Nghiên cứu giảm thiểu ô nhiễm môi trường bằng bộ xúc tác BHKW6 cho ô tô thaco FD 2300a

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HUỲNH THANH HIẾU NGHIÊN CỨU GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG BẰNG BỘ XÚC TÁC BHKW6 CHO Ô TÔ THACO FD 2300A Chuyên ngành: Kỹ thuật Ô tô Máy kéo Mã số: 60.52.35 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2012 Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. DƯƠNG VIỆT DŨNG Phản biện 1: PGS.TS. TRẦN THANH HẢI TÙNG Phản biện 2: PGS.TS. LÊ ANH TUẤN Luận văn được bảo vệ tại hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 25 tháng 03 năm 2012 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm thông tin - H ọc liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng. MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Nhân loại hiện nay đang đứng trước một vấn nạn đó là ô nhiễm môi trường. Theo thống kê năm 2006 của Tổ chức Y tế thế giới cho biết: đã có khoảng 777.000 người (châu Á là 531.000 người) chết do ô nhiễm không khí. Nước ta đang có tốc độ đô thị hóa khá nhanh. Do đó nhu cầu về vận chuyển hàng hóa, vật liệu, .là rất lớn. Bên cạnh đó ngày 1/1/2008, trên toàn quốc có hơn 100.000 xe công nông và hàng chục nghìn xe tải quá niên hạn sử dụng bị loại bỏ theo Chỉ thị số 46/2004/CT-TTg và Nghị định số 23/2004/NĐ-CP của Chính phủ. Vì vậy xe tải nhẹ là chọn lựa số một để thay thế cho các xe kể trên. Theo số liệu tại trung tâm đăng kiểm số 2 của thành phố Đà Nẵng, trong các ngày 6,7,11 và 12 tháng 04 năm 2011, thống kê được lượng ô tô tải sử dụng nhiên liệu Diesel dưới 7 tấn chiếm tỉ lệ đến 62,40% trong tổng số xe tải sử dụng nhiên liệu Diesel. Trong đó số xe sản xuất tại Việt Nam chiếm 61%. Nồng độ khói trung bình lên đến 63,2%. Một số xe nồng độ khói đến 100%. Số xe sản xuất, lắp ráp tại Công ty ô tô Trường Hải chiếm 38%, nồng độ khói trung bình 48,7%.(phụ lục 2). Kiểm soát khí thải phương tiện xe cơ giới tham gia giao thông tại các thành phố lớn là một yêu cầu cấp thiết hiện nay. Chính phủ đã ban hành Quyết định số 249/2005/QĐ-TTg ngày 10/10/2005 quy định tiêu chuẩn khí thải tương đương mức Euro 2. Vì vậy tôi chọn đề tài “Nghiên cứu giảm thiểu ô nhiễm môi tr ường bằng bộ xúc tác BHKW6 cho ô tô THACO FD 2300A” có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Là biện pháp hữu hiệu trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường nói chung và xe tải nhỏ của THACO nói riêng. Góp phần thực hiện nghiêm chỉnh tiêu chuẩn khí thải Euro 2 mà chính phủ yêu cầu. Đồng thời đáp ứng được tiêu chuẩn khí thải cao hơn trong tương lai. