Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ điều khiển phun urea cho bộ xử lý xúc tác SCR lắp trên động cơ diesel.pdf

- i -
hä
vµ
tªn
t¸c
gi¶
luËn
v¨n
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
Nguyễn Tùng Lâm
ngµnh
NGHIÊN CỨ Ế Ế Ế Ạ Ộ Ề Ể
U THI T K , CH T O B ĐI U KHI N PHUN UREA CHO
B X
Ộ Ử LÝ XÚC TÁC SCR LẮP TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ NG L
THUẬT CƠ KHÍ ĐỘ ỰC
kho¸
Hà Nộ –
i 2015

- -
ii
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
Nguyễn Tùng Lâm
NGHIÊN CỨ Ế Ế Ế Ạ Ộ Ề Ể
U THI T K , CH T O B ĐI U KHI N PHUN UREA CHO
B X
Ộ Ử LÝ XÚC TÁC SCR LẮP TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL
Chuyên ngành : Kỹ ật Cơ khí Độ ự
thu ng l c
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ NG L
THUẬT CƠ KHÍ ĐỘ ỰC
NGƢỜI HƢỚNG D N KHOA H C :
Ẫ Ọ
TS Tr n Quang Vinh
ầ
Hà Nộ –
i 2015

- iii -
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứ ủa riêng tôi. Các số ệ ế
u c li u, k t
qu .
ả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai khác công bố
Hà Nội, tháng 11 năm 2015
H c
ọ ọ
c viên cao h
Nguyễn Tùng Lâm

- -
iv
LỜI CẢM ƠN
Trên hết, ho phép tôi đƣợ ử ờ ảm ơn đặ ệ ớ ầ ầ
c c g i l i c c bi t t i th y TS Tr n Quang
Vinh đã tận tình hƣớ ẫn, giúp đỡ để tôi vƣợ ững khó khăn, trở ại để
ng d t qua nh ng
bƣớc vào thế ớ ọ ủ ử lý khí thả ới bƣớc đầu là việ hoàn thành luậ
gi i khoa h c c a x i, v c n
văn này.
Tôi xin gử ờ ảm ơn chân thành tớ ộ môn Động cơ đố ờ
i l i c i B t trong, Trƣ ng
Đạ ọc Bách khoa Hà Nội đã tạo điề ệ ỗ ợ giúp đỡ và động viên tôi trong
i h u ki n h tr
quá trình họ ậ ọ ự ệ ận văn tố ệ
c t p cao h c và th c hi n lu t nghi p.
Ngoài ra, uận văn này đƣợc hoàn thành nhờ sự cổ vũ, khuyến khích và tạo
l
điều kiện thuận lợi của đồng nghiệp trong Bộ môn Động cơ đốt trong, Trƣờng Đại
học Giao thông vận tải nơi tác giả công tác. Tác giả xin đƣợc gửi tới các đồng
nghiệp lời cảm ơn chân thành.
i i l i bi s c t i nh
Cuố cùng, tôi xin gử ờ ết ơn sâu ắ ớ ững ngƣời thân yêu trong gia
đì ờ đó mà tôi có thể ậ ời gian để hoàn chƣơng trình họ ậ
nh, nh t p trung th thành c t p
t ng.
ạ ờ
i trƣ

- v -
MỤC LỤC
L ............................................................................................................
ỜI CAM ĐOAN iii
L ..................................................................................................................
ỜI CẢM ƠN iv
M C......................................................................................................................... v
ỤC LỤ
DANH M VI
ỤC CÁC KÝ HIỆ Ữ
U VÀ CH ẾT TẮT .................................................viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.......................................................................................... x
DANH M NG BI
ỤC CÁC BẢ ỂU ..................................................................................xii
M U ........................................................................................................................... 1
Ở ĐẦ
I. Mục đích, đố ợ
i tƣ ng u c ................................................... 1
và phạm vi nghiên cứ ủ ề
a đ tài
i. Mục đích nghiên cứu 1
ii. Đ i tƣ
ố ợng 1
iii. Phạ iên cứ
m vi ngh u 1
II. Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................................................ 1
III. Ý nghĩa khoa học và thự ễ
c ti n....................................................................................... 1
IV. Các nội dung chính trong đề tài .................................................................................... 2
CHƢƠNG KHÍ THẢ ỘNG CƠ DIESEL VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ
1. I Đ LÝ......... 3
1.1 Thành phần khí thả ộng cơ diesel và cơ chế hình thành
i đ ............................................ 3
1.1.1 Thành phần khí thả ộng cơ diesel
i đ 3
1.1.2 Cơ chế hình thành các chất trong khí thải diesel 5
1.1.2.1 Cơ chế hình thành NOx 5
trên động cơ diesel
1.1.2.2 Cơ chế hình thành PM 7
1.1.2.3 Cơ chế hình thành CO 9
1.1.2.4 Cơ chế hình thành HC 10
1.1.2.5 H p ch t ch 10
ợ ấ ứa lƣu huỳnh
1.1.3 Yêu cầ ề ảm phát thả độ ạ
u v gi i c h i 10
1.2 Các biện pháp xử ả
lý khí th i diesel ............................................................................. 11
1.2.1 Các biện pháp kế ấ
t c u 11
1.2.2 Các biện pháp xử ử ả
lý sau c a th i 14
1.2.2.1 B - 14
ộ xúc tác ô xy hóa (DOC) xử lý CO và HC
1.2.2.2 B l t PM ki 15
ộ ọc hạ ểu kín (DPF)
1.2.2.3 X n NO
ử lý thành phầ x t i diesel 17
ừ khí thả
1.3 K ....................................................................................................... 21
ết luận chƣơng 1
Chƣơng 2 Ộ Ử LÝ XÚC TÁC CHỌ Ọ
. B X N L C (SCR).............................................. 22
2.1 Nhi m v i ................................................................................................ 22
ệ ụ và phân loạ
2.1.1 Nhi 22
ệm vụ
2.1.2 Phân loại 22
2.1.2.1 Phân ạ ấ ử
lo i theo ch t kh 22
2.1.2.2. Phân loạ ệ xúc tác
i theo h 38
2.1.2.3. Phân loạ ệ ống điề ể
i theo h th u khi n 49

- -
vi
2.2 C u t ng................................................................................. 52
ấ ạo và nguyên lý hoạ ộ
t đ
2.2.1 C u t o chung b 52
ấ ạ ộ SCR
2.2.2 Nguyên lý hoạ ộ
t đ ng 53
2.3 Các chi tiết chính củ ộ ử lý xúc tác SCR
a b x .............................................................. 54
2.3.1 Bộ xúc tác khử NOx 54
2.3.2 Thi t b a urea 55
ế ị chứ
2.3.3 Bơm cấp urea 55
2.3.4 BĐK điề ển lƣợng urea phun vào đƣờ ả
u khi ng th i 56
2.3.5 Vòi phun urea 57
2.4 K ....................................................................................................... 58
CHƢƠNG 3. MÔ PHỎ Ộ Ử LÝ XÚC TÁC CHỌ Ọ
NG B X N L C.............................. 59
3.1 Cơ sở tính toán mô phỏng ........................................................................................... 59
3.1.1 Cơ sở lý thuyế ể ỏ
t đ tính toán mô ph ng SCR 59
3.1.1.1 Phƣơng trình liên tụ ủa pha khí
c c 59
3.1.1.2 Phƣơng trình bảo toàn động năng đƣợ ởi phƣơng trình Steady
c cho b
State Darcy 59
3.1.1.3 Phƣơng trình bảo toàn năng lƣợng 60
3.1.1.4 Phƣơng trình cân bằ năng lƣợ ấ ắ
ng ng ch t r n 62
3.1.2 Cơ chế ả ứ
ph n ng SCR 62
3.2 Mô phỏ ộ ử lý xúc tác bằ ầ ề
ng b x ng ph n m m AVL-BOOST ....................................... 63
3.2.1 Mô hình xử lý xúc tác chọ ọ
n l c trên AVL- 63
BOOST
3.2.2 Mô phỏng trên phầ ề
n m m AVL-BOOST 64
3.2.2.1 M ng 64
ụ ủa mô phỏ
c đích c
3.2.2.2 Mô phỏng và đánh giá các nhân tố ảnh hƣởng đế ệ ấ ử
n hi u su t kh
NOx 64
3.3 K ....................................................................................................... 67
CHƢƠNG Ế Ế Ế Ạ Ộ Ề Ể
4. THI T K , CH T O B ĐI U KHI N PHUN UREA-SCR ........ 68
4.1 Cơ sở tính toán thiế ế ệ ố
t k h th ng ............................................................................... 68
4.1.1 Các yế ố ảnh hƣởng đế ệ ấ ộ ử
u t n hi u su t b x lý SCR 68
4.1.2 Yêu cầ ế ế ệ ố
u thi t k h th ng 70
4.1.2.1 Quy trình thiế ế ệ ố
t k h th ng SCR 70
4.1.2.2 Yêu cầ ế ế ệ ố
u thi t k h th ng urea-SCR 70
4.1.3 Xây dựng các chế độ ạ ộ ủ ệ ố
ho t đ ng c a h th ng SCR 71
4.1.3.1 Chƣa hoạ ộ
t đ ng 71
4.1.3.2 Ho ng chuy n ti p 72
ạ ộ
t đ ở chế độ ể ế
4.1.3.3 Ch nh 72
ế độ làm việc ổn đị
4.1.3.4 Ch d 72
ế độ ự phòng
4.1.4 Các phƣơng án thiế ế
t k 72
4.1.4.1 Phƣơng án về cơ cấ ấp hành – vòi phun
u ch 72
4.1.4.2 Phƣơng án về các cả ế
m bi n 73

- vii -
4.1.4.3 Phƣơng án về ộ điề ể
b u khi n 73
4.2 Tính toán hệ ố
th ng phun urea- ............................................................................. 73
SCR
4.2.1 Tính toán lƣợ ầ ấ
ng urea c n cung c p 73
4.2.2 Thi t k h u khi n phun urea- 75
ế ế ệ thống điề ể SCR
4.2.2.1 Tín hiệu điề ển vòi phun urea
u khi 75
4.2.2.2 Điề ển lƣợ
u khi ng phun 76
4.3 Ch t nghi h ng phun urea-SCR.............................................. 78
ế ạo và thử ệm sơ bộ ệ thố
4.3.1 Tín hiệ ừ ả ế
u t các c m bi n 78
4.3.1.1 Sơ đồ ố ứ
kh i ch c năng 78
4.3.1.2 C n nhi t T 79
ảm biế ệ
4.3.1.3 C n n
ảm biế ồng độ NOx 79
4.3.1.4 C n n
ảm biế ồng độ NH3 81
4.3.2 Thu u khi n phun urea 82
ật toán điề ể
4.3.3 Thi t b nghi u khi n phun urea 83
ế ị thử ệm điề ể
4.3.4 K t qu nghi m 85
ế ả thử ệ
4.4 K ....................................................................................................... 88
K ......... 90
ẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƢƠNG HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦ Ề
A Đ TÀI
I. Kết luận chung............................................................................................................... 90
II. Phƣơng hƣớng phát triển .............................................................................................. 90
Các công trình đã công bố............................................................................................. 92
Tài liệ ả
u tham kh o ......................................................................................................... 93

- viii -
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu Diễ ả
n gi i
Thứ
nguyên
ĐCĐT Động cơ đốt trong -
ML Mã lực -
BĐK B u khi n
ộ điề ể -
CB C bi n
ảm ế -
PWM
Pulse Width Modulation (Điề ển lƣợ ựa trên
u khi ng phun d
thay đổi độ ộ ỗi xung vuông)
r ng chu
-
N2 Khí ni-tơ -
O2 Khí ô-xy -
CO C -bon m - -
ác ô nô xít -
CO2 Các bon đi ô xít
- - - -
HC Hy- -bon
đrô các -
PM Particulate Matter ( i d
Phát thả ạng h t)
ạ -
NOx Các ô xít ni
- -tơ -
NO Ni- -
tơ ô xít -
NO2 Ni- - -
tơ đi ô xít -
N2O Đi-ni- -
tơ ô xít -
SOx Các lƣu huỳ ô xít
nh - -
NH3 Am- -ni- c
mô ắ -
C3H6 Prô-pen -
H
 298
En-tan-pi 298
ở o
C -
R H s ph n
ệ ố ả ứng -
V2O5 Vanadium (Va-na- -na- - )
đi, Va đi ô xít -
Cu-Zeolite Xúc tác Zeolite sử ụng cation là Cu
d -
Fe-Zeolite Xúc tác Zeolite sử ụng cation là Fe
d -
Pt Platinum ch kim)
(Bạ -
Rh Rhodium -
Pd Palladium -
Ag B c
ạ -
2 3
SiO2 Silicon dioxide, Silica ( - i- - -li- )
Si líc đ ô xít, si ca -
TiO2 Titanium dioxide titania ( -tan - -
ti đi ô xít) -
WO3 Vonfram trioxide (vôn ờ
-ph -ram tri- - )
ô xít -
H2SO4 Sulfuric acid (a- -phu-
xít sun ríc) -
HCNO Fulminic acid (a- - - )
xít phu mi níc -
Ba(NO3)2 Barium nitrate (Mu i Ba-ri ni- -
ố tơ rát) -
BaO Barium oxide ( -ri -
Ba Ô xít) -
NH4(HSO4) Ammonium hydrogen sulfate (Mu i a- - -
ố môn hy đrô sun phát) -

- -
ix
(NH4)2SO4 Ammonium sulfate (Mu i a- -
ố môn sun phát) -
MOR Zeolite Mordenit -
Cu-MOR Zeolite Mordenit s d
ử ụng cation là Cu -
Fe-MOR Zeolite Mordenit s d ng
ử ụ cation là Fe -
Re S Reynolds
ố -
3 x
/ O
NH N
r T l mol c a NH
ỷ ệ ủ 3 so v i NO
ớ x -
2 x
/ O
NO N
r T l mol c n NO
ỷ ệ ủa thành phầ 2 trong h n h p NO
ỗ ợ x -
3 3
/
NH SO
r T l mol c a NH
ỷ ệ ủ 3 so v i SO
ớ 3 -
DOC Diesel Oxidation Catalyst (b -
ộ xúc tác ô xy hóa) -
EGR Exhaust Gas Recirculation (hệ thống luân hồi khí thải) -
DPF Diesel Particulate Filter (b l c h t PM ki
ộ ọ ạ ểu kín) -
SCR Selective Catalytic Reduction (b x n l
ộ ử lý xúc tác chọ ọc) -
NH3-SCR
B x n l c s d ng ch t kh c ti p am- -
ộ ử lý xúc tác chọ ọ ử ụ ấ ử trự ế mô
ni- c
ắ
-
Urea-SCR
B x n l c s d ng ch t kh p am- -
ộ ử lý xúc tác chọ ọ ử ụ ấ ử gián tiế mô
ni-ắc thông qua urea
-
HC-SCR B x n l c s d ng ch t kh
ộ ử lý xúc tác chọ ọ ử ụ ấ ử hy- -bon
đrô các -
EtOH-SCR B x n l c s d ng ch t kh - -non
ộ ử lý xúc tác chọ ọ ử ụ ấ ử ê ta -
LNT Lean NOx Trap (B h p ph
ộ ấ ụ NOx b ng b y h n h
ằ ẫ ỗ ợp nghèo) -
 H s
ệ ố dƣ lƣợng không khí -
SV Space velocity (v n t
ậ ốc không gian) s1-
GHSV Gas hourly space velocity (v n t )
ậ ốc không gian tính theo giờ h-1
Qx Lƣu lƣợng khí xả l/ph
AVL-BOOST Phầ ềm mô phỏ ủa hãng AVL (Áo)
n m ng c -
ESC Chu trình gồ ế độ có trạng thái ổn đị
m 13 ch nh -
ETC
Chu trình thử ồ ế độ ể ế ễ ấ
g m 1800 ch chuy n ti p di n ra r t nhanh
theo t t
ừng giây mộ
-
ATB (Điề ện biên)
u ki -
CAT (Lò phả ứng xúc tác)
n -
PTN Phòng thí nghiệm -
LCD Liquid- n th )
crystal display (Màn hình hiể ị -
OBD On-Board Diagnostic (H ng t
ệ thố ự chẩn đoán) -
TWC Three-way catalytic (B ng)
ộ xúc tác 3 đƣờ -

