(LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu nâng cao hiệu quả bộ xúc tác tạo khí giàu hyđrô trên động cơ xăng

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 nhà nước “Nghiên cứu phát triển cơng nghệ tạo khí giàu hyđrơ để bổ sung cho động xăng nhằm nâng cao hiệu sử dụng nhiên liệu giảm phát thải cho động cơ” mã số KC.05.24/11-15 GS Lê Anh Tuấn chủ nhiệm đề tài tổ chức chủ trì Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tơi chủ nhiệm đề tài đồng ý cho sử dụng phần kết đề tài cấp nhà nước vào việc viết luận án Tôi xin cam đoan số liệu kết nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, tháng … năm 2019 Tập thể giáo viên hướng dẫn Nghiên cứu sinh GS Phạm Minh Tuấn TS Nguyễn Thế Lương Trần Văn Hoàng -i- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Sau đại học, Viện Cơ khí Động lực, Bộ mơn Động đốt trong, Phịng thí nghiệm Động đốt cho phép giúp đỡ thực luận án thời gian học tập, nghiên cứu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS Lê Anh Tuấn cho phép sử dụng phần kết đề tài để hoàn thành luận án Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Phạm Minh Tuấn TS Nguyễn Thế Lương chu đáo tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi thực hồn thành luận án Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, nguời động viên khuyến khích tơi suốt thời gian học tập Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Nghiên cứu sinh Trần Văn Hoàng - ii - LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vi DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .ix DANH MỤC BẢNG BIỂU xiv LỜI MỞ ĐẦU i Xuất xứ đề tài ii Mục tiêu nghiên cứu iii Phạm vi nghiên cứu iv Phƣơng pháp nghiên cứu .2 v Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài vi Bố cục luận án CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ BỘ XÚC TÁC TẠO KHÍ GIÀU HYĐRƠ 1.1 Tổng quan nhiên liệu khí giàu hyđrơ 1.1.1 Tính chất nhiên liệu khí giàu hyđrô .4 1.1.2 Các phương pháp tạo khí giàu hyđrơ 1.1.2.1 Phản ứng nhiệt hóa nhiên liệu hyđrô carbon với nước 1.1.2.2 Phản ứng ơxy hóa nhiên liệu khơng hồn toàn 10 1.1.2.3 Phản ứng nhiệt hóa hyđrơ carbon với khí carbonic 11 1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng khí giàu hyđrô giới Việt Nam 11 1.2.1 Các nghiên cứu sử dụng khí giàu hyđrơ giới 11 1.2.2 Các nghiên cứu sử dụng khí giàu hyđrơ Việt Nam 14 1.3 Nghiên cứu nâng cao hiệu xúc tác tạo khí giàu hyđrơ 15 1.3.1 Hiện trạng xúc tác tạo khí giàu hyđrơ 15 1.3.2 Nghiên cứu nâng cao hiệu xúc tác tạo khí giàu hyđrô giới 17 1.3.3 Các nghiên cứu nâng cao xúc tác tạo khí giàu hyđrơ Việt Nam .23 1.3.4 Giải pháp áp dụng 23 1.3.5 Cách tiếp cận vấn đề đề tài 24 1.4 Kết luận chƣơng 24 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN HỆ XÚC TÁC MỚI NHẰM TĂNG HIỆU QUẢ TẠO KHÍ GIÀU HYĐRÔ .26 - iii - LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.1 Cơ sở lý thuyết phản ứng xúc tác tạo khí giàu hyđrơ từ nhiên liệu 26 2.1.1 Cơ chế phản ứng xúc tác .26 2.1.2 Cơ chế phản ứng xúc tác xúc tác tạo khí giàu hyđrơ .29 2.2 Điều chế xúc tác 36 2.2.1 Các phương pháp tẩm chất mang 37 2.2.2 Điều chế vật liệu xúc tác .38 2.3 Đặc tính cấu trúc, hình dạng bề mặt đánh giá hiệu xúc tác .40 ện tích bề mặt vật liệu xúc tác 41 mẫu xúc tác 41 44 2.3.4 Đánh giá hiệu suất tạo khí giàu hyđrơ 46 2.4 Kết luận chƣơng 56 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG TẠO KHÍ GIÀU HYĐRƠ SỬ DỤNG HỆ XÚC TÁC NI-CU/AL2O3 58 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu .58 3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống tạo khí giàu