiễu xạ tia X World Health Organization - Tổ chức y tế giới Zero Emission Vehicle – Xe ô tô khơng phát thải DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU i Lý chọn đề tài Nhằm giảm phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, nhiều nước giới, Việt Nam xây dựng lộ trình đưa sách nhằm phát triển nhiên liệu sinh học với mục tiêu gia tăng tỷ lệ thay nhiên liệu xăng - diesel truyền thống Cụ thể, theo đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025, Việt Nam sử dụng nhiên liệu xăng E5 (5% ethanol, 95% RON92) thay hoàn toàn cho nhiên liệu RON92 (từ 1/1/2018), nhiên liệu có tỷ lệ ethanol cao E10, E20 thí điểm tiến tới sử dụng rộng rãi tương lai gần Hiện nay, để giảm thiểu thành phần độc hại phát thải từ động cơ, giải pháp hiệu sử dụng rộng rãi trang bị thiết bị xử lý khí thải Đối với động đốt cháy cưỡng bức, xử lý khí thải thành phần, sau gọi tắt xúc tác - BXT, sử dụng phổ biến Về lý thuyết nay, BXT phát huy hiệu chuyển đổi thành phần phát thải độc hại đáp ứng đồng thời hai điều kiện sau: Thứ nhất, lõi BXT sấy nóng hồn tồn tới nhiệt độ khoảng 350οC Thứ hai, hịa khí động gần với điều kiện lý tưởng λ = nhằm có mơi trường xy hố mơi trường khử hỗn hợp khí thải Trong đó, sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn, tỷ lệ A/F (khơng khí/nhiên liệu) ethanol nhỏ so với nhiên liệu xăng truyền thống nên tỷ lệ ethanol hỗn hợp nhiên liệu cao, hịa khí động có xu hướng nhạt Trên xe sử dụng hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử thông thường (được thiết kế sử dụng với nhiên liệu xăng truyền thống nên xe chưa trang bị cảm biến đo nồng độ cồn), điều khiển điện tử (ECU) động có xu hướng điều chỉnh lượng nhiên liệu phun để đảm bảo hệ số dư lượng khơng khí λ ln xấp xỉ Tuy nhiên, liệu ECU tính tốn sở nhiên liệu xăng truyền thống nên sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn, ECU khơng thể điều khiển xác λ=1 mong muốn Ngồi nhiệt độ khí thải cao hơn, phát sinh thành phần khí thải động yếu tố ảnh hưởng tới hiệu chuyển đổi BXT Bên cạnh đó, sau 30 năm hình thành phát triển, với sách khuyến khích Chính phủ, nỗ lực doanh nghiệp, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đạt thành tựu định, xuất nhiều nhãn hiệu xe “Made in Việt Nam” Tuy nhiên sản phẩm nội địa hóa mang hàm lượng cơng nghệ thấp, chưa làm chủ các công nghệ cốt lõi công nghệ chế tạo động cơ, hệ thống điều khiển, hệ thống xử lý khí thải… Vì nghiên cứu sinh chọn đề tài “Nghiên cứu nâng cao hiệu xúc tác ba thành phần cho động sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn” nhằm bước làm chủ cơng nghệ vật liệu xúc tác Từ thiết kế chế tạo BXT khơng thích ứng với nhiên liệu xăng pha cồn mà giúp nâng cao hiệu giảm giá thành chế tạo BXT ii Mục tiêu nội dung nghiên cứu luận án • Mục tiêu nghiên cứu luận án: 10 ... bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy cô phản biện, thầy cô Hội đồng chấm luận án đồng ý đọc duy? ??t góp ý kiến quý báu để tơi hồn chỉnh luận án đưa định hướng nghiên cứu tương lai Cuối cùng, xin gửi... khuyến khích suốt thời gian nghiên cứu thực cơng trình Nghiên cứu sinh Nguyễn Duy Tiến MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ST T Ký hiệu Tên gọi Đơn vị λ δ ԑwcl ρL wkL Hệ số dư lượng không khí Chiều... lý tưởng (λ=1) Hịa khí lý tưởng (λ=1) Hình 1.5 So sánh hoạt tính xúc tác a) Rh/γ-Al2O3 (b) Rh/ZrO2]/γ-Al2O3 sau xử lý nhiệt 1100oC khơng khí [26] Nhiệt độ cao thúc đẩy tương tác kim loại quý,