- x -
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Tỷ ệ ủa các thành phần khí thải trong động cơ diesel [1].
l c ................................ 4
Hình 1.2 Đặc tính phát thả ệ ố dƣ lƣợng không khí λ [1].
i theo h s ...................................... 4
Hình 1.3 Quá trình hình thành PM [6]. ............................................................................... 9
Hình 1.4 Giớ ạ
i h n NOx, PM đố ớ ộng cơ diesel xe tả
i v i đ i [5].......................................... 11
Hình 1.5 Sơ đồ luân hồ ả
i khí th i [34]................................................................................ 13
Hình 1.6 Kế ấ ộ ọ ủa hãng Johnson Matthey [20].
t c u chung b l c DPF c ............................. 16
Hình 1.7 Nguyên lý và kế ấ ộ ọc kín chấ ả ạ ạ
t c u b l t th i d ng h t DPF [20]. .......................... 16
Hình 1.8 Sơ đồ ệ ố
h th ng LNT [20]................................................................................... 17
Hình 1.9 Quá trình hấ ụ
p ph NOx trong h n h ........................................... 18
ỗ ợp nghèo [20].
Hình 1.10 Các phả ứng trong các buồ ử lý [20].
n ng x ....................................................... 19
Hình 1.11 Quá trình giải phóng N2 trong h n h u [20]. .......................... 20
ỗ ợp giàu nhiên liệ
Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý hoạ ộ ủ ệ ố
t đ ng c a h th ng SCR. ............................................... 21
Hình 2.1 Ô-xy hóa NH3 ................................. 26
theo nhiệ ộ
t đ trên hệ xúc tác Zeolite [35].
Hình 2.2 Sơ đồ quá trình khử NOx b ng NH
ằ 3................................................................... 27
Hình 2.3 Hiệu suất khử theo nhiệt độ ở các mức lƣu lƣợng khí xả khác nhau [3]. .......... 28
Hình 2.4 Hiệ ấ ển đổ
u su t chuy i NOx ph c t l mol
ụ thuộ ỷ ệ 2 / x
NO NO
r 200
ở o
C [30].............. 29
Hình 2.5 Hiệ ấ ển đổ
u su t chuy i NOx và tạo thành N2O theo nhi v n
ệt độ ới thành phầ
NO2 [39]...................................................................... 30
khác nhau trên hệ xúc tác Zeolite
Hình 2.6 Nồng độ các muố môn theo thành phầ
i a- n SO3 [32]. ........................................ 31
Hình 2.7 Hiệ ả
u qu chuyển đổ ỷ ệ
i theo t l mol 3 / x
NH NO
r ở các nhiệt độ khác nhau trên
h ............................................................................................................. 32
ệ xúc tác Zeolite.
Hình 2.8 Cơ chế ử
kh NOx b - -non [36]. ................................................................. 34
ằng ê ta
Hình 2.9 Hiệ ấ ử
u su t kh NOx theo nhiệt độ trên hệ xúc tác Ag/Al2O3 ...................... 35
[19].
H nh 2.10 ng c a SO
ì Ảnh hƣở ủ 2 và H2O đế ệ ấ ử
n hi u su t kh NOx v - -
ới Ê ta non trên hệ
xúc tác Ag/Al2O3 [19]. ...................................................................................................... 35
Hình 2.11 Sơ đồ cơ chế ử
kh NOx b ng hy- -bon ................................................... 36
ằ đrô các
u su t kh NOx v - -bon [13].............................................. 37
ới các hy đrô các
Hình 2.13 Cơ chế ử ằ
kh NO b ng NH3 trên hệ xúc tác V2O5 [4]........................................ 39
Hình 2.14 Sơ đồ ắp đặ ờ ả
l t SCR trên đƣ ng th i. ................................................................. 40
Hình 2.15 Ảnh hƣở ủ ầ
ng c a thành ph n NO2 n hi u qu kh
đế ệ ả ử NOx [17]. ......................... 40
Hình 2.16 Suy giả ệ ấ ử ờ ử ền động cơ với nhiên liệ
m hi u su t kh theo th i gian khi th b u
chứ ỳ ở ệt độ ấ
a 350 ppm lƣu hu nh nhi th p [18].................................................................. 41
Hình 2.17 Suy giả ệ ấ ử ờ ử ền động cơ với nhiên liệ
m hi u su t kh theo th i gian khi th b u
chứ ỳ
a 1620 ppm lƣu hu nh ở ệ ộ ấ
nhi t đ th p [18]................................................................ 43

- -
xi
Hình 2.18 Hiệ ả ử
u qu kh NOx theo nhi c a 2 h -
ệt độ ủ ệ xúc tác Zeolite (Cu Zeolite và
Fe- [38]. ................................................................................................................ 43
Zeolite)
Hình 2.19 Hấ ụ
p ph NH3 v u ki n h n h
ới điề ệ ỗ ợp nghèo (10% O2) và giàu (không có
O2) với xúc tác Cu-Zeolite [38]......................................................................................... 44
Hình 2.20 Hấ ụ
p ph NH3 v u ki n h n h
ới điề ệ ỗ ợp nghèo (10% O2) và giàu (không có
O2) với xúc tác Fe-Zeolite [38]. ........................................................................................ 44
Hình 2.21 Xúc tác Al2O3 ho c SiO
ặ 2 v i 1% Rh, Pd ho c Pt [30]..................................... 46
ớ ặ
Hình 2.22 Cơ chế ử
kh NOx i ch -pen [40]......................... 46
trên xúc tác Pt vớ ất khử là prô
Hình 2.23 T o N
ạ 2 và N2O từ NO trên xúc tác Pt [40]....................................................... 47
Hình 2.24 a H p ph n Al
ấ ụ NO trên nề 2O3 [40]. ................................................................. 48
Hình 2.24 b H p ph
ấ ụ NO2 n Al
trên nề 2 O3 [40]................................................................. 48
Hình 2.25 Sơ đồ ối điề ển vòng hở
kh u khi SCR [31]. ....................................................... 49
Hình 2.26 Sơ đồ ổng quát vớ ệ điề ển kín.
t i h u khi ............................................................ 50
Hình 2.27 Sơ đồ ề ển vòng kín sử ụng tín hiệ ả ồ ừ ả ế
đi u khi d u ph n h i t c m bi n NOx
[31]. ................................................................................................................................... 51
Hình 2.28 Sơ đồ điề ển vòng kín với tín hiệ ả ồ ừ ả ế
u khi u ph n h i t c m bi n NH3 [31]. ........ 52
Hình 2.29 Sơ đồ và nguyên lý làm việ ủ ộ
c c a b ....................................................... 53
SCR.
Hình 2.30 Bộ xúc tác khử NOx. ........................................................................................ 55
Hình 2.31 Cấu trúc monolith............................................................................................. 55
Hình 2.32 Bình chứa urea. ................................................................................................ 55
Hình 2.33 Kế ấu và hoạ ộ ủa bơm urea loạ
t c t đ ng c i con lăn. ............................................ 56
Hình 2.34 Kế ấu vòi phun urea.
t c ..................................................................................... 57
Hình 3.1 Mô hình lò phản ứng (CAT1) với các điều kiện biên (ATB1, ATB2). ............. 63
Hình 3.2 Ảnh hƣở ủa lƣu lƣợng khí xả đế ệ ấ ử
ng c n hi u su t kh NOx .................................. 65
Hình 3.3 Ảnh hƣở ủ
ng c a NO2 n hi u su t kh
đế ệ ấ ử NOx. .................................................... 66
ng c a NH3 n hi u su t kh
đế ệ ấ ử NOx. .................................................... 67
Hình 4.1 Sự ả ạt tính của xúc tác.
gi m ho ........................................................................... 69
Hình 4.2 Quy trình thiế ế ệ ố
t k h th ng SCR........................................................................ 70
Hình 4.3 Xung tín hiệu điề ể ể
u khi n ki u PWM. ................................................................ 76
Hình 4.4 Xung tín hiệu điề ển và độ nâng kim phun vòi phun.
u khi ................................. 76
Hình 4.5 Xung phun củ ỳ khác nhau cho bộ điề ể
a các chu k u khi n xung PWM............... 77
Hình 4.6 Sơ đồ ật toán lự ọ ỳ ủ
thu a ch n chu k T c a PWM. ................................................. 78
Hình 4.7 Sơ đồ ố ứ ủ ệ ố
kh i ch c năng c a h th ng. .................................................................. 78
Hình 4.8 Hình dáng và đặ ủ ả ế ệ
c tính c a c m bi n nhi t. ........................................................ 79
Hình 4.9 Hình dáng và đặ ủ ả ế
c tính c a c m bi n NOx [29]. ................................................. 80
ng c a NH3 n c m bi n NO
đế ả ế x [29]. .................................................. 80
Hình 4.11 Hình dáng và đặ ủ ả ế
c tính c a c m bi n NH3 [37]................................................. 82
Hình 4.12 Sơ đồ ật toán điề ể
thu u khi n phun urea............................................................. 82
Hình 4.13 Sơ đồ ố ế ị điề ển và thử ệ
kh i thi t b u khi nghi m phun urea. ................................ 84
Hình 4.14 Sơ đồ ạch điề ể
m u khi n..................................................................................... 84

- xii -
Hình 4.15 Hình ả ộ điề ể
nh b u khi n phun urea. .................................................................. 85
Hình 4.16 Lƣợ ụ ộc vào lƣợ
ng phun urea ph thu ng NOx ....................... 86
có trong khí thải.
u su t kh NOx ph thu ng NO
ụ ộc vào lƣợ x ..................... 87
có trong khí thải.
u su t kh NOx ph thu n NH
ụ ộc vào giới hạ 3 ....................................... 87
dƣ.
u su t kh NOx ph thu u su n ng kh . ............................ 88
ụ ộc hiệ ấ ả
t các ph ứ ử
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
B k thu ................................................................................ 63
ảng 3.1 Thông số ỹ ật động cơ
B c ................................................................. 64
ảng 3.2 Thông số ấu trúc của bộ xúc tác [8]
B ng 4.1 Chu k ng phun urea ................................................................... 77
ả ỳ và các dả ợ
i lƣ
B c m bi n NH
ảng 4.2 Các thông số ủa cả ế 3 [37]. ............................................................... 81

- 1 -
MỞ ĐẦU
I. Mục đích, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
i. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứ công nghệ ảm phát thả
u gi i NOx b
cho động cơ diesel ằng phƣơng
pháp xử lý xúc tác chọ ọ ử ụ . Áp dụ ải pháp ử lý xúc tác chọ ọ
n l c s d ng urea ng gi x n l c
s d ng urea c t gi
ử ụ để ắ ảm phát thải NOx cho động cơ diesel đạt tiêu chuẩn khí thải
Việt Nam ện hành
hi .
ii. Đối tượng
Động cơ đƣợ ự ọn làm đối tƣợng nghiên cứu. Đây là động cơ
D243 c l a ch
diesel không tăng áp, sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu truyền thống.
Các giải pháp giảm phát thải đƣợc áp dụng trong nghiên cứu này tập trung
vào giảm phát thải NOx b n l c s d ng urea.
ằng phƣơng pháp xử lý xúc tác chọ ọ ử ụ
iii. Phạm vi nghiên cứu
- t c
Nghiên cứu cơ sở lý thuyế ủa quá trình khử NOx b ng NH
ằ 3, xác định các
quan h t l gi urea p v
ệ ỷ ệ ữa cung cấ ới NOx i.
trong khí thả
- t k nghi m b u khi n phun urea cung c p cho h
Tính toán thiế ế và thử ệ ộ điề ể ấ ệ
thố ử lý xúc tác chọ ọ
ng x n l c.
II. Phƣơng pháp nghiên cứu
t. N u
Phƣơng pháp nghiên cứu là nghiên cứu lý thuyế ghiên cứ các giải pháp
gi ng
ảm phát thải cho động cơ diesel hiện đang đƣợc áp dụ ở các nƣớc tiên tiến trên
thế ới. Qua đó phân tích, đánh giá và lự ọ ải pháp kỹ
gi a ch n gi t kh gi
thuậ ả thi để ảm
phát thả ộ ại cho động cơ diesel lắp trên ả ạ ẹ đang lƣu hành.
i đ c h xe t i h ng nh
t, t t k t o h ng u
Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyế ính toán thiế ế chế ạ ệ thố điề
khi n phun urea cho b x n l c SCR s d ng urea .
ể ộ ử lý xúc tác chọ ọ ử ụ làm chất khử
III. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- 2 -
Kết quả nghiên cứu đƣa ra phƣơng pháp giải quyết vấn đề về ô nhiễm môi
trƣờng không khí do phƣơng tiện giao thông sử dụng động cơ diesel gây ra. Giải
pháp và hệ thống cắt giảm phát thải NOx ,
cho động cơ diesel sau khi hoàn thiện thử
nghiệm đánh giá độ bền và thử nghiệm trên phƣơng tiện có thể đƣa vào sử dụng
trong phạm vi lớn trên thực tế, góp phần cải thiện chất lƣợng phát thải của loại động
cơ này và cải thiện chất lƣợng môi trƣờng không khí nói chung.
IV. Các nội dung chính trong đề tài
Thuyết minh của đề tài đƣợc trình bày gồm các phần nhƣ sau:
 M u
ở đầ
 Chƣơng 1. Khí thải động cơ diesel và các biện pháp xử lý
 Chƣơng 2. ộ ử lý xúc tác chọ ọ
B x n l c (SCR)
 Chƣơng 3. ỏ ộ ử ọ ọ
Mô ph ng b x lý xúc tác ch n l c
 Chƣơng 4. ế ế ế ạ ộ điề ể
Thi t k , ch t o b u khi n phun urea-SCR
 K n
ết luận chung và phƣơng hƣớng phát triể

- 3 -
CHƢƠNG 1. KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL VÀ CÁC BIỆN
PHÁP XỬ LÝ
1.1 Thành phần khí thải động cơ diesel và cơ chế hình thành
1.1.1 Thành phần khí thải động cơ diesel
c ch n
Quá trình cháy của động cơ diesel thự ất là các phả ứng cháy của nhiên
liệ ới không khí. Trƣớc đây ngƣờ ằ ả ứng này xảy ra hoàn toàn, vớ
u v i ta cho r ng ph n i
s n ph m sinh ra g m: CO
ả ẩ ồ 2, H2O và N2 i t l
có trong không khí. Cùng vớ ỷ ệ tƣơng
ứ ủ
ng c a O2 trong không khí thì có thể còn O2 l n trong s n ph
ẫ ả ẩm cháy. Trong thực
t gi
ế quá trình cháy của động cơ là không hoàn toàn. Có hai lý do để ả ệc đó:
i thích vi
nh di n ra theo m t chi
Thứ ất là các phản ứng hoá học không bao giờ ễ ộ ều mà
luôn có phả ứ ậ ị ữ ấ ả ứng và sả ẩm sinh ra. Do đó phả
n ng thu n ngh ch gi a ch t ph n n ph n
ứng khôn ể ảy ra hoàn toàn vì các chấ ả ứ ẫn còn dƣ.
g th x t tham gia ph n ng v
u ki n, nhi
Thứ hai là các khu vực cháy với điề ện hoà trộ ệt độ và tốc độ xoáy
l c c
ố ủa không khí, dòng nhiên liệu phun vào không gian buồng cháy khác nhau
cũng là mộ ấn đề. Điều đó làm cho ngọ ử ị ắt không đốt cháy đƣợ ết lƣợ
t v n l a b t c h ng
nhiên liệu, các điề ệ ả ứng khác nhau sẽ ả ẩm cháy mới nhƣ là
u ki n ph n sinh ra s n ph
b i NO
ụi, phát thả x… Do vậ ối lƣợ ố ợng phát thả ủa động cơ tăng lên so
y kh ng, s lƣ i c
v ng h n c a i bao g m: CO
ới trƣờ ợp cháy hoàn toàn. Các thành phầ ủ khí thả ồ 2, H2O,
N2, O2, CO, HC cháy không hết, NOx, b thu ng c
ụi, khói và tuỳ ộc vào chất lƣợ ủa
nhiên liệu mà sả ẩm cháy có thể có SO
n ph x. Trong các thành phần khí thải thì NOx,
b c g c h i c a
ụi khói, CO và HC cháy không hết đƣợ ọi là phát thải độ ạ ủ động cơ đốt
trong. Tỷ l c hi n trong .
ệ ủa các thành phần khí thải trong động cơ đƣợc thể ệ Hình 1.1
Tuy kh i ch m m t t
ối lƣợng phát thả ỉ chiế ộ ỷ l nh ng 0,2% trong t
ệ ỏ (khoả ổng
khối lƣợng khí thải) nhƣng nó rất đƣợc quan tâm do gây ô nhiễm không khí. Một
điề ễ ậ ấy là lƣợng phát thải này cũng không gây ảnh hƣở ề ớ ệ
u d nh n th ng nhi u t i hi u
suấ ệ ủa động cơ, tuy nhiên hiện nay ngƣời ta đang nỗ ực để ử lý, giả ể
t nhi t c l x m thi u
phát thả ủa động cơ, vì nhữ ể ủa nó đố ới môi trƣờ ự nhiên và
i c ng nguy hi m c i v ng t

- 4 -
s c kho c i. Th t ph n tri u c
ứ ẻ ủa con ngƣờ ậm chí mộ ầ ệ ủa phát thải mà giảm đƣợc cũng
r ng.
ất quan trọ
Hình 1.1 Tỷ ệ ủa các thành phần khí thải trong động cơ diesel
l c [1].
Hình 1.2 i theo h s ng [1].
Đặc tính phát thả ệ ố dư ợ
lư không khí λ
Nhƣ ta đã biế ối lƣợ ủa phát thả ụ ộc vào hiệ ất và các thông
t kh ng c i ph thu u su
s c : th m phun c ng t
ố ủa động cơ. Ví dụ ời điể ủa động cơ diesel tác độ ới tính kinh tế
của nhiên liệu và khối lƣợng khí thải phát ra. Tuy nhiên, ảnh hƣở ủa thông số
ng c
động cơ không ảnh hƣở ề ắ ớ ổ ệ ủa quá trình cháy nhƣng thờ
ng nhi u l m t i t ng nhi t c i
điểm phun và tốc độ phun có liên quan tớ ệ ả ủa chu trình làm việc độ
i nhi t nh ra c ng
cơ.

