Thạc Sĩ Nghiên cứu tác động của bộ biến đổi xúc tác đến hàm lượng các chất độc hại trong khí thải động cơ di

Luận văn thạc sĩ năm 2011
Đề tài: Nghiên cứu tác động của bộ biến đổi xúc tác đến hàm lượng các chất độc hại trong khí thải động cơ diesel
Luận văn được bố cục thành 4 chương:
Chương 1: Tổng quan vềô nhiễm không khí do khí thải của động cơ đốt trong.
Chương 2:Giải pháp giảm độ độc hạicủa khí thảiđộng cơ đốt trong.
Chương 3:Bộ biến đổi xúc tác xử lý khí thải của động cơ đốt trong.
Chương 4: Thí nghiệm ảnh hưởng của biến đổi xúc tác đến độ độc hại của khí
thải động cơ diesel 6T95L-GB.
LỜI NÓI ĐẦU
Môi trường hiện nay đã trở thành vấn đề cấp bách, không chỉ của một nước mà
của toàn thế giới, không chỉ riêng cho các nhà khoa học về môi trường mà của tất cả
mọi người. Thế nhưng không phải tất cả đã nhận thức được đúng về môi trường.
Môi trường sống –cái nôi của nhân loại đang ngày càng bị ô nhiễm trầm trọng
do con người. Cùng với sự phát triển của xã hội, sự hủy hoại môi trường đang là mối
quan tâm không chỉ riêng của quốc gia nào. Bảo vệ môi trường là nghĩa vụ của cộng
đồng toàn cầu và của Việt Nam nói riêng. Chỉ thị số 36/CT-TW ngày 25/06/1998 của
Bộ Chính trị Đảng Cộng Sản Việt Nam đã thể hiện đường lối chỉ đạo đúng đắn đối với
công tác bảo vệ và giữ gìn môi trường sống ở nước ta. Hiện trạng môi trường không
khí ở nước ta, đặc biệt tại các khu công nghiệp và đô thị lớn như thành phố Hồ Chí
Minh, Hà Nội, Hải Phòng, Đồng Nai, v.v. đang là mối lo ngại cho các cơ quan quản lý
nhà nước về mặt môi trường cũng như toàn thể dân cư trong khu vực.
Việc xây dựng đất nước trên cơ sở công nghiệp hóa, hiện đại hóa cùng với mức
độ gia tăng đáng kể các khu vực đô thị, khu dân cư không có quy hoạch đồng bộ, tổng
thể và thiếu hợp lý lại càng gây phức tạp thêm cho côngtác quản lý và khống chế ô
nhiễm từ các nguồn thải. Các phương tiện giao thông công cộng ít hoặc không thuận
tiện cho việc đi lại của nhân dân cùng với hiện trạng quy hoạch về mạng lưới các
tuyến đường không đáp ứng nhu cầu ngày càngcao của cuộc sốngđã góp phần rất lớn
gây ô nhiễm môi trường không khí ở các khu đô thị lớn như thành phố lớn.
Trong quá trình phát triển, nhất là trong thập kỷvừa qua,vấn đềmôi trường
ngày càng nghiêm trọng do các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, giao
thông vận tải và sinh hoạtđã gây ra với mức độvà hàm lượng khác nhau. Trong đó
nguồn phát thải các chất ô nhiễm từđộng cơ đốt trong của hoạt động giao thông vận
tải cũng là nguồn ô nhiễm đáng kể.
Nhằm mục đích củng cố và mở rộng kiến thức chuyên môn, đồng thờibước
đầu nghiên cứu giải quyết một vấn đề kỹ thuật thực tế trong lĩnh vực công tác của
mình, tôi chọn đề tài luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu tác động của bộ biến đổi xúc
tác đến hàm lượng các chất độc hại trong khí thải động cơ diesel ”.
Luận văn được bố cục thành 4 chương:
Chương 1: Tổng quan vềô nhiễm không khí do khí thải của động cơ đốt trong.
