ice 5 emission

33
Fund.of Mech.Eng. Part II (ตตตตตตต ตตต ตตต ตตตตตตตตต ตตต ตตตตตตต ตตตต 1 ตตตตตตตตตตตตตตตตต ตตต ตตตตตตตตตตตตตตตตตต ตตตตต Emission & Emission Control Technology

Upload: grid-g

Post on 29-Dec-2014

1.028 views

Category:

Documents


7 download

TRANSCRIPT

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ )พยาวงศ์� และ ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

1

มลพ ษจากการสั�นดาป และเทิคโนโลย"การควบัค#มมลพ ษ

Emission &

Emission Control Technology

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

2

ว ศ์วกรรมเคร$%องยนต้�สั"เขี"ยว เพ$%อสั %งแวดล�อม

คว�นจากไอเสั"ยรถยนต้� ประกอบัด�วย สัารมลพ ษต้*างๆ ทิ"%เป,นอ�นต้รายก�บัสั %งแวดล�อม จ-งจ.าเป,นต้�องลดปร มาณสัารเหล*าน"1เพ$%อสั %งแวดล�อม

ชน ดขีองมลพ ษจากเคร$%องยนต้� ออกไซด�ขีองไนโต้รเจน (Oxides of Nitrogen – NO, NO2) สัารประกอบัไฮโดรคาร�บัอน (Hydrocarbons – PAH, Aldehydes,

benzene) คาร�บัอนมอนอกไซด� (Carbon monoxide – CO) ก4าซเร$อนกระจก (Greenhouse gases – N2O, CO2) อน#ภัาคมลสัาร (Particulate matter) ซ�ลเฟอร�ออกไซด� (Sulfur oxides อาทิ SO2 , SO3) เสั"ยงและกล %น (Noise and Odors)

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

3

ผลกระทิบัขีองมลพ ษ สัภัาวะบัรรยากาศ์ผ�นแปร ลดทิ�ศ์นว สั�ย เน$%องจากหมอก

คว�นฝุ่#8น (Smog) ลดปร มาณร�งสั"อาทิ ต้ย�ทิ"%สั*องมาย�งด น และม"ผลกระทิบัต้*อสัภัาพบัรรยากาศ์โลก

อ�นต้รายต้*อเหล*าพ$ชพ�นธุ์#�ไม� สัารพ ษ Phototoxicants (SO2, PAH, C2H4) เป,นอ�นต้รายต้*อระบับัสั�งเคราะห�แสังขีองพ$ช

การฝุ่:งต้�วขีองมลพ ษบันว�สัด# ทิ.าให�เสั$%อมค#ณภัาพและสั-กกร*อนได� การก.าจ�ดต้�องเสั"ยค*าใช�จ*ายในการทิ.าความสัะอาด

แนวโน�มในการเพ %มอ�ต้ราการเจ�บัป8วยและเสั"ยช"ว ต้ขีองมน#ษย� ทิ"%ได�ร�บัมลพ ษ

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

4

ออกไซด�ขีองโนโต้รเจน (1) แบั*งต้ามบัร เวณทิ"%เก ด

(1 ) เก ดในบัร เวณเปลวเพล ง (Flame front)(2) เก ดในก4าซร�อนหล�งการสั�นดาป (Post flame gases)

แบั*งต้ามสัาเหต้#ขีองการเก ด NOx

1. Thermal NOx : เป,น NOx ทิ"%เก ดจากสั�นดาปขีองก4าซไนโต้รเจนในอากาศ์ก�บัออกซ เจนหากม"อ#ณหภั<ม สั<งพอ เป,นไปต้ามกลไกขีองเซลโดว ช (Zeldovich mechanism, 3 สัมการ) ซ-%งจะขี-1นก�บัอ#ณหภั<ม สั<งสั#ดขีองปฏิ ก ร ยา และปร มาณออกซ เจน

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

5

ออกไซด�ขีองโนโต้รเจน (2)