- 5 -
N c h , th hi n m
ồng độ các phát thải độ ại chính đƣợc cho trên Hình 1.2 ể ệ ối
quan h c a n HC, CO, NO
ệ ủ ồng độ x, PM theo h s
ệ ố dƣ lƣợng không khí λ.
1.1.2 Cơ chế hình thành các chất trong khí thải diesel
1.1.2.1 Cơ chế hình thành NOx trên động cơ diesel
Việc tìm hiểu cơ chế hình thành NOx trong động cơ diesel và kiểm soát thành
ph p nhi y ra
ần khí thải này gặ ều khó khăn do quá trình cháy của động cơ diesel xả
nhanh và hỗ ợp cháy là không đồ ất. NO và
n h ng nh NO2 là hai thành phần chính của
NOx, trong đó NO là khí không mùi không màu
, còn NO2 , t.
có màu nâu đỏ mùi gắ
C hai lo u r
ả ại khí đề ất độc nhƣng NO2 c g p 5 l n so v i NO, ph n l n NO
độ ấ ầ ớ ầ ớ 2 hình
thành từ ệ ô
vi c -xy hoá NO.
t trong
NO đƣợc hình thành trong quá trình cháy rớ xy-lanh tại vùng nhiệt độ
cao, cơ chế hình thành NO đƣợ ấ ậ ộng rãi là cơ chế ợc đƣa ra bở
c ch p nh n r đƣ i
Zeldovich [33]. Thành phần chính để hình thành NO là khí N2 trong không khí nạp
vào động cơ. Phả ứng dây chuyề ô
n n -xy ni- o b -
hoá khí tơ đƣợc tạ ởi các nguyên tử ô
xy, hình thành từ ệc tách ra khỏi phân tử
vi O2 t i nhi
ạ ệt độ cao trong quá trình cháy.
Phả ứ ủ đạo để hình thành NO từ phân ử
n ng ch t N2 là:
2 2
O O
ƒ
(1-1)
(i) 2
N O NO N
 
ƒ
(ii) 2
N O NO O
 
ƒ
(iii) N OH NO H
 
ƒ
Các phƣơng trình cân bằng hoá học này chỉ ằng khí cháy tạ ệt độ
ra r i nhi
cháy bình thƣờng thì tỷ lệ NO2/NO là rấ ỏ. Trong khi đó các thí nghiệm trên
t nh
động cơ xăng hay diesel chỉ ằ
ra r ng NO2 m t
có thể chiế ừ 10% đến 30% trong thành

- 6 -
ph n NO
ầ x. Điều đó đƣợ ải thích là do NO đƣợc hình thành trong vùng ngọ ử
c gi n l a
có thể nhanh chóng trở thành NO2 qua ph n ng:
ả ứ
2 2
NO HO NO OH
   (1-2)
Tiếp đó NO2 l n n ng:
ại phả ứng và trở thành NO qua phả ứ
2 2
NO O NO O
   (1-3)
Nếu không sự hình thành NO2 n l b d p t t khi
trong vùng ngọ ửa nóng sẽ ị ậ ắ
tiếp xúc với vùng lạnh. Do đó tỷ ệ
l NO2/NO s cao nh t t i ch t i cao c ng
ẽ ấ ạ ế độ ả ủa độ
cơ diesel, khi mà những vùng lạnh có thể ậ ắ ự hình thành trở ạ ồng độ
d p t t s l i NO. N
c c b c a nh -
ụ ộ ủ ững nguyên tử ô xy ph thu -
ụ ộc vào nồng độ phân tử ô xy cũng nhƣ
nhi c c b . S
ệt độ ụ ộ ự hình thành NOx t n t i ch y
ồ ạ ủ ế ở ệt độ trên 2000 K. Do đó
u nhi
b t k
ấ ỳ k kh ng ch c nhi t c th i trong bu
ỹ thuật nào có thể ố ế đƣợ ệt độ ứ ờ ồng cháy dƣới
2000 K thì có thể ảm đƣợ ự hình thành NO
gi c s x.
NOx ph n ng -
hình thành từ ả ứ ô xy ni- u ki n nhi cao c
hóa tơ trong điề ệ ệt độ ủa
quá trình cháy. Thành p ầ
h n NOx ph thu c r t nhi s
ụ ộ ấ ều vào hệ ố dƣ lƣợng không khí
 c n -
(tứ ồng độ ô xy c a h n h c
ủ ỗ ợp) và nhiệt độ ủa quá trình cháy. Nồng độ NOx đạt
giá trị ực đạ ạ ại đây, nhiệ ộ ủa quá trình cháy đủ ớn để ô
c i t i  
= 1,05 1,1. T t đ c l -xy
và phân hủy thành nguyên ử có tính năng hoạt hóa cao, và tại đây nồng độ ô
ni-tơ t -
xy l m b -
đủ ớn đả ảo đủ ô xy cho ph n
ả ứng, do đó NOx t c m c
đạ ực đại. Do đặc điể ủa
động cơ diesel là hình thành hỗ ợp bên trong nên hệ ố dƣ lƣợng không khí
n h s 
n m trong m t gi i h n r t r ng, c ,2 ng t n
ằ ộ ớ ạ ấ ộ ụ thể là 1 đến 10 tƣơng ứ ừ toàn tải đế
không tải.
n NO
Ở động cơ diesel, khi  tăng, nhiệt độ cháy giảm nên thành phầ x gi m.
ả
So v n NO
ới động cơ xăng thì động cơ diesel có thành phầ x thấp hơn. Tuy nhiên,
thành phần NO2 trong NOx l 5-10% trong khi t l
ại cao hơn, chiếm ỷ ệ này ở động cơ
xăng là 2-10% [1].

- 7 -
n h ng l n s
Phƣơng pháp hình thành hỗ ợp có ảnh hƣở ớn đế ự hình thành NOx.
Đố ớ ồng cháy ngăn cách, quá trình cháy diễ ở ồng cháy phụ ạ ế
i v i bu n ra bu (h n ch
không khí), rấ ế ô nên mặc dù nhiệt độ ớn nhƣng NO
t thi u -xy l x v n
ẫ nhỏ. Khi cháy ở
bu r t l n, -
ồng cháy chính, mặc dù  ấ ớ ô xy nhiều nhƣng nhiệt độ quá trình cháy
không lớn nên NOx . T ng h p l i, NO
cũng nhỏ ổ ợ ạ x của động cơ có buồng cháy ngăn
cách chỉ ằ ả ộ ử ới động cơ có buồng cháy thố ấ
b ng kho ng m t n a so v ng nh t. Tuy v y,
ậ
động cơ sử ụ ồng cháy ngăn cách có tính kinh tế không cao do có suất tiêu
d ng bu
hao nhiên liệ ớn nên ngày nay không đƣợ ử ụ ề
u l c s d ng nhi u.
1.1.2.2 Cơ chế hình thành PM
Theo định nghĩa củ ổ ứ ả ệ môi trƣờ ó
a T ch c b o v ng bang Ca- -ph
li c-ni-a thì PM
là nhữ ự ể ừ nướ ủa khí thải sau khi được hoà trộ ới không khí (làm
ng th c th (tr c) c n v
loãng) đạ ệ ộ ỏ hơn 51,7
t nhi t đ nh o
C và được tách ra bằ ộ ộ ọc qui đị
ng m t b l nh.
Với định nghĩa nhƣ vậy, PM gồm các hạt rắn và các chất lỏng bám theo. Các
hạt rắn gồm: tự do và tro còn gọi là
cácbon PM (soot), các chất phụ gia dầu bôi
trơn, các hạt và vảy tróc do mài mòn... Chất lỏng bám theo gồm có các thành phần
trong nhiên liệu và dầu bôi trơn.
Các hạ M) có kích thƣớ ừ 0,01 đế ầ ớ ạt có kích thƣớ ỏ
t (P c t n 1 m. Ph
 n l n h c nh
hơn m nên rấ ễ ị hít vào và gây tổn thƣơng cho đƣờng hô hấp và phổ
0,3  t d b i.
Thành phầ ủ ụ ộ ấ ều vào chế độ làm việ ủa động cơ và
n c a PM ph thu c r t nhi c c
phƣơng pháp hình thành khí hỗ ợp. Thông thƣờ ứ
n h ng, trong PM ch a:
- 40% d ,
ầu bôi trơn
- 31% b ,
ồ hóng (soot)
- - m c,
14% các muối sun phát ngậ nƣớ
- u diesel,
7% nhiên liệ
- 8% các loại khác còn lại.
Các phân tử ban đầ ớ ần lên theo hai cách sau:
PM u l n d

- 8 -
- nh
Thứ ất, đƣờng kính của PM tăng lên là nhờ chúng bám, dính vào nhau
làm cho kích thƣớ ề ặ ớ ằng phân tử
c b m t l n b C2H2.
- hai, ph n ng c ng hy- c di t qu
Thứ ả ứ ộ đrô đƣợ ễn ra liên tục và kế ả cuối cùng
đƣợc đặc trƣng bở ố phân tử ớ ạo thành chuỗ ạt có kích thƣớ ớn hơn theo
i s C l n t i h c l
cách thứ ấ ều. Các phân tử này có đƣờng kính từ 1000 nm, thƣờng là 100
nh t nhi 10 -
nm, kh ng kg/m
ố ợ
i lƣ riêng trung bình của PM là 2000 3
.
PM n t i t l kh
có thuộc tính xốp nên các phầ ử PM đƣợc đặc trƣng bở ỷ ệ ối
lƣợ ện tích bề ặt, vì vậy chúng rấ ễ dính và cô đọ ả
ng chia cho di m t d ng trong ph n
ứ ộ đrô, thậm chí ngay cả ời động cơ chúng vẫn có tính chất nhƣ
ng c ng hy- sau khi r
v y.
ậ
t ng quan nh t c a Fusco [6]
Cơ chế hình thành PM ổ ấ ủ đƣợc mô tả theo sơ đồ
cho trên H 1.3
ình .

- 9 -
Hình Quá trình hình thành
1.3 PM [6].
Theo Fusco [6] c
thì sự hình thành PM ủa động cơ tuân theo 8 bƣớc cơ bản
nhƣ ở trên sơ đồ trên. Nhiên liệ ốc hơi trong quá trình cháy dẫ ớ ự hình thành
u b n t i s
PM PM
, đƣợc hình thành qua các quá trình sau:
- c h
(1) quá trình chuyển hoá để làm tăng kích thƣớ ạt cơ bản (bán kính hạt
l n d ,
ớ ần lên)
- (2) tham gia c ng h p t
ộ ợ ạo thành C2H2,
- -
(3) quá trình ô xy hoá hình thành các hạt PM ban đầu, các hạt PM này có
kích thƣớ ạ ớ ần lên,
c h t l n d
- (4) q -
uá trình ô xy n g
hoá hình thành các hạt PM ban đầu có nguồ ốc là các
g c hy- c c-bon (C
ố đrô á 2H2),
- q u (soot particles - ,
(5) uá trình hình thành các hạt PM hình cầ P)
- q n b m t c C
(6) uá trình phát triể ề ặ ủa các phân tử 2H2 tạo thành các hạt PM
hình cầu ,
- (7) q -
uá trình ô xy t u th
hoá PM ạo thành các cụm PM trơ hình cầ ể tích đơn,
lúc này khố ợng tăng lên nhƣng số ợ ạ ả ố
i lƣ lƣ ng l i gi m xu ng,
- (8) q n b m t
uá trình hợp dính, ngƣng tụ, phát triể ề ặt, liên kết hạt để ạo thành
chuỗi PM.
n m -
Tám phần này sẽ tham gia các phả ứng phá vỡ ạch vòng, ô xy hoá, tăng
kích thƣớ ề ặt… nhƣ ở sơ đồ trên.
c b m
1.1.2.3 Cơ chế hình thành CO
Trong khí thả ủa động cơ diesel, tuy > 1 và khá lớ ừ ô ) nhƣng
i c  n (th a -xy
v n CO m < 1 (thi u -
ẫn có thành phầ ặc dù khá nhỏ là do vẫn có những vùng với  ế ô
xy). , khi u CO gi m do n -
Nhƣ trên H 1.2
ình  tăng, ban đầ ả ồng độ ô xy tăng và đạt

- -
10
c c ti u t 2. Ti p t l p c a CO v -
ự ể ại   ế ục tăng , CO tăng do tỷ
 ệ tái hợ ủ ới ô xy trong
quá trình giãn nở ảm đi nên lƣợng CO còn lạ ải tăng lên.
gi i trong khí th
1.1.2.4 Cơ chế hình thành HC
Do HC
 l n n
ớ ên trong động cơ diesel so với ở động cơ xăng cũng nhỏ hơn.
Khi  tăng, nhiệt độ cháy giảm nên phần nhiên liệu không cháy đƣợ ẽ
c HC s tăng
lên. Đố ới phƣơng pháp hỗ ợp màng, do hiệ ứng sát vách ảnh hƣở ạnh nên
i v n h u ng m
HC l ng h p h n h p th u t
ớn hơn so với trƣờ ợ ỗ ợ ể tích. Nế ổ chức xoáy lốc và hoà trộn
t n h n s gi
ố ỗ
t trong quá trình hình thành h ợp, thành phầ HC ẽ ảm.
1.1.2.5 H p ch nh
ợ ất chứa lưu huỳ
Trong khí thải có các hợ ấ ứa lƣu huỳnh là do trong nhiên liệu còn mộ
p ch t ch t
lƣợ ạ ất lƣu huỳnh còn lại khi chƣng cấ ầ ỏ. Do nhiên liệ ứa lƣu
ng t p ch t d u m u ch
huỳnh nên trong khí thải có SO2, khi k t h p v c s t -
ế ợ ới hơi nƣớ ẽ ạo thành a xít. Các
h p ch t ch t trong nh
ợ ấ ứa lƣu huỳnh trong khí thải là mộ ững nguyên nhân gây ra mƣa
a- o ra PM th c sun-
xít và tạ ông qua các muố ố
i có g phát.
1.1.3 Yêu cầu về giảm phát thải độc hại
i v
Đố ới phát thải động cơ diesel thì các thành phần phát thải đƣợc quan tâm
chủ ếu là NO
y x gi i h i ph bi n (c
và PM. Về ớ ạn theo các tiêu chuẩn khí thả ổ ế hâu Âu,
M , Nh n
ỹ ật) đƣợc thể hiệ trên Hình 1.4 .