hyđrơ xe máy 58 3.2.1 Tính tốn thiết kế hệ thống tạo khí giàu hyđrô sử dụng xúc tác NiCu/Al2O3 động 60 3.2.2 Thiết kế xúc tác Ni-Cu/Al2O3 72 3.3 Chế tạo lắp đặt hệ thống tạo khí giàu hyđrô sử dụng xúc tác NiCu/Al2O3 83 3.4 Kết luận chƣơng 86 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ LẮP BỘ XÚC TÁC MỚI NI-CU/AL2O3 87 4.1 Phƣơng pháp, nhiên liệu trang thiết bị thử nghiệm 87 4.1.1 Phương pháp thử nghiệm 87 4.1.2 Nhiên liệu thử nghiệm 88 4.1.3 Trang thiết bị thử nghiệm 88 4.2 Kết thử nghiệm so sánh đặc tính kinh tế kỹ thuật phát thải động sử dụng xúc tác Ni-Cu/Al2O3 xúc tác Ni/Al2O3 88 4.2.1 Kết thử nghiệm so sánh theo đặc tính tốc độ 92 4.2.2 Kết thử nghiệm so sánh theo vị trí tay ga 50 km/h .99 4.2.3 Kết thử nghiệm sau chạy bền 5000 km với xúc tác NiCu/Al2O3 101 - iv - LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4.3 Kết luận chƣơng 106 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .107 Kết luận 107 Hướng phát triển 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO .109 PHỤ LỤC TRANG THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM PL1 -v- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Ký hiệu/Viết tắt Tiếng Anh Diễn giải Đơn vị λ Lambda Hệ số dư lượng khơng khí Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích - ge g/kW.h Ne Cơng suất có ích kW ε - n Tỷ số nén Tỷ lệ nước cacbon Tốc độ động v/ph GTVT Giao thông vận tải - S/C Steam/carbon - ppm Part per million Hệ thống phân tích khí thải Một phần triệu LPG Liquefied Petroleum Gas Khí hóa lỏng - CNG Compressed Natural Gas Hydrogen/ Compressed Natural Gas Khí thiên nhiên nén Hỗn hợp nhiên liệu hyđrơ/CNG Nhiệt hóa nhiên liệu với khí carbonic - Động đốt - Bộ sắc kí khí Oxi hóa khơng hồn tồn nhiên liệu Nhiệt hóa nhiên liệu với nước Vận tốc không gian - CEBII HCNG CR Carbon Reforming ĐCĐT GC Gas Chromatography PO Partial Oxidation SR Stream Reforming GHSV Gas Hourly Space Velocity HRG Hydrogen Rich Gas BET Brunauer-Emmett-Teller SEM Scanning electron microscope Energy Dispersive Spectroscopy EDS XRD X-Ray Diffraction Khí giàu hyđrơ Phương pháp đo diện tích bề mặt Kính hiển vi điện tử Phân tích thành phần hóa học vật rắn nhờ tia X Sử dụng nhiễu xạ tia X để phân tích cấu trúc vật liệu - - 1/lít - - vi - LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TPR Temperature programe reduction Phương pháp đánh giá đặc tính khử vật liệu theo nhiệt độ - ECU Electronic Control Unit Bộ điều khiển điện tử - CD 20” Chassis dynamometer 20’’ X-ray Photoelectron Spectroscopy Băng thử xe máy Sử dụng tia X để phân tích cấu trúc vật liệu - MCH Methylcy-clohexane C6H11CH3 - S/O/C Steam Oxygen Gasoline Tỷ lệ nước, ôxy xăng RON Research Octan Number XPS Rj Trị số ốctan nghiên cứu Tốc độ động học phản ứng - mol/(g cat s) R Hằng số khí m3·Pa·mol1 -1 ·K outlet Ftotal Tổng lưu lượng khí đầu ml/ph X stoutlet Nồng độ khí mang đầu % thể tích δ Tổng lưu lượng khí đầu vào Nồng độ khí mang đầu vào Hệ số cản cục A1 Tiết diện ống đầu vào mm2 A2 Tiết diện ống đầu mm2 VXL inlet Ftotal X stinlet G Gate Vi xử lý Cực điều khiển moffet MOSFET Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) transistor Trường oxit kim loại – bán dẫn XCK ml/ph % thể tích Chân xung nhịp vi điều khiển TxD Transmitted Data Chân truyền liệu RxD Received Data Chân nhận liệu Máy tính để bàn PC - vii - LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com COMx Communication Cổng kết nối số x RxD Received data Jack kết nối cổng com có số chân x Phát sóng mang liệu Dữ liệu nhận TxD Transmitted data Dữ liệu truyền DTR Data terminal