Zeldovich mechanism(i) O + N2 -> NO + N,

(ii) N + O2 -> NO+O,

(iii) N + OH -> NO + H

ซ-%ง 3 สัมการขี�างต้�น ม"ความเป,นไปได�หลายทิาง และ NO ย�งสัามารถทิ.าปฏิ ก ร ยาก�บัน.1าเก ด NO

2 ได�เช*นก�น

(i) NO + H2O -> NO2 + H2,

(ii) NO + O2 -> NO2 + O

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

6

ออกไซด�ขีองโนโต้รเจน (3)

2. Fuel NOx เก ดจากการออกซ เดช�นขีองสัารประกอบัไนโต้รเจนในเช$1อ

เพล ง 3. NO และ NO2 จาก N2O

เก ดก�บักรณ"ม"การผสัมอากาศ์เยอะ (สั�นดาปแบับัผสัมบัาง ) ทิ"%อ#ณหภั<ม ต้.%า

เก ดจากปฏิ ก ร ยาเน$%องจากม"สัารต้�วทิ"% 3 เป,นต้�วกลาง ด�งสัมการ(i) N2 + O + M -> N2O + M

(ii) N2O + O -> NO + NO

จากน�1น NO จะทิ.าให�เก ด NO2 ต้*อไปได� ด�งสัมการ(i) NO + HO2 -> NO2 + OH

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

7

ออกไซด�ขีองโนโต้รเจน (4)

4. Prompt NOx เก ดเน$%องจากปฏิ ก ร ยาระหว*างโนโต้รเจน และ

สัารประกอบัอน#ม<ลไฮโดรคาร�บัอนในเปลวเพล ง (Reaction with CH radical in flame) ด�งสัมการ

CH + N2 -> HCN + N ………=> NO, N2

โดย C2H2 เป,นสัารต้�1งต้�นทิ"%ก*อให�เก ด (Precursor) อน#ม<ล CH- ภัายในสัภัาพเปลวไฟทิ"%เต้�มไปด�วยเช$1อเพล ง

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

8

คาร�บัอนมอนนอกไซด� (CO) ก4าซคาร�บัอนมอนนอกไซด� ไม*ม"สั" ไม*ม"กล %น แต้*เป,น

พ ษ เก ดขี-1นเม$%อเก ดการเผาไหม�ไม*สัมบั<รณ�เน$%องจากสั*วนผสัมม"เช$1อเพล งมาก , สั*วนผสัมหนา (Fuel rich)

การเผาไหม�ไม*สัมบั<รณ�ทิ.าให�สั<ญเสั"ยพล�งงานในการเผาไหม� เก ดในช*วงการสัต้าร�ทิเคร$%องและต้อนเร*งเคร$%อง โดยออกซ เจนทิ"%ม"ไม*เพ"ยงพอให�เก ด CO2

ควบัค#มการเก ด CO โดยการควบัค#มปร มาณออกซ เจน

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

9

สัารไฮโดรคาร�บัอนทิ"%ไม*เผาไหม� (Unburned Hydrocarbons)

เป,นโมเลก#ลไฮโดรคาร�บัอนขีนาดเล�กทิ"%เก ดเน$%องจากโมเลก#ลขีนาดใหญ*แต้กต้�วเน$%องจากความร�อน ระหว*างปฏิ ก ร ยาการสั�นดาป เพ$%อให�ง*ายต้*อการพ จารณาจะมองว*าโมเลก#ลน"1ประกอบัด�วยคาร�บัอนหน-%งอะต้อมในร<ป CHs

ปั�จจ�ยหลั�ก เก�ดจากอั�ตราส่�วนการเผาไหม้�โดยโม้เลัก�ลัไม้�ได�ส่�ดส่�วน (Non-Stoichiometric A/F ratio) เก�ดเม้��อัเชื้��อัเพลั�งม้าก (Fuel-rich) ทำ"าให�อัอักซิ�เจนไม้�เพ%ยงพอัต�อัการทำ"าปัฏิ�ก�ร�ยาก�บคาร)บอัน ทำ"าให�เก�ดส่ารไฮโดรคาร)บอันแลัะ CO ได�

