Thông số BXTEMT BXTđc
Mật độ lỗ (cell/in2) 200 400 Thể tích lõi (lít) 0,17 0,17 Lượng kim loại quý (g) 0,14 0,14
Tỷ lệ Pt/Rh 5:1 4:2
Để so sánh với mục tiêu cải tiến (Hình 3.6), tiến hành mơ phỏng BXTđc trên bốn
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 (5-1) (4-2) (3-3) (2-4) (1-5) Hiệu s uất ch uy ển đ ổi ( %) Tỷ lệ Pt/Rh CO HC NOx
69
đường đặc tính 25, 50, 75 và 100% tải với nhiên liệu E10 và E20 (Bảng PL2.11 - PL2.14). Tính tốn xác định hiệu suất trung bình trên bốn đặc tính của BXTđc với thành phần CO, HC khi sử dụng nhiên liệu E10 và hiệu suất trung bình với thành phần NOx khi sử dụng nhiên liệu E20. Kết quả so sánh hiệu suất đạt được của BXTđc với hiệu suất mục tiêu đã đề ra được thể hiện trên Hình 3.12. Kết quả cho thấy, mặc dù hiệu suất CO, HC đáp ứng mục tiêu đề ra nhưng hiệu suất chuyển đổi đối với NOx của BXTđc vẫn thấp hơn so với mục tiêu là 2,71%. Hiệu suất chuyển đổi NOx có thể cải thiện bằng cách giảm tỷ lệ Pt/Rh xuống thấp hơn. Tuy nhiên, phương án này cũng sẽ làm giảm hiệu quả chuyển đổi CO, HC. Ngoài ra, mặc dù lượng kim loại quý không thay đổi nhưng việc tăng khối lượng Rh cũng kéo theo tăng giá thành của BXT do hiện nay giá thành của Rh cao hơn Pt khoảng 1,5 lần. Do vậy, để vừa nâng cao hiệu quả lại vừa giảm giá thành chế tạo BXT thì cần nghiên cứu sử dụng hệ xúc tác mới thay thế hoàn toàn hay một phần cho xúc tác Pt/Rh.
Hình 3.12. So sánh hiệu suất BXTđc và hiệu suất mục tiêu của BXTct
3.4. Nghiên cứu nâng cao hiệu quả BXT thông qua sử dụng hệ xúc tác mới tác mới
Để đáp ứng yêu cầu của các tiêu chuẩn kiểm sốt khí thải ngày càng khắt khe địi hỏi hiệu suất chuyển đổi đối với các thành phần phát thải của BXT ngày càng phải
nâng cao. Có rất nhiều giải pháp để nâng cao hiệu suất chuyển đổi của BXT như phân
tích tại Chương 1. Tuy nhiên giải pháp đơn giản, hiệu quả thường được sử dụng đó là tăng hàm lượng kim loại quý trong BXT. Điều này lại dẫn tới tăng giá thành của BXT. Một hướng nghiên cứu mới, được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm là sử dụng các hệ xúc tác mới có giá thành thấp thay thế một phần hoặc hoàn toàn cho các kim loại quý truyền thống. Các hệ xúc tác thay thế được sử dụng cần đáp ứng ba yêu cầu sau:
- Có khả năng chuyển hóa cao, đồng thời với cả ba thành phần phát thải chính của động cơ CO, HC và NOx.
- Vùng hoạt động hiệu quả phù hợp với các điều kiện làm việc của động cơ như vùng nhiệt độ làm việc hiệu quả khơng q cao (250-350o), hịa khí động cơ quanh vùng có hệ số dư lượng khơng khí λ ≈ 1.
30 35 40 45 50 55 60 65 70 CO HC NOx Hiệu s uất ch uy ển đ ổi ( %) BXTđc BXTct-mt 5,67 3,8 -2,71
70
- Có khả năng làm việc ổn định, lâu dài trong điều kiện làm việc khắc nghiệt của động cơ như nhiệt độ khí thải cao (có thể lên tới 800oC), rung lắc, ma sát với dịng khí thải lớn, lượng hơi nước cao, tiếp xúc với các ơ xít axít (NOx, SOx...).
Như đã trình bày trong Chương 1, nhiều cơng trình đã cơng bố về các hệ xúc tác thay thế đã chứng minh rằng hệ xúc tác CuO-MnO2 có nhiều ưu điểm để thay thế các kim loại quý Pt-Rh (hiện đang được sử dụng phổ biến trong các BXT) như nhiệt độ làm việc hiệu quả trong vùng nhiệt độ khí thải của động cơ, có khả năng đạt hiệu quả cao trong phạm vi hệ số dư lượng khơng khí λ rộng, độ bền nhiệt và độ bám dính trên lõi kim loại tốt [60 - 62, 74 - 77]. Do vậy, trong nghiên cứu này, hệ xúc tác CuO- MnO2 đã được lựa chọn để nghiên cứu thay thế một phần hay hoàn toàn cho hệ xúc tác Pt/Rh truyền thống.
Mặt khác, như đã trình bày ở chương 2 (Bảng 2.10 – 2.12), khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn khí thải có nhiệt độ cao hơn, hịa khí có xu hướng nhạt hơn so với khi sử dụng xăng thông thường nên NCS lựa chọn bổ sung thêm các ơ xít CeO2 nhằm
tăng khả năng hấp thụ và giải phóng ơ xy, ZrO2 nhằm tăng độ bền nhiệt.
3.4.1. Nghiên cứu mô phỏng BXT khi sử dụng hệ xúc tác CuO-MnO2
3.4.1.1. Xây dựng mơ hình mơ phỏng BXT sử dụng hệ xúc tác CuO- MnO2/Al2O3-CeO2-ZrO2
Q trình xây dựng mơ hình BXT sử dụng hệ xúc tác CuO-MnO2/Al2O3-CeO2- ZrO2, gọi tắt là BXTm, được thực hiện trên cơ sở kế thừa mơ hình BXTđc (mục 2.3.2.3). Cụ thể mật độ lỗ của BXT là 400 cell/in2 (kế thừa kết quả mục 3.3.1), thể tích thơng qua của lõi là 0,17 lít. Khối lượng xúc tác CuO-MnO2 bổ sung là 6g (tương ứng 30% lượng kim loại nền Al2O3) [76], tỷ lệ khối lượng giữa CuO và MnO2 được điều chỉnh trong quá trình mô phỏng nhằm xác định được tỷ lệ phù hợp. Ngoài ra BXTm cũng được bổ sung 4g CeO2 (tăng khả năng lưu trữ và giải phóng ơ xy), 1g ZrO2 (tăng khả năng ổn định nhiệt) [39]. Tổng hợp các thông số của BXTm được thể hiện trong Bảng 3.11.