ready DTE sẵn sàng làm việc GND Ground Nối đất (0V) DSR Data set ready RTS Request to send CTS Clear to send RI Ring indicator DCE sẵn sàng làm việc DTE yêu cầu truyền liệu DCE sẵn sàng nhận liệu Báo chuông RS232 Recommended Standard 232 Chuẩn giao tiếp 232 DBx DCD - viii - LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Giới hạn cháy hyđrô số loại nhiên liệu [4] Hình 1.2 Tốc độ lửa số hỗn hợp khí [3] Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý chung động sử dụng hồn hợp khí giàu hyđrơ tác dụng chất xúc tác .12 Hình 1.4 Hiệu suất chuyển hóa iso ốctan theo vận tốc khơng gian tỷ lệ S/C 850oC [31] 16 Hình 1.5 Sản phẩm hệ xúc tác Mo2C theo vận tốc không gian nhiệt độ 850oC[31] .16 Hình 1.6 Hiệu chuyển hóa n-ốctan tỷ lệ H2 sản phẩm H2O/C=3.0 [32] .17 Hình 1.7 Hiệu chuyển hóa n-ốctan tỷ lệ H2 sản phẩm hệ xúc tác PdNi/Al2O3 khi: ( ) O2/C8H18 = 1.0, H2O/C = 3.0; (0) O2/C8H18 = 2.0, H2O/C = 3.0 [32] .18 Hình 1.8 Độ bền xúc tác mẫu Ni-Pd/Al2O3 [32] 18 Hình 1.9 Hiệu chuyển hóa nhiên liệu xăng thành hỗn hợp khí giàu hyđrơ xúc tác Ni-Re/Al2O3 theo nhiệt độ carbon (S:C) tỷ lệ 1.7:1 vận tốc không gian 12 h-1 [33] 19 Hình 1.10 Hiệu suất chuyển hóa theo nhiệt độ theo tỷ lệ S/O/C S/C hệ xúc tác Ni-Re/Al2O3 vận tốc không gian h-1 [33] 19 Hình 1.11 Sự thay đổi hiệu suất phản ứng độ chọn lọc sản phẩm hệ xúc tác Cu/CeO2 theo nhiệt độ (pi-C8H8=1.5 kPa, pH2O=36 kPa, mcat=250mg, Ft=150 cm3/min) [34] .21 Hình 1.12 Đặc tính khử theo nhiệt độ mẫu xúc tác Ni-Cu [35] 22 Hình 1.13 Tốc độ phản ứng mẫu xúc tác Ni-Cu [35] 22 Hình 2.1 Biểu đồ lượng hoạt hóa phản ứng khơng chất xúc tác có mặt chất xúc tác đồng thể 27 Hình 2.2 Biểu đồ lượng hoạt hóa phản ứng khơng chất xúc tác có mặt chất xúc tác dị thể theo thuyết hấp thụ 28 - ix - LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 2.3 Sơ đồ phản ứng xúc tác nhiên liệu nước nhờ tận dụng nhiệt khí thải 32 Hình 2.4 Quy trình điều chế hệ xúc tác Ni-Cu/γ-Al2O3 [42] .38 Hình 2.5 Kết XRD mẫu xúc tác 18% Ni1-x-Cux/Al2O3 (x= (a) 1; (b) 0,7; (c) 0,5; (d) 0,3; (e) 0,1; (f) 0) 42 Hình 2.6 Kết XRD mẫu Ni0,5-Cu0,5/Al2O3 thay đổi tỷ lệ Ni-Cu khối lượng hỗn hợp xúc tác (a) 36%; (b) 18%; (c) 6%; (d) 0% 43 Hình 2.7 Kết XRD mẫu xúc tác khác (a) 18% Ni0.5-Cu0.5/Al2O3; (b) 18% Ni0.5-Ce0.5/Al2O3; (c) 18% Ni0.5-Mo0.5/Al2O3 44 Hình 2.8 Ảnh SEM mẫu xúc tác thay đổi tỷ lệ Ni0,5-Cu0,5 hỗn hợp với γ-Al2O3 45 Hình 2.9 Hình ảnh SEM EDS mẫu xúc tác 18% Ni0,5-Cu0,5/ -Al2O3 .45 Hình 2.10 Sơ đồ thí nghiệm đánh giá hiệu xúc tác 46 Hình 2.11 Một số chi tiết hệ thống đánh giá hoạt tính xúc tác 47 Hình 2.12 Hệ thống đánh giá hoạt tính xúc tác sau lắp hoàn thiện 48 Hình 2.13 Đặc tính TPR mẫu xúc tác 18% Ni1-x-Cux/Al2O3 (x= (a) 0; (b) 0,1; (c) 0,3; (d) 0,5; (e) 0,7; (f) 1) 51 Hình 2.14 Đặc tính TPR mẫu xúc tác khác (a) 18% Ni0.5-Mo0.5/ -Al2O3, (b) 18% Ni0.5-Ce0.5/ -Al2O3, (c) 36 % Ni0.5-Cu0.5/ -Al2O3, (d), 18 % Ni0.5-Cu0.5/ -Al2O3, (e) % Ni0.5-Cu0.5/ -Al2O3 52 Hình 2.15 Ảnh hưởng nhiệt độ tới hiệu chuyển hóa phân bố thành phần hỗn hợp khí mẫu xúc tác 18 % Ni0,5-Cu0,5/ -Al2O3, N2 = 15 cm3/ph, isô-ốctan = 0,03 g/ph, S/C =2 54 Hình 2.16 Ảnh hưởng thay đổi tỷ lệ khối lượng Ni0,5-Cu0,5 hỗn hợp với γAl2O3 tới hiệu chuyển hóa: T=550 oC; N2 = 15 cm3/ph; isô-ốctan = 0,03 g/ph; S/C=2 .55 Hình 2.17 Ảnh hưởng tỷ lệ mol Cu tới hiệu chuyển hóa mẫu xúc tác 18% Cux-Ni1-x/Al2O3: T=550 oC; N2 = 15 cm3/ph; isơ-ốctan = 0,03 g/ph; S/C=2 56 Hình 3.1 Kết cấu xe máy Piaggio Liberty nguyên 59 Hình 3.2 Bản vẽ thiết kế hệ thống cung cấp xăng nước cho xúc tác 60 -x- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trên