Như chúng ta đã biết, đến năm 2018, tất cả các ô tô thương mại đăng ký mới tại Việt Nam sẽ phải đạt chuẩn tối thiểu là Euro IV thay cho Euro II như trước đây. Và hiện nay có rất nhiều công nghệ để làm việc này. Chúng ta hãy tìm hiểu và so sánh 2 hệ thống SCR và EGR trong bài viết dưới đây.
Xem thêm: Dung dịch xử lý khí thải Adblue
Tiến sĩ Stephen Ciatti, kỹ sư cơ khí chính của Phòng Thí nghiệm Quốc gia Argonne (www.anl.gov ) cho rằng: có hai cách cơ bản để làm giảm oxit nitơ (NOx) trong khí thải của động cơ diesel: “hoặc làm gì đó để loại bỏ NOx nhất có thể sau khi nó được tạo ra bởi động cơ, hoặc tối ưu việc tạo ra nó trong quá trình hoạt động của động cơ. “Phương án đầu tiên là cách tiếp cận xử lý sau khi xử lý có giảm chất xúc tác (selective catalytic reduction – SCR); Thứ hai là EGR hoặc tăng tuần hoàn khí thải.
“Về cơ bản, sự hình thành NOx là một chức năng của nhiệt độ đốt cao trong động cơ diesel”, ông giải thích. “Nóng hơn nhiệt độ đốt, theo hàm mũ hơn NOx được tạo ra từ các phân tử oxy và phân tử nitơ được liên kết với nhau. Vì vậy, nếu bạn muốn giảm lượng NOx được hình thành trong quá trình đốt, bạn cần giảm nhiệt độ đốt cháy đỉnh điểm bằng cách giảm số lượng các phân tử oxy sẵn có. “
TIẾT CHẾ TIẾN TRÌNH
“Đó là những gì EGR làm,” Ciatti nói. “Nó làm mất đi sự kiện cháy của một số oxy của nó bằng cách đưa khí thải làm mát, thấp hơn trong oxy, vào hệ thống tiêu thụ, do đó làm giảm nhiệt độ đốt và giảm sản xuất NOx.
“Tin tốt là bạn không phải tích hợp thêm nhiều hệ thống phụ để thực hiện việc giảm NOx theo cách này”, ông nói thêm. “Nhược điểm là quá trình đốt dầu diesel ở nhiệt độ thấp hiệu quả hơn, do đó tạo ra nhiều hạt hơn và nó sẽ đốt thêm nhiên liệu. Đó chính là những gì chúng tôi đã làm trong năm 2007. Chúng tôi đã kinh doanh NOx thấp hơn để giảm hiệu quả sử dụng nhiên liệu và tăng lượng bồ hóng. “Tuy nhiên, lượng bồ hóng còn lại, còn được gọi là hạt bụi hay PM, không gây ra nhiều phát thải khí thải. Có bộ lọc hạt cơ diesel [DPFs] như một phần của hệ thống ống xả của chúng.)
Theo Ciatti, SCR, giống như EGR, cũng bao gồm cả sự đánh đổi. “NOx rất khó để thoát khỏi khi nó được hình thành,” ông nói. “Nó không muốn phá vỡ. Một cách để thực hiện điều đó là đưa ra một cái gì đó sẽ cạnh tranh với nitơ cho những phân tử oxy. Urê, hoặc (NH 2 ) 2CO, được tiêm vào dòng thải trong quá trình SCR thực hiện chính xác điều đó. Khi có chất xúc tác, nó biến thành ammonia và carbon dioxide, sau đó phản ứng với NOx để tạo ra hơi nitơ và hơi nước, hoặc 2N 2 + 3H 2 O.