สัารไฮโดรคาร�บัอนน"1จะเก ดมากต้อนสัต้าร�ทิเคร$%องยนต้�และต้อนเร*งเคร$%องยนต้� หร$อม"ภัาระงานสั<ง เช*น ต้อนขี-1นเขีา

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

10

แหล*งทิ"%มาขีอง Unburned Hydrocarbons

1 . การผสัมระหว*างเช$1อเพล งก�บัอากาศ์หนาเก นไป 2. การด�บัขีองเปลวไฟทิ"%ก.าแพง (Flame quenching at

walls) ออกซ เจนม"ไม*พอ เพ"ยงการเผาไหม�เก ดได�ช�า และด�บัไปในทิ"%สั#ด

3. ช*องเล�กๆ ในห�องสั�นดาป (Crevices in combustion chamber) ก4าซสั*วนใหญ*ทิ"%บัร เวณน"1จะไม*เผาไหม� และเปลวไฟเขี�าไปไม*ถ-งเน$%องจากเป,นช*องเล�กมาก

4. ค#ณภัาพการสั�นดาปไม*ด" (misfires/poor combustion quality)

5. การผสัมระหว*างเช$1อเพล งก�บัอากาศ์ไม*ด" (Under-mixing)ทิ.าให�ม" HC เหล$อออกมาก

6. การซ-มซ�บัในเศ์ษเรซ ด วและน.1าม�นเคร$%อง (Absorption/desorption in oil and deposite) ทิ.าให�เผาไหม�ไม*หมด

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

11

ผลขีอง Unburned Hydrocarbons

เม$%อไฮโดรคาร�บัอนทิ"%ม"กล %นน"1 ถ<กปล*อยสั<*บัรรยากาศ์ จะทิ.าให�เก ดการระคายเค$องและก*อให�เก ดมะเร�งได�

โดยเฉพาะเม$%อเจอก4าซในบัรรยากาศ์จะทิ.าให�เก ดปฏิ ก ร ยาเก ดเป,น Smog ซ-%งเป,นฝุ่#8นคว�นทิ"%ทิ.าให�อากาศ์ไม*ใสั และบัดบั�งทิ�ศ์น"ยภัาพได�

สั�งเกต้ได�ว*า กล %นขีองด"เซลสั*วนใหญ*มาจากสัารไฮโดรคาร�บัอน

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

12

NO, CO and HC concentration

ความสั�มพ�นธุ์�ระหว*างความเขี�มขี�นขีอง NO, CO และ HC ก�บั F/A Equivalent ratio แสัดงให�เห�นว*า ปกต้ การเผาไหม�จะเก ดใกล�ก�บั Stoichiometric ratio หร$อ slightly fuel-rich เพ$%อประก�นว*าเคร$%องจะเด นได�เร"ยบัและทิ.างานอย*างน*าเช$%อถ$อ

ทิ"% Lean mixtures จะให�มลพ ษออกมาน�อยกว*า และหากบัางเก นไปก�ไม*ด" เพราะจะเก ดการเผาไหม�ไม*สัมบั<รณ�

การเก ด NOx สั<งสั#ดจะใกล�ๆ ก�บั Fuel/Air Equivalent ratio เทิ*าก�บั 0.95 เน$%องจากทิ"%อ#ณหภั<ม สั<งและออกซ เจนสั*วนเก นจะทิ.าให�เก ดปฏิ ก ร ยา

NOx เป,นต้�วหน-%งทิ"%ทิ.าให�เก ด Smog

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

13

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

14

Fuel/Air Equivalent ratio

F/A Equivalent ratio เป,นอ�ต้ราสั*วนระหว*าง F/A actual ก�บั F/A stoichiometric

F/A Equivalent ratio = (F/A actual)/(F/A stoichiometric) ถ�าเช$1อเพล งบัาง (Lean-fuel) หมายถ-ง F/A equivalent

ratio น�อยกว*าหน-%ง ถ�าเช$1อเพล งหนา (Rich-fuel) หมายถ-ง F/A equivalent

ratio มากกว*าหน-%ง ถ�าเช$1อเพล งได�สั�ดสั*วน (Stoichiometric ratio) หมายถ-ง

F/A equivalent ratio เทิ*าก�บัหน-%ง

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

15

Particulate Matter Particulate Matter หร$อ Soot เป,นคว�นทิ"%ม"กล %น หร$อ กล#*มขีอง