Chương 2:Giải pháp giảm độ độc hạicủa khí thảiđộng cơ đốt trong.
Chương 3:Bộ biến đổi xúc tác xử lý khí thải của động cơ đốt trong.
Chương 4: Thí nghiệm ảnh hưởng của biến đổi xúc tác đến độ độc hại của khí
thải động cơ diesel 6T95L-GB.

Chương 1
TỔNG QUAN VỀÔ NHIỄM KHÔNG KHÍ
DO KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1. MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA LIÊN QUAN
VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG [1], [2]
1) Môi trường
Môi trường là các yếu tốvật chất tựnhiên và nhân tạo, lý học, hóa học, sinh
học cùng tồn tại trong một không gian bao quanh con người. Các yếu tốđó có quan hệ
mật thiết, tương tác lẫn nhau và tác động lên các cá thểsinh vật hay con người đểcùng
tồn tại và phát triển. Tổng hòa của các chiều hướng phát triển của từng nhân tốnày
quyết định chiều hướng phát triển của cá thểsinh vật của hệsinh thái và xã hội con
người .
Môi trường là nơi sống của sinh vật, môi trường cho phép các sinh vật sinh
trưởng và phát triển. Nơi sống của sinh vật có thểlà một vùng đất hay một khoảng
không gian, trong đó có các sinh vật khác sống xung quanh. Chẳng hạn động vật có
khảnăng di chuyển nên nơi sống của nó có thểlà một vùng đất rộng lớn, còn nơi sống
của thực vậtthường nhỏhẹp. Sinh vật sống ởmôi trường nào sẽcó những đặc điểm
thích nghi với môi trường ấy.
Đối với con người, khái niệm môi trường còn chứa nội hàmrộng hơn. Theo định
nghĩa của Unesco: môi trường bao gồm toàn bộcác hệthống tựnhiên và các hệthống
do con người tạo ra(những cái hữu hìnhnhư đô thị, hồchứa, v.v.và những cái vô hình
như tập quán, nghệthuật, v.v.), trong đó con người sống bằng lao động của mình, họ
khai thác các tài nguyên thiên nhiên và nhân tạo nhằm thỏa mãn những nhu cầu của
mình. Như vậy,môi trường sống với con người không chỉlà nơi tồn tại, sinh trưởng và
phát triển cho một thực thểsinh vật là con người mà còn là “khung cảnh của cuộc
sống, của lao động và sựnghỉngơi của con người”.
Trong luật môi trường được Quốc hội khóa IX thông qua tại kỳhọp thứ4 thì
“Môi trường bao gồm các yếu tốtựnhiên và yếu tốvật chất nhân tạo quan hệmật
thiết với nhau bao quanh con người, có ảnh hưởng tới đời sống sản xuất, sựtồn tại,
phát triển của con người và thiên nhiên”.
2) Ô nhiễm môi trường
Theo luật bảo vệmôi trường Việt Nam, khái niệm ô nhiễm môi trường được
định nghĩa như sau: “Ô nhiễm môi trường là sựlàm thay đổi tính chất của môi trường,
vi phạm tiêu chuẩn môi trường”.
Ônhiễm môi trường làm thay đổi trực tiếp hoặc gián tiếp các thành phầnvà đặc
tính vật lý học, hóa học, sinh học, sinh hóa, chất hòa tan, chất phóng xạ, v.v. ởtrong
bất kỳthành phần nào của môi trường hay toàn bộmôi trường vượt quá mức cho phép
đã được xác định. Sựgia tăng các chất lạvào môi trường, sựthay đổi các yếu tốmôi
trường gây tổn hại hoặc có tiềm năng gây tổn hại đến sức khỏe, sựan toàn hay sựphát
triển của con người và sinh vật trong môi trường đó.