- -
11
Hình 1.4 n NO
Giới hạ x, PM đố ớ ộng cơ diesel xe tả
i v i đ i [5].
n c a M
Trong các tiêu chuẩn khí thải thì tiêu chuẩ ủ ỹ Ngay
là ngặt nghèo nhất.
t nh u th k n M u n
ừ ững năm đầ ế ỷ 21, thì tiêu chuẩ ỹ đã yêu cầ ồng độ NOx trong khí
th i
ả ở ứ ấ ấ , sau đó là đến tiêu chuẩ ậ ) còn
m c th p nh t ( )
2,7 g/kWh n Nh t (3,5 g/kWh
n n M u l
ồng độ PM thì tiêu chuẩ ỹ và Nhật đề ớn hơn tiêu chuẩn Châu Âu. Sở dĩ vậy
do tiêu chuẩn Châu Âu còn áp dụng chƣơng trình thử tĩnh khi mà tiêu chuẩ ỹ
n M ,
Nhậ ề đã sử ụng chƣơng trình thử độ
t đ u d ng [1].
u s d , v
Sau đó, các tiêu chuẩn đề ử ụng chƣơng trình thử động riêng ới tiêu
chuẩ ỹ và Nhật đề ấp hơn tiêu chuẩn Châu Âu. Riêng với tiêu chuẩ ỹ thì
n M u th n M
nghiêm ngặ ới phát thả
t v i NOx ( n Nh t (
0,35 g/kWh US 2010
– ) hơn cả tiêu chuẩ ậ 1
g/kWh JP 2008 2 g/kWh EURO V, 2008
– ) và Châu Âu ( – ).
1.2 Các biện pháp xử lý khí thải diesel
1.2.1 Các biện pháp kết cấu
Nhóm các biện pháp kế ấ ồm các biện pháp nhằ ảm lƣợng phát
t c u bao g m gi
th i bu t s
ả ất độ
i các ch c hạ ỏ
i ra kh ồng cháy động cơ. Có thể điể ộ
m qua m ố ện pháp
bi

- -
12
thƣờng đƣợ ử ụng nhƣ sau.
c s d
(i) T h t c
ối ưu các ệ thống và kế ấu động cơ: h ng u, h ng
ệ thố nhiên liệ ệ thố
n p, k t c u bu u khi n t nh m m u khi
ạ ế ấ ồng cháy, áp dụng điề ển điệ ử ằ ục đích điề ển
lƣợng nhiên liệu chu trình, tăng cƣờ ả năng nạp, tăng cƣờ ả năng hòa trộ
ng kh ng kh n
nhiên liệ ới không khí, đốt cháy triệ ể nhiên liệu…
u v t đ
(ii) i (EGR):
Luân hồi khí thả Đƣa mộ ần khí xả ngƣợ ở ề ồng cháy,
t ph c tr v bu
do đó làm bẩ ỗ ợp cháy làm quá trình cháy diễ ở ệt độ ấp hơn, phả
n h n h n ra nhi th n
ứ ữ ô
ng gi a -xy ni- gi gi m thi i NO
và tơ ảm, do đó có thể ả ểu lƣợng phát thả x t n
ừ 50 đế
70%.
Có ba cách giải thích cho ảnh hƣở ủa luân hồi khí ải đế ệ ả
ng c th n vi c gi m NOx
là: kéo dài thời gian cháy, tăng nhiệt dung riêng và làm loãng khí nạ ằng khí trơ
p b
(chủ ếu là CO
y 2). Gi thuy c kh nh b
ả ết kéo dài thời gian cháy đã đƣợ ẳng đị ởi luân
h c gi un s m. Gi
ồi khí thải gây kéo dài thời gian cháy tƣơng tự nhƣ việ ảm góc ph ớ ả
thiết tăng nhiệt lƣợ ằ ệc thêm khí trơ vào khí nạ ẽ tăng nhiệ
ng cho r ng vi p s t dung
riêng củ ữ ầ ử ả ứ ấ ện trong quá trình cháy làm giả ệt độ
a nh ng ph n t ph n ng xu t hi m nhi
cháy. Theo giả ết làm loãng khí nạ ảnh hƣở ủa luân hồi khí xả lên NO
thi p, ng c x gây
ra b n h p s m nhi c
ởi tăng lƣợng khí trơ không cháy trong hỗ ợ ẽ làm giả ệt độ ủa quá
trình cháy đoạ ệ
n nhi t.
Hiệ ại thì luân hồi khí thải có hai nhóm chính: luân hồi áp suất cao và luân
n t
h t th , t th k t c u ph c t
ồi áp suấ ấp. Trong đó luân hồi áp suấ ấp có ế ấ ứ ạp hơn nhƣng lại
cho hiệ ả ốt hơn so với luân hồi áp suấ
u qu t t cao.

- -
13
a) b)
5 i [34].
Hình 1. Sơ đồ luân hồ ả
i khí th
a - p; b - .
Luân hồi áp suất suất thấ Luân hồi áp suất cao
(iii) Tối ưu quá trình cháy: có mộ ố phƣơng pháp đã đƣợc áp dụ ằ
t s ng nh m
tăng hiệ ả quá trình cháy.
u qu
Tăng áp suấ nhiên liệ
t phun u u, qua
để xé tơi hơn các hạt nhiên liệ đó tăng
kh n v di
ả năng hòa trộ ới không khí, quá trình cháy sẽ ễn ra đồng đều và triệ ể
t đ hơn.
Cháy vớ ỗ ợp nghèo
i h n h : khi h n h l p s
ỗ ợp có tỉ ệ nhiên liệu/không khí thấ ẽ
h n ch u -
ạ ế các vùng thiế ô xy, qua đó làm giảm CO, HC và PM.
T o chuy p v :
ạ ển động xoáy dòng khí nạ ừa đủ tăng khả năng hòa trộn nhiên
liệu, đƣa không khí tớ ọi vùng trong buồng cháy làm giả ể ệ ế
i m m thi u vi c thi u ô-xy
c i HC, CO, PM.
ục bộ: giả ả
m phát th
Phun nước kèm nhiên liệu: gi n NO
ảm thành phầ x khi gi m nhi
ả ệt độ cháy
trung bình trong quá trình làm việ ủ ộng cơ.
c c a đ
Làm giàu ô trong nhiên liệ
-xy u: gi m thi u vi c thi u -
ả ể ệ ế ô xy c c b
ụ ộ, tăng khả

- -
14
năng cháy kiệt, do đó giả ả ộ ạ
m phát th i đ c h i.
Ngoài các biện pháp đã nêu trên, ngƣời ta cũng còn áp dụng các phƣơng
pháp công nghệ ằ ảm lƣợng lƣu huỳnh trong nhiên liệu, lƣợ ất vô cơ và
nh m gi ng ch
ph t-pho trong d n SO
ố ầu bôi trơn. Đây là biện pháp làm giảm thành phầ 2, SO3, các
muội g i.
ốc vô cơ… và giảm tác độ ấu đến các bộ ử khí thả
ng x x lí
Cuối cùng, sử ụng nhiên liệ ế cũng là mộ ện pháp khả goài
d u thay th t bi thi. N
vi c gi c h l a ch
ệ ảm phát thải các thành phần độ ại thì đây còn là sự ự ọn có tiềm năng
để đối phó vớ ấn đề ạ ệt nhiên liệu hóa thạ
i v c n ki ch.
Do các biện pháp về ế ấu độ ơ và nhiên liệ ỉ đạt đƣợ ệ ả
k t c ng c u ch c hi u qu
nh nh trong gi m thi c h i, m ng bi i g
ất đị ả ểu khí thải độ ạ ặt khác nhữ ện pháp này lạ ặp
ph i s i l p gi a gi c h
ả ự đố ậ ữ ảm phát thải và tính kinh tế, các thành phần độ ại trong khí
thải cũng không thể ảm đƣợc đồ ờ ẳ ạ áp dụ luân hồi khí xả
gi ng th i. Ch ng h n, khi ng
để ả
gi m NOx n PM, CO, HC l ; hay khi t
thì các thành phầ ại tăng ối ƣu hóa quá trình
cháy để ảm PM thì NO
gi x l y, gi
ại tăng do nhiệt độ cháy tăng. Vì vậ để ảm đƣợc
đồ ời các thành phần độ ạ ằm đả ảo yêu cầu ngày càng khắ ề tiêu
ng th c h i nh m b t khe v
chuẩn khí thả ả ử ụng đến nhóm biện pháp thứ hai là xử lý khí thả ử
i, ph i s d i sau c a
thải (after-treatment).
1.2.2 Các biện pháp xử lý sau cửa thải
1.2.2.1 B - x
ộ xúc tác ô xy hóa (DOC) ử lý CO và HC
B x -
ộ ử lý xúc tác ô xy O
hóa dùng cho động cơ diesel (Diesel xydation
Catalyst- c s d ng v i m gi
DOC) đƣợ ử ụ ớ ục đích để ảm phát thải CO, HC và PM trong
khí thải. Khí thả ừ động cơ diesel đƣợ ẫ ộ xúc tác ô
i t c d n qua b -xy v i s
hóa DOC, ớ ự
có mặ ủa các chất xúc tác và các phả ứ ô
t c Platinum P ladium
al thì n ng -xy hóa diễn
ra d nhi m nhi ph n ng - a HC
ễ dàng ngay cả ở ệt độ thấp (làm giả ệt độ ả ứ ô xy hóa củ
và CO từ 600 o
C xu ng 250
ố o
C). Các phả ứ ô
n ng -xy hóa gồm:
HnCm,khí/lỏng 2 2 2
O CO H O
   (1-4)

- -
15
2 2
1
2
CO O CO

 (1-5)
hy- -bon d
Các đrô các trong khí thải động cơ có thể ở ạng hơi hoặc ngƣng tụ ở
d ng l ng. Trong c hai tr hy- -bon -
ạ ỏ ả ạng thái, các đrô các đều đƣợc ô xy hóa và
chuyển thành CO2 ng h n hy- -
và nƣớc. Trƣờ ợp không có bộ DOC, thành phầ đrô các
bon l ng s i d d ng b
ỏ ẽ thải ra ngoài dƣớ ạng PM. Do đó, sử ụ ộ DOC không những làm
gi ng h
ảm đáng kể lƣợng CO, HC mà còn làm giảm lƣợng phát thải dạ ạt PM.
Tuy nhiên, bên cạnh đó, bộ DOC cũng thúc đẩ ộ ố ả ứ ô hóa
y m t s ph n ng -xy
và tạo thành các sả ẩm không mong muốn khác:
n ph
2 2 3
2 2
SO O SO
  (1-6)
3 2 2 4
SO H O H SO
  (1-7)
2 2
1
2
NO O NO
  (1-8)
Sự hình thành H2SO4 trong b m hi u qu c v t li u
ộ DOC làm giả ệ ả ủa các ậ ệ xúc
tác, khi thải ra ngoài môi trƣờ ẽ ngƣng tụ thành các hạt làm tăng lƣợng phát thả
ng s i
PM. M t H
ức độ tăng PM do hình thành các hạ 2SO4 t thi
có liên quan mậ ết đến hàm
lƣợng lƣu huỳ ứa trong nhiên liệ ệ ển thành NO
nh ch u. Vi c NO chuy 2 khi qua bộ
DOC không làm thay đổ ổng lƣợ
i t ng NOx ng
trong khí thải nhƣng làm tăng lƣợ
NO2, đây là chất khí độ ại hơn đố ớ ứ ỏe con ngƣời và môi trƣờ ớ
c h i v i s c kh ng so v i
NO.
1.2.2.2 B l h PM ki (DPF)
ộ ọc ạt ểu kín
B l c ch t th i d ng h - )
ộ ọ ấ ả ạ ạt (Diesel Particulate Filter DPF là hệ thống đƣợc
s d bi n hi
ử ụng khá phổ ế ện nay trong các phƣơng tiện giao thông vậ ải nhƣ để
n t
gi m thi i. B l t b gi l
ả ểu hàm lƣợng PM trong khí thả ộ ọc kín PM là thiế ị ữ ại các chất
thả ạ ạt trong khí thải động cơ không cho thải ra ngoài môi trƣờng. Các bộ ọ
i d ng h l c
kín có hiệ ả ọc khá cao thƣờ ớn hơn 90%. Các loạ ọc thƣờng có kế ấ
u qu l ng l i l t c u

- -
16
bên ngoài gầ ố , chúng khác nhau chủ ếu là phần lõi lọ
n gi ng nhau (H 6)
ình 1. y c
( .
H 7)
ình 1.
Hình 1.6 K u chung b l DPF c [20].
ết cấ ộ ọc ủa hãng Johnson Matthey
K t c u c a b ng g ng g m x c ch t
ế ấ ủ ộ DPF thƣờ ồm lõi lọc làm bằ ố ốp đƣợ ế ạo
thành các rãnh b t đ
ị ị ộ
b t m ầu và đƣợ ắ ế
c s p x p so le nhau .
(Hình 1.7)
Hình 1.7 u b l t th ng h t DPF [20].
Nguyên lý và kết cấ ộ ọ ấ
c kín ch ải dạ ạ
V i k t c a b DPF ph
ớ ế ấu nhƣ vậy, toàn bộ khí thải đi vào các rãnh củ ộ ải đi qua
các vách xốp, các thành phần khí sẽ đi qua các lỗ ốp còn các thành phầ ạ ạ
x n d ng h t
b gi l m x ng khu ng
ị ữ ại trên bề ặt vách hoặc trên các lỗ ốp do các hiện tƣợ ếch tán, lắ
đọng, hút dính … Sau mộ ời gian làm việc, các chấ ả ạ ạ ắng đọ
, t th t th i d ng h t l ng
nhi x ng ng th n
ều làm tắc các lỗ ốp và làm áp suất trên đƣờ ố ải tăng cao ảnh hƣởng đế
hoạt động và có thể gây hƣ hỏng động cơ. Khi đó cầ ự ện quá trình làm sạ
n th c hi ch

- -
17
l l c, ch t th i d ng
ọc hay còn gọi là quá trình tái sinh lọc. Trong quá trình tái sinh ọ ấ ả ạ
h t l ng trong b l ng nhi
ạ ắng đọ ộ ọc có thể đƣợc đốt cháy bằ ều cách khác nhau nhƣ
nâng cao nhiệt độ khí thải (phun nhiên liệ ộn đi hoặc phun và đốt nhiên liệ
u mu u
trên đƣờ ả
ng th i) hoặ ử ụng điệ
c s d n.
1.2.2.3 X n NO
ử lý thành phầ x t diesel
ừ khí thải
Có hai phƣơng pháp thƣờng đƣợ ử ụ ộng rãi hiện nay là bộ ẫ
c s d ng r b y NOx
v i h n h - Lean NO
ớ ỗ ợp nghèo (LNT x x n l c (SCR -
Trap) và bộ ử lý xúc tác chọ ọ
Selective Catalytic Reduction).
a. B b y NO
ộ ẫ x v n h
ới hỗ ợp nghèo (LNT)
Hình 1.8 h ng LNT [20].
Sơ đồ ệ thố
H ng LNT g m 2 bu bu ng th nh t g m m
ệ thố ồ ồng xúc tác: ồ ứ ấ ồ ột van khí thải
và một đƣờ ố ỗ
ng ng r ng (bypass leg) u ng th hai g ng x
bên trong; b ồ ứ ọi là buồ ử lý.
Bu ng ng nh m bu ng ch a ch -
ồ thứ hai đƣợc chia thành các buồ ỏ hơn gồ ồ ứ ất ô xy hoá,
bu ng chuy
ồ ển hoá, ồ ứ ộ xúc tác LNT. Các kim loại quý dùng để làm các
bu ng ch a b
chất xúc tác cho các bình lần lƣợt là: Pt . Các kim loại quý này đƣợ ủ
, Pt/Rh, Pd c ph
lên trên b thƣ
ề ặ
m t củ ạ
a kim lo i kiềm và kiể ổ
m th , ờng là ali (K) và
K Bari (Ba).
B x ng theo m t g m 2 pha u, i t
ộ ử lý LNT hoạt độ ộ chu trình ồ . Ban đầ khí thả ừ
động cơ đƣợc đƣa vào hệ ống LNT, lúc này van khí thải trên ố ỗng đóng lạ
th ng r i,

- -
18
toàn bộ khí thải đi vào buồ ử lý. Buồ ử lý thự ện quá trình cắ ảm khí
ng x ng x c hi t gi
NOx b ng -
ằ ô xy - kim lo i ki m th h p ph
hoá chúng và dùng các ô xít ạ ề ổ nhƣ BaO để ấ ụ
chúng trong điề ện nghèo.
u ki
Phƣơng trình phả ứng trong điề ện nghèo:
n u ki
2 2
1
2
NO O NO
  (1-9)
 
2 2 3 2
1
2
2
BaO NO O Ba NO
   (1-10)
Hai phƣơng trình trên là quá trình ô-xy hoá NOx. Hình 1.9 cho thấy quá trình
h p ph
ấ ụ NOx trong h n h
ỗ ợp nghèo.
Hình 1. Quá trình
9 h p ph
ấ ụ NOx trong h n h [20].
ỗ ợp nghèo
Do lƣợng NOx h p ph
đƣợc ấ ụ ngày càng nhiều hơn ậ ầ ự ện quá
, do v y c n th c hi
trình tái tạ ạ ệ ống. Quá trình tái tạ ạ ệ ống đƣợ ự ệ ằng cách
o l i h th o l i h th c th c hi n b
đóng van khí thải trƣớ ồ ử lý và mở van khí thải trên ố ỗng để cho khí
c bu ng x ng r
thả ừ động cơ đi ra. Trong quá trình tái tạo toàn bộ ợng khí thả ừ động cơ đi ra
i t lƣ i t
ngoài không đƣợ ử lý. Quá trình tái tạ ạ ệ ống đƣợ ự ệ ằ cách
c x o l i h th c th c hi n b ng
phun nhiêu liệu vào trƣớ ồng ô xy hoá, quá trình đƣợ ự ện nhƣ
c bu - c th c hi H 10
ình 1. .