ขีองแขี�งคาร�บัอนในสัภัาพก�อนกลม (Solid carbon spheres) ทิ"%ม"สัารไฮโดรคาร�บัอน และร*องรอยขีองสัารประกอบัอ$%นๆ อาทิ

สั*วนขีองสัารออแกน ก , ซ�ลเฟต้ , เถ�า ฯลฯ ทิ"%ด<ดซ�บับันผ วก�อนคาร�บัอน

อน#ภัาคขีอง Soot หน-%งจะม"กล#*มก�อนคาร�บัอนถ-ง 4000 ก�อน

ม"ขีนาดและร<ปร*าง (Primary sphere 20 mm, 2nd sphere 100 mm) และม"จ.านวนถ-ง 108 particles/cm3

Carbon sphere เก ดจากเผาไหม�ในช*วงเช$1อเพล งหนา (Fuel-rich ) ด�งสัมการ

CxHy + zO2 -> aCO2 + bH2O + cCO + dC(s)

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

16

ทิ"%มาขีอง Soot โมเลก#ลขีองสัารเหล*าน"1หากไม*ถ<กสั�นดาป หร$อถ<ก

สั�นดาปเพ"ยงบัางสั*วนจะก*อให�เก ด Soot สัารต้�1งต้�น (Precursor) ขีอง Soot ค$อ

Acetylene และสัารประกอบัอ$%นทิ"%ม"โครงสัร�างโมเลก#ลคล�ายก�น (C2nH2) และสัารพวก PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon)

กลไกหล�กทิ"%ทิ.าให�เก ด Soot1 . การผสัมทิ"%ไม*สัมบั<รณ�ทิ"%บัร เวณใด ๆ (over-lean หร$อ

rich)2. การด�บัขีองเปลวเพล งทิ"%ก.าแพง

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

17

ออกไซด�ขีองซ�ลเฟอร� เก ดจากก.ามะถ�นในเช$1อเพล ง

H2 + S -> H2S

O2 + S -> SO2

เม$%อซ�ลเฟอร�ไดออกไซด� (SO2) จากก4าซไอเสั"ยรวมก�บัออกซ เจนและทิ.าปฏิ ก ร ยาต้*อก�บัไอน.1าทิ.าให�เก ดฝุ่นกรด (Acid rain) ด�งสัมการ 2SO2 + O2 -> 2SO3

SO3 + H2O -> H2SO4 (Sulfuric acid) หร$อ SO2 + H2O -> H2SO3 (Sulfurous acid)

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

18

Emission Control Technology

การควบัค#มมลพ ษทิ"%ปลดปล*อยจากยานยนต้� ทิ.าได�ด�วยหลายว ธุ์"

และเทิคโนโลย" อาทิ 1 . การออกแบับั Cylinder head และห�องเผา

ไหม� (Combustion chamber)2. เทิคโนโลย"ขีองระบับัเช$1อเพล ง3. เทิคโนโลย"ขีองระบับัจ#ดระเบั ด4. เทิคโนโลย"การจ�ดการเคร$%องยนต้�5. เทิคโนโลย" Catalytic Converter

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

19

การออกแบับั Cylinder head และ Combustion chamber

ทิ.าเป,นแบับั multi-valve ทิ"%ม"มากกว*า 5 วาล�วต้*อหน-%งกระบัอกสั<บั

การควบัค#มวาล�วแบับั Swirl ห�องเผาไหม�แบับั Pent-roof การวางต้.าแหน*งห�วเทิ"ยนต้รงกลาง VVT (Variable valve timing) การก.าหนดเวลาการเป@ดป@ด

