Nghiên cứu giảm thành phần độc hại trong khí thải động cơ đốt trong bằng phương pháp phản ứng xúc tác trước một phần nhiên liệu

Nguyễn Thế Lương động đốt 2005 - 2007 Hà Nội 2007 Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội - Luận văn thạc sĩ khoa học Ngành: Động đốt Nghiên cứu giảm thành phần độc hại khí thải động đốt phương pháp phản ứng xúc tác trước phần nhiên liệu Nguyễn Thế Lương Hà nội 2007 Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hà Nội Lời mở đầu Trong thời kỳ công nghiệp hóa đại hóa đất nước với lên ngành kinh tế, động đốt ngày giữ vai trò quan trọng ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nông nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải nhiều ngành có kinh tế khác Vấn đề ô nhiễm môi trường động đốt sử dụng nhiên liệu truyền thống (xăng diesel) phát thải đặt câu hỏi cho nhà nghiên cứu để giảm ô nhiễm Một hướng nghiên cứu dùng nhiên liệu thay nhiên liệu sạch, ví dụ nhiên liệu cồn nhiên liệu hydro Nhiên liệu hyđrô loại nhiên liệu từ lâu đà nhà nghiên cứu cân nhắc sử dụng cho động đốt Nhiên liệu có ưu điểm cháy nhanh, trị số ốc tan cao nên cho phép động làm việc tốc độ cao, nhờ mà dễ dàng tăng công suất động Thêm nữa, khí thải động hydro sạch, giới hạn thành phần hỗn hợp để đảm bảo khả cháy tốt rộng nên động làm việc với hỗn hợp loÃng, góp phần làm tăng tính kinh tế sử dụng động Tuy nhiên, nhiên liệu hydro có nhược điểm so với nhiên liệu xăng diesel nhiệt trị mole thấp nên không thay đổi kết cấu động chuyển từ động chạy xăng diesel sang động chạy hoàn toàn hydro công suất động bị giảm nhiều Thêm nữa, việc sản xuất, vận chuyển tích trữ bảo quản nhiên liệu hydro đủ để thay hoàn toàn xăng diesel khó khăn tốn nhiên liệu có tỷ trọng thấp Chính vậy, nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đến việc sử dụng hydro thành phần phụ gia cho nhiên liệu xăng diesel Với phương pháp này, hydro cấp tỷ lệ nhỏ vào động để hòa trộn với nhiên liệu xăng diesel Nhờ đặc tính cháy nhanh, hydro giúp đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu tốt nên giảm thành phần độc hại khí Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hà Nội thải, mở rộng giới hạn cháy tăng tính chống kích nổ cho động không thay đổi kết cấu động so với dùng xăng diesel Vấn đề đặt cần có nguồn cung cấp hydro ổn định tiện lợi xe để động hoạt động liên tục với hỗn hợp nhiên liệu nói Trong đề tài tốt nghiệp Em đưa hướng nghiên cứu giảm thành phần độc hại khí thải động xăng cách tạo cung cấp nhiên liệu giàu hydro cho động phương pháp phản ứng xúc tác phần nhiên liệu xăng nhờ khí thải động Hiện Việt Nam, lượng xe máy lưu hành lớn ngày phát triển mạnh nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường Do Em đà chọn đối tượng nghiên cứu động xe máy Super Dream Hon Da ViƯt Nam s¶n xt víi mơc đích góp phần giảm phần ô nhiễm xe máy gây Nội dung tốt nghiệp gồm hai phần, thứ nghiên cứu thiết kế xúc tác nhiên liệu khí thải để tạo nhiên liệu giàu hydro khảo nghiệm động để xác định thành phần hòa trộn phù hợp để đảm bảo thành phần khí thải động cải thiện công suất suất tiêu hao nhiên liệu không giảm so với chạy nhiên liệu xăng túy Em xin chân thành cám ơn thầy TS Hoàng Đình Long đà giúp đỡ bảo cho em nhiều Cám ơn thầy cô môn động đốt trong, phòng thí nghiệm động ®èt ®· t¹o mäi ®iỊu kiƯn vỊ thêi gian trang thiết bị thí nghiệm để em hoàn thành đồ án Học viên cao học KS Nguyễn Thế Lương Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hà Nội Mục lục Lời mở đầu Môc lôc PhÇn Tổng quan tình hình ô nhiễm Cơ sở lý thuyết trình xúc tác nhiên liệu Chương Tình hình ô nhiễm môi trường sức ép giảm ô nhiễm khí thải động c¬ 1.1 Tình hình ô nhiễm môi trường khí thải động 1.2 Các tiêu chuẩn khí thải động đốt 10 Chương Tổng quan biện pháp giảm thành phần ô nhiễm khí thải động đốt mục đích nghiên cứu đề tài 11 2.1 Đặc điểm phát thải động đốt 11 2.2 C¸c biƯn ph¸p giảm ô nhiễm khí thải .14 2.2.1 Giảm thành phần độc hại khí thải nhờ tối ưu hoá thiết kế động 14 2.2.2 Giảm thành phần độc hại biện pháp lý khí thải 18 2.2.3 Thay đổi cách sử dụng nhiên liệu dùng nhiên liệu thay .25 2.2.4 Phương pháp sản xuất hyđrô nhiên liệu giàu hyđrô cho nhiên liệu thay 27 2.3 Mục đích phạm vi nghiên cứu ®Ị tµi 32 2.3.1 Mơc ®Ých cđa ®Ị tµi .32 2.3.2 Phạm vi nghiên cứu đề tài 32 2.3.3 Động nghiên cứu 32 Chương Mô hình toán nghiên cứu trình Sản Xuất hyđrô phương pháp biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu xăng 33 3.1 Giíi thiƯu chung .33 3.2 Các phản ứng xúc tác biến đổi nhiệt hóa xăng 34 3.3 Tốc độ phản ứng biến đổi nhiệt hóa xăng 37 3.4 Các phương trình .40 3.4.1 TÝnh chÊt cña khÝ 43 3.4.2 HÖ số trao đổi nhiệt trao đổi chất .43 3.5 Kết tính toán 45 Chương thử nghiệm động với xúc tác nhiên liệu tận dụng nhiệt khí thải 48 4.1 Động thử nghiệm .48 4.2 ThiÕt kÕ xúc tác dùng cho động xe Super Dream 49 4.2.1 Yêu cầu xóc t¸c 49 4.2.2 Phương án thiết kế 49 Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hà Nội 4.2.3 Tính lượng nhiên liệu cần thiết đưa vào xúc tác lượng nhiệt tiêu thụ 51 4.2.4 ThiÕt kÕ bé xóc t¸c .53 PhÇn Trang thiÕt bÞ thÝ nghiƯm 55 Chương Giới thiệu chung băng thử ®éng lùc dïng cho xe m¸y 55 5.1 Giíi thiệu băng thử cho xe máy 55 5.2 C¬ së lý thuyÕt 57 5.2.1 PhÐp ®o tèc ®é .57 5.2.2 PhÐp ®o lùc 61 5.2.3 Xác định công suất xe 64 5.3 PhÐp ®o công suất qua phần mềm MMI 65 5.3.1 Thông số đo công suất (Parameter 65) 65 5.3.2 KÕt qu¶ cđa phÐp ®o tÜnh 66 Chương Giới thiệu chung Tủ phân tích khí thải dùng cho xe máy 67 6.