sở vấn đề giải nội dung đề tài, NCS đưa số hướng phát triển đề tài sau: - Nghiên cứu phát triển lắp đặt hệ thống tạo khí giàu hyđrơ sử dụng xúc tác Ni-Cu/Al2O3 lên động ôtô Nghiên cứu phát triển hệ thống tạo khí giàu hyđrơ sử dụng xúc tác NiCu/Al2O3 sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn E5 - E100 Nghiên cứu phát triển lắp đặt hệ thống tạo khí giàu hyđrơ sử dụng xúc tác Ni-Cu/Al2O3 lên động diesel 108 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Anand, Shakti Soni, Nakul Aggarwal (2015) Analysis of a Hydrogen Fueled Internal Combustion Engine International Journal of Enhanced Research in Science, Technology & Engineering, Vol Issue 7, p.236-243 [2] Ghazi A Karim (2003) Hydrogen as a spark ignition engine fuel International Journal of Hydrogen Energy 28, p569 - 577 [3] White C M., R.R Steeper, A.E Lutz (2006) The hydrogen-fueled internal combustion engine: a technical review International Journal of Hydrogen Energy, 31 p1292 - 1305 [4] Jack Dempsey (2001) Hydrogen Fuel Cell Engines and Related TechnologiesModule 1: Hydrogen properties College of the Desert, Palm Desert, CA, USA [5] G Dragone, et al., Third generation biofuels from microalgae Applied Microbiology, pp 1355-1366, 2010 [6] M Levent, D J Gunn, M A El-Bousiffi (2003) Production of hydrogen-rich gases from steam reforming of methane in an automatic catalytic microreactor Internationl journal of hydrogen energy 28, p945-959 [7] Yousri M.A Welaya, Mohamed M El Gohary 1, Nader R Ammar (2012) Steam and partial oxidation reforming options for hydrogen production from fossil fuels for PEM fuel cells Alexandria Engineering Journal 51, p69-75 [8] Maxim Lyubovsky, Subir Roychoudhury (2004) Novel catalytic reactor for oxidative reforming of methanol Applied Catalysis B: Environmental 54, p 203215 [9] Inyong Kang, Joongmyeon Bae, Gyujong Bae (2006) Performance comparison of autothermal reforming for liquid hydrocarbons, gasoline and diesel for fuel cell applications Journal of Power Sources 163, p538-546 [10] Seo Y.S., A Shirley, S.T Kolaczkowski (2002) Evaluation of thermodynamically favourable operating conditions for production of hydrogen in three different reforming technologies J Power Sources; 108: 213-225 [11] Claudia Diehm, Torsten Kaltschmitt, Olaf Deutschmann (2012) Hydrogen production by partial oxidation of ethanol/gasoline blends over Rh/Al2O3 109 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Catalysis Today, 197, p.90-100 [12] Ann M De Goote, G F Froment (1996) Partial oxidation of methane over nickel catalyst Appl Catal A , vol.138, p.245-264 [13] Zhu, W., Xiong, G., Han, W., Yang, W., (2004) Catalytic partial oxidation of gasoline to syngas in a dense membrane reactor Catalysis Today, vol 93-95, p257-261 [14] Praveen K Cheekatamarla, Alan M Lane (2005) Efficient bimetallic catalysts for hydrogen generation from diesel fuel International Journal of Hydrogen Energy, 30, p.1277-1285 [15] Newson E., T.B Truong (2003) Low-temperature catalytic partial oxidation of hydrocarbons (C1-C10) for hydrogen production International Journal of Hydrogen Energy 28, p.1379 - 1386 [16] D Sutton, S.M Parle, J.R.H Ross (2002) The CO2 reforming of the hydrocarbons present in a model gas stream over selected catalysts Fuel Processing Technology, 75, p.45-53 [17] El-Naggar A Y., S A Ghoneim, R A El-Salamony, S A El-Tamtamy And A K El-Morsi (2013) Catalytic reforming of all hydrocarbons in Natural gas with carbon dioxide to produce Synthesis gas over rhodium-alumina