วาล�ว และ EGR (Exhaust gas recirculation) การน.าก4าซเสั"ยมาหม#นเว"ยน

GDI (Gasoline direction injection) การฉ"ดเช$1อเพล งโดยต้รง

HSDI (High speed direction injection) การฉ"ดเช$1อเพล งด�วยความเร�วสั<ง

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

20

เทิคโนโลย"ขีองระบับัเช$1อเพล ง ใช�ระบับัการฉ"ดเช$1อเพล งแทินคาร�บั<เรเต้อร� MPI (Multiple point injection) การฉ"ด

แบับัหลายคร�1ง EFI (Electronic-controlled fuel

injection) การควบัค#มการจ*ายเช$1อเพล งแบับัอ เลคทิรอน กสั�

การใช�ความด�นสั<งโดยใช�อากาศ์ช*วยอ�ด

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

21

เทิคโนโลย"ระบับัจ#ดระเบั ด ปร�บัปร#งการควบัค#มเวลาในการจ#ดระเบั ด ใช�ห�วเทิ"ยนแบับัห�วแพลต้ต้ น�ม (Platinum-

tipped spark plug)

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

22

เทิคโนโลย"การจ�ดการเคร$%องยนต้� การใช�ระบับัควบัค#มแบับัอ เลคทิรอน กสั�ด�วย

EMS (Engine Management System)

ต้ ดต้�1ง ECU แบับั OBD (On-broad diagnosis) สั.าหร�บัทิ.าการต้รวจสัอบัเคร$%องยนต้�ขีณะขี�บัขี"% โดยเช$%อมโยงก�บัช#ดเซนเซอร�และช#ดควบัค#มต้*างๆ

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

23

Catalytic Converter เป,นโครงสัร�างเซราม กสั�ล�กษณะคล�ายร�งผ-1ง (Ceramic

honeycomb structure) โดยม"การเคล$อบัทิ�บัสัารเร*งปฏิ ก ร ยา (Catalyst) ไว�ภัายใน ซ-%งสัารเคล$อบัน"1จะช*วยเร*งปฏิ ก ร ยาทิ.าให�ก4าซมลพ ษกลายเป,นก4าซทิ"%ไม*ก*อป:ญหาต้*อสั %งแวดล�อมหร$อก*อป:ญหาน�อยลง โดยโครงสัร�างเซราม กสั�น"1จะถ<กบัรรจ#ในภัาชนะโลหะทิ"%ทิ.าจาก Stainless steel อ"กคร�1งหน-%งเพ$%อปAองก�นการผ#กร*อน

หร$อบัางคร�1งอาจใช� spherical ceramic pellets ทิ"%ม"ร<พร#นแทิน Honeycomb structure และเคล$อบั Catalyst และสัารอ$%นๆ ลงไป

โดยปรกต้ ปฏิ ก ร ยาทิ"%จะเปล"%ยนก4าซมลพ ษ (Emission Gas) ให�เป,นก4าซชน ดอ$%นจะทิ.าทิ"%อ#ณหภั<ม สั<งแต้*เม$%ออาศ์�ยต้�วเร*งปฏิ ก ร ยา จะทิ.าให�อ#ณหภั<ม ในการเก ดปฏิ ก ร ยาลดลงเหล$อ 250 oC – 300 oC แต้*ถ�าก.าจ�ด NOx ด�วยต้�องใช�อ#ณหภั<ม ไม*เก น 400 oC

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

24

ต้�วเร*งปฏิ ก ร ยา (Catalyst)

ประกอบัด�วย แพลต้ น�ม (Platinum) สั.าหร�บัก.าจ�ด CO,

HC พาลาเด"ยม (Paladium) สั.าหร�บัก.าจ�ด

CO, HC โรเด"ยม (Rhodium) สั.าหร�บัก.าจ�ด NOx บัางคร�1งอาจม" เซอเร"ยมออกไซด� (Cerium

Oxide) เพ$%อเปล"%ยน CO เป,น CO2

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

25

Catalytic Converter

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

26

Catalytic Converter Technology (1)

ม"การออกแบับั อาทิ OXI-CAT (Oxidation catalyst), (Two-way catalysts) DeNOx catalyst, TWC (Three-way catalysts), Particulate trap and regenerative system,

HC trap

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

27

Catalytic Converter Technology (3) Oxidation Catalysts (OXI-CAT)