3) Nhiễm bẩn
Một môi trường có thể bị nhiễm bẩnrồi sau đó bị ô nhiễm, nhưng cũng có thể
một môi trường bị nhiễm bẩn nhưng chưa phải là ô nhiễm. Khái niệm ô nhiễm bao
hàm cả nhiễm bẩn nhưng nhiễm bẩn chưa phảilà ô nhiễm. Ví dụ: ở vùng than bùn
thuộc địa phận xã Biên Mạch, U Minh Thượng, có thời kỳ nước bị nhiễm bẩn than nên
có màu đen, người dân vẫn dùng nước này để nấu ăn và tắm giặt, con người không bị
ngộ độc và cây cối vẫn tươi tốt. Như vậy, môi trường nước ở đây bị nhiễm bẩn nhưng
chưa bị ô nhiễm .
4) Chất ô nhiễm
Chất ô nhiễmlà những chất có tác dụng biến môi trườngđang trong lành trở
nên độc hại hoặc sẽ trở lên độc hại.Chất ô nhiễm có thể là chất rắn (rác, chất thải rắn,
v.v.), chất lỏng (dung dịch hóa học, chất thải của công nghiệp dệt nhuộm, rượu, chế
biến thực phẩm, v.v.) hoặc chất khí (SO
2
trong khói núi lửa, NO
2
trong khí thải động
cơ đốt trong, CO trong khói lò gạch, v.v.) .
5) Chất độc hại
Một chất ô nhiễm có mặt trong môi trường đến một hàm lượng nào đó thì trở
nên độc hại. Chất độc hại trong môi trường có thể phân loại thành 2 nhóm: chất độc
hại bản chất và chất độc hại không bản chất.
Chấtđộc hại bản chất, còn gọi là chất độc hại tự nhiên,là những chất có thể
gây độc cho cơ thể sinh vật ở bất cứ đâuvà với hầu hết sinh vật với một lượng rất nhỏ,
ví dụ : H
2
S, Na
2CO3
, Pb, Hg, Cd, Be, St.
Chất độc hại không bản chất, còn gọi là chất độc hạitheo liều lượng, là những
chất không độc hại ở nồng độ thấp trong điều kiện bình thường, thậm chí còn là dinh
dưỡng cần thiết cho sinh vật, nhưng sẽ trở nên độc hại khi nồng độ vượt quá giới hạn
an toàn.Ví dụ, trong môi trường đất, NH4
+
là chất dinh dưỡng của thực vật và vi sinh
vật khi ở nồng độ thấp, những sẽ trở nên độc hại khi nồng độ vượt quá 1/500 về trọng
lượng; Fe là nguyên tố cần cho thực vật và động vật nhưng khi Fe
2+
trong dung dịch
vượt quá500 ppm sẽ làm lúa chết, Fe trong nước uống vượt quá 0,3 ppm sẽ có hại cho
sức khỏe con người.
6) Ô nhiễm không khí
Ô nhiễm không khílà sự có mặt củachất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng
trong thành phần không khí, làm cho không khí không sạch hoặc có mùi khó chịu,
giảm tầm nhìn xa. Có rất nhiều nguồn gây ô nhiễm không khívà có thể chia ra thành
nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo.
Nguồn tự nhiêngây ô nhiễm không khí có thể là núi lửa, cháy rừng, bão bụi,
sản phẩm phân hủy sinh vật, v.v.
Núi lửa phun ra nham thạch nóng và khói bụi giàu sunfua, mêtan và nhiều loại
khí khác. Các đám cháy rừng, đồng cỏ xảy ra bởi các hiện tượng tự nhiên như sét
đánh, cọ xát giữathực vật khô, v.v.phát thải nhiều bụi và khígây ô nhiễm không khí.
Bão bụi gây nên do gió mạnh và bão, mưa bào mòn đất sa mạc, đất trồng và
gióthổi tung lên thành bụicũng là nguồn gây ô nhiễm không khí. Các quá trình phân
hủy xác động, thực vật tự nhiên cũng phát thải nhiều chất khí, các phản ứng hóa học
giữa những khí tự nhiên hình thành các khí sunfua, nitrit, các loại muối v.v . Các loại
bụi, khí này đều là các nguồn gây ô nhiễm không khí.
Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo rất đa dạng, nhưng chủ yếu là do hoạt động công
nghiệp, đốt nhiên liệu hóa thạch và hoạt động của các phương tiện cơ giới, trong đó ô
nhiễm không khí ở đô thị do phương tiện giao thông vận tải gây ra chiếm tỷ lệ khoảng
70%. Xét các nguồn gây ra ô nhiễm không khí trên phạm vi toàn quốc, bao gồm cả
khu vực đô thị và khu vực kháccho thấy, hoạt động giao thông đóng góp tới gần 85%
lượng khí CO, 95% lượng các chất hữu cơ dễ bay hơi. Trong khi đó, các hoạt động
công nghiệp là nguồn đóng góp chính khí SO
2. Đối với NO
2
, hoạt động giao thông và
hoạt động sản xuất công nghiệp có tỷ lệ xấp xỉ nhau.
1.2. TÁC HẠI CỦA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.2.1. ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỨC KHỎE CON NGƯỜI
Nhiên liệu chủ yếu dùng cho các loại động cơ đốt trong (ĐCĐT)hiện nay là
sản phảm dầu mỏ có thành phần bao gồm các loại hydrocarbon (C
nHm
), chất phụ gia
và tạp chất. Quá trình cháy ở ĐCĐTlà quá trình ôxy hoá nhiên liệu diễn ra theo những
cơ chế hết sức phức tạp và chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố. Trong số sản phẩm
cháy có nhiều chất có tác hại trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe con người và môi
trường ở những mức độ khác nhau. Các chất độc hại cơ bản có trong khí thải của
ĐCĐT bao gồm: oxitcarbon (CO), hydrocarbon (HC), oxit nitơ (NO
x
), oxit lưu huỳnh
(SO
x
), các hợp chất chứa chì (Pb), bồ hóng, v.v.
1) Oxit cacbon(CO)
Oxit carbon(CO) là chất khí không màu, không mùi, không vị,được hình
thành do oxy hoá không hoàn toàn hydrocacbon trong điều kiện thiếu oxy.
Khi xâm nhập cơ thể, CO kết hợp với sắt có trong sắc tố của máu đểtạo thành
một hợp chất có tác dụng ngăn cản quá trình hấp thụ oxy của hemoglobin trong máu.
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng: nếu 20% lượng hemoglobin trong máu bị khống chế
thì sẽ gây nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn; nếu 50% lượng hemoglobin bị khống chế
thì não bắt đầu bị ảnh hưởng; nếu 70% lượng hemoglobin bị khống chế thì có thể gây
tử vong. Ảnh hưởng của CO sẽ mạnh lên đối với người có tiền sử về bệnh tim mạch.
Nếu hít quá 0,02mg/lít không khí liên tục sau 15 phút sẽ bị chết ngạt. Nồng độ cho
phép đối với CO ở khu vực thành thị là khoảng 2 ppm.
2) Hydrocarbon(HC)
Hydrocarbon(HC) hiện diện trong khí thải do quá trình cháy không hoàn toàn
dothiếu oxy hoặc do một số hiện tượng cháy không bình thường khác. Hydrocarbon
thơm (C
nH2n-6
) là nhóm hydrocarbon gây tác hại mạnh nhất đến sức khỏe con người.
Từ lâu người ta đã phát hiện được vai trò của hydrocacbon thơm đa vòng
(Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques -HAP) trong bệnh ung thưmáu khi nồng
độ của nó lớn hơn 40 ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1g/m
3
.
Hydrocarbon thơm còn có thể là nguyên nhân gây ra các bệnh về gan.
3) Oxit lưu huỳnh (SO
x
)
Lưu huỳnh (S) là một trong những tạp chất có hàm lượng đáng kể nhấttrong
nhiên liệu gốc dầu mỏ, đặc biệt là trong nhiên liệu nặng dùng cho động cơ diesel tốc
độ thấp. Trong quá trình cháy, lưu huỳnh được oxy hóa thành SO
2, một phần SO
2
bị
oxy hóa tiếp thành SO
3
dưới tác dụngxúc tác của oxyt sắt (Fe
2O3) và một số chất khác
có trong nhiên liệu theo các phản ứng :
S + O
2  SO
2
2SO
2 + O
2  2SO
3
SO
3
là chất rất háu nước, rất dễ hoà tan vào nước mũi, dễ bị oxy hoá thành axit
và muối rồi đi theo đường hô hấp vào sâu trong phổi.