catalyst Int J Chem Sci, 11(1), p 39-52 [18] Radu Chiriac, et al.,Effects of Gasoline-Air Enrichment with HRG Gas on Efficiency and Emissions of a SI Engine, SAE Paper 2006- 01- 3431 [19] T D’Andrea, et al.,Investigating Combustion Enhancement and Emissions Reduction with the Addition of 2H2 + O2 to a SI Engine, SAE Paper 2003-320011 [20] Ammar A Al-Rousan, Reduction of fuel consumption in gasoline engines by introducing HHO gas into intake manifold, Int J of Hyđrôgen Energy, Vol 35, pp 12930-12935, 2010 [21] Shelley Minteer, Alcoholic fuels, CRC Press, Taylor & Francis Group, 2006 [22] Shuofeng Wang, et al.,Improving the performance of a gasoline engine with the addition of hyđrôgeneoxygen mixtures, Int J of Hydrogen Energy, Vol 36, pp 11164-11173, 2011 110 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [23] Changwei Ji, Shuofeng Wang, Experimental Study on Combustion and Emissions Characteristics of a Spark Ignition Engine Fueled with Gasoline-Hydrogen Blends, Energy & Fuels, Vol 23, pp 2930-2936, 2009 [24] Thorsten Allgeier, Martin Klenk and Tilo Landenfeld, Enrico Conte and Konstantinos Boulouchos, Jan Czerwinski, (2004) Advanced Emission and Fuel Economy Concept Using Combined Injection of Gasoline and Hydrogen in SIEngines SAE Technical Paper 2004-01-1270 [25] Tsolakis A.,A.Megaritis (2005) Partially premixed charge compression ignition engine with on-board H2 production by exhaust gas fuel reforming of diesel and biodiesel International Journal of Hydrogen Energy, 30, p731 - 745 [26] Alberto Boretti (2011) Advantages of the direct injection of both diesel and hydrogen in dual fuel hydroge Internationl journal of hydrogen energy, 36, p9312-9317 [27] Hồng Đình Long (2010) Nghiên cứu tận dụng nhiệt khí thải tạo khí giàu hyđrơ để giảm phát thải cho động diesel Tạp chí Giao thơng Vận tải, Số 6/2010, ISSN 0866-7012, trang 31-34 [28] Tuan Le Anh, et.al, Improving Performance and Reducing Pollution Emissions of a Carburetor Gasoline Engine by Adding HHO Gas into the Intake Manifold, SAE International, paper number 2013-01-0104, DOI:10.4271/2013-01-0104 [29] Hoang Dinh Long, et.al, Numerical study of on-board gasoline steam reforming to produce hydrogen-rich gas for IC engine application, The 5th AUN/SEEDNet RC New/Renewable Energy 2012 [30] Nghiên cứu nâng cao tính kinh tế nhiên liệu giảm phát thải độc hại cho động xăng cách cung cấp hỗn hợp khí giàu hyđrơ cho động 5.TN05/11-15, 2013 [31] Oscar G Marin Flores, Su Ha Study of thể performance of Mo2C for isô-ốctan steam reforming Catalysis Today 136 (2008) 235-242 [32] Jinchang Zhang, Yanhui Wang, Runyu Ma, Diyong Wu Characterization of alumina-supported Ni and Ni-Pd catalysts for partial oxidation and steam reforming of hydrocarbons Applied Catalysis A: General 243 (2003) 251-259 [33] S Ahmed, M Krumpelt Hydrogen from hydrocarbon fuels for fuel cells Internat J Hydrogen Energy 2001; 26: 291-301 111 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [34] Hoang Dinh Long, Chan Siew Hwa, Ding Ovi Lian Hydrogen production for fuel cells by autothermal reforming of methane over sulfide nickel catalyst on a gamma alumina support Journal of Power Sources 159 (2006) p1248-1257 [35] Jiann-Horng Lin, Prakash Biswas, Vadim V Guliantsa, Scott Misture Hydrogen production by water-gas shift reaction over bimetallic Cu-Ni catalysts supported on La-doped mesoporous ceria Applied Catalysis A: General 387 (2010) 87-94 [36] A.J Vizcaı´no, A Carrero, J.A Calles, Int J Hydrogen Energy 32 (2007) 1450 [37] A Carrero, J.A Calles, A.J