v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
3.4.2. Nghiên cứu kết hợp hệ xúc tác mới (CuO)0,3-(MnO2)0,7 với hệ xúc tác
tác kim loại quý Pt/Rh (BXTct)
Có thể thấy mặc dù BXTm có hiệu suất chuyển đổi khá tốt, tiệm cận với BXTEMT. Tuy nhiên, để tăng hiệu suất của BXT cao hơn nữa thì cần thiết bổ sung thêm lượng kim loại quý Pt/Rh, kế thừa kết quả trình bày ở mục 3.3.4 tỷ lệ Pt/Rh được chọn là 4:2 nhằm cải thiện hiệu quả khử NOx. Khối lượng kim loại quý bổ sung sẽ được xác định bằng nghiên cứu mô phỏng.
3.4.2.1. Xác định lượng kim loại quý bổ sung
Tiến hành hiệu chỉnh mô hình BXTct trên cơ sở kế thừa mô hình BXTm với các tham số kết cấu đã được xác định ở mục 3.4.1 cũng như bổ sung thêm lượng kim loại quý và dữ liệu cơ chế phản ứng của kim loại quý(Bảng 2.5 mục 2.3.2.5).
Object 67
Hình 3.17. Hiệu suất của BXTct theo lượng kim loại quý Pt/Rh bổ sung, tại =1 (RON95), Tbxt = 500oC, GHSV= 250.000h-1 (50km/h, 50% tải)
Hình 3.17 thể hiện hiệu suất chuyển đổi của BXTct phụ thuộc vào lượng kim loại quý được bổ sung. Có thể nhận thấy hiệu suất chuyển đổi với cả ba thành phần phát thải đều tăng khi tăng tổng lượng kim loại quý (Pt/Rh). Tuy nhiên, có thể nhận thấy khi lượng kim loại quý tăng từ 0 đến 0,07g hiệu suất chuyển đổi của BXT ban đầu tăng nhanh rồi sau đó tốc độ tăng chậm lại. Cân đối giữa mức tăng hiệu suất với mức tăng chi phí của BXT, có thể thấy lượng kim loại quý bổ sung của BXTct bằng 0,07g (giảm 50% khối lượng so với BXTEMT) là phù hợp nhất.
3.4.2.2. Đánh giá hiệu quả của BXTct theo nhiên liệu và chế độ làm việc
Với lượng kim loại quý Pt/Rh bổ sung là 0,07g, tiến hành mô phỏng đánh giá hiệu quả chuyển đổi của BXTct theo nhiên liệu và chế độ làm việc.
Hình 3.18 thể hiện hiệu suất chuyển đổi của BXTct khi sử dụng các nhiên liệu RON95, E10 và E20 tại 50% tải. Kết quả cho thấy, xét trung bình trên toàn đặc tính hiệu suất chuyển đổi các thành phần phát thải tương ứng với nhiên liệu RON95, E10 và E20 như sau:
- CO: 71,63%, 73,71% và 74,62%. - HC: 61,33%, 63,16% và 65,14%. - NOx 79,10%, 76,4% và 74,04%.
Như vậy so với BXTEMT hiệu suất chuyển đổi đối với cả ba thành phần phát thải của BXTct tăng lên đáng kể.
Object 69 Object 71
Object 73
Hình 3.18. Hiệu suất chuyển đổi các thành phần phát thải của BXTct, tại 50% tải khi sử dụng nhiên liệu RON95, E10, E20
Hình 3.19 thể hiện hiệu suất chuyển đổi của ba BXT tại cùng một chế độ với
=1, Tbxt=500oC, GHSV= 250.000h-1. Kết quả cho thấy hiệu suất chuyển đổi đối với cả ba thành phần phát thải CO, HC, NOx của BXTct đều cao hơn khá nhiều so với
hai BXT còn lại cụ thể:
- Hiệu suất chuyển đổi CO của BXTct cao hơn lần lượt 5,93% và 13,43% so với BXTEMT và BXTm
- Hiệu suất chuyển đổi HC của BXTct cao hơn lần lượt 12% và 13% so với BXTEMT và BXTm
- Hiệu suất chuyển đổi NOx của BXTct cao hơn lần lượt 15,13% và 14,53% so với BXTEMT và BXTm.
Object 75
Hình 3.19. So sánh hiệu suất giữa ba BXT tại =1 (RON95), Tbxt=5000C, GHSV= 250.000h-1 (50km/h, 50% tải)
Kết quả so sánh sự thay đổi hiệu suất giữa BXTct và BXTEMT tại chế độ =1, Tbxt=500oC, GHSV= 250.000h-1 (Bảng 3.14) cho thấy có sự cải thiện đáng kể hiệu suất chuyển đổi đối với cả ba thành phần phát thải. Trong đó hiệu suất chuyển đổi NOx tăng tới 15,13%, so sánh với tiêu chí cải tiến ban đầu (mục 3.2) đã hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu đề ra. Các thông số kỹ thuật của BXT (CuO)0,3-(MnO2)0,7 – Pt/Rh sau quá trình nghiên cứu mô phỏng được tổng hợp và thể hiện trong Bảng 3.15.
Bảng 3.14. So sánh sự thay đổi suất giữa BXTEMT và BXTct tại =1, Tbxt=500oC, GHSV= 250.000h-1
Hiệu suất chuyển đổi CO (%) HC (%) NOx (%)
BXTEMT 67,5 51 64,4
BXTct 73,43 63 79,53
Tăng (%) 5,93 12 15,13
Bảng 3.15. Dữ liệu về phần tử BXTct
STT Thông số Giá trị Đơn vị
1 Thể tích BXT 0,2 l
2 Chiều dài khối BXT 0,1 m
3 Mật độ lỗ (cell) 400 cell/in2
4 Tổng thể tích phần rỗng của các lỗ (cell) 0,17 l 5 Độ dày thành khối xúc tác 1.8E-4 m
6 Độ dày lớp washcoat 1.3E-5 m
7 Khối lượng riêng BXT 1.700 kg/m3
8 Độ dẫn nhiệt 0,4 W/(m.K)
9 Nhiệt dung riêng 1.200 J/(kg.K)
10 Hệ số truyền nhiệt bên ngoài 30 W/m2.K
11 Độ dày lớp vỏ 0,001 m
12 Độ dày lớp cách nhiệt 0,01 m
13 Độ dẫn nhiệt của lớp vỏ 40 W/(m.K) 14 Độ dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt 0,3 W/(m.K)
15 Nhiệt độ môi trường 298 K
16 Kim loại xúc tác CuO/MnO2–Pt/Rh
17 Khối lượng kim loại CuO-MnO2 sử dụng 6 g g 18 Tỷ lệ mol CuO-MnO2 0,3-0,7
19 Khối lượng kim loại Pt/Rhsử dụng 0,07 g
20 Tỷ lệ khối lượng 4/2
21 Khối lượng CeO2 sử dụng 4 g
22 Lượng -Al2O3 sử dụng 20 g
23 Lượng ZrO2 sử dụng 1 g