“Điều tốt khi lựa chọn SCR cho việc tuân thủ năm 2010 là nó cho phép động cơ vận hành ở nhiệt độ đốt tối ưu hơn để cung cấp năng lượng và hiệu quả nhiên liệu tốt hơn và làm giảm lượng bồ hóng”, ông nói thêm. Tuy nhiên, bạn phải mua urea và mang nó trong bể chứa trên xe tải. Và bạn phải sử dụng nó. “
MỘT SỐ VẤN ĐỀ LƯU TÂM
Đó là vấn đề “phải sử dụng” đó là mối quan tâm hàng đầu của EPA khi nói đến SCR như một giải pháp tuân thủ năm 2010 ( www.epa.gov ). “Các nhà sản xuất động cơ và các OEM sử dụng EGR và SCR sẽ chứng minh được sự phù hợp với tiêu chuẩn năm 2010 theo cùng một cách – cả hai phải tiến hành kiểm tra lượng khí thải nhất định và đệ trình các dữ liệu thu thập để chứng nhận”, Byron Bunker, giám đốc trung tâm của EPA Heavy- Duty On-Highway Center. “Điều đặc biệt về SCR là urea yêu cầu. Chúng tôi muốn đảm bảo rằng các nhà xác nhận đang làm tất cả những gì có thể để đảm bảo rằng người dùng cuối của hệ thống SCR sẽ làm những gì họ nên làm để duy trì hoạt động của nó.
Ông nói tiếp: “Có rất nhiều thứ mà các nhà sản xuất có thể làm để tạo ra sự khác biệt lớn. “Họ có thể làm nhiều hơn bất cứ ai khác để đảm bảo rằng urê có sẵn, chẳng hạn như bất kỳ loại chất lỏng thay thế nào khác cần thiết cho một chiếc xe, chẳng hạn như dầu hoặc chất làm nguội. Họ cũng có thể sử dụng bộ cảm biến và các hệ thống trên tàu khác để đảm bảo người lái xe biết được khi nào thùng urea cần phải được bơm lại và hệ thống này bền và không dễ dàng để tắt. “
Vào tháng 3 năm 2007, EPA đã đưa ra hướng dẫn về các thủ tục chứng nhận khí thải mà cơ quan này muốn xem cho các phương tiện chạy bằng diesel trên đường. Cụ thể, cơ quan này vạch ra năm yếu tố mà họ mong muốn các nhà sản xuất cung cấp để có được một hệ thống SCR được chứng nhận là đáp ứng các yêu cầu của năm 2010: một hệ thống cảnh báo lái xe leo thang để cảnh báo người lái xe về thực tế là thùng urea đang tiến tới chỗ trống; Người lái xe “dụ dỗ” (một số có nghĩa là đảm bảo lái xe không vận hành xe mà không có đại lý giảm); Một cảm biến NOx hoặc urea hoặc một số cơ chế khác để ngăn ngừa việc sử dụng một tác nhân khử sai hoặc làm loãng; Cộng với một thiết kế bền và chống giả mạo.
Vì các hệ thống EGR không đòi hỏi hành động của người điều khiển xe và dễ bị giả mạo hoặc lạm dụng, EPA lo ngại về sự tuân thủ cũng nhỏ hơn tương ứng. “Các nhà sản xuất động cơ dựa vào EGR để đáp ứng mức NOx năm 2010 có thể tính được lượng NOx thay vì trực tiếp đo NOx trong dòng thải”, Gary Parsons, nhà sản xuất OEM toàn cầu và là nhà quản lý liên lạc của Chevron Oronite Co. LLC ( www.chevron. Com ). “Ví dụ, dựa trên bản đồ động cơ, họ có thể sử dụng góc của van dòng EGR và các mức lưu lượng dòng EGR được biết đến như một chỉ báo gián tiếp về mức NOx đang được sản xuất và đơn giản chỉ ra các mức NOx được tạo ra trong động cơ dưới các điều kiện khác nhau . “
Nói cách khác, các hệ thống SCR sẽ cần một số cách để đo trực tiếp các mức NOx tại ống xả, trong khi EGR có thể giả thiết lượng khí thải NOx dựa trên các thông số vận hành của động cơ.
Khi nói đến SCR và EGR, nó không phải là chính xác chính xác để nói chuyện về một trong hai / hoặc, thêm Parsons. “Thực tế, SCR sẽ không thay thế hoàn toàn EGR 2010”, ông nói. “Thậm chí các nhà sản xuất động cơ sử dụng SCR có lẽ sẽ phải sử dụng một mức độ EGR để đạt được mức NOx cực kỳ thấp”.
TIẾP THEO LÀ GÌ?