- -
19
Hình 1.10 n ng x
Các phả ứng trong các buồ ử lý [20].
Nhiên liệu đƣợc phun vào là khí ê
m -tan (CH4). Lúc này buồ ứ ấ ô
ng ch a ch t -
xy c hi -
hoá sẽ thự ện quá trình ô xy hoá CH4 n ph
để cho ra các sả ẩm nhƣ: CO, CO2,
H2O, và H2. Phƣơng trình ô-xy hoá CH4 nhƣ sau:
4 2 2 2 2
2 2 3
CH O CO H CO H O
     (1-11)
Các khí này tiế ục đi vào buồ ển hoá để ự ệ ếp quá trình
p t ng chuy th c hi n ti
chuyển hoá khí CH4 thành khí CO2 và H2.
4 2 2 2
3
CH H O CO H
   (1-12)
Các khí này lạ ế ục đi vào buồ ử lý LNT để ự ện quá trình tái
i ti p t ng x th c hi
t o l i bu ng x u ki h n h
ạ ạ ồ ử lý LNT. Trong điề ện ỗ ợp giàu nhiên liệu quá trình giải
phóng N2 x n ng (1-13 -14), (1-15 c th hi
ảy ra theo các phả ứ ), (1 ) và đƣợ ể ện trên
H 11
ình 1. .
 
3 2 2
2
1
2
2
Ba NO BaO NO O
   (1-13)

- -
20
 
3 2
2
1
2
2
Ba NO BaO NO O
   (1-14)
2 2
1
2
NO CO N CO
   (1-15)
Hình 1.11 Quá trình giải phóng N 2 trong hỗ ợp giàu nhiên liệ
n h u [20].
Nhƣ vậ ột chu trình ấ ụ
y m h p ph NOx và giải phóng N2 đã kết thúc. Van khí
thải trƣớ ồ ử lý lạ ở ra và van khí thải trên ố ỗ ại đóng lại quá trình
c bu ng x i m ng r ng l
h p ph
ấ ụ NOx l i b u.
ạ ắ ầ
t đ
H ng b y NO
ệ thố ẫ x v i h n h u su t x
ớ ỗ ợp nghèo (LNT) có hiệ ấ ử lý rất cao (có
thể đạt trên 90%) và chủ ếu đƣợ ử ụng trên các phƣơng tiệ ỡ ỏ vì
y c s d n diesel c nh
tính kinh tế kém xa hệ ố ử lý xúc tác chọ ọ
th ng x n l c SCR.
b. B x n l c (SCR)
ộ ử lý xúc tác chọ ọ
Phƣơng pháp xử lý xúc tác chọ ọ ử
n l c kh NOx (SCR-Selective Catalytic
Reduction) là phƣơng pháp khử ụ
liên t c NOx. Dƣới tác dụ ủ ất xúc tác, NO
ng c a ch x
b kh
ị ử thành N2 và H2O, thƣờng dùng chấ ử
t kh là NH3. Tuy v y, vi
ậ ệc lƣu trữ NH3
là rất khó khăn nên ngƣờ ạ
i ta t o ra NH3 m p t ph n ng th
ột cách gián tiế ừ ả ứ ủy phân
urea. Tuy nhiên ở ạ ất là dạ ộ khó có thể đƣa vào khí thả ớ
urea d ng tinh ch ng b t i v i
lƣợng xác định đƣợc. Và đó là lí do ngƣờ ả ử ụ ớ ạ
i ta ph i s d ng urea dƣ i d ng dung
d ch. M t trong nh ng s n ph c s u nh t hi
ị ộ ữ ả ẩm thƣơng mại đƣợ ử dùng nhiề ấ ện nay là

- -
21
dung d ch Adblue (32,5% urea
ị ).
Hình 1.12 ng c a h ng SCR.
Sơ đồ nguyên lý hoạ ộ
t đ ủ ệ thố
Nguyên lý làm việc đƣợ ần chƣơng 2.
c trình bày rõ trong ph
1.3 Kết luận chƣơng 1
Đố ới các thành phần phát thải độ ại trên động cơ diesel đều đã đƣợ
i v c h c
nghiên cứu để ả ể để đạt đƣợc các tiêu chuẩn khí t ải ngày càng ngặt nghèo
gi m thi u h
hơn ộ ô xy hóa DOC xử lý đƣợ hai thành phần khí CO và HC, bộ ọc phát thả
. B - c l i
d ng h t DPF lo i b ph n l n h t PM. Ch n NO
ạ ạ ạ ỏ ầ ớ ạ ỉ còn thành phầ x từ động cơ nói
chung, hay xe t a ch
ải nói riêng thì ần nghiên cứ ự
c u l ọ ện pháp phù hợp để ử
n bi x lý.
SCR là hệ ống hàng đầu trong công nghệ ảm phát thả
th gi i NOx khi xem xét
t ng th : hi u su t kh
ổ ể ệ ấ ử NOx n xu t. B x
và giá thành sả ấ ộ ử lý NOx t kh
dùng chấ ử trực
tiếp là NH3 ng l i t b
chỉ đƣợc dùng trong các trạm độ ực tĩnh tạ do các thiế ị đi kèm rất
c ng k nh. i v ng s d ng
ồ ề Đố ới phƣơng tiện giao thông, SCR thƣờ ử ụ NH3 d
ở ạng gián
tiế ức là sử ụng các dẫ ất để ạ
p, t d n xu t o ra NH3 (urea, ...). B x
ộ ử lý khử NOx cho xe
t urea ( ) s d ng cho h
ải dùng dung dịch AdBlue ử ụ ệ thống SCR, có thể đạt tiêu chuẩn
khí thả ứ 4 và ứ ề
i m c m c 5 v NOx.
D a ch
ựa trên các giải pháp giảm phát thải, tác giả đã lự ọn “Nghiên cứ ế
u thi t
k , ch t o b u khi n phun urea cho b x
ế ế ạ ộ điề ể ộ ử lý xúc tác SCR lắp trên động cơ
diesel”.

- -
22
Chƣơng 2. BỘ XỬ LÝ XÚC TÁC CHỌN LỌC (SCR)
2.1 Nhiệm vụ và phân loại
2.1.1 Nhiệm vụ
- n l c kh
Phƣơng pháp xử lý xúc tác chọ ọ ử NOx (SCR - Selective Catalytic
Reduction) là phƣơng pháp khử liên tục NOx. Dƣới tác dụ ủ ất xúc tác thì
ng c a ch
NOx b kh
ị ử thành N2.
- H u khi n phun urea cho b nh t
ệ thống điề ể ộ SCR làm việc ổn đị ại các chế độ
làm việc khác nhau của động cơ diesel có công suất kho ng 80 ML.
ả
2.1.2 Phân loại
2.1.2.1 Phân loạ ấ ử
i theo ch t kh
H ng SCR kh
ệ thố ử NOx s d t kh - -ni-
có thể ử ụng các chấ ử khác nhau (Am mô
ắc, ê đrô các bon). Theo các chấ ử đƣợ ử ụng thì có thể phân
- -non, hy-
ta - t kh c s d
thành:
 H ng x n l c s d ng am- -ni- c (NH
ệ thố ử lý xúc tác chọ ọ ử ụ mô ắ 3-SCR;
urea-SCR)
 H ng x d - -non (EtOH-
ệ thố ử lý xúc tác sử ụng ê ta SCR)
 H ng x d ng hy- -bon (HC-SCR)
ệ thố ử lý xúc tác sử ụ đrô các
(1) H ng x n l c s d ng NH
ệ thố ử lý xúc tác chọ ọ ử ụ 3 (NH3-SCR; urea-SCR)
i. Các phương trình phả ứng chính
n
Đố ớ SCR thì cần có quá trình thủy phân urea thành NH
i v i urea- 3 theo
phƣơng trình (2 ồ
-1, 2-2), r i NH3 tham gia khử NOx:
*) Ph n ng th
ả ứ ủy phân urea:
2 2 2 3 2
( ) 2
NH CO H O NH CO
   (2-1)
2 3 2
HNCO H O NH CO
   (2-2)

- -
23
2
298
3608
5
95,914 /
2.10 T
HNCO HNCO H O
H kJ mol
R e C C

  

*) Ph n ng kh
ả ứ ử NOx b ng NH
ằ 3
i) Ph n ng nhanh:
ả ứ
3 2 2 2
2 2 3
NH NO NO N H O
    (2-3)
3
3 2
3
298
3007
6
3
378,534 /
2,53.10
1 1,2024.10
NH
T
NH NO NO
NH
H kJ mol
C
R e C C
C


  


ii) Ph n ng chu
ả ứ ẩn:
3 2 2 2
4 4 4 6
NH NO O N H O
    (2-4)
3
3
3
298
7151
8
3
407,129 /
2,36.10
1 1,2024.10
NH
T
NH NO
NH
H kJ mol
C
R e C
C


  


iii) Ph n ng ch
ả ứ ậm:
3 2 2 2
8 6 7 12
NH NO N H O
   (2-5)
3
3 2
3
298
8057
8
3
341,664 /
7,56.10
1 1,2024.10
NH
T
NH NO
NH
H kJ mol
C
R e C
C


  


*) Ph n ng kh p NO
ả ứ ử trực tiế x b ng urea:
ằ
c t , khi dung d y
Trên thự ế ịch urea chƣa thủ phân hoàn toàn mà vẫn đi vào bộ
xúc tác thì cũng tiến hành khử NOx, dù vớ ệ ấ ử kém hơn:
i hi u su t kh
2 2 2 2 2
2( ) 6 5 2 4
NH CO NO N CO H O
    (2-6)

- -
24
2 2 2
4 6 5 4 2
HCNO NO N CO H O
    (2-7)
*) Ph n n - t - - -
ả ứng không mong muố ạo đi ni tơ ô xít:
Phả ứng không mong muốn là các phả ứng không đƣợc ƣu tiên chọ ọ
n n n l c,
c bao g
ụ thể ồm:
i) ô xy hóa chấ ử ạo thành “chất độ ạ hơn”
- t kh t c h i (khí N 2O) so v i ch t c
ớ ấ ần
x n ng (2-8), (2-9) (2-10). n
ử lý trong khí thải, đó là các phả ứ và Các phả ứng này tạo
chất khí N2 O, là chấ ộ ạ ất gây ệ ứng nhà kính mạ ẽ
t đ c h i và là ch hi u nh m .
ii) ô xy hóa chấ ử ạ ạ ấ ầ ử
- t kh t o l i ch t c n x lý n ng (2-11).
(khí NO), đó là phả ứ
Phả ứng này làm giả ệ ả ển đổ
n m hi u qu chuy i NOx n h n ch .
nên cầ ạ ế
iii) ô xy hóa chấ ử
- t kh , n ng (2-12). Ph
đó là phả ứ ản ứng này làm suy giảm
lƣợ ấ
ng ch t khử làm cho việ ịnh lƣợ ấ ử ủ ệ ố ấ ị sai sót.
, c đ ng ch t kh c a h th ng cung c p b
3 2 2
2 8 5 3
NH NO N O H O
   (2-8)
3 2 2 2
5
2 4 3 6
2
NH NO O N O H O
   
(2-9)
3 2 2 2
2 2 3
NH O N O H O
   (2-10)
3 2 2
4 5 4 6
NH O NO H O
   (2-11)
3 2 2 2
4 3 2 6
NH O N H O
   (2-12)
*) Ph n ng b t l
ả ứ ấ ợi:
Ngoài các phả ứng không mong muốn thì còn có các phả ứ ấ ợ
n n ng b t l i cho
chính b c đ
ộ xúc tác, đó là việ ầu độ ộ xúc tác, tắ
c b c bộ xúc tác.

- -
25
i) Ph n ng t o mu -
ả ứ ạ ối a môn:
3 2 2 2 4 4
1
( )
2
NH SO O H O NH HSO
   
(2-13)
3 2 2 2 4 2 4
1
( )
2
NH SO O H O NH SO
   
(2-14)
3 2 4 3 2 2
2 2
NH NO NH NO N H O
    (2-15)
ii) Ph n ng t o c n nh a, po- -
ả ứ ạ ặ ự li me:
2 2
( )
NH CO  c n nh a
ặ ự (2-16)
3 3 6 6
3 ( )x
HNCO NH me la nin C N H
    (2-17)
u c ng s [35]
Các công trình nghiên cứ ủa Schmieg và cộ ự chỉ ra các thành
ph -
ần chính khi ô xy hóa NH3 c th hi
ở các nhiệt độ khí xả khác nhau, đƣợ ể ện trên
Hình 2.1. K t qu u cho th
ế ả nghiên cứ ấy điều thú vị đó là quá trình ô xy hóa NH
- 3 chỉ
x y ra v l
ả ới nhiệt độ ớn hơn 300 o
C và mứ ộ ô xy hóa tăng theo nhiệ ộ ối đa chỉ
c đ - t đ , t
có 15% ở 550 o
C ( ). Khi NH
Hình 2.1 a 3 b - c ki ng
ị ô xy hóa làm cho việ ểm soát lƣợ
phun urea cung c p cho h ng ph
ấ ệ thố ức tạp hơn.
ra r n l
Cũng trong nghiên cứu này, nhóm tác giả chỉ ằng độ chọ ọc trên hệ xúc
tác Zeolite ƣu thế ạ
t o N2, còn tạ ỉ ớ ạ
o NO ch v i 2%, t o N2O v i 1% t t
ớ là cao nhấ ại
vù ệt độ
ng nhi 550 o
C ( ). ng trong vi c xem
Hình 2.1 b Điều này có ý nghĩa quan trọ ệ
xét việ ổ
c t n hao NH3 -
do ô xy hóa, đồ ời không hình thành thêm NO làm giả
ng th m
hi u su t kh
ệ ấ ử NOx c a h ng SCR.
ủ ệ thố

- -
26
Hình 2.1 Ô-xy hóa NH3 [35].
theo nhiệt độ trên hệ xúc tác Zeolite
V i GHSV 90000 h
ớ -1
, 300 ppm NH3, 10% O2, 5% CO2 , 5% H2O
Năng
suấ
ố
nguyên
tử
t
(%
s
N)
Nhi (
ệt độ o
C)
S n ph -
ả ẩm ô xy hóa NH3
Nhi (
ệt độ o
C)
Hiệ
ấ
ển
đổ
u
su
t
chuy
i
NH
3
(%
a)
b)

