h. Hệ thống thu hồi hơi nhiên liệu
1.4.3. Kiểm soát chất lượng nhiên liệu
1.4.3.1. Kiểm sốt chất lượng xăng
Các chất ơ nhiễm đáng lưu ý của động cơ xăng là oxit cacbon (CO), hydrocacbon (HC), oxit nito (NOx), chì và một số hydrocacbon như benzen, aldehyt…Nồng độ của các khí xả này phụ thuộc rất nhiều vào thành phần của loại xăng mà xe đang sử dụng. Các thành phần của xăng có ảnh hưởng đến khí thải thường là chì, hàm lượng sulfua, tính bay hơi và benzen.
32
Chì được pha thêm vào xăng để tăng tính chống cháy kích nổ. Tuy nhiên từ đầu những năm 1970, người ta đã có xu hướng loại bỏ dần chì trong xăng vì chì là chất độc. Thay cho chì, có thể trộn thêm vào xăng một số chất oxy hóa (như etanol, metanol, cồn butin cấp ba, ete butin cấp ba của mêtan). Khi trộn thêm các chất này vào xăng sẽ làm giảm dung năng của nhiên liệu, nhưng làm tăng khả năng chống kích nổ của nó. Mặt khác việc giảm dung năng sẽ tạo ra hỗn hợp nhiên liệu- khí nghèo hơn, làm giảm lượng CO và HC trong khí thải.
Hiện nay có khoảng 85% lượng xăng bán ra thị trường thế giới là xăng không pha chì. Việc pha chì vào xăng cần phải được loại bỏ càng sớm càng tốt.
Thành phần sulfua trong xăng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả làm việc của bộ xúc tác. Theo các nghiên cứu đã được thực hiện tại Mỹ, đối với những động cơ ơ tơ có sử dụng bộ xúc tác thì lượng NOx có thể giảm đi 3% trong mỗi 100ppm lượng giảm của sulfua. Và với các động cơ hiện đại có trang bị bộ xúc tác ô nhiễm thấp dùng xăng chứa 330ppm sulfua sẽ làm tăng VOC và NOx ở mức 40-150% so với khí xả của động cơ khi sử dụng xăng chứa
30ppm sulfua. Do vậy, Nhật Bản đã sử dụng xăng có mức sulfua dưới 30ppm trong nhiều năm nay, Hoa Kỳ cũng đã áp dụng giới hạn với mức sulfua 30ppm.
Chú ý đối với những xe khơng sử dụng bộ chuyển đổi xúc tác thì ảnh hưởng của sulfua đến khí thải là khơng đáng kể.
Một thành phần khác trong xăng cần phải lưu ý là lượng benzen, đây là loại hydro cacbon thơm. Khi các phương tiện chạy xăng hoạt động sẽ làm xuất hiện benzen trong khí xả. Theo các nghiên cứu của Mỹ, việc giảm các chất thơm từ 45% xuống 20% làm cho lượng benzen giảm 42% nhưng lượng formandehyt tăng 23%, axetandehhyt tăng 20%, butan 1,3 tăng 10%; còn khi giảm olefin từ 20% xuống 5% làm giảm butan1,3 lượng là 31% nhưng lại gây ảnh hưởng đến những chất độc hại khác. Do đó việc yêu cầu cắt giảm lượng hydrocacbon thơm trong nhiên liệu cần phải được xem xét kỹ trước khi ban hành. Hiện nay tiêu chuẩn EU yêu cầu hàm lượng benzen tối đa trong xăng là 1% tính theo thể tích.
Một thơng số quan trọng khác của xăng là áp suất hơi. Áp suất hơi phải ở mức thấp có thể để giảm sự bốc hơi từ kho chứa và từ phương tiện, nhưng phải đủ lớn để khởi động.
Áp suất hơi của xăng phải giảm tới mức tối đa là 6 kilô pascan khi nhiệt độ vượt quá 200C. Các đặc tính của xăng ở một số nước được trình bày ở bảng 1.7.
Bảng 1.7. Các đặc tính của xăng ở một số nước
Chì Sulfua (ppm) Benzen (% thể tích) Áp suất hơi mùa hè (Kpn) EURO.3 EURO.4 Nhật Bản Trung Quốc Thái Lan Khơng chì Khơng chì Khơng chì Khơng chì Khơng chì 150 50 100 1000 500 1,0 1,0 1,0 2,5 3 60 60 62 74 -
33 Ấn Độ Campuchia Indonexia Việt Nam Khơng chì 0,15g/l 0,3 g/l Khơng chì 1000 - 2000 5000-10.000 5 3,5 - 5 35-60 - 62 -
1.4.3.2. Kiểm soát nhiên liệu diezel
Đối với động cơ diezel, chất ơ nhiễm chính là NOx và bụi hạt (PM). Giảm lượng PM là một ưu tiên hàng đầu trong nghiên cứu giảm thiểu ơ nhiễm từ động cơ diezel vì nó có nguy cơ gây ung thư. Trong thành phần nhiên liệu diezel thì sulfua được coi là yếu tố chính cần nghiên cứu để cắt giảm sự phát thải NOx và PM. Sulfua trực tiếp tạo ra bụi hạt và hàm
lượng cao của chất này trong nhiên liệu cản trở việc áp dụng các cơng nghệ kiểm sốt PM và NOx. Cũng như động cơ xăng, ngồi sulfua thì lượng chất thơm và chất phụ gia nhiên liệu cũng là các yếu tố cần được chú ý khi kiểm soát chất lượng nhiên liệu diezel.
