v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
3.3.2. Ảnh hưởng của thể tích BXT
Thể tích lõi xúc tác là thông số ảnh hưởng trực tiếp tới tốc độ không gian (GHSV) qua lõi xúc tác. GHSV được định nghĩa là tỷ số giữa lưu lượng thể tích dòng khí thải (m3/h) và thể tích lõi xúc tác (m 3). Để đảm bảo đủ thời gian cho các phản ứng ô xy hóa khử diễn ra, yêu cầu GHSV không vượt quá 650.000 h-1 [39,40].
Theo Matteo Dodero [83], khối lượng riêng của khí thải động cơ xăng có giá trị khoảng 1,23 kg/m3 ở 273 K, áp suất 1 atm. Xét với đối tượng nghiên cứu (xe Liberty 150), tại các chế độ khảo sát có lưu lượng khí thải lớn nhất là 35,65 kg/h tại 100% tải, tốc độ 80 km/h (Bảng 2.14), nhiệt độ khí thải 624oC (Bảng 2.12). Áp dụng phương trình trạng thái, lưu lượng lớn nhất của dòng khí thải qua BXT là 95,23 m3/h. Như vậy để đảm bảo GHSV không vượt quá 650.000 h-1, thể tích tối thiểu của lõi xúc tác
là: V = lxt (% ) đổ i ch uy ển su ất H iệ u
Hình 3.8. Hiệu suất xử lý BXT theo GHSV qua BXT, Tbxt =500oC, =1(RON95)
Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của GHSV tới hiệu suất chuyển đổi của BXT (Hình 3.8). Kết quả mô phỏng cho thấy khi tăng GHSV từ 0 đến 550.000 h-1, hiệu suất chuyển hóa CO, HC và NOx tăng nhanh và đạt cao nhất lần lượt là 69,12%, 59,37% và 65,16% trong vùng GHSV từ 100.000 đến 200.000 h-1. Tiếp tục tăng GHSV, hiệu suất chuyển hóa CO, HC và NOx giảm dần, hiệu suất giảm mạnh khi GHSV lớn hơn 450.000 h-1. Nguyên nhân của hiện tượng này là do khi tăng GHSV, ban đầu các phần tử khí khuếch tán đều trên bề mặt BXT, hiệu suất chuyển hóa tăng nhanh. Khi tiếp tục tăng vận tốc, các phần tử khí phân tán vào cấu trúc lỗ rỗng của lớp vật liệu trung gian, hiệu suất chuyển hóa tiếp tục tăng nhưng với tốc độ chậm hơn. Khi tốc độ tăng tới một giá trị nào đó, lúc này quá trình khuếch tán và thời gian tiếp xúc của các phần tử khí và vật liệu xúc tác giảm dẫn tới hiệu suất xử lý giảm dần. Như vậy có thể thấy vùng BXT hoạt động hiệu quả có GHSV khoảng từ 50.000 đến 450.000 h-1.
Hình 3.9 thể hiện hiệu suất chuyển đổi của BXT theo thể tích lõi. Khi thể tích tăng từ 0 đến 0,15 lít hiệu suất BXT tăng nhanh lên tới trên 66% với CO, 63% với NOx và trên 52% với HC. Khi thể tích tăng từ 0,15 đến 0,4 lít hiệu suất BXT tăng chậm. Điều này có thể giải thích như sau, thể tích BXT nhỏ sẽ làm giảm diện tích phản ứng trên bề mặt lõi xúc tác cũng như làm tăng GHSV (vượt qua vùng hiệu suất cao), qua đó làm giảm hiệu suất chuyển đổi của BXT. Trong khi đó khi thể tích BXT tăng, mặc dù cải thiện được hiệu suất chuyển đổi của BXT nhưng sẽ làm tăng kích thước và khó bố trí trên đường thải.
Trên cơ sở những phân tích trên kết hợp với quá trình tìm hiểu các lõi xúc tác dành cho xe máy hiện có trên thị trường, thể tích thông qua của lõi BXTđc tương đương với BXTEMT và bằng 0,170 lít (tương ứng với lõi 400 cell trong Bảng 3.6) được lựa chọn sử dụng.
đổ i ( % ) ch uy ển su ất H iệ u
Hình 3.9. Hiệu suất xử lý BXT theo thể tích lõi, Tbxt =500oC, =1 (RON95), lưu lượng khí