Tiểu luận động cơ đốt trong nâng cao bộ xúc tác CATALYSTS

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
NÂNG CAO
Đề tài:

BỘ XÚC TÁC CATALYSTS
GVHD: PGS.TS PHẠM XUÂN MAI
HVTH: HUỲNH TRUNG ĐỨC –
01307721
Nhóm: V

Tp.HCM, tháng 05 năm 2008


HƯƠNG
HƯƠNG
HƯƠNG
HƯƠNG

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

NỘI DUNG
1:
2.
3.
4.

GIỚI THIỆU
BỘ XÚC TÁC BA CHẤT CATALYSTS
SỰ KHỬ HOẠT CHẤT XÚC – SỰ HÓA G

THÍ NGHIỆM

Trang 2


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. Kiến thức cơ bản:
- Những bộ xúc tác ba chất có yêu cầu hoạt động ít
nhất 100000 km hoặc năm năm (Chỉ thị 98/69/EC).
- Những vật liệu xúc tác đđược sử dụng trong TWC
ứng dụng cũng đã thay đổi, và vật liệu mới phải ổn
định nhiệt dưới những điều kiện khí thải hay thay đổi.
Những giới hạn phát xạ mới (mức Euro IV cho năm 2005)
đang trở nên chặt chẽ hơn.
1.2. Mục tiêu công việc:
- Đánh giá sự khử.
- Những cơ chế khử.
- Chu trình hóa già quy mô phòng thí nghiệm.
1.3. Phạm vi và phác thảo công việc:
- Hiện tượng khử đá nguyên khối Pd/Rh
- Cấu trúc của những bộ xúc tác
- Sự Nhiễu xạ tia X quang (XRD)
- Phép đo Quang phổ điện học tia X (XPS)

Trang 3


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

CHƯƠNG 2. BỘ XÚC TÁC BA CHẤT CATALYSTS

.1. Khái quát bộ xúc tác động cơ xaêng:

Trang 4


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

2.1. Khái quát bộ xúc tác động cơ xăng:
Bảng 1. Những sự tập trung tiêu biểu của phần tử khí xả
động cơ nhiên liệu xăng.
HC

750 ppm*

CO2

13.5 vol-%

NOX

1050 ppm

O2

0.51 vol-%

CO

0.68 vol-%

H2O

12.5 vol-%

H2

0.23 vol-%

N2

72.5 vol-%

* Based on C3
Bảng 2. Những giới hạn ô nhiễm ở Châu Âu (g/km) cho
những xe chở hàng và xe khách chạy bằng nhiên liệu
xăng (Chỉ thị 98/69/EC).
Stage:

In new types:

CO (g/km)

HC (g/km)

NOX (g/km)

EURO III

1.10.2000

2.3

0.20

0.15

EURO IV

1.10.2005

1.0

0.10

0.08

Trang 5


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

.1. Khái quát bộ xúc tác động cơ xăng:
Phương trình phản ứng của bộ xúc tác:

Hình. Hệ thống làm sạch khí xả của động cơ xăng. Hệ
thống gồm một hệ thống quản lý không khí – nhiên liệu
được kiểm soát bằng điện (Cf. Holmgren 1998)

Trang 6


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

.1. Khái quát bộ xúc tác động cơ xăng:

Hình. Hiệu suất biến đổi (%) của bộ xúc tác ba
chất như hàm tỷ lệ A/F.
Thông số lamđa  = 1, tương ứng tỷ lệ A/F là 14.6,
(cf. Holmgren 1998).

Trang 7


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

2.2. Cấu tạo của bộ xúc tác ba chất:

Trang 8


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

2.2. Cấu tạo của bộ xúc tác ba chất:
Washcoat, bao gồm:
- Bề mặt nền được phủ một lớp vật liệu washcoat
(high surface area material) mà trên đó có sự phân
bố của các chất xúc tác (catalysts).

- Bề dày của washcoat khoảng 20 – 60 µm, độ dày
này có thể không đồng đều.
- Vật liệu washcoat: -Al2O3
- Diện tích bề mặt cao từ 10m2/g – 1000m2/g. Thông
thường trong khoảng: 50m2/g - 200m2/g
- Kích thước lỗ xốp (pore size) khoảng từ 2nm – 20nm
hoặc lớn hơn

Trang 9


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

2.2. Cấu tạo của bộ xúc tác ba chất:
Các tính chất đặc trưng của vật liệu Cordierite Honeycomb
 Kích thước lỗ: 1mm,
 Chiều dày: từ 0.10 – 0.15mm
 Dạng
tam giác, tròn, hexagonal, hình
Théplỗ:
hợpvuông,
kim
sinus…
Fecracloy:
C

< 0.03%

Si
Cr

Al
Y

0.2 to 0.4%
15.0 to22.0%
4.0 to 5.2%
0.05 to 0.4%

Trang
10


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

Hình dạng các kênh của catalyst Cordierite Honeycomb

Trang
11


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

Hình. Cấu trúc của một chất xúc tác khí xả nguyên khối.