SO
2
là khí không màu,có mùi vị hăng cay khi có nồng độ trong không khí
vượt quá 1 ppm và gây kích thích mạnh khi nồng độ của nó khoảng 3 ppm. Chúng có
thể đi vào đường hô hấpvàhòa tan với nước mũi tạo thành axít và muối amoniac gây
tổn hại cho phổi, làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể.
4) Oxit nitơ (NO
x
)
Oxit nitơ(NO
x
) là sản phẩm oxy hoá nitơ (N2
) ở điều kiện nhiệt độ cao trên
1100
0
C. Oxit nitơ tồn tại chủ yếu dưới dạng NO và NO
2
, trong đó NO chiếm tỷ lệ lớn
nhất. NO là khí không màu, không mùi, không gây hại nhưng nó dễ biến đổi thành
NO2
trong điều kiện tự nhiên. NO
2
là khí có màu nâu đỏ, mùi gắt, khứu giác có thể
phát hiện khi nồng độ của nó trong không khí đạt khoảng 0,12 ppm. NO
2
là chất khó
hòa tan, do đó nó có thể theo đường hô hấp đi sâu vào phổi gây viêm và làm hư hại
các tế bào của cơ quan hô hấp. Hàm lượng cho phép [NO] = 9 mg/m
3
, [NO
2
] = 9
mg/m
3
.
5) Hợp chất Chì

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lê Huy Bá (2000), Môi trường, NXB Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh.
2. Lê Thanh Vân (2007), Con người và môi trường, NXB Đại học Sư phạm.
3. Bùi Văn Ga (1999), Ôtô và ô nhiễm môi trường, NXB Giáo dục.
4. Đỗ Văn Dũng, Trang bị điện và điện tử ô tô hiện đại, NXB Đại học Quốc gia
TP.Hồ Chí Minh.
5. Bộtài nguyên và môi trường (2007), Báo cáo môi trường quốc gia 2007 môi
trường không khí đô thịViệt Nam.
6. Cục Đăng kiểm Việt Nam, Báo cáo sốlượng phương tiện giao thông từng tháng.
7. Cục Đăng kiểm Việt Nam, Giáo trình đào tạo Đăng kiểm viên hạng IIIvà hạng II.
8. Nguyễn Thành Lương(2002), Nguyên lý động cơ đốt trong ,NXBXD, năm 2002
9. Nguyễn Đức Phú, HồTuấn Chuẩn, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến, Kết cấu và
tính toán động cơ đốt trong ,NXBGiáo dục.
10. Nguyễn Bá Luân(2000), Pan ôtô -Kỹthuật sửa chữa, NXBHP.
11. Nguyễn Oanh(1995), Kỹthuật sửa chữa ô tô và động cơ nổhiện đại, Tập II -Động cơ diesel, NXB Đồng Nai.
12. Bùi Văn Ga(2005), Khí xảđộng cơ ô tô , NXBĐà Nẵng
13. Phạm Minh Tuấn(2001), Bài giảng: Chuyên đềkhí thải động cơ và vấn đềô
nhiễm môi trường.
14. Thông tư 02/TT-MTG ban hành tháng 01/2006 của bộ khoa học công nghệ và
môi trường.
15. Hanby, V.S.,Exhaust Flow Performence and Pressure Drop of Exhaust componént
and systems. ASMS Jounal of Engineering for Power.
16. N. Kruse, A. Frennet and J.-M. Bastin (1997), CATALYSIS AND
AUTOMOTIVE POLLUTION CONTROL I
17. Lấy từtrang web: http://www.diezelnet.com
18. Lấy từtrang web: http://www.autonet.com