Bộ xử lý khí thải xúc tác ba đường là gì?

Bộ xử lý khí thải xúc tác 3 đường là một là thiết bị chuyển đổi khí độc hại và các chất ô nhiễm trong khí thải từ động cơ đốt trong thành chất ít độc hại hơn bằng quá trình oxy hóa khử với chất xúc tác (một quá trình oxy hóa và quá trình khử). Bộ xử lý khí thải xúc tác 3 đường thường được sử dụng với động cơ đốt trong. Nhiên liệu sử dụng là xăng hoặc dầu diesel.

Tại sao chúng ta nên sử dụng bộ xử lý khí thải xúc tác ba đường?

Khí thải từ động cơ chứa các chất có hại như oxitnitơ (NOx), carbonmonoxide (CO) và Hydrocarbon (HC). Những chất này gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường. Bộ xử lý khí thải xúc tác 3 đường chuyển đổi các chất có hại này thành nitơ (N2) ít gây hại, carbondioxide (CO 2) và nước.

Cơ chế hoạt động

Một bộ xử lý khí thải xúc tác 3 đường sử dụng hai chất xúc tác để chuyển đổi khí độc hại thành khí ít độc hại hơn. Chất xúc tác cho quá trình khử được làm từ  Rodi (Rh). Trong khi chất xúc tác cho quá trình oxy hóa được làm từ bạch kim (Pt), paladi (Pd). Cả hai chất xúc tác được thấm trực tiếp trên bề mặt của lõi gốm có cấu trúc tổ ong. Lõi gốm này được phủ bề mặt ngoài bằng ôxít nhôm. Chúng có khả năng chống mòn và ma sát tốt sau khi được nhiệt luyện ở nhiệt độ khoảng 10000C.

Bộ xử lý khí thải xúc tác ba đường tác dụng là gì?

Thuật ngữ Bộ xử lý khí thải 3 tác dụng được hiểu là bộ xử lý đồng thời ba thành phần chất gây ô nhiễm CO, HC và NOx. Ưu điểm của nó là có thể xử lý gần như hoàn toàn các thành phần chất ô nhiễm nói trên bằng các phản ứng hoá học và chuyển hóa thành các khí Cacbonic (CO2), Ni-tơ (N2) và hơi nước (H2O). BXLKT 3 tác dụng bắt đầu được lắp đặt trên động cơ xăng từ năm 1975 và ngày nay nó trở nên rất phổ biến trên các phương tiện giao thông đường bộ.

Do các phản ứng nói trên phải mất thời gian dài để có thể chuyển hóa được hoàn toàn, thời điểm kết thúc các phản ứng là rất khác nhau dẫn đến tỷ lệ thành phần các chất ô nhiễm trong khí thải vẫn còn khá cao khi đi ra khỏi đường thải. Để tăng tốc độ phản ứng, các nhà chế tạo đã sử dụng các chất xúc tác là các kim loại quý: Bạch kim - Pt (platinum), Palađi - Pd (palladium), và rodi (rhodium).

Các giai đoạn xử lý khí thải xúc tác ba đường

Giai đoạn 1 – Quá trình khử NOx

Đầu tiên khí thải được đưa qua chất xúc tác Rodi (Rh). Nó chuyển đổi oxitnitơ (NOx) thành nitơ (N2) và oxy (O2). Các phản ứng sau đây diễn ra khi khí thải đi qua chất xúc tác khử.

2NO → N 2 + O 2

2NO2 → N 2 + 2O 2

Chất xúc tác chỉ đơn giản là tách nitơ và oxy từ các oxitnitơ. Nitơ và oxy là những chất khí vô hại trong khi oxit nitơ thực sự có hại cho môi trường.

Giai đoạn 2 – Quá trình oxy hóa

Khí thải không có oxitnitơ (NOx) sau đó được qua chất xúc tác là bạch kim (Pt), paladi (Pd). Chất xúc tác oxy hóa carbonmonoxide(CO) và hydrocarbon (HC) trong khí thải thành carbondioxide (CO 2) và nước (H2O).

Các phản ứng khi quá trình oxy hóa diễn ra:

2CO + O 2 → 2CO 2

HC + O 2 → CO 2 + H 2 O (*)

Lưu ý: Phản ứng (*) là phản ứng tổng quát. Trong đó, HC là viết tắt của hydrocarbon. HC có thể là metan, etan hoặc hydrocarbon khác.

Các khí cuối cùng thoát ra khỏi bộ xử lý khí thải là N2, CO2 và H2O. Bộ xử lý khí thải xúc tác 3 đường được đặt tên như vậy vì chúng có khả năng loại bỏ ba chất gây ô nhiễm NOx, CO và HC.

Hạn chế của bộ xử lý khí thải xúc tác ba đường

Hạn chế của bộ xử lý khí thải xúc tác 3 đường là phải sử dụng nhiên liệu chất lượng cao. Nếu nhiên liệu chất lượng kém, các phụ phẩm của nhiên liệu sẽ bám chặt vào ống xúc tác, ngăn cản sự tiếp xúc của khí xả với bề mặt xúc tác. Điều này làm giảm tác dụng của bộ xúc tác. Một số thành phần có thể loại bỏ đi được ở nhiệt độ cao như lưu huỳnh, một số rất khó loại bỏ đi như chì. Lưu huỳnh có chứa cả trong diesel và xăng. Hàm lượng của lưu huỳnh và các chất khác trong nhiên liệu phụ thuộc vào chất lượng nhiên liệu.

Ở Việt Nam hiện nay, nhiên liệu có chất lượng cao nhất đạt tiêu chuẩn Euro II. Với những chiếc xe nhập khẩu đạt tiêu chuẩn khí thải lên tới Euro IV, xe cũng phải sử dụng loại nhiên liệu đáp ứng được tiêu chuẩn Euro IV cho nhiên liệu. Khi chạy xe với nhiên liệu kém chất lượng, tuổi thọ và các chức năng của bộ lọc khí thải sẽ hoạt động không như thiết kế ban đầu. Các bộ xử lý khí thải xúc tác 3 đường đắt tiền có khả năng loại bỏ lưu huỳnh bám vào theo chu kỳ nhất định. Tuy vậy, quá trình này có thể có phản ứng phụ, tạo ra các khí có mùi khó chịu như H2S.