Trang
12


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

Hình. Nhìn gần của một kim loại nguyên
khối hỗ trợ (Cf. Rahkamaa - Tolonen 2001).

Trang
13


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

2.3. Hiện tượng hoạt động trong bộ xúc
tác ba chất: phụ thuộc vào nhiều
nhân tố bao gồm
- Hóa học và vật lý
- Những điều kiện động học và dao động
- Những điều kiện truyền động

3.1. Những động học phản ứng và hóa học chất xu

Trang
14


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

1. Những động học phản ứng và hóa học chất xúc
Bảng 3. Những phản ứng toàn bộ trong thiết bị
chuyển tiếp dùng xúc tác (Lox & Engler 1997).
2 CO + O2 → 2 CO2
4 CXHy + (4x + y)O2 → 4x CO2 + 2y H2O
2 NO + 2 CO → N2 + CO2

Trang
15


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

Các bước phản ứng trong một lỡ rỗng
catalyst

Trang
16


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

Trang
17


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

Hình. Sự Chuyển đổi như một hàm nhiệt
độ: nhịp độ điều khiển những chế độ.

Trang
18


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

2.3.2. Hiện tượng truyền nhiệt và khối:

Trang
19


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

2.3.3. Dung lượng tích trữ Oxi
CeO2 cung cấp một cách tăng thêm hiệu quả
bởi việc mở rộng từ không khí tới nhiên liệu
tác dụng cửa sổ của TWC.
CeO2 đóng vai như một bộ đệm oxi bởi việc
cất giữ những oxi thừa dưới những điều kiện ôxy
hóa và tách ra trong điều kiện giàu (sự khử) để
ôxy hóa CO và HC theo phản ứng:
Phương trình 1.

Dung lượng tích trữ Oxi trong thiết bị chuyển tiếp
dùng xúc tác OSC cao đđược đạt đến nhiệt độ 3000
– 40000C hoặc 60000C cho những chất xúc tác mới
và hóa già tương ứng.

Trang
20


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

2.3.4. Khởi động lạnh và chất xúc tác light-off nhanh

- Nhiệt độ khởi động: khi hiệu quả
chuyển đổi đạt 50% (light off temperature)
- CO: 220oC, HC: 270oC.

Trang
21


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

- Nhiệt độ này phụ thuộc: nhiên liệu, thời gian sử
dụng…
- Tăng nhiệt độ khởi động bộ xúc tác (close-loop
Trang
catalyst - CC), sấy điện, bẫy hydrocarbon hoặc những
22


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

Thiết bị chuyển tiếp xúc tác CC thường sử dụng
gồm có một tiền chất xúc tác và một chất xúc
tác chính, như được thấy trong hình 6. Vị trí của tiền
chất xúc tác kín tới nhiều lần của động cơ cho
phép giảm bớt sự tập trung ô nhiễm trong thời
gian làm nóng, những phút đầu hoạt động của
động cơ.

Hình. Hệ thống điều khiển phát xạ tự động
cho thấy bộ xúc tác phía trước và bộ xúc
tác chính

Trang
23


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

2.4. Bộ xúc tác động cơ
Diesel – DOC (Diesel Oxydation
Catalyst):
- Động cơ Diesel có hỗn hợp nghèo, nhiệt độ khí thải
thấp
- Khả năng oxy hóa cao với HC và CO, một phần nhỏ
với PM (SOF) và ít có khả năng giảm NOx (lean)
- Yêu cầu: Độ bền poisoning và ổn định nhiệt cao

Trang
24


Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM

* Bộ xúc tác ba chất Động cơ diesel (DTWC)
Các phản ứng hóa học:
HC+O2--H2O+CO2 (UP TO 95%)
CO+O2 --CO2 (UP TO 95%)
NOx --N2+O2 (UP TO 30%)

PM+O2 --CO2 (UP TO 30%)
SOx --S+O2 (N.A.)

Trang
25