- -
27
H ng x
ệ thố ử lý xúc tác NH3- i h -na-
SCR đƣợc ô xi hóa bở ệ xúc tác Va đi
(V2O5) trên cơ sở ấ
ch t mang TiO2/Al2O3 ho c TiO
ặ 2 [21], th c hi
ự ện quá trình khử
NOx c th hi .
đƣợ ể ện trên Hình 2.2
Hình 2.2 Sơ đồ quá trình khử NOx b ng NH
ằ 3.
ng, vi c t o NH
Trong quá trình hoạt độ ệ ạ 3 -situ (t o
in ạ ra trong quá trình phản
ứng) và NH3 c t
đƣợ ạo ra ngay trên bề ặt xúc tác sẽ cho chúng ta mộ ệ ấ
m t hi u su t
chuyển hóa NOx r n ph m kh
ất cao và gần nhƣ sả ẩ ử chỉ là N2. Cơ chế ử
kh NOx b ng
ằ
NH3 trên hệ xúc tác V2O5 hi .
đƣợc thể ện trên Hình 2.2
H ng s d ng c ti p NH
ệ thố ử ụ trự ế 3 cho hi u su t kh t i s d ng
ệ ấ ử ốt hơn so vớ ử ụ
gián tiếp NH3 p ph i m t s h n
thông qua thủy phân urea. Tuy nhiên, khi này gặ ả ộ ố ạ
chế ồ ề ệ ố ứ
c ng k nh do h th ng ch a NH3 t cao, h ng cung c p NH
ở áp suấ ệ thố ấ 3… Để
s d n v n t d p NH
ử ụng trên phƣơng tiệ ậ ải thì giải pháp đó là sử ụng gián tiế 3 p
chấ
nh n vi u su t kh gi u.
ậ ệc hiệ ấ ử ả ề
m ít nhi
ii. Đặ ể ử
c đi m kh NOx b ng NH
ằ 3
Quá trình khử NOx thì NO2 ng, NO
luôn là tác nhân hoạ ộ
t đ 2 s ph ng tr
ẽ ản ứ ực
tiế ớ
p v i NH3, trong khi NO s b t ph
ẽ ị oxi hóa mộ ần thành NO2 c
và tốc độ ủa quá

- -
28
trình đạ ấ ỉ ệ
t cao nh t khi t l 2 3
: :
NO NO NH trong h n h
ỗ ợp là 1 : 1 : 2 . Trong
nh ng k t qu u m i nh t c a Nguy n ng nghi p [22,23,24]
ữ ế ả nghiên cứ ớ ấ ủ ễ Lê Phúc và đồ ệ
cũng cho thấy NH3 kh
có t c đ
ố ộ ử NOx r t nhanh.
ấ
n c ch n l ng c
Bên cạnh các phả ứng chính đƣợ ọ ọc dƣới tác dụ ủa xúc tác có lợi
cho vi c kh
ệ ử NOx n ng ph b t l i cho s c c a b
thì còn có các phả ứ ụ ấ ợ ự làm việ ủ ộ xúc
tác nói riêng và củ ệ ống SCR nói chung.
a h th
iii. Các nhân tố ảnh hưởng
- Nhiệt độ và tốc độ không gian
Hình 2. Hiệu suất khử theo nhiệt độ ở các mức lưu lượng khí xả khác nhau [3].
3
Để đánh giá “lƣu lƣợng khí xả đi qua bộ xúc tác” hay còn gọi là “thời gian
lƣu trú của khí xả trên bộ xúc tác” thì có thông số vận tốc không gian SV:
x
Q
V
SV
V V

 
Trong đó: Qx: Lƣu lƣợng khí xả
V: Thể tích bộ xúc tác
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
200 250 300 350 400 450 500 550
55 000 h-1 80 000 h-1 140 000 h-1
Nhiệt độ (OC)
Hiệu
suất
chuyển
dổi
NO
x
(%)

- -
29
Từ công thức ta nhận thấy khi khảo sát cùng thể tích bộ xúc tác thì lƣu lƣợng
khí xả tỷ lệ thuận với vận tốc không gian.
Qua đồ thị thể hiện trên thì hiệu suất khử tăng khi nhiệt độ của bộ
Hình 2.3
xúc tác tăng từ 250 đến 400 o
C. Khi nhiệt độ lớn hơn 400 o
C thì hiệu suất khử bắt
đầu giảm, điều này có thể lý giải bằng việc với vùng nhiệt độ này, phản ứng khử
NOx chọn lọc không cao. Ngoài ra, còn xảy ra các phản ứng không mong muốn đó
là ô-xy hóa NH3.
- Ảnh hưởng của thành phần NO2
Hình 2.4 u su t chuy
Hiệ ấ ển đổi NOx ph c t l
ụ thuộ ỷ ệ mol 2/ x
NO NO
r 200
ở o
C [30].
Thành phần NO2 ng l n t i hi u su t chuy
có trong khí xả ảnh hƣở ớ ớ ệ ấ ển đổi
NOx, đặ ệ ở vùng nhiệt độ ấp. Khi thành phần khí không ƣu tiên cho phả
c bi t khi th n
ứ ọ ọ ử
ng ch n l c kh NOx, lƣợng khí dƣ (NOx, SOx, NH3) l i t o ph n ng t o mu i a-
ạ ạ ả ứ ạ ố
môn thì hoàn toàn không tố ộ xúc tác và môi trƣờng. Nhƣ trên ở
t cho b Hình 2.4,
nhi p 200
ệ ộ
t đ thấ o
C thì ỷ ệ
t l mol 2/ x
NO NO
r u qu chuy
tăng từ 0 đến 50% thì hiệ ả ển đổi
NOx n c l
tăng đế ực đại. Sau đó tỷ ệ mol 2/ x
NO NO
r u qu
tăng khi lớn hơn 50% thì hiệ ả
chuy i NO
ển đổ x gi m d n.
ả ầ
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
Cu-SCR Fe-SCR V-SCR
Tỷ lệ mol NO2/NOx (%)
Hiệu
suất
chuyển
đổi
NO
x
(%)

- -
30
Hình 2.5 u su t chuy
Hiệ ấ ển đổi NOx và tạo thành N2O theo nhiệ ộ ớ
t đ v i thành
ph n NO
ầ 2 [39].
khác nhau trên hệ xúc tác Zeolite
V i: GHSV 90000 h
ớ -1
nồng độ NOx: (300 ppm NO, 150 ppm NO + 150 ppm
NO2, 225 ppm NO2), 10% O2, 5% H2O và 5% CO2.
Trong th c t k
ự ế ỹ t, bi d - ng
thuậ ện pháp sử ụng xúc tác để ô xy hóa khí thải độ
cơ diesel (DOC) ban đầu để ô xy hóa HC và CO để ạo thành CO
- t 2, H2O. Ngoài ra,
DOC còn làm tăng tỷ ệ
l mol 2/ x
NO NO
r u qu chuy i c a b x
để tăng hiệ ả ển đổ ủ ộ ử lý xúc
tác.
0
20
40
60
80
100
200 250 300 350 400 450 500 550
1,0 0,5 0,0
Nhiệt độ (oC)
Hiệu
suất
chuyển
đổi
NO
x
(%)
NO2/NOx:
a)
0
5
10
15
20
200 250 300 350 400 450 500 550
1,0 0,5 0,0
Nhiệt độ (oC)
Tạo
N
2
O
(%
nguyên
tử
N)

- -
31
V i
ớ 2/ 50%
x
NO NO
r  thì cho hiệ ấ ển đổ
u su t chuy i NOx ph n l
cao ở ầ ớn vùng
nhi c t c h
ệt độ, tuy nhiên, đi cùng với điều này là việ ạo ra thành phần khí độ ại là
N2O [39]. M o N
ức tạ 2O có thể đế ở ứ ệ ộ
n 20% m c nhi t đ 300 o
C nhƣ trên Hình 2.5.
- ng c a n SO
Ảnh hưở ủ ồng độ 3 i
trong khí thả
Hình 2.6 N - n SO
ồng độ các muối a môn theo thành phầ 3 [32].
Khả năng tạ ố
o mu i a-môn đƣợc bi c
ết đế ộ xúc tác làm việ
n khi b ở vùng nhiệt
độ ấ
th p (200-300 o
C). Khi nồng độ NH3 o mu i a-
càng cao thì khả năng tạ ố môn càng
cao. Khi nhiệ ộ ấp thì khả năng tạ ố
t đ th o mu i a-môn cao hơn.
Khi t l mol
ỷ ệ 3 3
/ 1
NH SO
r  thì tạo thành 4 4
( )
NH HSO - - -
(a môn hy đrô sun phát),
khi t l mol
ỷ ệ 3 3
/ 2
NH SO
r  thì tạo thành  
4 4
2
NH SO - - l mol
(a môn sun phát), còn tỷ ệ
n m trong (1- ng th 2 mu i a-
ằ 2) thì tạo ra đồ ời cả ố môn.
- ng c a t l
Ảnh hưở ủ ỷ ệ mol 3/ x
NH NO
r
Hình 2.7 hi n hi u su t chuy i NO
thể ệ ệ ấ ển đổ x l mol
phụ thuộc vào tỷ ệ 3/ x
NH NO
r
ở ệ ộ
các vùng nhi t đ khác nhau.

- -
32
Hình 2.7 u qu chuy i theo t l mol
Hiệ ả ển đổ ỷ ệ 3/ x
NH NO
r ở ệ ộ khác nhau
các nhi t đ trên
h .
ệ xúc tác Zeolite
V i: GHSV 90000 h
ớ -1
, 300 ppm NO, 10% O2, 5% H2O và 5% CO2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,8 0,9 1 1,1 1,2
:200 C
:225 C
:250 C
:300 C
:350 C
:400 C
:450 C
:500 C
:550 C
Tỷ lệ NH3/NOx
Hiệu
suất
chuyển
đổi
NO
x
(%)

- -
33
Qua Hình 2.7 ta nh n th y, nh
ậ ấ Ở vùng nhiệt độ ỏ hơn 300 o
C thì ển đổ
chuy i
NOx gi ng NH
ảm khi tăng lƣợ 3. Điều này chỉ ằ
ra r ng NH3 c ch ph n ng v
đã ứ ế ả ứ ới
NO trong h n l m l
ệ xúc tác chọ ọc ở ức độ thấp. Còn với vùng nhiệt độ ớn hơn 300
o
C, xu hƣớ ả ứng ô xy hóa khử thay đổi theo hƣớ ả ệ ệ ấ
ng ph n - ng c i thi n hi u su t
chuy i khi
ển đổ tăng nồng độ NH3.
*) Ưu nhượ ể ứ ụ
c đi m khi ng d ng
Trong các chất khử này thì NH3 cho thấy khả năng cho độ chọn lọc của quá
trình khử NOx về N2 rất cao và đồng thời cũng cho hiệu suất chuyển hóa rất cao.
Chúng ta cũng có thể thấy khi dùng NH3 làm chất khử NOx thì sản phẩm của
quá trình không thể là NH3, do đó độ chọn lọc của sự khử NOx ở đây chỉ là giữa
N2O và N2 [2].
(2) H ng x d - -non (EtOH-SCR)
ệ thố ử lý xúc tác sử ụng ê ta
Nhữ ợ ế ử ụng nhiên liệ ọc thay vì hy đrô các ừ hóa
ng l i th khi s d u sinh h - -bon t
thạch đã đƣợc nghiên cứu và phát triể ững năm gần đây và có triể ọ
n trong nh n v ng
trong tƣơng lai khi mà giá dầ ỏ không ngừng tăng và dầ ạ ệt trên toàn cầ
u m n c n ki u.
Đƣờng đƣợ ế ấ ừ ự ật nhƣ: mía, củ ải, ngô, lúa… có thể đƣợ ể
c chi t xu t t th c v c c chuy n
đổi thành ê ọ ặ ọ ằng quá trình lên men sử ụ
- -non sinh h
ta c ho c bu- -non sinh h
ta c b d ng
các loạ ẩn khác nhau. Không chỉ
i men-vi khu thay th - -non
ế xăng, ê ta còn có thể đƣa
vào đƣờ ả ự ệ ử
ng th i th c hi n kh NOx.
i. Các phả ứng chính
n
Các phả ứ ảy ra đƣợ ể ệ cơ chế ử
n ng x c th hi n trong kh NOx hi
thể ện trên Hình
2.8.

- -
34
Hình 2.8 Cơ chế khử NOx b - -non [36
ằng ê ta ].
ii. Đặ ể ử
c đi m kh NOx b - -non
ằng Ê ta
Ê ị ô xy hóa mộ ầ ở
- -non b
ta - t ph n b i O2 , trên bề ặt xúc tác hấ ụ
m p ph NO2, từ
đó phả ứ ạo thành a xê tôn an đê hít. Ngoài ra, a xê tôn an đê hít có thể đƣợ
n ng t - - - - - - - - c
t o ra b i ph n ng gi - -non v
ạ ở ả ứ ữa ê ta ới NO trong pha khí.
iii. Các nhân tố ảnh hưởng
Miyadera và cộ ự đã phát kiế ử ụng xúc tác Ag/Al
ng s [19] n s d 2O3 kh
để ử
NOx b - -non.
ằng ê ta
Hình 2.9 cho th y r ng hi u su t chuy
ấ ằ ệ ấ ển đổ ớ ất là 80% ở vùng nhiệt độ
i l n nh
250 400
– o
C. Đặc điểm này rấ ốt vì rằ ả ứng này xảy ra trong khi còn có
t t ng ph n
m t c hi n m t m nh c i v i lo i ch t kh
ặ ủa 10% hơi nƣớc, nó thể ệ ặ ạ ủa SCR đố ớ ạ ấ ử này so
v t kh
ới chấ ử là NH3.
V t kh p (200-350)
ới các chấ ử khác nhau, ở vùng nhiệt độ thấ o
C thì a xê tôn
- -
cho hiệ ấ
u su t kh th
ử ấp hơn.
Gi NO
ữ prô non và 2 prô non thì 2 prô ử
a 1- -pa- - -pa- - -pa-non kh x tốt hơn, với
cùng nhiệt độ thì hiệ ấ ử ớn hơn khoả
u su t kh l ng 15-25%.

