Dizel motorlarda kirletici emisyonların kontrol edilmesine yönelik Fe2O3 esaslı katalizörlerin kullanıldığı DOC ve SCR sistemlerinin geliştirilmesi
Development of DOC and SCR systems using Fe2O3 based catalysts to control pollutant emissions in diesel engines
Yazar: İBRAHİM ASLAN REŞİTOĞLU
Danışman: PROF. DR. KEMAL ALTINIŞIK
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, DOC ve SCR sistemlerine yönelik olarak, farklı katalistlere sahip Fe2O3 esaslı katalizörlerin geliştirilmesi ve geliştirilen bu katalizörlerin, emisyon dönüşümleri üzerindeki etkisinin belirlenmesi amaçlandı. Bu amaçla Al2O3 – Fe2O3, Al2O3 – TiO2 / Fe2O3, Al2O3 – TiO2 / CeO2 / Fe2O3, Al2O3 – Nb2O5 / CeO2 / Fe2O3 ve Al2O3 – Pt / Fe2O3 olmak üzere beş farklı türde katalizör üretimi gerçekleştirildi. Her bir katalizöre ait SEM, XRD, XRF ve BET analizleri gerçekleştirilerek katalizörlere ait yapısal ve kimyasal özellikler belirlendi. Analizleri gerçekleştirilen katalizörlerin test edilmesi amacıyla bir egzoz sistemi tasarlanarak deney motoruna adaptasyonu sağlandı. SCR sisteminin çalışmasına yönelik elektronik kontrol sistemi ve yazılımı gerçekleştirildi. Deney düzeneğinin tamamlanmasından sonra katalizörler, egzoz sistemi içerisine yerleştirilerek egzoz emisyonu üzerindeki etkilerinin belirlenmesi amacıyla motor testlerine tabi tutuldu. Testler tek silindirli bir dizel motor kullanılarak sabit motor devrinde (1500 d/d) ve 7 farklı motor torkunda (6, 9, 12, 15, 18, 21 ve 24 Nm) gerçekleştirildi. Bu testlerle, DOC'lerinin CO, CO2, HC, O2, NO, İs emisyonları ile egzoz gazı sıcaklığı üzerindeki etkileri belirlenirken, SCR katalizörlerinin NOx emisyonu üzerindeki etkisi tespit edildi. Sonuç olarak DOC ve SCR katalizörlerinin kullanımı ile CO emisyonlarında %83.51, HC emisyonlarında %80.83, İs emisyonlarında %52.72 ve NOx emisyonlarında %86.47 oranlarını bulan dönüşümler elde edildi. Ayrıca katalizör kullanımının özgül yakıt tüketimi ve hava fazlalık katsayısı üzerindeki etkileri belirlendi. Katalizör kullanımı özgül yakıt tüketimi değerlerinde bir miktar artışa yol açarken hava fazlalık katsayısı değerlerinde azalmalar gözlemlendi. Deneysel çalışma sonrasında, deney sonuçlarının çok değişkenli regresyon analizi gerçekleştirilerek her bir katalizöre yönelik sayısal denklemler elde edildi.

Abstract:
This study as for DOC and SCR system was carried on the development of Fe2O3 based catalyst with different additives and the effect of developed catalysts on conversion of pollutant emissions. For this purpose, five different types of catalyst production including Al2O3 – Fe2O3, Al2O3 – TiO2 / Fe2O3, Al2O3 – TiO2 / CeO2 / Fe2O3, Al2O3 – Nb2O5 / CeO2 / Fe2O3 and Al2O3 – Pt / Fe2O3 were performed. Chemical and physical properties of catalysts were determined by SEM, XRD, XRF and BET analyzes. An individual exhaust system was built up and mounted to engine for catalyst tests. An electronic control system and software were developed to control SCR system. After the completion of experimental setup, Catalysts placed inside exhaust system were subjected to engine tests to determine effects on exhaust emissions. Experiments were carried out with a single cylinder diesel engine at constant engine speed (1500 rpm) and 7 different engine loads (6, 9, 12, 15, 18, 21 and 24 Nm). With these tests, the effects of DOCs on CO, CO2, HC, O2, NO, Smoke emissions and exhaust gas temperature were determined while the effects of SCR catalysts on NOx emissions were determined. Consequently, the use of DOCs and SCR catalysts led to conversion in CO, HC, smoke and NOx up to 83.51%, 80.83%, 52.72% and 86.47% respectively. Furthermore, the effects of catalysts on specific fuel consumption and excess air coefficient were determined. The use of catalyst led to an amount of increase in specific fuel consumption of engine while decreases were observed in excess air coefficient values. After experimental studies, numerical equations for each catalyst were obtained by performing multivariate regression analysis of test results.