37
Với các nghiên cứu trên hệ xúc tác Va-na-đi, các tác giả cũng cho thấy kết quả đánh giá khả năng kết hợp bộ DOC với bộ SCR để tăng hiệu quả khử NOx bằng cách tăng tỷ lệ mol rNO2/NOx ở các nhiệt độ khác nhau của bộ xúc tác. Theo
Hình 2.15, kết quả kết hợp DOC-SCR cho thấy hiệu quả khử NOx tăng gấp đôi
từ 13% lên 26% ở nhiệt độ 200 oC, với tỷ lệ mol rNO2/NOx là 10%. Khi tăng nhiệt độ lên 300 oC thì tỷ lệ mol rNO2/NOx ảnh hưởng ít đến hiệu quả chuyển đổi NOx.
Qua đây ta nhận thấy, bộ DOC cần phải có xúc tác ơ-xy hóa NO thành NO2 hoạt động tốt ở vùng nhiệt độ thấp (200-300 oC) để tạo được tỷ lệ mol
rNO2/NOx phù hợp.
- Ảnh hưởng của lưu huỳnh có trong nhiên liệu đến hiệu quả chuyển đổi NOx trên hệ xúc tác V2O5
Hình 2.16 Suy giảm hiệu suất khử theo thời gian khi thử bền động cơ với nhiên liệu chứa 350 ppm lưu huỳnh ở nhiệt độ thấp.
Với động cơ diesel có dung tích xy-lanh 12 lít chạy với khí thải ở nhiệt
độ 240 oC trong thời gian 50h.
Với nồng độ lưu huỳnh 350 ppm có trong nhiên liệu, là nhỏ hơn quy định về lượng lưu huỳnh có trong nhiên liệu đối với tiêu chuẩn mức 2 về khí thải (500ppm), vậy mà bộ xúc tác làm việc ở nhiệt độ thấp bị suy giảm hiệu suất
38
khử từ 65% cịn 30% sau 20h làm việc. Sau 45h, thì hiệu suất khử cịn rất thấp, ở mức 15%.
Khi nhiên liệu chứa 1620 ppm lưu huỳnh, thời gian phá hỏng bộ xúc tác mất 8h theo như Hình 2.17. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của thành phần lưu huỳnh có trong nhiên liệu chỉ ra rằng, với nhiệt độ thấp thì hiệu suất chuyển đổi NOx suy giảm nhanh. Hay có thể nói, tuổi thọ bộ SCR phụ thuộc lớn vào nồng độ lưu huỳnh có trong nhiên liệu. Điều này cho thấy, muốn tăng chất lượng khí thải thì cần phải hạn chế thành phần lưu huỳnh trong khí thải.
Thời gian(h)
Hình 2.17 Suy giảm hiệu suất khử theo thời gian khi thử bền động cơ với nhiên liệu chứa 1620 ppm lưu huỳnh ở nhiệt độ thấp .
b. Xúc tác Zeolite (Cu-Zeolite, Fe-Zeolite) cho NH3-SCR, urea-SCR
Với: GHSV 30000 h-1, 500 ppm NH3, rNH3/NOx =1, rNO2/NOx =0, 10% O2,
5% H2O và 5% CO2. So sánh hiệu quả khử NOx giữa hai loại Zeolite điển hình Cu-Zeolite và Fe-Zeolite thì ta nhận thấy hai Zeolite có các vùng làm việc đạt hiệu suất khử tốt khác nhau. Đối với Fe-Zeolite, hiệu quả chuyển đổi NOx thấp ở nhiệt độ thấp hiệu suất khử tháp, rồi tăng khi nhiệt độ tăng lên 250 oC. Vùng
39
nhiệt độ được coi là tốt cho hệ xúc tác Fe-Zeolite là: 250-600 oC, hiệu suất khử NOx ở mức cao (rHSK>80%).
Kết quả của nghiên cứu cũng chỉ ra, hệ xúc tác Cu-Zeolite phát huy hiệu quả chuyển đổi NOx ở vùng nhiệt độ thấp 175-350 oC (rHSK>90%). Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng lên thì hiệu suất chuyển đổi lại giảm đi.
Hình 2.18 Hiệu quả khử NOx theo nhiệt độ của 2 hệ xúc tác Zeolite (Cu- Zeolite và Fe-Zeolite) .
Trên Hình 2.19 và 2.20 thể hiện khả năng lưu trữ của Fe-Zeolite và
CuZeolite ở các điều kiện hỗn hợp giàu và nghèo.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 Cu/Zeolite Fe/Zeolite Nhiệt độ
40
Hình 2.19 Hấp phụ NH3 với điều kiện hỗn hợp nghèo (10% O2) và giàu (khơng có O2) với xúc tác Cu-Zeolite .
Với: GHSV 30000 h-1, 500 ppm NH3, 5% H2O và 5% CO2
Hình 2.20 Hấp phụ NH3 với điều kiện hỗn hợp nghèo (10% O2) và giàu (khơng có O2) với xúc tác Fe-Zeolite .
Với: GHSV 30000 h-1, 500 ppm NH3, 5% H2O và 5% CO2 Với 2 loại Zeolite thì Fe-Zeolite lưu trữ NH3 ít hơn so với Cu-Zeolite. Xu hướng nói chung, với nhiệt độ tăng lên thì hấp phụ NH3 giảm đi và hấp phụ với hỗn hợp giàu (chế độ làm việc thường xuyên đối với động cơ xăng) ln lớn hơn có khí
41
lên tới 4 lần so với hỗn hợp nghèo (chế độ làm việc thường xuyên đối với động cơ diesel).
c. Xúc tác Platinum cho HC-SCR
Các hoạt động của bạch kim trên hệ ơ-xít phụ thuộc vào cấu trúc vật liệu nền và các kim loại được sử dụng, nói chung là đều làm giảm NOx trong thành phần khí thải.
Kết quả của các nghiên cứu trên các hệ xúc tác khác nhau được thể hiện trên Hình 2.21, cho thấy hệ xúc tác Pt/SiO2 là tích cực nhất cho prơ-pen-SCR so với Pd/SiO2, Pt/Al2O3. Bên cạnh đó Rh/SiO2, Rh/Al2O3 cũng được nghiên cứu, bỏi vì nó cho thấy sự tích cực và có độ chọn lọc khử NOx hơn bạch kim khi nhiệt độ khí thải tăng lên.