Vizcaı´no, Appl Catal A: Gen 327 (2007) 82 [38] F Marin˜ o, E.G Cerrella, S Duhalde, M Jobbagy, M Laborde, Int J Hydrogen Energy 23 (1998) 1095 [39] Hồng Đình Long, Nguyễn Thế Lương (2009) Sử dụng xúc tác nhiên liệu để giảm thành phần độc hại khí thái động xăng Tạp chí Giao thơng Vận tải, Số 6/2009, trang 35-38 [40] Koichi Ashida et al (2015) Study of an on-board fuel reformer and hydrogenadded EGR combustion in a gasoline engine SAE Technical paper 2015-010902 [41] Phạm Ngọc Anh, Nghiên cứu tạo nhiên liệu giàu hyđrô động để giảm phát thải độc hại, 2016 [42] Nguyễn Đình Huề - Trần Kim Thanh, Động hóa học xúc tác, 1989 [43] Hou ZY, Yokota O, Tanaka T, Yashima T Characterization of Ca-promoted Ni/ -Al2O3 catalyst for CH4 reforming with CO2 Appl Catal A (2003) 253-381 [44] Hu CW, Yao J, Yang HQ, Chen Y, Tian AM On the inhomogeneity of low nickel loading methanation catalyst J Catal (1997) 166:1-7 [45] Changwei Ji, Shuofeng Wang, Effect of hydrogen Addition on Idle Performance of a Spark-Ignited Gasoline Engine at Lean Conditions with a Fixed Spark Advance, Energy & Fuels, Vol 23, pp 4385-4394, 2009 [46] Changwei Ji, et al., Performance of a hybrid hydrogen-gasoline engine under various operating conditions, Applied Energy, Vol 97, pp 584-589, 2012 [47] Savage PE Mechanisms and kinetics models for hydrocarbon pyrolysis J Anal Appl Pyrolysis (2000);54:109-126 112 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [48] Nguyen The Luong, Eiji Yamasue, Hideyuki Okumura, Keiichi N Ishihara Adhesion Properties of milled CuO-CeO2/γ-Al2O3 on Metallic Substrate for Automotive Catalytic Converter, Journal of Particulate Science and Technology vol.32, 5, (2014), pp.529-536 [49] Phạm Văn Thể, Trang bị động lực Diesel tàu thủy, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [50] Vũ Duy Quang, Giáo trình kỹ thuật thủy khí, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2009 [51] Nguyễn Tất Tiến, Nguyên lý động đốt trong, NXB Giáo Dục, 2000 113 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHỤ LỤC TRANG THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM P1 Thiết bị đo diện tích bề mặt BET BET (Brunauer - Emmett - Teller) lý thuyết nhằm giải thích hấp phụ vật lý phân tử khí bề mặt vững sở cho kỹ thuật phân tích quan trọng để đo diện tích bề mặt riêng vật liệu Lý thuyết BET cho hấp phụ khí, bề mặt chất rắn hấp phụ vật lí, giai đoạn áp suất thấp tn theo quy luật phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, tăng áp suất diễn trình hấp phụ đa lớp áp suất tiến tới áp suất bão hòa bề mặt rắn xảy tượng ngưng tụ mao quản hấp phụ Như theo BET phân tử chất hấp phụ không chuyển động tự bề mặt không tương tác với nhau, điểm khác hình thành nhiều lớp hấp phụ tổng bề mặt không đổi Để thiết lập phương trình đẳng nhiệt BET người ta thừa nhận giả thuyết Langmuir bổ sung thêm số điều: Enthanpy phân tử không thuộc lớp thứ enthanpy hóa lỏng Số lớp hấp phụ trở nên vơ lớn áp suất bão hịa Hình PL1 Micromeritics Gemini VII 2390 Series Máy đo diện tích bề mặt sử dụng Micromeritics Gemini VII 2390 Series (Hình PL1) Máy phân tích diện tích bề mặt nhanh chóng đáng tin cậy, xác định diện tích bề mặt xác Chi phí thấp, tốc độ cao, sử dụng đơn giản, độ tin cậy cao, độ PL1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com chắn giành vị trí quan trọng phịng thí nghiệm nghiên cứu kiểm sốt chất lượng toàn giới Xác định BET đơn đa lớp khu vực bề mặt Langmuir, tổng khối lượng lỗ, phương pháp phân tích vi mơ P2 Thiết bị xác định cấu trúc tinh thể tia X (XRD) Nhiễu xạ tia X tượng chùm