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống 67 6.1.1 Nguyên lý làm việc hƯ thèng ®o CO 67 6.1.2 Nguyên lý làm việc hệ thống đo NO x NO .69 6.1.3 Nguyên lý làm việc cđa hƯ thèng ®o O .70 6.1.4 Nguyên lý làm việc hệ thống đo C n H m 72 6.2 Đo thành phần khí thải theo thời gian thực 74 Phần Kết thực đánh giá 77 Chương Kết Thí nghiệm 77 7.1 KÕt thử nghiệm không lắp xúc tác .77 7.2 Kết đo sử dụng biện pháp luân hồi khí thải .77 7.3 Kết đo sử dụng xúc tác nhiên liệu 77 Chương Xử lý đánh giá kết .78 8.1 Đặc tính suất tiêu hao nhiên liệu .79 8.2 Hàm lượng CO khí thải ®éng c¬ 80 8.3 Hàm Lượng HC khí thải .81 8.4 Hàm lượng NO x khÝ th¶i .81 Chương Kết luận hướng phát triển đề tµi 82 9.1 KÐt luËn đề tài 82 9.2 Hướng phát triển đề tµi .83 Tài liệu tham khảo 84 Phơ lơc: Ch­¬ng trình giải mô hình toán trình biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu xăng để tạo nhiên liệu giàu hyđrô 87 Tãm t¾t luËn văn 99 Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hà Nội PhầN Tổng quan tình hình ô nhiễm Cơ sở lý thuyết trình xúc tác nhiên liệu Chương Tổng quan Về tình hình ô nhiễm môi trường sức ép giảm ô nhiễm khí thải động 1.1 Tình hình ô nhiễm môi trường khí thải động 1.1.1 Các thành phần ô nhiễm khí thải động Trong trình hoạt động phương tiện giao thông phát thải vào không khí khối lượng lớn loại khói, khí ®éc nh­ CO, CO , hydrocacbon, NO x , SO , khói đen, chì dạng hạt khác Tùy theo loại động loại nhiên liệu mà khối lượng chất thải độc hại chiếm tỷ lệ khác khí xả - Cacbon monoxit (CO): CO sản phẩm cháy không hoàn toàn nhiên liệu Xe cộ nguyên nhân chủ yếu gây độ tập trung CO cao khu vực đô thị CO có lực hemoglobin cao gấp 200 lần so với O Vì xâm nhập vào thể CO liên kết với hemoglobin máu, cản trở việc tiếp nhận O , gây nghẹt thở Chính tính chất CO mà có hại phụ nữ có thai người mác bệnh tim mạch Trong nhiễm ®éc CO cÊp tÝnh nhĐ, cã thĨ c¸c triƯu chøng: nhức đầu, buồn nôn, mệt mỏi, rối lọan thị giác Trong nhiễm độc cấp tính CO thể nặng, theo phát triển tình trạng thiếu oxy máu mô, hệ thần kinh hệ tim mạch bị tổn thương, rối lọan hô hấp, liệt hô hấp dẫn tới tư vong - Cacbon dioxit (CO ): Trong nh÷ng năm gần người ta ý nhiều đến giao thông vận tải góp phần thải CO khí nhà kính quan trọng Trên toàn giới khoảng 15% CO không khí phương tiện giao thông vận tải thải CO chất gây ngạt Bình thường tỷ lƯ CO kh«ng khÝ tõ 0,3 – 0,4% nồng độ thấp CO kích thích trung tâm hô Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hà Nội hấp Những nghiên cứu gần cho thấy nồng độ CO 5% đà gây trở ngại cho hô hấp Tiếp xúc với CO nồng độ 15% người ta làm việc nồng độ 30 60 % gây nguy hiểm tính mạng cho ng­êi - Hydro cacbon (C n H m ) Cã nguồn thải Hydrocacbon từ phương tiện giao thông: - Từ khí thải - Thoát cách bay - Thoát từ cacte ( lượng thấp lại chứa hydrocacbon cấu tạo phức tạp, có khả gây ung thư người) Các hydrocacbon chất độc gây rối loạn hô hấp, nồng độ thấp chúng làm s­ng tÊy mµng phỉi, lµm thu hĐp cng phỉi, lµm viêm mắt, viêm mũi Hít phải hydrocacbon nồng độ 40 mg/L dẫn đến tức ngực, chóng mặt, rối loạn giác quan, gây cảm giác buồn nôn Ngoài chúng coi nguyên nhân gây ung thư phổi, họng đường hô hấp - Các oxit nitơ (NO x ) khu đô thị, giao thông thải khoảng 50% lượng NO x không khí NO x dùng để hỗn hợp NO NO không khí đồng thời có mặt NO NO đóng vai trò qua trọng ô nhiễm không khí NO x kết hợp vớ Hemoglobin (Hb) tạo thành Methemoglobin (Met Hb), làm Hb không vận chuyển oxy, gây ngạt cho thể Sau thời gian tiềm tàng dẫn tới phù phổi cấp, tím tái biểu co giật hôn mê Khi tiếp xúc với NOx nồng độ thấp (nhiễm độc mÃn tính) có biểu sau: kích ứng mắt, rối lọan tiêu hóa, viêm phế quản, tổn thương - Sunfua dioxit (SO ) Trong lÜnh vùc « nhiƠm không khí, SO chất ô nhiễm hàng đầu thường quy kết nguyên nhân quan trọng gây tác hại cho sức khỏe người dân đô thị SO kích ứng niêm mạc mắt đường hô hấp nồng độ cao, SO gây viêm kết mạc, bỏng đục giác mạc Trường hợp tiếp xúc ạt với SO làm chết người nguyên nhân ngưng hô hấp Tác hại SO chức phổi nói chung mạnh có mặt hạt bụi không khí hô hấp Ngoài ra, SO Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hà Nội gây tác hại cho quan tạo máu (tủy, lách), gây nhiễm độc da, gây rối loạn chuyển hóa protein đường, gây thiếu vitamin B C, ức chế enzym oxydaza - Khói đen, chì dạng hạt Động diesel thải khói đen gấp 7,5 lần so với động xăng Nguyên nhân gây khói đen xe diesel nguyên liệu có nguyên tử cacbon Nguyên tử cacbon nguyên nhân gây 90% tượng hấp thụ ánh sáng 30% tượng giảm tầm nhìn người đường, gây nguy hiểm, không an toàn giao thông Chì tác nhân gây ô nhiễm quan trọng Chì có khí thải động xăng người ta pha tetraethyl ch× – Pb(C H ) vào xăng để chống kích nổ Hơi chì theo khí thải phân tán vào không khí, có hại cho sức khỏe người, gia súc cối Xe diesel không chứa chì, lại thải nhiều hạt lơ lửng không khí Các hạt kết hợp với SO x thải không khí gây bệnh viêm cuống phổi, hen suyễn Có số hạt có khả gây ung thư Chì xâm nhập vào đường hô hấp, đường da Độc tính chì nồng độ cao đà biết đến từ lâu Nhưng, tác động chì nồng độ thấp đánh giá cách đầy đủ hai thập kỷ gần Do mà mức độ chì chấp nhận ngày trở nên thấp, việc sử dụng xăng không pha chì ngày trở nên phổ biến nhiều nước đà cấm hoàn toàn việc sử dụng xăng pha chì Ngoài trình cháy không hết nhiên liệu thải bụi cacbon Bụi xâm nhập vào thể chủ yếu qua đường hô hấp Các hạt bụi có đường kính lớn 10 àm luẩn quẩn đường hô hấp trên, sau chúng xuống đường hô hấp Phần lớn hạt bụi có kích thước từ 10 àm lưu đường hô hấp tới phổi lắng đọng ô nhiễm tác dụng trọng lực Nguy hiểm hạt bụi có kích thước 5àm gọi bụi hô hấp, đọng lại hầu hết phế nang Một số hạt làm màng nhầy, số hạt lọt vào máu số trở thành dị vật phổi Bụi kích thích học gây khó khăn cho hoạt động phổi Chúng gây Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hà