Cả EGR lẫn SCR đều có thể là sự kết thúc của con đường giảm phát thải. Mặc dù EPA cho biết họ không có kế hoạch cho các quy định trong năm 2010, nhưng vẫn có các công nghệ giảm phát thải khác và các phương pháp khác đang được khảo sát ngày nay.
“Ngay bây giờ chúng tôi không có kế hoạch cho các quy định trong năm 2010,” Bunker nói. “Rốt lại, chúng ta không phải đi quá xa năm 2010 để đạt được mức phát thải NOx không. Điều đó cuối cùng ít có xu hướng là tốn kém nhất để có được vì vậy chúng tôi phải cân nhắc chi phí cho lợi ích. Các công nghệ cũng sẽ tiếp tục phát triển tốt hơn. Chúng tôi dành rất nhiều thời gian để nghiên cứu các công nghệ mới, đặc biệt là công nghệ đốt. “
“Tất cả mọi người đang làm việc với các giải pháp đốt dầu diesel sạch hơn”, Parsons nói, “đặc biệt là những gì được gọi là Hợp chất nung nạp điện đồng nhất (HCCI), nơi không khí và nhiên liệu được trộn sẵn trong xi lanh, giống như một động cơ xăng, nhưng vẫn bị đốt bằng Một động cơ diesel.
Parsons giải thích: “Như một nhiên liệu, xăng rất khó cháy tự nhiên, đó là lý do tại sao động cơ xăng đòi hỏi một bugi đánh lửa. “Octane là thuật ngữ được sử dụng để mô tả khả năng chịu xăng của xăng. Tuy nhiên, nhiên liệu diesel ít dễ cháy hơn xăng nhưng dễ cháy hơn trong điều kiện thích hợp, đó là lý do tại sao động cơ diesel sử dụng nén chứ không phải là bugi để đốt nhiên liệu.
“Cetane là thuật ngữ được sử dụng để mô tả khả năng tự cháy của dầu diesel dưới áp lực,” Parsons tiếp tục. Mục đích của HCCI và HCCI một phần là tạo ra một công nghệ đốt tốt hơn cộng với nhiên liệu với sự cân bằng giữa octane và cetane, một cái gì đó sẽ cháy một cách đồng đều và đúng thời điểm để đốt cháy tối ưu, nhiệt độ thấp, Đốt sạch nhưng ở nhiệt độ đủ thấp để tránh sản xuất NOx. “
HCCI không phải là phương pháp thay thế duy nhất để giảm phát thải đang được nghiên cứu. Cái gọi là “NOx Absorbers” (hay “Lean NOx Traps” hay “Hydrocarbon-SCR Systems”) sử dụng các hydrocarbon thay vì amoniac để giảm NOx. Chúng đã được sử dụng trong một số động cơ nhẹ và có lợi thế là không đòi hỏi một chất khử mỡ bổ sung như urê.
Những chiếc pick-up Dodge Ram ngày nay được trang bị động cơ Cummins sử dụng các bẫy NOx của Lean và đã có thể đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải năm 2010. Tuy nhiên, NOx Traps hiện đang dựa vào các chất xúc tác làm bằng kim loại quý đắt tiền để có thể làm việc và chưa được chứng minh là có hiệu quả trong các ứng dụng nặng.
Công ty TNHH Honda Motor đã thông báo rằng họ sẽ giới thiệu một động cơ diesel đạt tiêu chuẩn năm 2010 thông qua xử lý sau khi xử lý – và không cần urea nữa. Thay vào đó, hệ thống của Honda tạo ra ammonia riêng từ nhiên liệu diesel và sử dụng nó để chuyển NOx thành nitơ và nước trong quá trình hoạt động bình thường. Do nhiên liệu diesel được sử dụng trong hệ thống xử lý sau khi thải NOx, tuy nhiên, có một mức phạt nhẹ trong nền kinh tế.
Công ty Canada NxtGen ( www.nxtgen.com ) cho biết họ đang thương mại hóa một hệ thống có thể bỏ qua nhu cầu sử dụng công nghệ SCR và cũng có thể làm sạch bộ lọc hạt nhân diesel được giới thiệu vào năm 2007. Hệ thống này sử dụng một máy phát điện tổng hợp “không khí” Chuyển đổi nhiên liệu diesel, trộn với khoảng 2% luồng không khí từ ống xả, vào hydro và carbon monoxide. Kết quả là hỗn hợp khí có thể được bơm vào bộ lọc hạt và chất hấp thụ NOx để tái tạo chúng.