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Đánh giá mức độ giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tính năng kinh tế kỹ thuật khi lắp đặt bộ xúc tác trên xe tải THACO FD 2300A. Đẩy mạnh việc ứng dụng bộ xúc tác trên các ô tô sử dụng nhiên liệu Diesel để giảm thiểu ô nhiễm môi trường. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Bộ xúc tác khí thải BHKW6 lắp trên đường thải của ô tô tải tự đổ, nhãn hiệu THACO FD 2300A; năm sản xuất: 2007; động cơ kiểu N485QA; dung tích: 2156 cm 3 ; công suất cực đại: 34,5 (kW)/ 3000 (vòng/phút). Luận văn tập trung nghiên cứu thực nghiệm bộ xúc tác khí thải BHKW6 lắp trên đường thải của ô tô tải tự đổ THACO FD 2300A. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chú trọng nghiên cứu thực nghiệm để xác định mức độ giảm thiểu ô nhiễm và xác định tổn hao nhiên liệu thực tế của xe khi dùng bộ xúc tác. 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Bước đầu đặt nền móng cho việc nghiên cứu và sử dụng bộ xử lý khí thải cho ô tô tải nhỏ sử dụng động cơ Diesel. Cơ sở để triển khai và ứng dụng giải pháp này một cách rộng rãi. Làm căn cứ để nghiên cứu và chế tạo bộ xúc tác. 6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN Ch ương 1: Tổng quan về tình hình ô nhiễm không khí và các biện pháp xử lý ô nhiễm khí thải do ô tô gây ra. Chương 2: Lý thuyết về cơ chế hình thành các chất ô nhiễm trong khí th ả i độ ng c ơ Diesel, tác h ạ i c ủ a các ch ấ t ô nhi ễ m và l ự a ch ọ n ph ươ ng án x ử lý. Chương 3: Nghiên c ứ u th ự c nghi ệ m v ề m ứ c độ gi ả m thi ể u n ồ ng độ khói trên ô tô THACO FD 2300A khi có l ắ p b ộ xúc tác b ằ ng thi ế t b ị đ o DISMOKE 4000 và xác đị nh m ứ c tiêu hao nhiên li ệ u th ự c t ế trên đườ ng. Chương 4: Phân tích đ ánh giá k ế t qu ả th ự c nghi ệ m. So sánh k ế t qu ả cho b ở i th ự c nghi ệ m khi có và không có l ắ p b ộ xúc tác trên đườ ng th ả i c ủ a xe. Rút ra k ế t lu ậ n, đề xu ấ t gi ả i pháp và ki ế n ngh ị . Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ CÁC BIỆN PHÁP GIẢM Ô NHIỄM KHÍ THẢI DO Ô TÔ GÂY RA 1.1.1 Ô nhiễm không khí 1.1.2. Ô nhiễm không khí do ô tô gây ra ở Việt Nam Theo ngu ồ n tin c ủ a c ụ c b ả o v ệ môi tr ườ ng n ă m 2006 cho bi ế t ho ạ t độ ng giao thông v ậ n t ả i là ngu ồ n gây ô nhi ễ m chính. N ướ c ta đ ang có t ố c độ đ ô th ị hóa khá nhanh. Đồ ng hành v ớ i t ố c độ đ ó thì l ượ ng ph ươ ng ti ệ n giao thông v ậ n t ả i c ũ ng t ă ng nhanh. S ự t ă ng v ọ t v ề ph ươ ng ti ệ n giao thông để đ áp ứ ng nhu c ầ u đ ô th ị hóa đượ c th ể hi ệ n qua hình 1.1. T ừ hình 1.1, ta th ấ y m ứ c độ t ă ng r ấ t nhanh c ủ a l ượ ng ô tô t ả