Nội nên bệnh đường hô hấp, bệnh hen suyễn, viêm cuống phổi, bệnh viêm phổi, trước hết dạng bệnh bụi phổi Tiếng ồn Tiếng ồn dạng ô nhiễm phổ biến đô thị Trong nguồn sinh tiếng ồn đô thị phương tiện giao thông vận tải đóng vai trò chñ yÕu: 60 – 80 % nguån sinh ån đô thị phương tiện giao thông nguyên nhân sau: - Tiếng ồn động cơ, ống xả - Tiếng ồn rung động phận xe Độ ồn phụ thuộc vào tình trạngkỹ thuật xe Nếu xe bảo dưỡng tốt, tình trạng máy hoàn hảo, tình trạng thùng xe khung xe chắn, độ giảm xóc tốt tiếng ồn giảm - Tiếng ồn đóng cửa xe, còi xe, phanh xe, tương tác lốp xe mặt đường, nhiều lúc tiếng la hét phụ xe đà gây giật hốt hoảng cho người đường v.v Tiếng ồn gây tác hại lớn đến toàn thể nói chung quan thính giác nói riêng.Tiếng ồn mạnh, thường xuyên gây nên bệnh đau đầu, chóng mặt, cảm giác sợ hÃi, bực tức vô cớ, trạng thái tâm thần bất ổn, mệt mỏi Tiếng ồn gây thay đổi hệ thống tim mạch, kèm theo rối loạn trương lực mạch máu, rối loạn nhịp tim Tiếng ồn làm rối loạn chức bình thường dày, làm giảm bớt tiết dịch vị, ảnh hưởng đến co bóp bình thường dày 1.1.2 Tình hình ô nhiễm môi trường khí thải động giới Việt Nam Môi trường sống nhân loại ngày bị ô nhiễm nặng chất thải từ hoạt động người gây ra, mà nguồn chất thải khí thải phương tiện giao thông giới Trong trình hoạt động phương tiện giao thông phát thải vào không khí khối lượng lớn loại khói, khí độc CO, CO , hydrocacbon (HC), NO x , SO , khói đen, chì chất thải dạng hạt khác Các thành phần chất thải gây tác hại trực tiếp cho sức khỏe người mà lâu dài phá hoại giới sinh vật nuôi sống người Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hà Nội Tùy theo loại động loại nhiên liệu sử dụng mà khối lượng thành phần chất thải độc hại chiếm tỷ lệ khác Theo số liệu thống kê Mỹ, chất ô nhiễm phát thải từ phương tiện chiếm 40ữ50% tổng hàm lượng HC, 50% tổng hàm lượng NO X 80ữ90% tổng hàm lượng CO khu vực thành phố [1] nước phát triển khác Châu âu Nhật Bản xảy vấn đề tương tự Trong năm gần với phát triển kinh tế tình hình ô nhiễm môi trường ngày trầm trọng số lượng động sử dụng ngày nhiều Trung bình hàng năm giới sản xuất thêm 40 triệu động cơ, mức độ phát triển ô tô, xe máy ngày mạnh, đặc biệt khu đô thị Châu Không kiểm soát khí thải, loại phương tiện thải môi trường lượng đáng kể chất hyđrôxit bon (HC), ôxít cácbon (CO) khói bụi Các chất góp phần quan trọng gây ô nhiễm không khí nhiều nước Châu á, nơi mà xe 2-3 bánh chiếm phần lớn đội xe giới Trên giới đội xe 2và bánh gia tăng với triệu năm dựa số bán 20 triệu xe không sử dụng 13 triệu xe hàng năm Những nước có mật độ xe đông Đài Loan, Trung Quốc, Thái Lan, Malaysia ấn Độ Các nước Châu tâm đến vấn đề ô nhiễm số lượng lớn xe máy gây Tại Việt Nam, tình trạng ô nhiệm môi trường khí thải động chưa nghiêm trọng nước phát triển số lượng phương tiện giao thông vận tải giới chưa nhiều so với họ đà đến mức đáng lo ngại Theo số liệu cập nhật tháng năm 2002, số lượng phương tiện giao thông-chỉ tính phương tiện giao thông giới đường Việt Nam đà 10.000.000 xe gắn máy, 600.000 xe ô tô loại số lượng phương tiện giao thông gia tăng cách nhanh chóng, đặc biệt hai đô thị lớn Hà nội Thành Hå ChÝ Minh [2] VÝ dơ, theo b¸o c¸o cảnh sát giao thông Hà Nội, thời điểm cuối năm 2006, số lượng ô tô đăng ký lưu Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hà Nội [15] Hoàng Đình Long Nghiên cứu đặc điểm phát thải động ®èt dïng nhiªn liƯu khÝ thiªn nhiªn biÕn ®ỉi phân tử mô hình toán Tạp chí Khoa học Công nghệ số 40+41, Hà Nội 2003 [16] K Shimizu, M Fukagawa, A Sakanishi, ‘Development of PEM water electrolysis type hydrogen production system’, in 15th Hydrogen Energy Conference proceedings, Yokohama, 2004 [17] M Laniecki, R Glowacki, ‘Photocatalysis as a tool in hydrogen generation’, in 15th Hydrogen Energy Conference proceedings, Yokohama, 2004 [18] T Mizuno, Y Tanaka, ‘Anomalous hydrogen generation by plasma electrolysis’, in 15th Hydrogen Energy Conference proceedings, Yokohama, 2004 [19] Ann M De Goote, G F Froment, Partial oxidation of methane over nickel catalyst Appl Catal A 138 (1996) 245-264 [20] S Ahmed, M Krumpelt Hydrogen from hydrocarbon fuels for fuel cells Internat J Hydrogen Energy 2001; 26: 291-301 [21] Praveen K Cheekatamarla, Alan M Lane Efficient bimetallic catalysts for hydrogen generation from diesel fuel International Journal of Hydrogen Energy (2005 ) [22] 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) p12481257 [23] D.L Trimm Coke formation and minimisation during steam reforming reactions Catalysis Today 37 (1997) p233-238 [24] Angeliki A Lemonidou, Iacovos A Vasalos Carbon dioxide reforming of methane over wt.% Ni/CaO-Al2O3 catalyst Applied Catalysis A: General 228 (2002) p227–235 [25] Hoang Dinh Long, Chan Siew Hwa Modeling of a catalytic autothermal methane reformer for fuel cell applications Applied Catalysis A: General 268 (2004) p207–216 [26] Hoang Dinh Long, Chan Siew Hwa, Ding Ovi Lian A Thermodynamic View of Partial Oxidation, Steam Reforming, and Autothermal Reforming on Methane International Journal of Green Energy Vol 1, No 2, pp 265–278, 2004 [27] Nguyễn Tất Tiến Nguyên lý Động đốt NXB Giáo dục, Hà Nội 2000 Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội 85 Trung tâm sau Đại học - trường §HBK Hµ Néi [28] Heywood, J B., Internal Combustion Engine Fundamentals McGraw Hill, New York 1988 [29] Kiều Đình Kiểm Các sản phẩm dầu mỏ hóa dầu NXB Khoa häc vµ Kü thuËt, Hµ Néi 2005 [30] Ariane Leites Larentis, Neuman Solange de Resende, Vera Maria Martins Salim, José Carlos Pinto Modeling and optimization of the combined carbon dioxide reforming