Přejít k obsahu


Prediction of diffusivity and conversion of n-decane and CO in coated Pt/γ-Al2O3 catalyst depending on porous layer morphology

Citace: DUDÁK, M., NOVÁK, V., KOČÍ, P., MAREK, M., BLANCO-GARCÍA, P., JONES, G. Prediction of diffusivity and conversion of n-decane and CO in coated Pt/?-Al2O3 catalyst depending on porous layer morphology. Applied Catalysis B: Environmental, 2014, roč. 150-151, č. May, s. 446-458. ISSN: 0926-3373
Druh: ČLÁNEK
Jazyk publikace: eng
Anglický název: Prediction of diffusivity and conversion of n-decane and CO in coated Pt/?-Al2O3 catalyst depending on porous layer morphology
Rok vydání: 2014
Autoři: Michal Dudák , Vladimír Novák , Ing. Petr Kočí Ph.D. , Prof. Ing. Miloš Marek , Patricia Blanco-García , Glenn Jones
Abstrakt CZ: Konverze v monolitických reaktorech pro výfukové plyny může být omezena difusí v katalytické vrstvě. Tento fakt je obzvláště důležitý pro monolitické reaktory s vícevrstvou úpravou. V této publikaci představujeme detailní studii modelování metodologie pro předpověď efektivní difuzivity založené na struktuře porézní vrstvy (částice a distribuce velikostí pórů). Představujeme přístup k difusi a oxidaci n-dekanu a CO na vrstvách Pt/?-Al2O3 používaných většinou v oxidačních katalyzátorech dieselových motorů. K ověření předpovědí modelu pomocí experimentu bylo naneseno několik kovových vrstev identické tloušťky, přičemž jejich makroporézní struktura byla řízena velikostí částic aluminy, rozložením pórů a technikou zhutňován. Více-škálový modelovací přístup byl použit k předpovědi efektivní difusivity a vlivu limitace vnitřní difuse na dosaženou konverzi. Difuse CO a n-dekanu byla simulována na mikroměřítku spolu s oxidační reakcí ve 3D zrekonstruovaném prostředí. Výsledky byly zkombinovány s makroskopickým 1D modelem pístového toku k výpočtu výstupní konverze. Bylo dosaženo dobře shody mezi předpovězenou a naměřenou konverzí jak pro oxidaci n-dekanu tak CO. Předpovězené difusní koeficienty Deff na vrstvách Pt/?-Al2O3 byly 1.4, 3.6 and 6.4 × 10?6 m2 s?1 pro CO při T = 298 K v kompaktním, standardním a makroporézním vzorku. Odpovídající difusivity pro n-dekan byly 0.53, 1.2 a 2.0 × 10?6 m2 s?1. Model vyčíslil relativní příspěvky objemové a Knudsenovy difuse k celkovému transportu, stejně tak i teplotní závislost Deff.
Abstrakt EN: The conversion in monolith reactors for automotive exhaust gas aftertreatment can be limited by diffusion in the catalytic layer. This is particularly important for monolith reactors with multiple coated layers. In this paper, we present detailed modeling methodology for prediction of effective diffusivity based on the actual structure of a porous coating (particle and pore size distributions). We demonstrate the approach on diffusion and oxidation of n-decane and CO in Pt/?-Al2O3 layers typically used in diesel oxidation catalysts. To validate the model predictions experimentally, several layers were coated with uniform thickness on flat metal foils, and their macroporous structure was controlled by alumina particle size distribution, pore templates and compaction techniques. A multi-scale modelling approach was then applied to predict effective diffusivity and impact of the internal diffusion limitations on the achieved conversions. Diffusion of CO and n-decane was simulated on a micro-scale together with oxidation reactions in a 3D digitally reconstructed porous layer structure. The results were combined with a macroscopic 1D plug-flow model to calculate the reactor outlet conversions. Good agreement was achieved between the predicted and the measured conversions both for n-decane and CO oxidation. The predicted effective diffusion coefficients Deff through the tested Pt/?-Al2O3 layers were 1.4, 3.6 and 6.4 × 10?6 m2 s?1 for CO at T = 298 K in compact, standard and macropore-templated sample, respectively. The corresponding diffusivities for n-decane were 0.53, 1.2 and 2.0 × 10?6 m2 s?1, respectively. The model quantified relative contributions of volume and Knudsen diffusion regimes to overall transport as well as temperature dependence of Deff.
Klíčová slova

Zpět

Patička