- -
35
Hình 2.9 u su
Hiệ ất khử NOx theo nhiệt độ trên hệ xúc tác Ag/Al2O3 [19].
Điề ệ
u ki n: NO 500 ppm, CHx 1000 ppm (1- -pa-non, 2- -pa-non, a- -
prô prô xê tôn 333
ppm; ê non 500 ppm; mê
- -
ta - -non 1000 ppm), O
ta 2 10%, CO2 10%, H2O 10%.
H nh 2.10 ng c a SO
ì Ảnh hưở ủ 2 và H2O đế ệ ấ ử
n hi u su t kh NOx v - -
ới Ê ta non trên
hệ xúc tác Ag/Al
2O3 [19].
Đ ề ệ
i u ki n: NO 800 ppm, O2 - -non 2400 ppm
10%, ê ta
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
250 300 350 400 450 500 550
Nhiệt độ (oC)
Hiệu
suất
chuyển
đổi
NOx
(%)
Mê- -non
ta
1- -pa-non
Prô
A- -
xê tôn
Ê-ta-non
2- -pa-non
Prô

- -
36
Trên Hình 2.10 hi n s ng c a SO
thể ệ ự ảnh hƣở ủ 2 có trong thành phần khí thải
đế ệ ả ển đổ
n hi u qu chuy i NOx c a SCR. S t c a SO
ủ ự có mặ ủ 2 m hi u qu
làm giả ệ ả
chuy i khi h nhi p.
ển đổ ệ xúc tác ở ệt độ thấ
iv. Ưu nhượ ể ứ ụ
c đi m khi ng d ng
Ƣu điểm hàng đầ ủ ệ ố là tậ ụng nhiên liệ ế
u c a h th ng EtOH-SCR n d u thay th
để ử ụng, điều này làm cho việ ứng ê ậ ệ Ngoài ra, hiệ ả
s d c cung - -non thu
ta n ti n. u qu
chuy i NO
ển đổ x ng b - nh.
ít bị ảnh hƣở ởi hơi nƣớc và ô xít lƣu huỳ
(3) H ng x d ng hy- -bon (HC-SCR)
ệ thố ử lý xúc tác sử ụ đrô các
i. Các phả ứng chính
n
Iwamoto và cộ ự [5,6] cũng nhƣ Held và cộ ự [10] đã phát triể ệ
ng s ng s n h
xúc tác Zeolite Cu 5 để ử ới các hy đrô các kan và an
-ZSM- kh NO v - -bon (an- -ken)
trong điề ện đủ ô
u ki -xy.
Hình 2.11 Sơ đồ cơ chế khử NOx b ng hy- -bon
ằ đrô các
Quá trình khử NOx t o N
ạ 2 v i h -SCR c gi i thi
ớ ệ HC đƣợ ớ ệu thông qua cơ chế
ba bƣớc nhƣ trên Đầu tiên, thự ện quá trình ô xy hóa NO tạ
Hình 2.11. c hi - o NO2.
Sau đó, NO2 c hi t kh HC. Cu n ng kh
thự ện kích hoạt các chấ ử ối cùng, các phả ứ ử
NO dẫn đế ự hình thành N
n s 2.
Các phả ứ
n ng:
2 2 2 2
( )
2 4 2 2
x y
t y y t
C H tNO x O xCO H O N
       (2-18)

- -
37
ii) Đặ ể ử
c đi m kh NOx b ng hy- -bon
ằ đrô các
Hình 2.12 u su
Hiệ ất khử NOx v - -bon [13].
ới các hy đrô các
Iwamoto và cộ ự ấ
ng s [13] cho th y hi u qu chuy i NO
ệ ả ển đổ x cao khi làm việc
ở ệt độ ấ ả ứ ớ ạt độ ủa ô xy trong prô ệ ấ
nhi th p. Ph n ng v i ho ng c - -pen-SCR cho hi u su t
cao ở ệt độ khí thải cao đế
nhi n 500 o
C, gi m nhi u khi nhi
ả ề ệt độ cao hơn nữa do quá
trình ô-xy hóa không chọ ọ ữ
n l c prô-pen n a.
iii) Các nhân tố ảnh hưởng
Theo các nghiên cứu, xúc tác Zeolite tối ƣu phụ thuộc chính vào các chất
kh s d ng, m t ph n ph i. C
ử ử ụ ộ ầ ụ thuộc vào cation trao đổ ụ thể, các chất xúc tác
Zeolite H ZSM ZSM
- -5 v i ch t kh - - - -non [9], Zeolite Ga-
ớ ấ ử là mê ta non và ê ta -5
[27,15] và Co ớ ấ ử là khí mê
-ZSM-5 [16], MOR [16,28] v i ch t kh -tan.
Gopalakrishnan và cộ ự [7] có thự ện nghiên cứu so sánh hoạt độ
ng s c hi ng
c -pan- 400
ủa prô SCR ở o
C trong các xúc tác Zeolite, với cation 1%Cu. Tác giả ỉ
ch
ra r ng Cu- -5 cho hi u su t chuy i t t nh t (90%), ti p theo l -MOR
ằ ZSM ệ ấ ển đổ ố ấ ế à Cu
(63%), trong khi Cu- -
X và Cu Y lại kém (<10%).

- -
38
Hirabayashi và cộ ự [11] đã so sánh hoạt độ ủa ê
ng s ng c -ty- -SCR v
len ới các
xúc tác Pt 5 và Fe ở
- -5, Cu- -
ZSM ZSM -MOR 300 o
C. Tác giả ỉ ằng xúc tác
ch ra r
ch a cho hi
ứ Platinum ệ ấ
u su t kh t.
ử ố ấ
t t nh
iv) Ưu nhượ ể ứ ụ
c đi m khi ng d ng
t c a h ng HC-SCR so v i lo i urea- d
Tính ƣu việ ủ ệ thố ớ ạ SCR là sử ụng xúc tác
không bị ảnh hƣở ở ồng độ lƣu huỳnh trong nhiên liệ
ng b i n u hay SO2 có trong khí
x .
ả
2.1.2.2. Phân loạ ệ
i theo h xúc tác
Theo hệ xúc tác có các nhóm chính:
i) Xúc tác đi
Va-na- (V2O5), Zeolith (Cu-Zeolites, Fe-Zeolites) - s d ng
ử ụ
cho NH3-SCR, urea-SCR.
ii) Xúc tác trên nề ất mang oxít ba zơ: Pt/SiO
Platinum n ch - 2, Pt/Al2O3,
Rh/SiO2, Pd/SiO2 s d ng cho HC-SCR.
– ử ụ
iii) Xúc tác Ag/Al2O3 s d ng cho EtOH-SCR.
ử ụ
a. -na- V
Xúc tác Va đi 2O5 cho NH3-SCR, urea-SCR

- -
39
Hình 2.13 ng NH
Cơ chế khử NO bằ 3 trên hệ xúc tác V2O5 [4].
Xúc tác Va đi sử ụ ớ
-na- d ng cho SCR v i V2O5 a ho
là nhân tố chính củ ạt động
xúc tác. Tuy nhiên, để tăng cơ tính và thể tích cho bộ xúc tác thì chất mang là các ô-
xít củ ại. Cơ chế ử ằ
a kim lo kh NO b ng NH3 trên hệ xúc tác V2O5 c th hi
đƣợ ể ện trên
Hình 2.9.
C n
ụ thể, quá trình phả ứng thông qua xúc tác đƣợc thực hiện qua 5 bƣớc:
i) Đầu tiên, NH3 h p ph m nh t o NH
ấ ụ ạ ạ 4
+
cho V5
+
=O-V- )
OH (Hình 2.9 a
ii) Sau đó NO phả ứ ấ ụ
n ng h p ph NH4
+
( )
Hình 2.9 b
iii) Tạ ợ ấ ứ
o h p ch t ph c (Hình 2.9 c)
iv) Tách N2 và H2O khỏi h t ph
ợ ấ
p ch ức (Hình 2.9 d)
v) Cu , V-OH b -
ối cùng ị ô xy hóa tạo thành V5
+
=O và H2O ( )
Hình 2.9 e,f
- ng c a t l
Ảnh hưở ủ ỷ ệ mol 2/ x
NO NO
r n hi u qu i NO
đế ệ ả chuyển đổ x trên hệ xúc
tác V2O5
V l mol
ới động cơ diesel thì tỷ ệ 2/ x
NO NO
r a th i kho ng 5-10%. Tuy
trên cử ả ả
nhiên, lắ ộ DOC thì làm cho tỷ ệ
p b l mol 2/ x
NO NO
r kho ng 50%.
tăng lên, cỡ ả

- -
40
Hình 2.14 l ng th
Sơ đồ ắp đặ ờ
t SCR trên đư ải.
a) Ch - o NO
ỉ có hệ thống SCR, b) Trƣớc hệ thống SCR có bộ ô xy hóa tạ 2
B nhi m v - ng
ộ DOC có ệ ụ ô xy hóa thành phần CH và CO có trong khí xả độ
cơ, đồ ời cũng làm ô xy hóa NO tạ
ng th - o NO2 l mol
làm tăng tỷ ệ 2/ x
NO NO
r , sẽ làm
tăng hiệ ả ển đổ
u qu chuy i NOx c a b ng h
ủ ộ SCR. Khi đó, bộ DOC có tác dụ ỗ trợ tích
c p theo .
ực cho bộ SCR khi đƣợc lắ Hình 2.14
Nghiên cứ ủa Metkar và cộ ự ấ ảnh hƣở ủ
u c ng s [17] cho th y ng c a NO2 n
đế
hi u qu chuy i NO
ệ ả ển đổ x ở các vùng nhiệ ộ
t đ khác nhau.
Hình 2.15 ng c n NO
Ảnh hưở ủa thành phầ 2 n hi u qu
đế ệ ả khử NOx [17].
V -na- y k
ới các nghiên cứu trên hệ xúc tác Va đi, các tác giả cũng cho thấ ết
qu t h p b DOC v i b u qu kh
ả đánh giá khả năng kế ợ ộ ớ ộ SCR để tăng hiệ ả ử NOx b ng
ằ
cách tăng tỷ ệ
l mol 2/ x
NO NO
r a b
ở các nhiệt độ khác nhau củ ộ xúc tác. Theo Hình
2.15, k t qu k t h p DOC-SCR cho th y hi u qu kh
ế ả ế ợ ấ ệ ả ử NOx 13%
tăng gấp đôi từ
lên 26% ở ệt độ
nhi 200 o
C, v i t l mol
ớ ỷ ệ 2/ x
NO NO
r là 10%. Khi tăng nhiệt độ lên 300
o
C thì tỷ l mol
ệ 2/ x
NO NO
r n hi u qu chuy i NO
ảnh hƣởng ít đế ệ ả ển đổ x.
Nhi (
ệt độ o
C)
Hiệ
ấ
ể
ổ
u
su
t
chuy
n
đ
i
NO
x
(%)
T
l
ỷ
ệ
NO
2
/NO
x
(%)

- -
41
Qua đây ta nhậ ấ ộ ầ ải có xúc tác ô xy hóa NO thành NO
n th y, b DOC c n ph - 2
ho ng t p (200-300
ạt độ ốt ở vùng nhiệt độ thấ o
C) để ạo đƣợ ỷ
t c t l mol
ệ 2/ x
NO NO
r phù
h p.
ợ
- ng c n hi u qu chuy
Ảnh hưở ủa lưu huỳnh có trong nhiên liệu đế ệ ả ển đổi
NOx trên hệ xúc tác V2O5
Hình 2.16 Suy gi u su theo th i gian khi th b
ảm hiệ ất khử ờ ử ền động cơ với nhiên
li th
ệ ứa 350 ppm lưu huỳ ở ệt độ
u ch nh nhi ấp [18].
V -lanh y v nhi 240
ới động cơ diesel có dung tích xy 12 lít chạ ới khí thải ở ệt độ o
C
trong thời gian 50h.
V i n
ớ ồng độ lƣu huỳnh 350 ppm có trong nhiên liệu, là nhỏ hơn quy đị ề
nh v
lƣợng lƣu huỳnh có trong nhiên liệu đố ới tiêu chuẩ ứ ề khí thả
i v n m c 2 v i (500ppm),
v nhi p b suy gi m hi u su t kh t
ậy mà bộ xúc tác làm việc ở ệt độ thấ ị ả ệ ấ ử ừ 65% còn
30% sau 20h làm việc. Sau 45h, thì hiệ ấ ử ấ ấ ở ứ
u su t kh còn r t th p, m c 15%.
Khi nhiên liệ ứa 1620 ppm lƣu huỳ ời gian phá hỏ ộ xúc tác mấ
u ch nh, th ng b t
8h u v ng c
theo nhƣ Hình 2.17. Các nghiên cứ ề ảnh hƣở ủa thành phần lƣu huỳnh có
Thời gian (h)
Hiệ
ấ
ển
đổ
u
su
t
chuy
i
NO
x
(%)

- -
42
trong nhiên liệ ỉ ằ ớ ệt độ ấp thì hiệ ấ ển đổ
u ch ra r ng, v i nhi th u su t chuy i NOx suy
gi i th b SCR ph c l nh
ảm nhanh. Hay có thể nói, tuổ ọ ộ ụ thuộ ớn vào nồng độ lƣu huỳ
có trong nhiên liệu. Điều này cho thấ ốn tăng chất lƣợng khí thải thì cầ ả
y, mu n ph i
h n ch
ạ ế thành phần lƣu huỳnh trong khí thải.
Hiệ
ấ
ển
đổ
u
su
t
chuy
i
NO
x
(%)

- -
43
Hình 2.17 Suy gi u su theo th i gian khi th b
ảm hiệ ất khử ờ ử ền động cơ với nhiên
li th
ệ ứa 1620 ppm lưu huỳ ở ệ ộ
u ch nh nhi t đ ấp [18].
b. Xúc tác Zeolite (Cu-Zeolite, Fe-Zeolite) cho NH3-SCR, urea-SCR
Hình 2.18 u qu
Hiệ ả khử NOx c a 2 h -Zeolite
theo nhiệt độ ủ ệ xúc tác Zeolite (Cu
và Fe-Zeolite) [38].
V i: GHSV 30000 h
ớ -1
, 500 ppm NH3, 3 x
/ O 1
NH N
r  , 2 x
/ O
0
NO N
r  , 10% O2, 5% H2O và
5% CO2.
So sánh hiệ ả ử
u qu kh NOx gi hai lo i - -
ữa ạ Zeolite điển hình Cu Zeolite và Fe
Zeolite thì ta nhậ ấy hai Zeolite có các vùng làm việc đạ ệ ấ ử ốt khác
n th t hi u su t kh t
nhau. Đố ớ ệ ả ển đổ
i v i Fe-Zeolite, hi u qu chuy i NOx p nhi p hi u su
thấ ở ệt độ thấ ệ ất
khử tháp, rồi tăng khi nhiệt độ tăng lên 250 o
C. Vùng ệt độ đƣợc coi là tố ệ
nhi t cho h
xúc tác Fe Zeolite là: 250
- -600 o
C, hiệ ấ
u su t khử NOx m c cao (r
ở ứ HSK>80%).
K t qu c ra, h - u qu
ế ả ủa nghiên cứu cũng chỉ ệ xúc tác Cu Zeolite phát huy hiệ ả
chuy i NO
ển đổ x p 175-350
ở vùng nhiệt độ thấ o
C (rHSK>90%). Tuy nhiên, khi nhiệt
độ ệ ấ ển đổ ạ ảm đi.
tăng lên thì hi u su t chuy i l i gi
Trên H 2.20
ình 2.19 và hi n kh c a Fe- -
thể ệ ả năng lƣu trữ ủ Zeolite và Cu
Zeolite u ki n h n h
ở các điề ệ ỗ ợp 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 (oC)
Hiệu
suất
chuyển
đổi
NOx
Thời gian (h)

- -
44
Hình 2.19 H p ph
ấ ụ NH3 v u ki n h n h
ớ ề
i đi ệ ỗ ợp nghèo (10% O2) và giàu (không có
O2) v -Zeolite [38].
ới xúc tác Cu
V i: GHSV 30000 h
ớ -1
, 500 ppm NH3, 5% H2O và 5% CO2
Hình 2.20 H p ph
ấ ụ NH3 v u ki n h n h
ớ ề
i đi ệ ỗ ợp nghèo (10% O2) và giàu (không có
O2) v -Zeolite [38].
ới xúc tác Fe
V i: GHSV 30000 h
ớ -1
, 500 ppm NH3, 5% H2O và 5% CO2
0
0,5
1
1,5
2
2,5
200 250 300 350 400 450 500 550 600
Giàu Nghèo
Nhiệt độ (oC)
Hấp
phụ
NH
3
(g
NH3
/Lmonolith) Cu/Zeolite
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
200 250 300 350 400 450 500 550 600
Giàu Nghèo
Nhiệt độ (oC)
Hấp
phụ
NH3
(gNH3/Lmonolith)
Fe/Zeolite

- 45 -
V i 2 lo -
ớ ại Zeolite thì Fe Zeolite lƣu trữ NH3 i Cu-Zeolite. Xu
ít hơn so vớ
hƣớng nói chung, vớ ệt độ tăng lên thì ấ ụ
i nhi h p ph NH3 gi h p ph v i h n
ảm đi và ấ ụ ớ ỗ
hợp giàu (chế độ làm việc thƣờng xuyên đố ới động cơ xăng) luôn lớn hơn có khí
i v
lên tớ ầ ớ ỗ ợp nghèo (chế độ làm việc thƣờng xuyên đố ới động cơ
i 4 l n so v i h n h i v
diesel).
c. Xúc tác Platinum cho HC-SCR
Các hoạ ộ ủ ạch kim trên hệ ô xít phụ ộ ấu trúc vậ ệ ề
t đ ng c a b - thu c vào c t li u n n
và các kim loạ ợ ử ụng, nói chung là đều làm giả
i đƣ c s d m NOx trong thành phần khí
th i.
ả
K t qu c c th
ế ả ủa các nghiên cứu trên các hệ xúc tác khác nhau đƣợ ể hiện trên
Hình 2.21, cho th y h
ấ ệ xúc tác Pt/SiO2 c nh t cho p -pen-SCR so v
là tích cự ấ rô ới
Pd/SiO2, Pt/Al2 O3. Bên cạnh đó Rh/SiO2, Rh/Al2O3 u, b
cũng đƣợc nghiên cứ ỏi vì
nó cho thấ ự tích cực và có độ ọ ọ ử NOx hơn bạ ệt độ khí
y s ch n l c kh ch kim khi nhi
thải tăng lên.
Nhi (
ệt độ o
C)
Hi
u
su
t
chuy
i
ệ
ấ
ển
đổ
NO
x
(%)