Bụi hạt và SOx đều là những chất thải có hại.
Bụi hạt sulfua có ba dạng chính là hạt cacbon, phân nhánh hữu cơ hịa tan (SOF) nằm ngay trên mặt hạt, hỗn hợp SOx với nước bám trên bề mặt hạt. Giảm sulfua trong
nhiên liệu là giảm phân nhánh SOx dạng PM, do đó làm giảm tổng lượng PM tạo ra. Ví dụ
giảm lượng sulfua từ 2000ppm xuống 500ppm sẽ làm giảm tổng lượng bụi hạt xuống 2,4% (đối với xe hạng nhẹ) và 13% (đối với xe hạng nặng). Các kết quả nghiên cứu cho thấy mối quan hệ giữa lượng sulfua trong nhiên liệu và bụi hạt là tuyến tính, cứ giảm 1000ppm sulfua thì sẽ giảm 0,16% bụi hạt (đối với xe hạng nhẹ) và 0,87% đối với xe hạng nặng).
Ngồi ra sulfua cịn làm vơ hiệu hóa cơng nghệ chuyển đổi xúc tác, ngăn cản giải pháp làm giảm khí gây ơ nhiễm.
Nhiên liệu diezel với sulfua thấp ngoài tác dụng làm giảm PM và SOx nó cịn có tác
dụng giảm ăn mịn và làm chậm q trình axit hóa dầu bơi trơn động cơ. Theo khuyến cáo của các chuyên gia ADB thì:
- Lượng sulfua tối đa là 50ppm hoặc ít hơn thì mới giảm đáng kể PM và SOx. Ở thời điểm năm 2005, lượng sulfua trong dầu diezel ở Ấn Độ là 500ppm, ở EU là 50ppm, ở Việt Nam là 500ppm.
- Các nhà máy lọc dầu cần tiến thẳng tới cơng nghệ tạo ra nhiên liệu diezel có thành phần sulfua cực thấp nêu trên.
- Khi áp dụng nhiên liệu có hàm lượng sulfua cực thấp, cần xem xét việc sử dụng bộ xúc tác oxy hóa hoặc bộ lọc PM diezel cho xe đang lưu hành.
- Thực hiện chính sách thuế sao cho nhiên liệu diezel có hàm lượng sulfua cao sẽ đắt hơn.
Ngồi sulfua, hàm lượng hydrocacbon thơm trong nhiên liệu diezel cũng ảnh hưởng đáng kể đến khí thải. Hydrocacbon thơm thường đậm đặc, độ bắt lửa kém và sinh ra nhiều bồ hóng khi cháy. Đối với diezel có lượng chất thơm cao, trị số xêtan thường thấp, do vậy gây khó khăn khi khởi động và làm tăng tiếng ồn, tăng khí HC và NOx vì chậm cháy nổ. Tăng hàm lượng chất thơm sẽ làm tăng khí thải dạng bụi hạt, bồ hóng và đồng thời tạo ra
34
nhiều cặn bám ở đầu kim phun. Chất cặn bám này gây cản trở cho quá trình tạo hỗn hợp cháy, do vậy làm tăng lượng HC và PM.
Những đặc tính khác của nhiên liệu diezel cũng có thể gây ảnh hưởng tới khí thải như độ đậm đặc, độ nhớt và độ sạch.
Một số loại phụ gia nhiên liệu diezel có thể gây ảnh hưởng đáng kể đến nhiên liệu như: chất làm tăng trị số xêtan, các chất khử bụi khói và chất tẩy.
Chất làm tăng trị số xêtan thường là các nitorat hữu cơ, các chất này làm tăng bụi hạt PM.
Phụ gia làm giảm khói thường là các hợp chất hữu cơ của canxi, cacbon…những chất này ngăn cản sự hình thành bồ hóng trong q trình cháy. Nhưng chúng lại làm tăng hạt mịn cực nhỏ gây nguy hiểm đến sức khỏe con người. Do vậy không nên dùng loại phụ gia này.
Phụ gia tẩy dùng để ngăn sự hình thành lớp than cặn bám trên đầu kim phun và các vị trí khác. Do vậy nó có khả năng làm giảm khí thải HC và PM.
Tóm lại, để có thể áp dụng có hiệu quả các cơng nghệ khí thải mới, vấn đề cần xem xét chính là chất lượng nhiên liệu (tương đương với tiêu chuẩn Euro 3 và 4), đặc biệt là thành phần chì và sulfua trong nhiên liệu.