Nghiên cứu tạo nhiên liệu giàu hydro trên động cơ để cải thiện tính năng và phát thải (Luận án tiến sĩ)

Nghiên cứu tạo nhiên liệu giàu hydro trên động cơ để cải thiện tính năng và phát thải (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu tạo nhiên liệu giàu hydro trên động cơ để cải thiện tính năng và phát thải (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu tạo nhiên liệu giàu hydro trên động cơ để cải thiện tính năng và phát thải (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu tạo nhiên liệu giàu hydro trên động cơ để cải thiện tính năng và phát thải (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu tạo nhiên liệu giàu hydro trên động cơ để cải thiện tính năng và phát thải (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu tạo nhiên liệu giàu hydro trên động cơ để cải thiện tính năng và phát thải (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu tạo nhiên liệu giàu hydro trên động cơ để cải thiện tính năng và phát thải (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu tạo nhiên liệu giàu hydro trên động cơ để cải thiện tính năng và phát thải (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu tạo nhiên liệu giàu hydro trên động cơ để cải thiện tính năng và phát thải (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu tạo nhiên liệu giàu hydro trên động cơ để cải thiện tính năng và phát thải (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu tạo nhiên liệu giàu hydro trên động cơ để cải thiện tính năng và phát thải (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu tạo nhiên liệu giàu hydro trên động cơ để cải thiện tính năng và phát thải (Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM NGỌC ANH Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Mã số: 62520116 NGHIÊN CỨU TẠO NHIÊN LIỆU GIÀU HYDRO TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỂ CẢI THIỆN TÍNH NĂNG VÀ PHÁT THẢI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS HỒNG ĐÌNH LONG U ẤN HÀ NỘI – 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận án trung thực chưa công bố đề tài nghiên cứu khác Hà Nội, tháng 09 năm 2017 Nghiên cứu sinh i 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 môn Động đốt cho phép thực luận án Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau đại học Viện Cơ khí Động lực hỗ trợ giúp đỡ suốt q trình tơi làm luận án Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Hồng Đình Long hướng dẫn tơi tận tình chu đáo mặt chun mơn để tơi thực hồn thành luận án Tơi xin chân thành biết ơn Quý thầy, cô Bộ môn Phòng thí nghiệm Động đốt - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ dành cho điều kiện thuận lợi để hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm thành viên đề tài KC.05.TN05/11-15 cho sử dụng kết nghiên cứu để làm luận án Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Cao đẳng nghề khí nơng nghiệp, Lãnh đạo khoa động lực thầy Khoa hậu thuẫn động viên suốt trình nghiên cứu học tập Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy phản biện, thầy hội đồng chấm luận án đồng ý đọc duyệt góp ý kiến quý báu để tơi hồn chỉnh luận án định hướng nghiên cứu tương lai Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, người động viên khuyến khích tơi suốt thời gian tham gia nghiên cứu thực cơng