and partial oxidation of natural gas Applied Catalysis A: General 215 (2001) 211–224 [31] M V Twigg Catalyst handbook, 2nd impression with revisions, London: Manson Pub., 1996 [32] J Xu, G Froment Methane steam reforming, methanation and water gasshift Part I: Intrinsic kinetics AIChE Journal 39 (1993) p1164-1177 [33] W Jin, X Gu, S Li, P Huang, N Xu, J Shi Experimental and simulation study on a catalyst packed tubular dense membrain reactor for partial oxidation of methane to syngas Chemical Enghineering Science 55 (2000) p2617-2625 [34] Manuel Pacheco, Jorge Sira, John Kopasz Reaction kinetics and reactor modeling for fuel processing of liquid hydrocarbons to produce hydrogen: isooctane reforming Applied Catalysis A: General 250 (2003) p161–175 [35] R B Bird, W E Stwewart, E N Lightfoot Transport Phenomena John Wiley & Sons, New York 1960 [36] Ngun ThÕ L­¬ng, Hoàng Đình Long Sử dụng xúc tác nhiên liệu tận dụng nhiệt khí thải tạo nhiên liệu giàu hydro để giảm thành phần độc hại khí thải động xăng, Tuyển tập báo khoa học hội nghị khoa học lần thứ 20 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội 10/2006 [37] Yunus A Cengel Introduction to thermodynamics and heat transfer McGraw-Hill Inc 1997 [38] Phạm Minh Tuấn Động đốt NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2006 Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội 86 Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hà Nội Phụ lục: Chương trình giải mô hình toán trình biến đổi nhiệt hóa nhiên liệu xăng để tạo nhiên liệu giàu hyđrô C** PROGRAM: Mo hinh chieu qua trinh bien doi nhiet hoa cua xang vowi nuoc **C Chuong trinh tinh toan ham luong san pham hydro cua qua trinh phan ung bien doi nhiet hoa xang voi nuoc va cac nhan to anh huong den nang suat cua qua trinh bien doi implicit double precision(a-h,k-z) integer it,ig,ir,iz,jr parameter (igmax=7,itmax=6000,irmax=5,izmax=24, & delt=0.1,delrz=2.5e-3, & sopi=3.14159,bw=0.005,Voidg=0.35,ropore=750.,rocat=73.5, & Rg=8.314,dp=1.75e-3,jr=1,Scata=155.,shi=0.35, Input data & Twall=873 ,!(nhiet reactor) & heat=1 ,!(coefficent for varying heat transfer to surounding & Tw0=873 ,!(initial catalyst temperature K) & pgas=1 ,!(gas pressure in the reactor, bar) & wf=4 ,!(water fuel ratio:0 - 3.5 ) & VC8H18in=20 ,!space velocity, 1/h (minimum SV=10000/h ~ vgasin=157 litre/h) dimension c(igmax,0:irmax,-1:izmax+1),cg(igmax),s(0:irmax), & r(igmax),T(0:irmax,-1:izmax+1),Tt(0:irmax,-1:izmax+1), & cin(igmax),d(igmax),pi(igmax), Tg(-1:izmax+1), & htt(-1:izmax+1),cpct(igmax),cpctd(igmax),ctr(0:irmax), & cir1(0:irmax),cir2(0:irmax),cir3(0:irmax),cir4(0:irmax), & cir5(0:irmax),cir6(0:irmax), & cird1(0:irmax),cird2(0:irmax),cird3(0:irmax), & cird4(0:irmax),cird5(0:irmax),cird6(0:irmax), & Tair(-1:izmax+1),moxy(-1:izmax+1), & coxy(-1:izmax+1),o2p(-1:izmax+1),o2fz(0:izmax), & vgasl(0:izmax),Rgmc(0:izmax) Tinh chat cua va chat xuc tac roair(x)=3.272085835937375-1.184671428858174E-002*x & +2.144428819259403E-005*x**2-2.055296862478115E-008*x**3 & +9.943716974866197E-012*x**4-1.908422866755830E-015*x**5 Cpair(x)=(0.94012+3.62574e-4*x-6.02897e-8*x**2)*1.e+3 Kcatx(x)=(132.521-.586897*x+1.23475e-3*x**2-1.35597e-6*x**3 & +7.41176e-10*x**4-1.58095e-13*x**5)*0.5 cpcatx(x)=(1.071+1.56e-4*x-3.435e4/x**2)*1.e3 Mvisg(x)=(4.08827+4.71217e-2*x-9.5954e-6*x**2)*1.e-6 Nvisg(x)=(-11.18181+0.064235*x+6.37637e-5*x**2)*1.e-6 Kgas(x)=0.0241*(x/273.15)**0.8 cp1(x)=(3.826-3.979e-3*x+24.558e-6*x**2 & -22.733e-9*x**3+6.963e-12*x**4)*8.314 !C8H18 (J/molK) cp2(x)=(3.626-1.878e-3*x+7.055e-6*x**2 & -6.764e-9*x**3+2.156e-12*x**4)*8.314 !O2 cp3(x)=(2.401+8.735e-3*x-6.607e-6*x**2 & +2.002e-9*x**3)*8.314 !CO2 cp4(x)=(4.070-1.108e-3*x+4.152e-6*x**2 & -2.964e-9*x**3+0.807e-12*x**4)*8.314 !H2O cp5(x)=(3.710-1.619e-3*x+3.692e-6*x**2 & -2.032e-9*x**3+0.240e-12*x**4)*8.314 !CO cp6(x)=(3.057+2.677e-3*x-5.810e-6*x**2 Häc viªn: Ngun Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội 87 Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hà Nội & +5.521e-9*x**3-1.812e-12*x**4)*8.314 !H2 cp7(x)=(3.675-1.208e-3*x+2.324e-6*x**2 & -0.632e-9*x**3-0.226e-12*x**4)*8.314 !N2 kr1(x)=2.61e9*exp(-240,1e3/Rg/x) kr2(x)=1.55e1*exp(-67,1e3/Rg/x) kr3(x)=1.52e7*exp(-243,9e3/Rg/x) kr4(x)=2.78e5*exp(-23,7e3/Rg/x) Kadr1(x)=6,65e-4*exp(38,3e3/Rg/x) Kadr4(x)=8,23e-5*exp70,6e3/Rg/x) Kadr5(x)=6,12e-9*exp(82,9e3/Rg/x) Kadr6(x)=1,57e4(-88,7e3/Rg/x) Kc1(x)=5.75e12*exp(-11476./x) Kc2(x)=1.26e-2*exp(4639./x) Kc3(x)=7.24e10*exp(-21646./x) Kc4(x)=2,53e10*exp(-21646./x) He so khuyech tan cua Ddf1(x)=6.869e-10*x**1.823*1.2 Ddf2(x)=6.229e-10*x**1.823*1.2 Ddf3(x)=4.976e-10*x**1.823*1.2 Ddf4(x)=9.746e-10*x**1.823*1.2 Ddf5(x)=7.147e-10*x**1.823*1.2 Ddf6(x)=2.141e-9*x**1.823*0.5 Ddf7(x)=5.827e-10*x**1.823*1.2 Dinh nghia filr du lieu open(1,file='c:\predict\DataTime.dat') open(2,file='c:\predict\ToutR.dat') open(3,file='c:\predict\H2r.dat') open(31,file='c:\predict\C8H18r.dat') open(4,file='c:\predict\DctLtmax.dat') !Gas properies at center line along z axis after total running time open(41,file='c:\predict\DavLtmax.dat') !Average gas properies along z axis after total running time open(42,file='c:\predict\DraLtmax.dat') !gas properies at different r along z axis open(5,file='c:\predict\DctL060s.dat') !Gas properies at center line along z axis open(51,file='c:\predict\DavL060s.dat') !Average gas properies along z axis after 30 open(52,file='c:\predict\DraL060s.dat') !gas properies at different r along z axis after 30 open(6,file='c:\predict\DctL150s.dat') !Gas properies at center line along z axis after open(61,file='c:\predict\DavL150s.dat') !Average gas properies