อาศ์�ยการออกซ ไดซ� CO และ HC ให�เป,น CO2 และ H2O โดยต้�องม"ออกซ เจนเป,นปร มาณเพ"ยงพอ ซ-%งถ�าเคร$%องทิ.างานแบับัเช$1อเพล งบัางอย<*แล�วก�ไม*ม"ป:ญหา และถ�าไม*พอก�ต้�องใช�ป:B มช*วย

Catalyst ทิ"%ใช� ค$อ Palldium (Pd) เพ$%อ oxidation CO, olefin, methane, aromatic compound; Platinum (Pt) เพ$%อ oxidataion aromatic compound, paraffin (ทิ"%ม"มวลโมเลก#ลมากกว*า C3)

ในการทิ.างาน Catalyst จะด<ดซ�บัสัารทิ"%ต้�องการเปล"%ยน (reactant) ไว�บันผ วและทิ.าปฏิ ก ร ยาให�เป,นสัารต้�วใหม* และปล*อยสัารใหม*ออกมา ซ-%งจะทิ.างานได�ต้�องม"อ#ณหภั<ม สั<งในระด�บัหน-%ง ซ-%งในต้อนเร %มสัต้าร�ทิเคร$%องอ#ณหภั<ม ย�งต้.%า Catalytic converter ย�งไม*ทิ.างาน และไอเสั"ยย�งคงเป,นไอเสั"ยอย<*

ช*วยก.าจ�ด CO และ HC ให�เป,น CO2 และ H2O ได� และลด Particulate matter ได� แต้*เปล"%ยน NOx ไม*ได�

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

28

Catalytic Converter Technology (4) NOx Catalysis (DeNOx)

NO จะได�ร�บัการปร�บัให�เป,นสัารทิ"%ไม*เป,นมลพ ษ โดยใช�สัาร CO, HC และ H2 ทิ"%อย<*ในไอเสั"ย โดยปฏิ ก ร ยา Reduction ด�งสัมการ

NO + CO -> (1/2)N2 + CO2

2NO + 5CO -> 3H2O + 2NH3 + 5CO2

2NO + CO -> N2O + CO2 ต้�องทิ"%อ#ณหภั<ม ไม*มากกว*า 200oC

NO + H2 -> (1/2)N2 + H2O

2NO + 5H2 -> 2NH3 + 2H2O

2NO + H2 -> N2O + H2O ต้�องทิ"%อ#ณหภั<ม ไม*มากกว*า 200oC

ปฏิ ก ร ยาทิ�1งหมดน"1 ไม*ต้�องใช� Catalyst แต้*ต้�วเร*งปฏิ ก ร ยาทิ"%เปล"%ยน NOx เป,น N2 และ O2 ก�ม" แต้*ทิ�%วไปเร"ยกว*า NO reduction Catalyst โดยเม$%อใช� Catalyst แล�ว จะต้�องต้ามด�วยกระบัวนการ Oxidation ซ-%งต้�องต้ ดต้�1งพร�อม air pump เพ$%อทิ"%จะก.าจ�ด CO และ HC ทิ"%ออกมา เร"ยกว*าระบับั Two-bed แต้*ม"ขี�อเสั"ยค$อภัายใต้�การทิ.างานขีองเคร$%องยนต้�แบับั rich, NO จะเปล"%ยนเป,น NH3 แทินทิ"%จะเป,น N2 และ NH3 เม$%อเขี�าไปใน bed ทิ"%สัองจะกลายเป,น NO ด�งน�1น NH3 จะต้�องได�ร�บัการควบัค#มให�เก ดน�อยมาก โดยปกต้ Catalyst ทิ"%ใช�ค$อ Rhodium (Rh) เพราะจะผล ต้ NH3 ได�น�อย

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

29

Catalytic Converter Technology (2) Three-way Catalyst (TWC)

ใช� Single catalyst bed ทิ"%ก.าจ�ดได�ทิ�1ง 3 ต้�ว ค$อ CO, HC และ NOx โดยเคร$%องยนต้�ต้�องทิ.างานทิ"%สัภัาวะใกล�เค"ยงก�บั Stoichiometric ซ-%งจะทิ.าให�สัามารถลด NO ได�โดยม" O