i. C ụ th ể , t ừ tháng 07 n ă m 2007 có kho ả ng h ơ n 250 nghìn chi ế c ô tô Hình 1.1. Số lượng phương tiện tham gia giao thông t ả i thì đế n tháng 3 n ă m 2009 đ ã có h ơ n 400 nghìn chi ế c. T ỉ l ệ t ă ng bình quân trong n ă m là g ầ n 60%. Nh ư v ậ y n ế u gi ữ nguyên t ố c độ t ă ng là 60%/n ă m thì đế n tháng 3 n ă m 2015, s ố xe t ả i s ẽ là 1.440.000 chi ế c. S ự t ă ng v ọ t c ủ a ph ươ ng ti ệ n giao thông làm n ồ ng độ phát th ả i ch ấ t ô nhi ễ m ra môi tr ườ ng t ă ng độ t bi ế n. Xe t ả i th ả i ra ch ấ t ô nhi ễ m chi ế m t ỉ l ệ cao nh ấ t là 87% NO x , 55% SO 2 và 22% H m C n . Còn CO và VOC do xe t ả i th ả i ra có t ỉ l ệ th ấ p là 8% và 2%. Ng ượ c l ạ i, v ớ i xe con, ch ủ y ế u x ử d ụ ng nhiên li ệ u x ă ng thì ch ấ t th ả i chính là CO chi ế m t ỉ l ệ 20%. Còn NO x và các ch ấ t ô nhi ễ m khác nh ư SO 2 , H m C n và VOC ch ỉ chi ế m x ấ p x ỉ có 5%. Nh ư v ậ y ch ấ t ô nhi ễ m chính do xe t ả i gây ra là NO x và SO 2 . Ta k ế t lu ậ n r ằ ng Vi ệ t Nam là m ộ t trong nh ữ ng n ướ c b ị ả nh h ưở ng ô nhi ễ m n ặ ng. Đặ c bi ệ t là ô nhi ễ m không khí do ô tô gây ra. 1.1.3. Ô nhiễm không khí tại thành phố Đà Nẵng Đ à N ẵ ng có 04 nút giao thông chính (chân đ èo H ả i Vân, ngã ba Non N ướ c, ngã Ba Hu ế , ngã t ư Hòa C ầ m) và các tuy ế n đườ ng giao thông tr ọ ng y ế u. Các ch ấ t ô nhi ễ m chính là CO, NO 2 , b ụ i và ti ế ng ồ n ở các khu v ự c này cao h ơ n tiêu chu ẩ n cho phép t ừ 1÷2 l ầ n. L ư u l ượ ng xe t ạ i nút giao thông ngã Ba Hu ế th ể hi ệ n trên hình 1.4. Theo s ố li ệ u thu th ậ p t ừ tr ạ m Đă ng ki ể m s ố 2 c ủ a thành ph ố Đ à N ẵ ng (ph ụ l ụ c s ố 2), s ố l ượ ng ô tô t ả i t ừ 2÷7 t ấ n chi ế m t ỉ l ệ 25,56%; n ồ ng độ khói trung bình đế n 63,31%. Ô tô t ả i nh ỏ d ướ i hai t ấ n chi ế m đế n 36,84% và n ồ ng độ khói trung bình lên đế n 67,02%. Nh ư v ậ y, ta có th ể m ạ nh d ạ n k ế t lu ậ n r ằ ng ô nhi ễ m môi tr ườ ng ở Đ à N ẵ ng do nguyên nhân chính là ho ạ t độ ng giao thông mà ch ủ y ế u là xe t ả i nh ỏ . Đượ c minh ch ứ ng thêm m ộ t l ầ n n ữ a qua các hình 1.6 và 1.7. 1.2. THỰC TRẠNG XE TẢI NHỎ Ở VIỆT NAM Hi ệ n nay s ố l ượ ng ô tô t ạ i Vi ệ t Nam r ấ t l ớ n, ph ầ n l ớ n là ô tô t ả i và t ả i nh ỏ . Nh ư ng h ầ u h ế t các xe đề u không trang b ị b ộ xúc tác, xe xu ấ t x ưở ng ch ỉ đạ t tiêu chu ẩ n Euro 2. Các xe này ch ỉ sau m ộ t th ờ i gian ng ắ n s ử d ụ ng, khí x ả c ủ a các xe có độ khói r ấ t l ớ n (ph ụ l ụ c s ố 2). Vì V ậ y bi ệ n pháp duy nh ấ t để x ử lý ngu ồ n khí th ả i ra kh ỏ i độ ng c ơ là s ử d ụ ng b ộ xúc tác. 1.3. CÁC BIỆN PHÁP GIẢM Ô NHIỄM TRONG KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL 1.3.1. Hoàn thiện động cơ Diesel 1.3.1.1. Sử dụng động cơ Diesel sạch (CDC) 1.3.1.2. Hoàn thi ện quá trình đốt cháy nhiên liệu trong xy lanh 1.3.1.3. Sử dụng hệ thống phin lọc 1.3.1.4. Hồi lưu một bộ phận khí xả trên động cơ Diesel Hình 1.4. Giao thông tại ngã Ba Huế - Thành Phố Đà Nẵng Hình 1.6. Xe tải nhỏ “ nối đuôi” chạy trên đường phố Đà Nẵng Hình 1.7. Khói từ xe tải nhỏ hoạt động trên đường phố Đà Nẵng 1.3.1.5. Hồi lưu khí xả kết hợp với bộ xúc tác 1.3.2. Sử dụng nhiên liệu và năng lượng sạch a) Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG b) Khí thiên nhiên c) Năng lượng điện d) Pin nhiên liệu 1.3.4. Xử lý khí thải trên động cơ Diesel 1.3.4.1. Lọc phần tử rắn L ọ c g ố m monolithe; l ọ c s ợ i g ố m; l ọ c l ướ i s ợ i g ố m; l ọ c b ằ ng s ợ i thép m ạ nhôm; lõi l ọ c b ằ ng kim lo ạ i x ố p; l ướ i l ọ c t ĩ nh đ i ệ n; l ọ c b ằ ng cách ng ư ng t ụ h ơ i n ướ c 1.3.4.2. Xử lý khí thải bằng công nghệ xúc tác a) Công nghệ xử lý khí thải Bluetec Khí NOx và CO đượ c bi ế n đổ i thành n ướ c và không khí, còn nh ữ ng h ạ t PM đượ c h ấ p th ụ tr ự c ti ế p qua các màng l ọ c[13]. b) Công nghệ xử lý khí thải của Nissan V ớ i cách k ế t h ợ p l ớ p h ấ p thu HC trong khoang xúc tác h ấ p thu khí NO X mà H 2 và CO ngay khi đượ c gi ả i phóng s ẽ ti ế p t ụ c ph ả n ứ ng v ớ i NO X t ạ o thành N 2 , CO 2 , và H 2 O [14]. c) Xúc tác chuyển hóa NOx của Perovskite Perovskites là m ộ t l ớ p các khoáng ch ấ t oxit h ỗ n h ợ p La 1-X Sr X COO 3, La 1-x Sr x MnO 3 . Có th ể dùng làm xúc tác để chuy ể n đổ i NO thành NO 2 trong khí th ả i độ ng c ơ Diesel. d) Xúc tác dùng công nghệ nano đơn của Mazda S ử d ụ ng công ngh ệ nano đơ n để t ạ o ra m ộ t b ộ xúc tác có c ấ u trúc kim lo ạ i giúp gi ả m s ử d ụ ng kim lo ạ i quý nh ư b ạ ch kim hay palladium. T ổ ng l ượ ng kim lo ạ i s ử d ụ ng trong b ộ xúc tác có th ể gi ả m đượ c t ừ 70÷90% [22]. Các công ngh ệ x ử lý khí th ả i nêu trên là công ngh ệ tiên ti ế n trên th ế gi ớ i. Gi ả m thi ể u đượ c 95% NO X , 85÷95% PM [22]. Tuy nhiên, các công ngh ệ này m ớ i đượ c nghiên c ứ u và đư a vào s ử d ụ ng ở các n ướ c phát tri ể n nh ư M ỹ , Đứ c, Nh ậ t .Giá thành c ủ a các b ộ xúc tác này khá cao. Hi ệ u qu ả xúc tác đạ t 35% v ớ i CO, 30% v ớ i HC và 25% đố i v ớ i SOF [3]. 