- -
46
Hình 2.21 Xúc tác Al2O3 hoặc SiO2 v i 1% Rh, Pd ho c Pt [30].
ớ ặ
Cơ chế ử NOx trên hệ xúc tác Pt bằ ấ ử ô đƣợ ể ện trên
kh ng ch t kh pr -pen c th hi
Hình 2.22.
Hình 2.22 Cơ chế khử NOx i ch -pen [40].
trên xúc tác Pt vớ ất khử là prô
Cơ chế phân ly NO để hình thành N2 ng v i b
trên xúc tác Pt hoàn toàn giố ớ ộ
x ng (TWC) ng h p t o N
ử lý xúc tác ba đƣờ . NO đƣợc tách ra trên Pt, sau đó tổ ợ ạ 2.
Tuy nhiên, O2 c t n t O
không đƣợ ạo ra, các phầ ử *
có thể đầu độc Pt, làm cho Pt
không còn hoạt động đƣợ ệc phân ly củ ị ô xy hóa hoàn toàn.
c trong vi a NO khi b -
Việ ử ằng các khí: prô
c kh b -pen, H2 ho m b ch kim ph n ng v
ặc CO để làm giả ạ ả ứ ới
O*
, qua đó khôi phụ ại các mạng phân ly NO.
c l
Bên cạ ệ ử NO thành N
nh vi c kh 2 o ra N
thì hệ xúc tác còn vô tình tạ 2O. Cơ
chế ạ
t o N2, N2O t c gi i thi . c t
ừ NO trên xúc tác Pt đƣợ ớ ệu trên H 3
ình 2.2 Thự ế thì
N2O là mộ ấ ệc hình thành N
t ch t trung gian trong vi 2, tuy nhiên phả ứ
n ng chuyển đổi
t N
ừ 2O để ạ
t o N2 n r t ch c bi
là phả ứng có tốc độ ấ ậm trên xúc tác Pt, và đặ ệt là khi
có m t c.
ặ hơi nƣớ

- -
47
Hình 2.23 T o N
ạ 2 và N2O từ trên xúc tác Pt
NO [40].
Tuy nhiên, với nghiên cứ ủa Denton và cộ ự ấ ả ứ
u c ng s [40] cho th y ph n ng
hình thành N2 t N
ừ 2O không xả ồng độ
y ra khi n O2 cao hơn 2%. Vì vậy, quá trình
này không đƣợ ự ện trên khí thả ủa động cơ diesel.
c th c hi i c
Ngoài kim loại quí hiếm đƣợc dùng làm vậ ệu xúc tác thì còn có các kim
t li
lo i i.
ạ thông dụng hơn trên nền các ô xít kim loạ
- C u cho th y h
ác nghiên cứ ấ ệ xúc tác
v i n -
ớ ền là các ô xít (Al2O3, TiO2, ZrO2, MgO) ngâm tẩ ớ
m v i Co, Ni, Cu, Fe, Sn,
Ga, In ho u ho ng t t trong h ng HC-
ặc Ag đề ạt độ ố ệ thố SCR. Ngoài đặc trƣng của các
chấ ử thì các tính chấ ủa các kim loại này cũng rấ ọ ệ ả
t kh t c t quan tr ng trong hi u qu
chuy i NO
ển đổ x.
(4) Xúc tác Ag/Al
2O3 -SCR
cho EtOH
Trên thự ế, ê non có thể ả ứ ự ế ớ pha khí để ạ
c t - -
ta ph n ng tr c ti p v i NOx trong t o
thành ê rít. Tiế ị ô xy hóa, ê rít ƣu tiên tạo thành
-tin ni-tơ- p theo, sau khi b - -tin ni-tơ-
NO2 và CH3CHO. n ng tr c ti
Phả ứ ự ếp trong pha khí này lại có hiệ ấ ấ ấp nên
u su t r t th
không đƣợc nghiên cứ ứ ụng. Tuy nhiên, mộ ố ấ ạo thành trun ủ
u ng d t s ch t t g gian c a
ph n ng l i h p ph
ả ứ ạ ấ ụ trên các xúc tác Ag/Al2O3 cho hi u qu kh
ệ ả ử NOx quan
khả
hơn.
Đầu tiên, ê non đƣợ ấ ụ trên bề ặt nhôm ô xít trên các mạ
- -
tha c h p ph m - ng tinh
thể dƣớ ạ
i d ng -OC2H5. T - - b y t -
ại đây, ê tha non có thể ị phân hủ ạo ê ty-len, ph n ng
ả ứ
này có hiệ ấ ở
u su t cao 350 o
C và phả ứ ử nƣớc này đƣợc thúc đẩ ờ các
n ng kh y nh
m - ng th -
ạng ô xít nhôm. Đồ ời, các mạng ô xít nhôm này cũng chọ ọ ử ê
n l c kh - -
tha
non trong a- - - - u ki
xê tôn an đê hít trong điề ện có mặt O2.

- -
48
A- - - - -
xê tôn an đê hít đƣợc hình thành bởi quá trình ô xy hóa ê ớ
- -non v
tha i O2
và NO2 S t
(nếu có). ự ạo thành có thể là CH3CHO và C2H4, tuy nhiên vớ ự có mặ
i s t
của O2 và NO2 n ch m nh m s kh - -non.
thì hạ ế ạ ẽ ự ử nƣớc của ê tha
Tiế xê ô đê hít có thể ả ứ ới các nhóm hy đrô xít bề
p theo, a- -t n an- - ph n ng v - -
m h p ph d ng a- -
ặt để đƣợc ấ ụ ở ạ xê tát.
A- - n ng r t ch m v i O
xê tát phả ứ ấ ậ ớ 2 và NO2 khi nhiệt độ thấp hơn 300 o
C. Khi
nhi l
ệt độ ớn hơn 300 o
C, a- - -
xê tát bị ô xy hóa thành CO, CO2, H2O. -
Bên cạnh đó, a
xê ả ứ ễ dàng vớ
-tát ph n ng d i NO2 t -
ạo thành R NO2 .
H p ph
ấ ụ NO trên hệ xúc tác Ag/Al2O3 c th hi .
đƣợ ể ện trên H 4a
ình 2.2 Còn
h p ph
ấ ụ NO2 i thi .
đƣợc giớ ệu trên Hình 2.24b
Hình 2.24 a H p ph n
ấ ụ NO trên nề
Al2O3 [40].
Hình 2.24 b H p ph
ấ ụ NO2 n Al
trên nề 2O3
[40].

- -
49
2.1.2.3. Phân loạ ệ ống điề ể
i theo h th u khi n
H u khi n SCR bao g m bi n, m t b u khi
ệ thống điề ể ồm các cả ế ộ ộ điề ển để tính
toán lƣợ ần cung cáp và mộ ệ ố ấ
ng phun urea c t h th ng cung c p urea.
H t c
ệ thống ĐKTĐ đƣợc phân làm hai loại chính, phụ thuộc vào tính chấ ủa
các phẩ ử ệ ống: Điề ể ệ ố ến tính và điề ể ệ ố
n t trong h th u khi n h th ng tuy u khi n h th ng
phi tuy h ng h
ến. Ngoài ra, ệ thống ĐKTĐ còn đƣợc phân ra làm hai loại là hệ thố ở
và hệ ống kín.
th
Đố ớ ệ ố ở, tín hiệ ủa đại lƣợ ần điề ỉnh không đƣợ ử
i v i h th ng h u c ng c u ch c s
d u khi n. H d
ụng trong quá trình tạo ra tác động điề ể ệ thống kín sử ụng phƣơng pháp
điề ể ệch. Tín hiệu đo đƣợ ủa đại lƣợ ần điề ển đƣợc đƣa
u khi n theo sai l c c ng c u khi
ph n h i tr l c s d
ả ồ ở ại đầu vào hệ thống và đƣợ ử ụng trong quá trình tạo ra tác động
điề ể
u khi n.
a. H ng h
ệ thống ĐKTĐ vỏ ở
Hình 2.25 u khi SCR [31].
Sơ đồ khối điề ển vòng hở
Điề ể ấ ểu vòng hở hoàn toàn có thể đáp ứng đƣợ
u khi n cung c p urea theo ki c
tiêu chuẩ ở ứ ớ ức tiêu chuẩn này, thì mức độ ử
n m c 4. V i m kh NOx kho ng 50-
ở ả
60%. Điề ển vòng hở thông thƣờ ự ệ ớ ức năng dự đoán nồng độ
u khi ng th c hi n v i ch

- -
50
NOx ra của động cơ, mục tiêu khử NOx, d u nhi (xem
ữ liệ ệt độ, lƣu lƣợng khí xả
Hình 2.25).
Hiệ ấ ển đổ
u su t chuy i NOx ch gi a n
dƣợc tính bằng chênh lệ ữ ồng độ NOx trong
khí thả ừ động cơ và sau bộ xúc tác chọ ọc. Lƣợ ấ ầ ết để
i t n l ng cung c p urea c n thi
khử NOx gi i h n b i nhi , ch m b o n
ớ ạ ở ệt độ khí xả ất xúc tác, lƣu lƣợng khí xả đả ả ồng
độ NH3 dƣ.
H u khi p ph u su t kh
ệ thống điề ển vòng hở này gặ ải khó khăn khi tối đa hiệ ấ ử
NOx k p v
ết hợ ới lƣợng dƣ NH3 nh chuy
ỏ, đặc biệt trong các chế độ ể ếp. Điều này
n ti
có thể ắ ụ ộ ầ ằng cách đặ ả ế ồng độ
kh c ph c m t ph n b t c m bi n n NOx c b
ở phía trƣớ ộ
xúc tác.
b. Điề ển vòng kín
u khi
Hình 2.26 t u khi
Sơ đồ ổng quát với hệ điề ển kín.
Để đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải cao hơn, từ ẩn 4 lên tiêu chuẩn 5 thì
tiêu chu
hi u su t chuy n i NO
ệ ấ ể đổ x cũng phải tăng lên, điều này cũng làm gia tăng khả năng
tăng NH3 dƣ. Mặc dù nồng độ NH3 dƣ thải ra không quy định, nhƣng thông thƣờng
áp dụ ồng độ
ng n NH3 dƣ trung bình 10 ppm, khi cao nhất cho phép là 25 ppm [26].
Do đó, hệ ống điề ển vòng kí ựa vào việ ểm soát NH
th u khi n d c ki 3 u qu
dƣ và hiệ ả
khử NOx n h i c a c m bi n NO
thông qua phả ồ ủ ả ế x. Tuy nhiên, cả ế
m bi n NOx h n ch
ạ ế
hi u qu ho ng do nh y c m v
ệ ả ạ ộ
t đ ạ ả ới NH3 [26].

- -
51
Phát triể ệ ống điề ể ớ ọng tâm là nhận ra phát thả
n h th u khi n SCR v i tr i NOx
mong mu v i hi u su
ốn cho chu trình thử ớ ệ ất danh nghĩa. Hay nói cách khác, thực
hi n cung c ng urea d n gi m NO
ệ ấp lƣợ ự tính cho mong muố ả x.
Bên cạnh đó, vớ ự ra đờ ủa quy đị Board Diagnostics (OBD) thì bộ
i s i c nh On-
điề ể ầ ải đáp ứ ớ ệ ệ ố phun urea không chính xác, giả
u khi n c n ph ng v i vi c h th ng m
hi u qu chuy i NO
ệ ả ển đổ x do lão hóa chất xúc tác, NOx sinh ra từ động cơ có thay
đổ ề ện môi trƣờng khác nhau.
i và các đi u ki
*) Sơ đồ điề ể ệ ố
u khi n cho h th ng SCR
Hình 2.27 u khi d u ph n h c n NO
Sơ đồ điề ển vòng kín sử ụng tín hiệ ả ồi từ ảm biế x
[31].
C u khi d u ph n h i t c m bi n NO
ấu trúc điề ển vòng kín sử ụng tín hiệ ả ồ ừ ả ế x
đƣợ ể ện nhƣ Nguyên tắc điề ể ựa trên lƣợ
c th hi Hình 2.27. u khi n d ng phun urea danh
nghĩa, và quan sát các tín hiệ ừ ả ế
u t c m bi n NOx. Lƣợ ự ện luân
ng phun urea th c hi
phiên giữa: quá mức và trung bình. Ảnh hƣở ủ ự ến đổi lƣợ
ng c a s bi ng phun urea
ph u c m bi n NO
ả ệ
i quan sát trong tín hi ả ế x.
N i b u c m bi ng
ếu lƣợng phun urea tăng lên và ghi lạ ởi tín hiệ ả ến chi biêt nồ
độ NOx gi c hi ng phun. Trong t ng h
ảm, sau đó thự ện tăng thêm lƣợ rƣờ ợp khi tăng

- -
52
lƣợ ấp mà tín hiệ ả ế ế ồng độ
ng urea cung c u c m bi n cho bi t n NOx gia tăng, đồng
nghĩa với NH3 n gi ng c p urea.
dƣ tăng thì thực hiệ ảm lƣợ ấ
Điề ển có kiểm soát bằ ả ế ồng độ
u khi ng c m bi n n NOx d d
ựa trên bản đồ ữ liệu
v i vi c cung c ng urea m bi n n
ớ ệ ấp lƣợ danh nghĩa. Cả ế ồng độ NOx m v hi
có nhiệ ụ ệu
ch c
ỉ ở các chế độ làm việc không ổn định tƣơng ứ ớ ạng thái làm việ
nh ng v i tr ổn
đị ự ệ ằ ản đồ ữ ệ ựa trên điề ển vòng hở
nh th c hi n b ng b d li u d u khi .
Hình 2.28 u khi u ph n h c m bi n NH
Sơ đồ điề ển vòng kín với tín hiệ ả ồi từ ả ế 3 [31].
Khi s d ng c m bi n NH
ử ụ ả ế 3 u ph n h u khi
để làm tín hiệ ả ồi cho điề ển thì có thể
t u su t chuy i v i gi i h n NH
ối đa hiệ ấ ển đổ ớ ớ ạ 3 n ch
dƣ hạ ế. Tuy nhiên, tùy thuộc vào
NH3 b h p ph trong b u khi n v u ph n h i t c m bi n NH
ị ấ ụ ộ xúc tác, điề ể ới tín hiệ ả ồ ừ ả ế 3
chỉ ả ớ ộ xúc tác ở ệt độ cao, ngày càng tăng. Còn trong điề ệ ệ
kh thi v i b nhi u ki n nhi t
độ ấp” hoặ ảm, điề ể ới tín hiệ ả ồ ừ ả ế
“th c gi u khi n v u ph n h i t c m bi n NH3 ng
có xu hƣớ
làm tăng NH3 dƣ.
Để ả ể ệc không kiểm soát đƣợ
gi m thi u vi c NH3 n h n ch
dƣ thì cầ ạ ế NH3 tích
trữ ộ xúc tác.
trên b
2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
2.2.1 Cấu tạo chung bộ SCR
B SCR bao g ng ph
ộ ồm nhữ ần chính sau (Hình 2.29):

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ điều khiển phun urea cho bộ xử lý xúc tác SCR lắp trên động cơ diesel.pdf

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ điều khiển phun urea cho bộ xử lý xúc tác SCR lắp trên động cơ diesel.pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ điều khiển phun urea cho bộ xử lý xúc tác SCR lắp trên động cơ diesel.pdf

Similar to Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ điều khiển phun urea cho bộ xử lý xúc tác SCR lắp trên động cơ diesel.pdf (20)

More from Man_Ebook

More from Man_Ebook (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ điều khiển phun urea cho bộ xử lý xúc tác SCR lắp trên động cơ diesel.pdf