2 เพ"ยงพอทิ"%จะออกซ ไดซ� CO และ HC

ทิ.างานเป,นแบับั Closed-loop โดยต้�องม" Oxygen sensor เพ$%อควบัค#มอ�ต้ราสั*วนอากาศ์ต้*อเช$1อเพล ง (A/F ratio) และ Catalyst จะเปล"%ยน CO และ HC ให�เป,น CO2 และ H2O และลด NOx เป,น N

2

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

30

Catalyst efficiency%

ความสั�มพ�นธุ์�ระหว*าง Catalyst efficiency ก�บั Air/fuel ratio แสัดงว*าประสั ทิธุ์ ภัาพการเปล"%ยน NO, CO และ HC ขี-1นก�บั A/F ratio

ช*วงทิ"%ประสั ทิธุ์ ภัาพการเปล"%ยนสัารทิ�1งสัามต้�วทิ"%ประมาณ 80% เป,นช*วงแคบัๆ ค$อ Air/Fuel ratio เปล"%ยนแปลง 0.1 เทิ*าน�1น (14.5 – 14.6)

ด�งน�1น การทิ.างานต้�องใช�ระบับัควบัค#มทิ"%ด"มาก เช*น Close-loop control และ oxygen sensor ทิ"%ด" เพ$%อให�เคร$%องยนต้�ทิ.างานทิ"% Stoichiometric ต้ามต้�องการ

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

31

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

32

Catalytic Converter Technology (5)

Particulate trap and regenerative system โดยการลดปร มาณขีองอน#ภัาคทิ"%ปล*อยสั<*บัรรยากาศ์ การด�กคล�ายการกรองโดยเซราม กสั� ด�กได� particulate ถ-ง 60 – 90% ในกระแสัไอเสั"ย เม$%อม"การจ�บั soot ไว�จะเต้�มขี-1นเร$%อยๆ และไปจ.าก�ดการไหลขีองไอเสั"ย ความด�นลดจะทิ.าให�เคร$%องยนต้�ม"ป:ญหา , การลดการจ.าก�ดการไหลอาศ์�ยการเผาไหม� particulate ทิ"%ถ<กจ�บัไว�ก�บัออกซ เจนสั*วนเก น (Excess O2) ในไอเสั"ย

HC trap โดยการสัะสัมไฮโดรคาร�บัอนระหว*างช*วงเวลาสัต้าร�ทิเคร$%อง เม$%อ Catalytic converter เย�นและถ<กปล*อยไปภัายหล�งสั<*กระแสัก4าซไอเสั"ยเม$%อ Catalytic converter ร�อนแล�ว

Fund.of Mech.Eng. Part II ( ต้�นฉบั�บัโดย นคร ทิ พยาวงศ์� และ )ภั�ทิราพร กมลเพ�ชร

33

Low light-off catalysts

เน$%องจากทิ"%อ#ณหภั<ม ต้.%า ไฮโดรคาร�บัอนเปล"%ยนได�ยาก จ-งม"การเต้ มซ"โอไลทิ� (Zeolite) ลงไปเพ$%อจ�บัก�บั HC ก*อนเม$%ออ#ณหภั<ม ต้.%า

จากน�1นเม$%ออ#ณหภั<ม สั<ง ก�ปล*อย HC ออกมา ทิ.าให�สัารทิ.างานได�ทิ"%อ#ณหภั<ม ต้.%า

Light-off temperature ค$อ อ#ณหภั<ม ทิ"% Catalyst conversion ม"ประสั ทิธุ์ ภัาพการทิ.างานเก น 50% (หากอ#ณหภั<ม ต้.%าประสั ทิธุ์ ภัาพย %งลด ) ด�งน�1นสั*วนใหญ*จะวาง Converter ไว�ใกล�ก�บัเคร$%องยนต้� แต้*ใกล�มากก�ไม*ด"จะเสั$%อมสัภัาพเร�ว