tia X nhiễu xạ mặt tinh thể chất rắn tính tuần hồn cấu trúc tinh thể tạo nên cực đại cực tiểu nhiễu xạ Kỹ thuật nhiễu xạ tia X (thường viết gọn nhiễu xạ tia X) sử dụng để phân tích cấu trúc chất rắn, vật liệu Xét chất vật lý, nhiễu xạ tia X gần giống với nhiễu xạ điện tử, khác tính chất phổ nhiễu xạ khác tương tác tia X với nguyên tử tương tác điện tử nguyên tử Thiết bị sử dụng máy D8 Advance Bruker (Hình PL2) Hình PL2 Máy D8 Advance Bruker P3 Kính hiển vi điện tử (SEM) Phương pháp chụp ảnh FESEM sử dụng để khảo sát hình dạng kích thước hạt tinh thể Ảnh hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) cho độ phân giải đến cỡ nm Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét FESEM dự ột chùm tia điện tử hẹp, có bước sóng khoảng vài angstrom (Å) lên bề mặt mẫu nghiên c Khi chiếu chùm tia điện tử vào mẫu xuất tín hiệu điện tử tán xạ ngược, PL2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com điện tử thứ cấp, điện tử hấp phụ, điện tử Auger, tia X huỳnh quang catot Các tín hiệu thu cách nhanh chóng chuyển thành tín hiệu điện để tạo ảnh tương ứng Thông thường ta thu điện tử phát xạ từ bề mặt mẫu để thu hình ảnh bề mặt mẫu Hình PL3 Kính hiển vi điện tử qt (FESEM) P4 Bộ sắc ký khí GC Máy sắc ký khí Trace-GC, Thermo sử dụng để xác định thành phần chất khí (Hình PL4) Hai phận quan trọng thiết bị GC-Trace hệ thống cột tách detector Nhờ có dịng khí mang argon (áp suất dịng khí mang trì atm), mẫu đưa vào cột tách nằm lò cột Quá trình sắc ký xảy đây, sau cấu tử rời cột tách thời điểm khác nhau, cấu tử vào detector, chúng chuyển thành tín hiệu điện Tín hiệu khuếch đại sang máy tích phân kế máy tính qua phần mềm ChromCard Các số liệu xử lý kết in kết Trace-GC sử dụng detector TCD Loại detector hoạt động dựa nguyên tắc đo liên tục độ dẫn nhiệt khí mang buồng đo buồng so sánh mà có lắp dây điện trở theo kiểu cầu Wheastone PL3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình PL4 Máy phân tích khí Trace-GC, Thermo P5 Băng thử CD 20” Băng thử xe máy CD20” (Chassis Dynamometer 20”) hãng AVL cung cấp (Hình PL5) có chức để thử nghiệm cơng nhận kiểu kiểm tra tính kỹ thuật xe máy phòng thử nghiệm Các chức băng thử sau: Xác định tốc độ xe Xác định lực bánh xe tác dụng bề mặt lăn Xác định gia tốc cơng suất xe Mơ hình hóa tải trọng đường băng thử Các thơng số băng thử: Vận tốc lớn trình thử 160 km/h Khối lượng qn tính mơ lớn 80 đến 350 kg Gia tốc lớn q trình mơ phỏng: 3,7 m/s2 Lực kéo mơ phỏng: 1000 N Dung sai tốc độ thực xác định là: - km/h < 0,1% - 30 km/h < 0,01% 30 - 200 km/h < 0,001% PL4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình PL5 Băng thử CD 20” P6 Tủ phân tích khí thải CEBII Tủ phân tích khí thải CEBII (Hình PL6) phân tích thành phần chất CO, CO2, NO, NOx, HC có khí thải động Mỗi phân tích chia thành dải đo, tuỳ thuộc vào hàm lượng thực tế chất có khí thải mà phân tích tự lựa chọn dải đo phù hợp Để đảm bảo độ xác phép đo, phân tích hiệu chuẩn trước đo chất khí hiệu chuẩn ứng với dải đo Bộ phân tích CO (CO2) có nhiệm vụ xác định thành phần CO (CO2) phương pháp hấp thụ tia hồng ngoại Khi chiếu tia hồng ngoại qua hỗn hợp khí, tia hồng ngoại bị CO (CO2) hỗn hợp hấp thụ suy yếu Thông qua mức độ suy giảm tia đo xác định hàm lượng CO (CO2) hỗn hợp khí mẫu Bộ phân tích HC xác định thành phần HC phương pháp ion hoá lửa Khi khí mẫu phun vào lửa hyđrơ, phân tử HC cháy bị i-ơn hố Cường độ dịng i-ơn xác định tỷ lệ với thành phần HC mẫu thử Bộ phân tích NOx xác định thành phần NOx phương pháp quang hoá Mẫu thử qua xúc tác nhiệt, NO2 bị phân huỷ thành NO