CUỘC CHƠI LIỆU CÓ THAY ĐỔI
Bên cạnh tất cả các nghiên cứu đang được thực hiện về quá trình đốt cháy chính nó, công việc tiếp tục trên nhiên liệu thay thế, lai, xe plug-in và các hệ thống điện khác. Một hoặc nhiều giải pháp này cũng có thể thay đổi đáng kể các yêu cầu và công nghệ phát thải trong tương lai.
“Đó không phải là tốt nhất mà tất cả chúng ta đều phải nghĩ; Mark Twain đã viết trong cuốn tiểu thuyết Pudd’nhead Wilson của mình, trở lại vào năm 1894. Điều này đặc biệt đúng trong cuộc chạy đua ngày nay cho các giải pháp vận chuyển sạch sẽ. Nhờ tất cả những điểm khác biệt, có một cơ hội tốt để ai đó giành chiến thắng trong cuộc chạy đua giành quyền sử dụng năng lượng sạch và bền vững với giải pháp hoàn hảo (hoặc gần hoàn hảo) cho nhu cầu năng lượng của hành tinh. Tin tốt lành trong thời gian chờ đợi là có một số công nghệ đã được kiểm chứng đang được lên kế hoạch cho đến năm 2010.
SCR và EGR: Ưu và khuyết điểm
Trong khi EGR và SCR đều là những con đường đã được chứng minh để giảm phát thải NOx, thì có những cách đánh đổi đối với từng phương pháp tiếp cận.
Lợi thế của SCR:
- Cho phép đốt cháy tối ưu hóa hơn
- Có thể cho phép tiết kiệm nhiên liệu / năng lượng tốt hơn
- Không có lo ngại về độ bền động cơ / sự xuống cấp dầu
- Sản phẩm cuối cùng là nitơ, nước và carbon dioxide
- Urê không phải là loại hóa chất gây nguy hiểm cho sức khoẻ
VẤN ĐỀ CỦA SCR:
- Hệ thống động cơ phải tăng trọng lượng vì có thể SCR
- Tốn chi phí cho việc mua UREA
- Hệ thống, bao gồm cảm biến và các thiết bị liên quan đến tuân thủ khác, phải được duy trì
- Urea đóng băng ở 12 o F., do đó có thể yêu cầu lưu trữ nóng
- Hiệu quả nhất ở tốc độ không đổi và tải cao; Ít nhất là ở stop / start
- Urea (cũng có trong một số phân bón) là một chất gây ô nhiễm nước / có hại cho cá
LỢI THẾ COOLED EGR:
- Không yêu cầu phần cứng bổ sung trên bo mạch
- Không yêu cầu sử dụng thêm chất lỏng
- Không mất mát tải trọng
- Không ảnh hưởng đến khoảng thời gian dịch vụ
- Không có sự can thiệp của người lái xe cần thiết để tuân thủ
HẠN CHẾ CỦA COOLED EGR:
- Tăng sự từ chối nhiệt, tạo ra nhu cầu về khả năng làm mát lớn hơn
- Giảm mật độ năng lượng, tiết kiệm nhiên liệu
- Độ bền động cơ tiềm ẩn và vấn đề suy thoái dầu
- Hiệu suất đốt ít hơn sẽ làm tăng lượng hạt, hydrocarbon, carbon monoxide
Nguồn: Công ty Chevron Oronite LLC; Scania; VDI, Đức, “Tổng quan thị trường các giải pháp xử lý khí thải cho động cơ diesel trong xe thương mại để đáp ứng luật pháp phát thải hiện tại và sắp tới ở EU”; Volvo Trucks NA, “SCR: Đối với EPA ’10”; Cơ quan Bảo vệ Môi trường Trung tâm Đường cao tốc Heavy-Duty, Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne
MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VỀ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI
AdBlue: Một tên thương hiệu dưới đó urê được bán cho các hệ thống SCR ở châu Âu.
Chất xúc tác: Một chất thay đổi (đặc biệt làm tăng tỷ lệ) một phản ứng hóa học, mà không bị tiêu hao trong quá trình.