trình Nghiên cứu sinh Phạm Ngọc Anh ii MỤC LỤC MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC HÌNH VẼ x MỞ ĐẦU - i Lý chọn đề tài - ii Mục đích nghiên cứu - iii Đối tượng phạm vi nghiên cứu - iv Phương pháp nghiên cứu - v Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu - vi Điểm luận án - - CHƯƠNG TỔNG QUAN - 1.1 Vấn đề kiểm soát phát thải độc hại động đốt - 1.1.1 Đặc điểm phát thải độc hại động đốt - 1.1.2 Các biện pháp giảm phát thải độc hại - 1.2 Nhiên liệu hydro cho động đốt - 1.2.1 Tính chất khí hydro - 1.2.2 Động đốt dùng đơn nhiên liệu hydro - 1.2.3 Động đốt bổ sung hydro - 15 1.2.4 Động đốt bổ sung khí giàu hydro - 20 1.2.5 Kết luận sử dụng hydro khí giàu hydro động - 22 1.3 Các phương pháp sản xuất hydro khí giàu hydro - 23 1.3.1 Giới thiệu chung - 23 1.3.2 Điện phân nước - 23 1.3.3 Khí hóa sinh khối - 24 1.3.4 Biến đổi nhiệt hóa cồn nhiên liệu hydrocarbons - 24 1.4 Tích trữ, vận chuyển cung cấp hydro khí giàu hydro cho động đốt - 28 iii 1.4.1 Vấn đề tích trữ vận chuyển hydro - 28 1.4.2 Tạo hydro khí giàu hydro xe - 29 1.5 Kết luận chương - 29 - CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN Q TRÌNH BIẾN ĐỔI NHIỆT HĨA NHIÊN LIỆU XĂNG - 31 2.1 Giới thiệu chung - 31 2.2 Các phản ứng hóa học q trình biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu xăng - 32 2.2.1 Biến đổi nhiệt hóa xăng với nước (SR) - 32 2.2.2 Ô xi hóa khơng hồn tồn xăng (PO) - 35 2.2.3 Biến đổi nhiệt hóa xăng với nước xy trạng thái tự cân nhiệt (ATR) - 37 2.3 Tốc độ phản ứng xúc tác - 40 2.3.1 Chất xúc tác - 40 2.3.2 Trạng thái cân hóa học phản ứng biến đổi nhiệt hóa - 43 2.3.3 Biểu thức tốc độ động học phản ứng biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu xăng - 46 2.4 Tốc độ thay đổi hàm lượng thành phần khí BXT - 51 2.5 Kết luận chương - 52 - CHƯƠNG TÍNH TỐN SỰ TẠO KHÍ GIÀU HYDRO TRONG BXT BIẾN ĐỔI NHIỆT HĨA XĂNG TẬN DỤNG NHIỆT KHÍ THẢI TRÊN ĐỘNG CƠ HONDA WAVE- - 53 3.1 Giới thiệu chung - 53 3.1.1 Mục đích tính tốn - 53 3.1.2 Nhiệt khí thải động khả tận dụng - 53 3.1.3 Sơ đồ BXT biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu tận dụng nhiệt khí thải - 54 3.2 Mơ hình tính tốn - 58 3.2.1 Mơ hình trao đổi nhiệt khí thải BXT - 58 3.2.2 Mơ hình tính tốn q trình biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu BXT - 61 3.3 Kết tính tốn bàn luận - 65 3.3.1 Các thông số vào - 65 3.3.2 Kết tính tốn q trình SR tận dụng nhiệt khí thải - 67 3.3.3 Kết tính tốn q trình PO - 72 iv 3.3.4 Kết tính tốn q trình ATR - 74 3.3.5 Kết hợp SR PO tận dụng nhiệt khí thải - 77 3.4 Kết luận chương - 81 - CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM - 82 4.1 Giới thiệu chung - 82 4.1.1 Mục đích nội dung nghiên cứu thực nghiệm - 82 4.1.2 Đối tượng, chế độ điều kiện thử nghiệm - 83 4.1.3 Nhiên liệu thử nghiệm - 83 4.2 Thiết kế, chế tạo hệ thống tạo cấp khí giàu H2 động - 83 4.2.1 Thiết kế chế tạo BXT - 83 4.2.2 Thiết kế lắp đặt hệ thống tạo cung cấp khí giàu H2 động - 85 4.3 Trang thiết bị thử nghiệm - 86 4.3.1 Phanh thuỷ lực - 87 4.3.2 Cảm biến tốc độ động - 88 4.3.3 Thiết bị đo lượng nhiên liệu tiêu thụ - 88 4.3.4 Tủ phân tích khí thải AVL CEB II - 89 4.3.5 Chương trình thử nghiệm - 94 4.4 Kết thử nghiệm - 96 4.4.1 Đánh giá độ tin cậy mơ hình tính tốn biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu - 96 4.4.2 Tính làm việc động 70% tải - 98 4.4.3 Tính làm việc động tồn tải - 101 4.5 Kết luận chương - 103 - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN - 104 Kết luận - 104 Hướng phát triển - 104 - TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 112 PHỤ LỤC 113 Phụ lục Chương trình tính tốn mơ q trình phản ứng biến đổi nhiệt hóa xăng 113 v Phụ lục Kết tính tốn q trình SR 120 Phụ lục Một số hình ảnh thử nghiệm 121 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu Ký hiệu Tên gọi CO Oxit cacbon HC Hydro cacbon NOx Oxit nitơ SO2 Oxit lưuhuynh N2 Nitơ CO2 Cacbonnic H2O Nước α Hệ số dư lượng khơng khí N2O Protoxit C2H6O Ethanol CH4 Metan H2 Hydro vii Danh mục chữ viết tắt BSEC Suất tiêu hao lượng có ích BTL Bio-mass To Liquid BXT Bộ xúc tác CEB-II Hệ thống phân tích khí thải CHK Chế hòa khí CKĐL Cơ khí động lực CNG Khí thiên nhiên nén CR Biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu với khí bon níc ĐCĐT Động đốt ĐHBK HN Đại học Bách khoa Hà Nội DME Dimethyl ether ETB Băng thử động lực học cao FAME Fatty Acid Methyl Ester HCNG Hỗn hợp nhiên liệu hydro/CNG HVO Hydrotreating Vegetable Oil LNG Khí thiên nhiên hóa lỏng LPG Dầu mỏ hóa lỏng NG Khí thiên nhiên NGV Xe chạy nhiên liệu khí thiên nhiên PO Ơ xi hóa khơng hồn tồn nhiên liệu SR Biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu với nước ATR Biến đổi nhiệt hóa xăng với nước xi trạng thái tự cân nhiệt viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số tính chất hydro, mê-tan, xăng [39, 101] - Bảng 2.1 Năng lượng tạo thành (enthalpy of formation) số chất 298K [33, 36] - 34 Bảng 2.2 Ưu nhược điểm phương pháp tạo hydro - 40 Bảng 2.3 Các số động học phản ứng [87] - 50 - Bảng 2.4 Các số cân [49, 75] - 50 Bảng 2.5 Các số hấp thụ [49, 75] - 50 Bảng 3.1 Đặc tính kỹ thuật chất xúc tác Ni-0309S - 55 Bảng 3.2 Các thông số kỹ thuật động thử nghiệm Honda Wave- - 57 Bảng 3.3 Các thông số vào BXT (xác định từ thực nghiệm) - 66 Bảng 3.4 Hàm lượng tỷ suất tạo khí giàu hydro - 69 Bảng 3.5 Nhiệt độ BXT tỷ suất tạo H2 chế độ tải (Số liệu đồ thị Hình 3.11) - 72 Bảng 3.6 Hàm lượng tỷ suất tạo khí giàu hydro trình PO - 73 Bảng 3.7 Hàm lượng tỷ suất tạo khí giàu hydro - 75 Bảng 3.8 Thơng số khí thải vào BXT - 78 Bảng 3.9 Kết tính tốn kết hợp SR vàPO có tận dụng nhiệt khí thải - 78 Bảng 4.1 Các thông số cấp nguyên liệu BXT - 95 Bảng 4.2 Kết tính tốn thực nghiệm q trình SR - 97 Bảng 4.3 Thành phần H2 khí giàu H2 khí nạp động - 98 Bảng 4.4 Đặc tính động chạy xăng nguyên bổ sung khí giàu hydro 70% tải - 98 Bảng 4.5 Đặc tính động chạy xăng nguyên bổ sung khí giàu hydro 100% tải - 101 - ix ... việc thực đề tài Nghiên cứu tạo nhiên liệu giàu hyddro động để cải thiện tính phát thải ii Mục đích nghiên cứu Đưa phát triển giải pháp cơng nghệ thích hợp để tạo khí giàu hydro động xăng đảm bảo... tạo khí giàu hydro đánh giá tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động bổ sung khí giàu hydro tạo động v Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu Luận án phân tích lựa chọn phương án tạo khí giàu. .. hóa nhiên liệu xăng tạo khí giàu hydro -1- xúc tác (BXT) thiết kế chế tạo BXT tận dụng nhiệt khí thải tạo khí giàu hydro động xe máy Honda Wave- đánh giá tính động sử dụng khí giàu hydro Việc nghiên