1.4. XỬ LÝ KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL BẰNG CÔNG NGHỆ XÚC TÁC Ở VIỆT NAM Vi ệ c nghiên c ứ u, ch ế t ạ o và s ử d ụ ng b ộ xúc tác cho độ ng c ơ s ử d ụ ng nhiên li ệ u Disel ở Vi ệ t Nam ch ỉ m ớ i b ắ t đầ u. Ứ ng d ụ ng công ngh ệ xúc tác khí th ả i c ủ a n ướ c ngoài vào n ướ c ta m ớ i ti ế n tri ể n ở m ứ c độ tri ễ n lãm công ngh ệ , h ộ i th ả o và th ử nghi ệ m. 1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG Vi ệ t Nam b ị ô nhi ễ m n ặ ng b ở i ho ạ t độ ng giao thông v ậ n t ả i. B ộ xúc tác l ắ p trên độ ng c ơ Diesel ch ủ y ế u ở các xe nh ậ p t ừ n ướ c ngoài, trên xe khách và xe du l ị ch, xe t ả i và t ả i nh ỏ h ầ u nh ư không có. Hi ệ n nay, các xe m ớ i xu ấ t x ưở ng t ạ i Vi ệ t Nam ch ỉ đạ t tiêu chu ẩ n Euro 2, đ a s ố các xe đ ã qua s ử d ụ ng đề u không đạ t tiêu chu ẩ n khí th ả i Euro 2. Vi ệ t Nam chúng ta chu ẩ n b ị áp d ụ ng tiêu chu ẩ n Euro 4[9]. Vì v ậ y vi ệ c s ử d ụ ng b ộ xúc tác trên các xe t ả i nh ỏ để gi ả m thi ể u ô nhi ễ m là bi ệ n pháp c ấ p thi ế t và duy nh ấ t. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. LÝ THUYẾT VỀ CƠ CHẾ HÌNH THÀNH CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL 2.1.1. Cơ chế hình thành các oxyde nitơ (NO x ) 2.1.1.1. C ơ chế hình thành monoxyde nitơ (NO) C ơ ch ế hình thành NO do oxy hóa nit ơ trong không khí v ớ i đ i ề u ki ệ n h ệ s ố d ư l ượ ng không khí x ấ p x ỉ 1. Sự hình thành NO phụ thu ộ c r ấ t m ạ nh vào nhi ệ t độ . 2.1.1.2. Cơ chế hình thành dioxyde nitơ (NO 2 ) NO 2 đượ c hình thành t ừ NO và các ch ấ t trung gian c ủ a s ả n ph ẩ m cháy. NO 2 c ũ ng hình thành trên đườ ng x ả khi t ố c độ t ả i th ấ p và có s ự hi ệ n di ệ n c ủ a oxy. T ỷ l ệ NO 2 /NO X càng cao khi t ả i càng th ấ p. 2.1.1.3. Cơ chế hình thành protoxyde nitơ (N 2 O) N 2 O ch ủ y ế u hình thành t ừ các ch ấ t trung gian NH và NCO khi chúng tác d ụ ng v ớ i NO. N 2 O c ũ ng đượ c hình thành ở vùng oxy hóa ở vùng có n ồ ng độ nguyên t ử H cao. 2.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành các oxyde nitơ (NO x ) đối với động cơ Diesel V ớ i độ ng c ơ Diesel nói chung, n ồ ng độ NO x t ă ng theo độ đậ m đặ c trung bình. Trong quá trình cháy c ủ a độ ng c ơ Diesel độ đậ m đặ c trung bình ph ụ thu ộ c tr ự c ti ế p vào l ượ ng nhiên li ệ u chu trình. Do đ ó, ở ch ế độ t ả i l ớ n, ngh ĩ a là áp su ấ t c ự c đạ i cao, n ồ ng độ NO t ă ng. 2.1.3. Cơ chế hình thành monoxyde carbon (CO) và các yếu tố ảnh hưởng 2.1.3.1. Cơ chế hình thành monoxyde carbon (CO) 2.1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành CO a) Thành phần hỗn hợp b) Thành phần nhiện liệu c) Áp suất nạp d) Hệ số khí sót 2.1.4. Cơ chế hình thành hydrocarbure (HC) 2.1.4.1. Cơ chế hình thành hydrocarbon chưa cháy 2.1.4.2. C ơ chế hình thành hydrocarbure trong quá trình cháy của động cơ Diesel a) Đặc điểm phát sinh hydrocarbure