O2, sau khí mẫu với NO đưa vào phân tích quang hoá Tại thành PL5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com phần NO tác dụng với O3 tạo thành NO2 có mức lượng cao, tồn thời gian ngắn, nhẩy mức lượng thấp phát tia xạ Cường độ lượng xạ đo phản ánh thành phần NOx mẫu thử ban đầu Hình PL6 Tủ phân tích khí thải CEBII P7 Thiết bị đo lƣợng tiêu thụ nhiên liệu Để xác định đặc tính cung cấp nhiên liệu động xe máy cần sử dụng thiết bị đo lượng nhiên liệu tiêu thụ Nghiên cứu sử dụng thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu AVL Fuel Balance 733S Thiết bị dùng cảm biến có độ nhạy xác cao để đo lượng nhiên liệu động tiêu thụ cách cân lượng nhiên liệu bình chứa (đo theo kiểu khối lượng) thể Hình PL7 PL8 Nguyên lý đo phân tích trọng lượng cho phép đo trực tiếp khối lượng nhiên liệu tiêu thụ, kết đo không bị ảnh hưởng nhiệt độ tỷ trọng nhiên liệu Bình đo thơng gió nhằm đảm bảo khơng xuất bọt khí mạch, đồng thời đảm bảo tính an tồn độ ổn định cao Sai số thiết bị 0,1% Dải đo từ đến 150 kg/h Có thể cho phép tới 400 kg/h Tổng khối lượng bình đo 1800 g Với khối lượng cho phép đo liên tục áp dụng cho loại xe từ xe máy tới ôtô áp dụng tiêu chuẩn thử nghiệm FTP75, ECE R40 Với thời gian điền đầy ngắn, cho phép sớm tiến hành phép đo PL6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình PL7 Hệ thống đo tiêu thụ nhiên liệu AVL 733S Hình PL8 Nguyên lý hoạt động thiết bị cân nhiên liệu 733S Nhiên liệu cấp vào thùng đo; Nhiên liệu tới động cơ; Nhiên liệu hồi từ động cơ; Ống thông hơi; Các ống nối mềm; Thùng đo; Thanh cân; Lò xo lá; Cân bì; 10 Cảm biến lưu lượng; 11 Thiết bị giảm chấn; 12 Van điện từ đường nạp Đầu trình đo, nhiên liệu cấp đầy vào thùng đo thông qua đường cấp nhiên liệu Khi lượng nhiên liệu đầy lúc lực tỳ lên cảm biến lưu lượng lớn Van điện từ 12 đóng lại ngăn khơng cho dịng nhiên liệu vào thùng đo đường cấp vào động mở, lượng nhiên liệu đường hồi động (khi sử dụng hệ thống phun xăng điện tử) áp suất bình giữ ổn định nhờ ống thơng Đồng thời với q trình phận đếm thời gian hoạt động Lượng nhiên liệu bình chứa đo liên tục giây dựa vào lượng nhiên liệu cịn bình ECU tính lượng nhiên liệu tiêu thụ động PL7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com P8 Thiết bị đo nhiệt độ Hình PL9 Cảm biến nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ sử dụng cảm biến loại K, thiết kế theo dạng sợi, có đầu dị nhiệt Dải nhiệt độ đo khoảng ÷ 800°C Hình PL10 Thiết bị hiển thị nhiệt độ Thiết bị hiển thị nhiệt độ bảng điện tử, có đầu kết nối, đầu kết nối với cảm biến nhiệt độ, đầu kết nối với máy tính để hiển thị lưu trữ liệu nhiệt độ PL8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com P9 Thiết bị đo hệ số dƣ lƣợng khơng khí λ Hình PL11 Cảm biến λ Cảm biến Bosch LSU 4.9 dùng để đo hệ số dư lượng khơng khí λ Hình PL12 Phần mềm đo, hiển thị lưu thông số λ Sử dụng máy tính với phần mềm chuyên dùng kết nối với cảm biến để thị lưu trữ liệu PL9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... 1.3 Nghiên cứu nâng cao hiệu xúc tác tạo khí giàu hyđrơ 15 1.3.1 Hiện trạng xúc tác tạo khí giàu hyđrơ 15 1.3.2 Nghiên cứu nâng cao hiệu xúc tác tạo khí giàu hyđrô giới 17 1.3.3 Các nghiên. .. hyđrơ cao vật liệu xúc tác cũ Thiết kế, chế tạo xúc tác lắp động xe máy đánh giá hiệu kinh tế kỹ thuật phát thải động lắp xúc tác so sánh với xúc tác cũ Luận án nghiên cứu đánh giá bền xúc tác. .. nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Chương Tổng quan nâng cao hiệu xúc tác tạo khí giàu hyđrơ Chương Nghiên cứu lựa chọn hệ xúc tác nhằm tăng hiệu tạo khí giàu