along z axis after open(62,file='c:\predict\DraL150s.dat') !gas properies at different r along z axis after open(7,file='c:\predict\DctL300s.dat') !Gas properies at center line along z axis after open(71,file='c:\predict\DavL300s.dat') !Average gas properies along z axis after open(72,file='c:\predict\DraL300s.dat') !gas properies at different r along z axis after open(8,file='c:\predict\DctL450s.dat') !Gas properies at center line along z axis after open(81,file='c:\predict\DavL450s.dat') !Average gas properies along z axis after open(82,file='c:\predict\DraL450s.dat') !gas properies at different r along z axis after write(1,50)'Time(m)','Twi','Two','C8H18d','O2d','CO2d','H2Od','COd', & 'H2d','C8H18w','O2w','CO2w','H2Ow','COw','H2w','C8H18cvt', & 'H2/C8H18in','H2/C8H18cvt','CO/C8H18in','CO/C8H18cvt','o2in/C8H18in' write(2,51)'Time(m)','Tr0','Tr1','Tr2','Tr3','Tr4','Tr5','Tr6' write(2,52)'r',0.*delr,1.*delr,2.*delr,3.*delr, & 4.*delr,5.*delr,6.*delr write(3,51)'Time(m)','H2r0','H2r1','H2r2','H2r3', & 'H2r4','H2r5','H2r6' write(3,52)'r',0.*delr,1.*delr,2.*delr,3.*delr, & 4.*delr,5.*delr,6.*delr write(31,51)'Time(m)','C8H18r0','C8H18r1','C8H18r2','C8H18r3', Häc viªn: Ngun ThÕ Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội 88 Trung tâm sau Đại học - trường §HBK Hµ Néi & 'C8H18r4','C8H18r5','C8H18r6' write(31,52)'r',0.*delr,1.*delr,2.*delr,3.*delr, & 4.*delr,5.*delr,6.*delr write(4,61)'len','Tg','Tw','C8H18cvt', & 'C8H18d','O2d','CO2d','H2Od','COd','H2d', & 'C8H18w','O2w','CO2w','H2Ow','COw','H2w' write(41,61)'len','Tgtb','Tr0','Tair','C8H18cvt', & 'C8H18d','O2d','CO2d','H2Od','COd','H2d', & 'C8H18w','O2w','CO2w','H2Ow','COw','H2w','O2air','Jo2', & 'o2/f','u/uin' write(5,61)'len','Tg','Tw','C8H18cvt', & 'C8H18d','O2d','CO2d','H2Od','COd','H2d', & 'C8H18w','O2w','CO2w','H2Ow','COw','H2w' write(51,61)'len','Tgtb','Tr0','Tair','C8H18cvt', & 'C8H18d','O2d','CO2d','H2Od','COd','H2d', & 'C8H18w','O2w','CO2w','H2Ow','COw','H2w','O2air','Jo2','o2/f' write(6,61)'len','Tg','Tw','C8H18cvt', & 'C8H18d','O2d','CO2d','H2Od','COd','H2d', & 'C8H18w','O2w','CO2w','H2Ow','COw','H2w' write(61,61)'len','Tgtb','Tr0','Tair','C8H18cvt', & 'C8H18d','O2d','CO2d','H2Od','COd','H2d', & 'C8H18w','O2w','CO2w','H2Ow','COw','H2w','O2air','Jo2','o2/f' write(7,61)'len','Tg','Tw','C8H18cvt', & 'C8H18d','O2d','CO2d','H2Od','COd','H2d', & 'C8H18w','O2w','CO2w','H2Ow','COw','H2w' write(71,61)'len','Tgtb','Tr0','Tair','C8H18cvt', & 'C8H18d','O2d','CO2d','H2Od','COd','H2d', & 'C8H18w','O2w','CO2w','H2Ow','COw','H2w','O2air','Jo2','o2/f' write(8,61)'len','Tg','Tw','C8H18cvt', & 'C8H18d','O2d','CO2d','H2Od','COd','H2d', & 'C8H18w','O2w','CO2w','H2Ow','COw','H2w' write(81,61)'len','Tgtb','Tr0','Tair','C8H18cvt', & 'C8H18d','O2d','CO2d','H2Od','COd','H2d', & 'C8H18w','O2w','CO2w','H2Ow','COw','H2w','O2air','Jo2','o2/f' write(42,71)'len','Tc0','Tc1','Tc2','Tc3','Tc4','Tc5','Tc6', & 'C8H18-0d','C8H18-1d','C8H18-2d','C8H18-3d','C8H18-4d','C8H185d','C8H18-6d', & 'Oxy-0d','Oxy-1d','Oxy-2d','Oxy-3d','Oxy-4d','Oxy-5d','Oxy-6d', & 'CO2-0d','CO2-1d','CO2-2d','CO2-3d','CO2-4d','CO2-5d','CO2-6d', & 'H2O-0d','H2O-1d','H2O-2d','H2O-3d','H2O-4d','H2O-5d','H2O-6d', & 'CO-0d','CO-1d','CO-2d','CO-3d','CO-4d','CO-5d','CO-6d', & 'H2-0d','H2-1d','H2-2d','H2-3d','H2-4d','H2-5d','H2-6d', & 'C8H18-0','C8H18-1','C8H18-2','C8H18-3','C8H18-4','C8H18-5','C8H18-6', & 'Oxy-0','Oxy-1','Oxy-2','Oxy-3','Oxy-4','Oxy-5','Oxy-6', & 'CO2-0','CO2-1','CO2-2','CO2-3','CO2-4','CO2-5','CO2-6', & 'H2O-0','H2O-1','H2O-2','H2O-3','H2O-4','H2O-5','H2O-6', & 'CO-0','CO-1','CO-2','CO-3','CO-4','CO-5','CO-6', & 'H2-0','H2-1','H2-2','H2-3','H2-4','H2-5','H2-6' Checking input data if (vC8H18in lt 0.) then write (*,*)'SV should not be less than 5000' stop else if (multiv1 le 0) then write (*,*)'multiv1 must be positive' stop else if (multiv2 le 0) then write (*,*)'multiv2 must be positive' stop else if (multiv3 le 0) then write (*,*)'multiv3 must be positive' stop end if Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội 89 Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hà Nội delr=delrz delz=delrz Dieu kien mixgas=1.+af+wf cin(1)=1./mixgas !C8H18 cin(2)=1./mixgas*af*0.21 !O2 cin(3)=0 !CO2 cin(4)=1./mixgas*wf !H2O cin(5)=0 !CO cin(6)=0.05 !H2 cin(7)=1./mixgas*af*0.79-cin(6) !N2 Rgmin=8314./(cin(1)*16.+cin(2)*32.+cin(3)*44.+cin(4)*18.+ & cin(5)*28.+cin(6)*2.+cin(7)*28) Tgin=Tgasin volcata=sopi*(irmax*delr)**2*izmax*delz*1000 c vgasin=SV*volcata vgasin=vC8H18in*mixgas Void=voidg time=0 ig=1,igmax ir=0,irmax iz=-1,izmax c(ig,ir,iz)=cin(ig)*pt*1.e5/8.314/Tgin end end end do iz=0,izmax Rgmc(iz)=Rgmin vgasl(iz)=vin end do iz=0,izmax coxy(iz)=0.21 c(2,0,iz)=0.1*pt*1.e5/Rg/Tgin c Tair(iz)=Tairin htt(iz)=1.e-1 iz=0,izmax end do ir=0,irmax iz=-1,izmax+1 T(ir,iz)=T0 end end Tg(0)=Tgin Tg(-1)=Tgin ir=1,irmax rcc=irmax-ir s(ir)=(rcc+1)**2-rcc**2 end dout=2*((irmax*delr)+bw) airVelo=vairin*1.e-3*4./3600./sopi/((dout+0.02)**2-dout**2) airRe=airvelo*dout/68.e-6 Nuair=0.023*0.695**0.333*airRe**0.8 houter=nuair*52.e-3/dout Start -len=0 time=0 100 it=1,itmax !*********************************************** time=time+delt moleo2=0 if (time1 gt and & time ge time1*60 .and Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội 90 Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hà Nội & time lt time1*60.+delt) then v=vgasin*multiv1 uin=v*1.e-3/3600./sopi/(irmax*delr)**2 end if if (time1 gt and & time2 gt and & time ge (time1+time2)*60 .and & time lt (time1+time2)*60.+delt) then v=v*multiv2 uin=v*1.e-3/3600./sopi/(irmax*delr)**2 end if if (time1 gt and & time2 gt and & time3 gt and & time ge (time1+time2+time3)*60 .and & time lt (time1+time2+time3)*60.