DEF (chất thải động cơ diesel hoặc dầu thải động cơ diesel): Chất lỏng lượng phát thải hiện đang được sử dụng trong các hệ thống SCR ở châu Âu (dưới nhãn hiệu AdBlue) và các nơi khác. Nó bao gồm 32,5% urê và 67,5% de-ionized nước. Xem Urea.
DPF (bộ lọc hạt bụi): Bộ lọc nằm trong dòng thải của động cơ diesel để loại bỏ các hạt bụi (PM) khỏi ống xả. Bắt buộc đối với động cơ bắt đầu từ năm 2007 để đáp ứng tiêu chuẩn khí thải xe. Các bộ lọc đòi hỏi phải sử dụng nhiên liệu diesel lưu huỳnh cực thấp để tránh quá nhiều PM và cắm sớm vào bộ lọc.
EGR (tuần hoàn khí thải): Công nghệ hiện đang được sử dụng ở Hoa Kỳ (và một số nhà sản xuất ở Châu Âu) tuân thủ các tiêu chuẩn để giảm phát thải oxide nitơ (NOx) từ động cơ diesel. Trong một động cơ EGR, một số khí thải được làm mát và tái chế trở lại qua động cơ để pha loãng lượng oxy trong phí nạp. Điều này làm giảm nhiệt độ đốt và làm giảm sự hình thành của NOx.
Tiêu chuẩn khí thải Euro: Các tiêu chuẩn phát thải Diesel cho các nước EU (Liên minh châu Âu) được dựa trên tiêu chuẩn của Liên minh châu Âu (ECU) của Liên hợp quốc, được gọi chung là “Euro”.
HCCI (dạng nén đốt đồng nhất): Một dạng đốt trong đó không khí và nhiên liệu được trộn sẵn trong xi lanh giống như động cơ xăng, nhưng vẫn bị đốt bằng động cơ diesel để tạo ra nhiệt độ đốt thấp hơn và tạo ra ít khí NOx.
Hydrocacbon-SCR: Còn được gọi là Giảm NOx Lean. Hệ thống xử lý sau sử dụng hydrocarbon từ nhiên liệu diesel hoặc dòng xả thay vì ammonia để giảm NOx.
Vật chất dạng hạt: Các hạt rắn có kích cỡ khác nhau (đường kính nhỏ hơn nhiều so với tóc người) được hình thành bởi quá trình đốt nhiên liệu không đầy đủ và được giải phóng ra như một phần của ống xả của động cơ. Liên quan đến các vấn đề về sức khoẻ khác nhau và dài hạn, việc cắt giảm các hạt bụi của khí thải được quy định theo tiêu chuẩn khí thải EPA năm 2007 và đạt được bằng cách sử dụng các bộ lọc hạt nhân động cơ diesel. Cũng xem DPF và Soot.
SCR (selective catalytic reduction): Một kỹ thuật để giảm oxide nitơ (NOx) liên quan đến việc bơm một lượng nhỏ urê cộng thêm nước (còn gọi là chất thải diesel) thông qua chất xúc tác vào dòng xả của động cơ để tạo ra một phản ứng hóa học để biến NOx Vào ni tơ và hơi nước (cộng với điôxit cacbon, được giải phóng ra khi urê chuyển thành ammonia trong SCR).
Sod : Cũng được gọi là hạt hoặc PM. Các hạt cacbon rất mịn là một phần của lượng phát thải hạt nhân. Các “đen” trong khí thải động cơ.
ULSD (nhiên liệu diesel lưu huỳnh cực thấp): chứa tối đa 15 phần triệu (ppm) lưu huỳnh. Giảm lưu huỳnh trong nhiên liệu làm giảm trực tiếp các hạt trong khí thải được hình thành trong quá trình đốt. Sử dụng ULSD làm giảm tải trọng hạt trong bộ lọc hạt bụi.
Urê: Carbonyl diamide (NH 2 ) 2CO. Chuyển thành ammonia và carbon dioxide khi nung trong SCR – (NH 2 ) 2CO + H 2 O _ 2NH 3 + CO 2 . Cũng xem DEF và SCR.
Nguồn: Volvo Trucks NA; Công ty Chevron Oronite
