Přejít k obsahu


Effect of cavities and cracks on diffusivity in coated catalyst layer

Citace: NOVÁK, V., KOČÍ, P., GREGOR, T., CHOI, J., ŠTĚPÁNEK, F., MAREK, M. Effect of cavities and cracks on diffusivity in coated catalyst layer. Catalysis Today, 2013, roč. 216, č. SI, s. 142-149. ISSN: 0920-5861
Druh: ČLÁNEK
Jazyk publikace: eng
Anglický název: Effect of cavities and cracks on diffusivity in coated catalyst layer
Rok vydání: 2013
Autoři: Vladimír Novák , Ing. Petr Kočí Ph.D. , Ing. Tomáš Gregor PhD. , Jae-Soon Choi , Doc. Ing. František Štěpánek Ph.D. , Prof. Ing. Miloš Marek
Abstrakt CZ: V tomto článku využíváme novou experimentální a výpočetní metodu ke zkoumání příspěvku prasklin a dutin k difuzi v povrchové vrstvě katalyzátoru (tzv. washcoatu). Vzorek průmyslového monolitického katalyzátoru pro katalýzu výfukových plynů je skenován pomocí mikroCT za účelem získání realistických 3D obrázků povrchové vrstvy. Ve zkoumaném vzorku představují praskliny a dutiny cca 20% povrchové vrstvy. V jednotlivých sekcích virtuálně zrekonstruované porézní struktury je simulována 3D difuze. Provedené simulace pro povrchovou vrstvu bez prasklin a dutin (obsahující pouze standardní meso a makro-póry) ukazují, že celková efektivní difuzivita je cca 1,7 krát nižší bez přítomnosti těchto defektů a tento rozdíl roste s teplotou. Efekt prasklin a dutin je dále testován v kombinované reakčně-transportní simulaci, ze které jsou vyhodnoceny odpovídající efektivní faktory. Prostorově zprůměrněné reakční rychlosti jsou použity v multi-scale simulacích zhášecích křivek. Tyto simulace odhalují vliv těchto strukturních defektů v povrchové vrstvě na celkovou výkonnost monolitického reaktoru.
Abstrakt EN: In this paper we apply novel experimental and computational methods that investigate the contribution of cracks and cavities to diffusion in catalytic coating (washcoat). A sample of commercial catalytic monolith for automotive exhaust gas aftertreatment is scanned by X-ray microtomography (?CT) to obtain realistic 3D images of the coated layer. In the tested sample the cracks and cavities represent about 20% of the coated layer volume. A 3D diffusion is then simulated within sections of the virtually reconstructed porous structure. Benchmark simulations performed for the coating without any cracks or cavities (i.e. containing only standard meso- and macro-pores) indicate that the overall effective diffusivity is approx. 1.7 times lower in absence of these structural defects and the difference increases with temperature. The effect of cracks and cavities is further tested in combined reaction and transport simulation and corresponding effectiveness factors are evaluated. Finally, spatially averaged reaction rates are employed in multi-scale simulations of light-off curves that reveal the impact of the structural defects in the catalytic coating on overall performance of the monolith reactor.
Klíčová slova

Zpět

Patička