+delt) then v=v*multiv3 uin=v*1.e-3/3600./sopi/(irmax*delr)**2 end if SV1=v/volcata if (SV1 lt 0.) then write(*,*)'Reducing flowrate to much' stop end if u=uin 200 ir=0,irmax !********************************************** 300 iz=0,izmax !********************************************** if (Tg(iz) lt 300.) Tg(iz)=300 if (T(ir,iz) lt 300.) T(ir,iz)=300 if (Tg(iz) lt 1000.) Tga=Tg(iz) if (Tg(iz) ge 1000.) Tga=1000 if (T(ir,iz) lt 1000.) Tw=T(ir,iz) if (T(ir,iz) ge 1000.) Tw=1000 cpcat=cpcatx(Tw) K=Kcatx(Tw) ctotal=c(1,ir,iz)+c(2,ir,iz)+c(3,ir,iz)+ & c(4,ir,iz)+c(5,ir,iz)+c(6,ir,iz)+c(7,ir,iz) ig=1,igmax cpct(ig)=c(ig,ir,iz)/ctotal if (cpct(ig) lt 1.e-6) cpct(ig)=1.e-6 end Mgas=cpct(1)*16.+cpct(2)*32.+cpct(3)*44.+ & cpct(4)*18.+cpct(5)*28.+cpct(6)*2.+ & cpct(7)*28 cpg=(cp1(Tga)*cpct(1)+cp2(Tga)*cpct(2)+ & cp3(Tga)*cpct(3)+cp4(Tga)*cpct(4)+ & cp5(Tga)*cpct(5)+cp6(Tga)*cpct(6)+ & cp7(Tga)*cpct(7))*1000./Mgas Rgm=8.314e3/Mgas if(ir eq irmax) Rgmc(iz)=Rgm rog=pt*1.e5/Rgm/Tg(iz) mvis=mvisg(Tga) Kga=Kgas(Tga) G0=u*rog Re=G0/Sgeo/mvis/shi if (Re lt 50.) then CJh=0.91*Re**(-0.51)*shi else CJh=0.61*Re**(-0.41)*shi end if hc=CJh*cpg*G0/(cpg*mvis/Kga)**(2./3.) ntu=hc*delz*Sgeo/u/rog/cpg Tg(iz+1)=T(ir,iz)+(Tg(iz)-T(ir,iz))*exp(-ntu) A=ropore*cpcat Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội 91 Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hà Nội ig=1,igmax pi(ig)=cpct(ig)*pt if (pi(ig) lt 0) pi(ig)=0 end Q1=1.+Ka1(T(ir,iz))*pi(1)+Ka2(T(ir,iz))*pi(2)**0.5 Rre1=kr1(T(ir,iz))*pi(1)*pi(2)**0.5/Q1**2 Rrep1=kpl(T(ir,iz))*pi(1)*pi(2) Rre11=kr11(T(ir,iz))*pi(1)*pi(2)**0.5/Q1**2 Q2=1.+Kadr5(T(ir,iz))*pi(5)+Kadr6(T(ir,iz))*pi(6)+ & Kadr1(T(ir,iz))*pi(1)+Kadr4(T(ir,iz))*pi(4)/pi(6) Rre2=kr2(T(ir,iz))/pi(6)**2.5*(pi(1)*pi(4) & -pi(6)**3*pi(5)/Kc2(T(ir,iz)))/Q2**2 Rre3=kr3(T(ir,iz))/pi(6)*(pi(5)*pi(4)& pi(6)*pi(3)/Kc3(T(ir,iz)))/Q2**2 Rre4=kr4(T(ir,iz))/pi(6)**3.5*(pi(1)* & pi(4)**2-pi(6)**4*pi(3)/Kc4(T(ir,iz)))/Q2**2 r(1)=-(Rre1+Rre2+Rre4) !C8H18 r(2)=-2.*Rre1 !O2 r(3)=Rre1+Rre3+Rre4 !CO2 r(4)=2.*Rre1-Rre2-Rre4-2.*Rre4 !H2O r(5)=Rre2-Rre3 !CO r(6)=3.*Rre2+Rre3+4.*Rre4 !H2 r(7)=0 !N2 Q=rocat*(802.e3*Rre1-206.e3*Rre2+41.e3*Rre3-165.e3*Rre4) if(mod(it,1000) eq and ir eq irmax) then write(*,3)iz,T(ir,iz),pi(5),pi(4),pi(6),pi(3),' => ',r(1),r(6) end if format(1x,I6,1x,f5.0,4(1x,f9.6),1x,A6,2(1x,f9.6)) Dispersion coefficent d(1)=void*(sqrt(void)*Ddf1(T(ir,iz))/pt*1.013+0.5*dp*u) d(2)=void*(sqrt(void)*Ddf2(T(ir,iz))/pt*1.013+0.5*dp*u) d(3)=void*(sqrt(void)*Ddf3(T(ir,iz))/pt*1.013+0.5*dp*u) d(4)=void*(sqrt(void)*Ddf4(T(ir,iz))/pt*1.013+0.5*dp*u) d(5)=void*(sqrt(void)*Ddf5(T(ir,iz))/pt*1.013+0.5*dp*u) d(6)=void*(sqrt(void)*Ddf6(T(ir,iz))/pt*1.013+0.5*dp*u) d(7)=void*(sqrt(void)*Ddf7(T(ir,iz))/pt*1.013+0.5*dp*u) if (ir eq 0) then Tmem=0.5*T(ir,iz)+0.5*Tair(iz) if (cpct(2) ge coxy(iz)*pair/pt) then o2p(iz)=0 else o2p(iz)=7.34e-7*exp(-62700./Rg/Tmem)*Tmem/hmem* & log(coxy(iz)*pair/(cpct(2)*pt))*o2permea end if o2p(0)=0 moxy(iz+1)=moxy(iz)-2.*sopi*((irmax*delr)+bw)*delz*o2p(iz) if(moxy(iz+1) lt 0) moxy(iz+1)=1.e-9 coxy(iz+1)=moxy(iz+1)/(moxy(iz+1)+mnit) moleo2=moleo2+2.*sopi*((irmax*delr)+bw)*delz*o2p(iz) if(iz eq 0) moleo2=0 o2fz(iz)=moleo2/(pt*1.e5*vC8H18in*1.e-3/3600./8.314/Tgin) Tair(iz+1)=Tair(iz)+2.*sopi*((irmax*delr)+bw)*delz*htt(iz)* & (T(0,iz)-Tair(iz))/ & (moxy(iz)*cp2(Tair(iz))+mnit*cp7(Tair(iz))) ig=1,igmax if (ig eq and o2permea ne 0) then c(ig,ir,iz)=c(ig,ir+1,iz)+delr*o2p(iz)/d(2) else c(ig,ir,iz+1)=delz/u* & d(ig)/delr**2*(c(ig,ir+1,iz)-c(ig,ir,iz))& d(ig)/(irmax-ir)/delr**2*(c(ig,ir+1,iz)-c(ig,ir,iz))) Häc viªn: Ngun ThÕ Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội 92 Trung tâm sau Đại học - trường §HBK Hµ Néi end if if (c(ig,ir,iz+1) lt 0) & c(ig,ir,iz+1)=c(ig,ir,iz) end else if (ir gt and ir lt irmax) then ig=1,igmax c(ig,ir,iz+1)=delz/u* & (u*c(ig,ir,iz)/delz+rocat*r(ig)+ & d(ig)/delr**2*(c(ig,ir+1,iz)-2*c(ig,ir,iz)+c(ig,ir-1,iz))& d(ig)/(irmax-ir)/delr**2*(c(ig,ir+1,iz)-c(ig,ir,iz))) & if (c(ig,ir,iz+1) lt 0) c(ig,ir,iz+1)=c(ig,ir,iz) end Bt2=(1./delt-2.*K/A/delz**2-2.*K/A/delr**2+ & K/A/(irmax-ir)/delr**2-Sgeo*hc/A) Tt(ir,iz)=delt*((K/A/delr**2-K/A/(irmax-ir)/delr**2)* T(ir+1,iz)+K/A/delr**2*T(ir-1,iz)+ K/A/delz**2*(T(ir,iz+1)+T(ir,iz-1))+Bt2*T(ir,iz)+ Q/A+Sgeo*hc/A*Tg(iz)) else if (ir eq irmax) then ig=1,igmax c(ig,ir,iz+1)=delz/u* & (u*c(ig,ir,iz)/delz+rocat*r(ig)+ & 2*d(ig)/delr**2*(2*c(ig,ir-1,iz)-2*c(ig,ir,iz))) if (c(ig,ir,iz+1) lt 0) & c(ig,ir,iz+1)=c(ig,ir,iz) end Bt1=(1./delt-2.*K/A/delz**2-4.*K/A/delr**2-Sgeo*hc/A) & & & & & Tt(ir,iz)=delt*(2.*K/A/delr**2*(T(ir-1,iz)+T(ir-1,iz))+ K/A/delz**2*(T(ir,iz+1)+T(ir,iz-1))+Bt1*T(ir,iz)+ Q/A+Sgeo*hc/A*Tg(iz)) end if u=uin vratio=Rgmc(iz)/Rgmin if(ir eq irmax) vgasl(iz)=vratio*vin if(mod(it,3000) eq and ir eq irmax and iz eq izmax) & write(*,*)it,iz, 'u/uin=',u/uin,vratio if (it eq itmax and ir eq irmax and mod(iz,4) eq 0) then ctotal=c(1,ir,iz)+c(2,ir,iz)+c(3,ir,iz)+ & c(4,ir,iz)+c(5,ir,iz)+c(6,ir,iz)+c(7,ir,iz) ig=1,igmax cpct(ig)=c(ig,ir,iz)/ctotal end do ig=1,igmax cpctd(ig)=cpct(ig)/(1.-cpct(4)) end C8H18cvt=(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin& c(1,ir,iz)*vgasl(iz))/(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin)*100 write(4,62)iz*delz,Tg(iz),T(ir,iz),C8H18cvt, & (cpctd(ig)*100.,ig=1,igmax-1), & (cpct(ig)*100.,ig=1,igmax-1) end if if (it eq 6000 and ir eq irmax and mod(iz,4) eq 0) then ctotal=c(1,ir,iz)+c(2,ir,iz)+c(3,ir,iz)+ & c(4,ir,iz)+c(5,ir,iz)+c(6,ir,iz)+c(7,ir,iz) ig=1,igmax cpct(ig)=c(ig,ir,iz)/ctotal end do ig=1,igmax Häc viªn: Ngun ThÕ Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội 93 Trung tâm sau Đại học - trường §HBK Hµ Néi cpctd(ig)=cpct(ig)/(1.-cpct(4)) end C8H18cvt=(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin& c(1,ir,iz)*vgasl(iz))/(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin)*100 write(5,62)iz*delz,Tg(iz),T(ir,iz),C8H18cvt, & (cpctd(ig)*100.,ig=1,igmax-1),(cpct(ig)*100.,ig=1,igmax-1) end if if (it eq 15000 and ir eq irmax and mod(iz,4) eq 0) then ctotal=c(1,ir,iz)+c(2,ir,iz)+c(3,ir,iz)+ & c(4,ir,iz)+c(5,ir,iz)+c(6,ir,iz)+c(7,ir,iz) ig=1,igmax cpct(ig)=c(ig,ir,iz)/ctotal end do ig=1,igmax cpctd(ig)=cpct(ig)/(1.-cpct(4)) end C8H18cvt=(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin& c(1,ir,iz)*vgasl(iz))/(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin)*100 write(6,62)iz*delz,Tg(iz),T(ir,iz),C8H18cvt, & (cpctd(ig)*100.,ig=1,igmax-1),(cpct(ig)*100.,ig=1,igmax-1) end if if (it eq 30000 and ir eq irmax and mod(iz,4) eq 0) then ctotal=c(1,ir,iz)+c(2,ir,iz)+c(3,ir,iz)+ & c(4,ir,iz)+c(5,ir,iz)+c(6,ir,iz)+c(7,ir,iz) ig=1,igmax cpct(ig)=c(ig,ir,iz)/ctotal end do ig=1,igmax cpctd(ig)=cpct(ig)/(1.-cpct(4)) end C8H18cvt=(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin& c(1,ir,iz)*vgasl(iz))/(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin)*100 write(7,62)iz*delz,Tg(iz),T(ir,iz),C8H18cvt, & (cpctd(ig)*100.,ig=1,igmax-1),(cpct(ig)*100.,ig=1,igmax-1) end if if (it eq 45000 and ir eq irmax and mod(iz,4) eq 0) then ctotal=c(1,ir,iz)+c(2,ir,iz)+c(3,ir,iz)+ & c(4,ir,iz)+c(5,ir,iz)+c(6,ir,iz)+c(7,ir,iz) ig=1,igmax cpct(ig)=c(ig,ir,iz)/ctotal end do ig=1,igmax cpctd(ig)=cpct(ig)/(1.-cpct(4)) end C8H18cvt=(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin& c(1,ir,iz)*vgasl(iz))/(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin)*100 write(8,62)iz*delz,Tg(iz),T(ir,iz),C8H18cvt, & (cpctd(ig)*100.,ig=1,igmax-1),(cpct(ig)*100.,ig=1,igmax-1) end if C**** Tinh he so truyen nhiet qua if (ir eq irmax-1) then hiner=0.027*kga/2./(irmax*delr)*(2*(irmax*delr)*u*rog/ & void/mvis)**0.8*(mvis*cpg/kga)**0.33*3 Raa=dout**3*9.81/Tair(iz)*100.*0.7/(21.e-6)**2 houter=0.031/dout*(0.6+0.387*Raa**(1/6.)/ & (1.+(0.559/0.7)**(9/16.))**(8/27.))**2 htt(iz)=1./(1./hiner+bw/10.7)*heat end if 300 continue 200 continue Do iz=0,izmax if (it eq itmax and mod(iz,4) eq 0) then Tgtb=0 ir=1,irmax Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội 94 Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hà Nội Tgtb=Tgtb+s(ir)*T(ir,iz)/(irmax**2*1.) end do ig=1,igmax cg(ig)=0 ir=1,irmax cg(ig)=cg(ig)+s(ir)*c(ig,ir,iz)/(irmax**2*1.) end end ctotal=cg(1)+cg(2)+cg(3)+cg(4)+cg(5)+cg(6)+cg(7) ig=1,igmax cpct(ig)=cg(ig)/ctotal end do ig=1,igmax cpctd(ig)=cpct(ig)/(1.-cpct(4)) end C8H18cvt=(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin& cg(1)*vgasl(iz))/(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin)*100 write(41,62)iz*delz,Tgtb,T(0,iz),Tair(iz),C8H18cvt, & (cpctd(ig)*100.,ig=1,igmax-1),(cpct(ig)*100.,ig=1,igmax-1), & coxy(iz)*100.,o2p(iz),o2fz(iz),vgasl(iz)/vin end if if (it eq 6000 and mod(iz,4) eq 0) then Tgtb=0 ir=1,irmax Tgtb=Tgtb+s(ir)*T(ir,iz)/(irmax**2*1.) end do ig=1,igmax cg(ig)=0 ir=1,irmax cg(ig)=cg(ig)+s(ir)*c(ig,ir,iz)/(irmax**2*1.) end end ctotal=cg(1)+cg(2)+cg(3)+cg(4)+cg(5)+cg(6)+cg(7) ig=1,igmax cpct(ig)=cg(ig)/ctotal end do ig=1,igmax cpctd(ig)=cpct(ig)/(1.-cpct(4)) end C8H18cvt=(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin& cg(1)*vgasl(iz))/(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin)*100 write(51,62)iz*delz,Tgtb,T(0,iz),Tair(iz),C8H18cvt, & (cpctd(ig)*100.,ig=1,igmax-1),(cpct(ig)*100.,ig=1,igmax-1), & coxy(iz)*100.,o2p(iz),o2fz(iz) end if if (it eq 15000 and mod(iz,4) eq 0) then Tgtb=0 ir=1,irmax Tgtb=Tgtb+s(ir)*T(ir,iz)/(irmax**2*1.) end do ig=1,igmax cg(ig)=0 ir=1,irmax cg(ig)=cg(ig)+s(ir)*c(ig,ir,iz)/(irmax**2*1.) end end ctotal=cg(1)+cg(2)+cg(3)+cg(4)+cg(5)+cg(6)+cg(7) ig=1,igmax cpct(ig)=cg(ig)/ctotal end do ig=1,igmax cpctd(ig)=cpct(ig)/(1.-cpct(4)) end C8H18cvt=(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin- Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội 95 Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hµ Néi & cg(1)*vgasl(iz))/(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin)*100 write(61,62)iz*delz,Tgtb,T(0,iz),Tair(iz),C8H18cvt, & (cpctd(ig)*100.,ig=1,igmax-1),(cpct(ig)*100.,ig=1,igmax-1), & coxy(iz)*100.,o2p(iz),o2fz(iz) end if if (it eq 30000 and mod(iz,4) eq 0) then Tgtb=0 ir=1,irmax Tgtb=Tgtb+s(ir)*T(ir,iz)/(irmax**2*1.) end do ig=1,igmax cg(ig)=0 ir=1,irmax cg(ig)=cg(ig)+s(ir)*c(ig,ir,iz)/(irmax**2*1.) end end ctotal=cg(1)+cg(2)+cg(3)+cg(4)+cg(5)+cg(6)+cg(7) ig=1,igmax cpct(ig)=cg(ig)/ctotal end do ig=1,igmax cpctd(ig)=cpct(ig)/(1.-cpct(4)) end C8H18cvt=(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin& cg(1)*vgasl(iz))/(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin)*100 write(71,62)iz*delz,Tgtb,T(0,iz),Tair(iz),C8H18cvt, & (cpctd(ig)*100.,ig=1,igmax-1),(cpct(ig)*100.,ig=1,igmax-1), & coxy(iz)*100.,o2p(iz),o2fz(iz) end if if (it eq 45000 and mod(iz,4) eq 0) then Tgtb=0 ir=1,irmax Tgtb=Tgtb+s(ir)*T(ir,iz)/(irmax**2*1.) end do ig=1,igmax cg(ig)=0 ir=1,irmax cg(ig)=cg(ig)+s(ir)*c(ig,ir,iz)/(irmax**2*1.) end end ctotal=cg(1)+cg(2)+cg(3)+cg(4)+cg(5)+cg(6)+cg(7) ig=1,igmax cpct(ig)=cg(ig)/ctotal end do ig=1,igmax cpctd(ig)=cpct(ig)/(1.-cpct(4)) end C8H18cvt=(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin& cg(1)*vgasl(iz))/(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin)*100 write(81,62)iz*delz,Tgtb,T(0,iz),Tair(iz),C8H18cvt, & (cpctd(ig)*100.,ig=1,igmax-1),(cpct(ig)*100.,ig=1,igmax-1), & coxy(iz)*100.,o2p(iz),o2fz(iz) end if end Ghi du lieu theo thoi gian if (mod(it,100) eq 0) then ig=1,igmax cg(ig)=0 ir=1,irmax cg(ig)=cg(ig)+s(ir)*c(ig,ir,izmax)/(irmax**2*1.) end end ctotal=cg(1)+cg(2)+cg(3)+cg(4)+cg(5)+cg(6)+cg(7) Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội 96 Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hµ Néi ig=1,igmax cpct(ig)=cg(ig)/ctotal end if (cpct(1) gt cin(1)-1.e-3) cpct1=cin(1)-1.e-3 c1cvt=(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin& cg(1)*vgasl(izmax))/(cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin)*100 !C8H18 converted c6pc1in=cg(6)*vgasl(izmax)/ & (cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin) !mol H2 per mol C8H18 inlet c6pc1cvt=cg(6)*vgasl(izmax)/ & (cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin& cg(1)*vgasl(izmax)) !mol H2 per mol C8H18 converted c5pc1in=cg(5)*vgasl(izmax)/ & (cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin) !mol CO per mol C8H18 inlet c5pc1cvt=cg(5)*vgasl(izmax)/ & (cin(1)*pt*1.e5/8.314/Tgin*vin& cg(1)*vgasl(izmax)) !mol CO per mol C8H18 converted ig=1,igmax cpctd(ig)=cpct(ig)/(1.-cpct(4)) end write(1,56)time,T(irmax,2),T(irmax,izmax), & (cpctd(ig)*100.,ig=1,igmax-1),(cpct(ig)*100.,ig=1,igmax-1), & c1cvt,c6pc1in,c6pc1cvt,c5pc1in,c5pc1cvt,o2fratio*100 write(2,57)time,(T(ir,izmax),ir=0,irmax,jr) ir=0,irmax ctr(ir)=c(1,ir,izmax)+c(2,ir,izmax)+c(3,ir,izmax)+ & c(5,ir,izmax)+c(6,ir,izmax)+c(7,ir,izmax) cir6(ir)=c(6,ir,izmax)/ctr(ir) end write(3,58)time,(cir6(ir)*100.,ir=0,irmax,jr) ir=0,irmax cir1(ir)=c(1,ir,izmax)/ctr(ir) end write(31,58)time,(cir1(ir)*100.,ir=0,irmax,jr) write(*,56)time,T(irmax,izmax-1),Tg(izmax-1), & (cpct(ig)*100.,ig=1,igmax-1),cpctd(6)*100., & coxy(izmax-1)*100 end if C**** Tinh Tt(irmax,iz) for current time step iz=0,izmax Tt(0,iz)=1./(1.+htt(iz)*delr/K)* & (Tt(1,iz)+htt(iz)*delr/K*Twall) end do ir=0,irmax iz=0,izmax T(ir,iz)=Tt(ir,iz) end T(ir,-1)=T(ir,0) T(ir,izmax+1)=T(ir,izmax) end do ir=0,irmax ig=1,igmax c(ig,ir,-1)=c(ig,ir,0) end end if(it eq 4) then iz=0,izmax end format(1x,I7,6(1x,f9.6)) end if 100 continue Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội 97 Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hµ Néi 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 71 72 format(1x,A6,2(1x,A6),13(1x,A6),5(1x,A10)) format(1x,A7,7(1x,A8)) format(1x,A7,7(1x,f8.6)) format(1x,A7,3(1x,f15.5)) format(1x,f7.0,2(1x,f8.0),6(1x,f8.2)) format(1x,f6.2,2(1x,f6.0),6(1x,f6.2)) format(1x,f6.0,2(1x,f6.0),13(1x,f6.2),5(1x,f10.3),1x,f5.2) format(1x,f7.2,7(1x,f8.2)) format(1x,f7.3,7(1x,f8.2)) format(1x,f7.0,7(1x,f8.2)) format(1x,I3,1x,f10.0,1x,f15.6,6(1x,f8.2)) format(1x,A5,3(1x,A5),14(1x,A7),3(1x,A10)) format(1x,f5.3,3(1x,f5.0),14(1x,f7.3),3(1x,f10.8)) format(1x,I2,1x,f6.0,6(1x,f6.3),2(1x,f6.0),2(1x,f6.3)) format(92(1x,A6)) format(1x,f6.3,7(1x,f6.1),7(1x,f6.2),7(1x,f6.2), & 35(1x,f6.2),7(1x,f6.3),28(1x,f6.2)) end Häc viªn: Ngun Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường ĐHBK Hà Nội 98 Trung tâm sau Đại học - trường ĐHBK Hà Nội Tóm tắt luận văn Song song víi sù bïng nỉ cđa nỊn kinh tÕ ®Êt n­íc, động đốt ngày phát triển sử dụng lĩnh vực để phục vụ sống người Sự gia tăng nhanh chóng số lượng động ô tô sử dụng nhiên liệu theo cách truyền thống làm cho vấn đề ô nhiếm môi trường từ khí thải động trở nên trầm trọng đặt câu hỏi cho nhà nghiên cứu phải để cắt giảm ô nhiễm Cho đến nay, có nhiều phương pháp cắt giảm thành phần độc hại khí thải động đà nghiên cứu, song, tiêu chuẩn khí thải ngày ngặt nghèo đòi hỏi phải có phương pháp để cắt giảm phát thải độc hại động Đề tài nghiên cứu phương pháp có tiềm để cắt giảm độc hại khí thải đến mức tối thiểu từ bên động phương pháp xúc tác trước phần nhiên liệu tạo nhiên liệu giàu hyđrô cho động nhờ tận dụng nhiệt khí thải Để giải vấn đề này, nghiên cứu lý thuyết trình phản ứng nhiệt hóa nhiên liệu với nước để tạo hyđrô phương pháp mô hình toán đà thực để xác định điều kiện tối ưu trình xúc tác sở cho hiệu suất trình phản ứng xúc tác hàm lượng sản phẩm hyđrô cao Kết tính toán cho thấy tỷ lệ khối lượng tối ưu nước nhiên liệu xăng 4:1, nhiệt độ vận hành 500-600oC, tốc độ không gian hốn hợp nạp không nên 120 000/h Đây thông số giúp thiết kế tối ưu xúc tác để tạo nhiên liệu giàu hyđrô động nhờ tận dụng nhiệt khí thải Dựa kết tính toán lý thuyết, xúc tác nhiên liệu tận dụng nhiệt khí thải để tạo nhiên liệu giàu hyđrô cho động đà thiết kế, chế tạo, lắp đặt hợp lý khảo nghiệm động xe máy Super Deam hÃng Hon Da, đảm bảo hiệu giảm thành phần độc hại khí thải tốt, đặc biệt hai thành phần độc hại HC NO X Kết khảo nghiệm trung bình HC giảm 46,89%, NO X giảm 17,67%, CO giảm không đáng kể trung bình giảm khoảng 4,14% Qua kết nghiên cứu đánh giá phương pháp hữu hiệu để giảm thành phần độc hại khí thải bên động để đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn khí thải Học viên: Nguyễn Thế Lương - Cao học 2005 Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực - trường §HBK Hµ Néi 99 ... hiệu phương pháp việc giảm thành phần độc hại khí thải động 2.3.3 Động nghiên cứu Thành phần độc hại dạng khí nguy hại khí thải động đốt CO HC phát chủ yếu từ động xăng Các thành phần khí thải động. .. tài Nghiên cứu giảm thành phần độc hại khí thải động đốt phương pháp sử dụng nhiên liệu giàu hyđrô tạo động nhờ phản ứng xúc tác biến đổi nhiệt hóa phần nhiên liệu tận dụng nhiệt khí thải động. .. Em đưa hướng nghiên cứu giảm thành phần độc hại khí thải động xăng cách tạo cung cấp nhiên liệu giàu hydro cho động phương pháp phản ứng xúc tác phần nhiên liệu xăng nhờ khí thải động Hiện Việt