Three-site kinetic model for selective catalytic reduction of NOX with ammonia over a commercial catalyst for calibration of aftertreatment systems in diesel powered heavy duty vehicles
Dizel motorlu ağır iş makinelerinin motor sonrası sistemi kalibrasyonu için ticari bir katalizör kullanılarak NOX'un amonyak ile seçici katalitik indirgenmesinin üç-siteli kinetik modeli
- Tez No: 473024
- Danışmanlar: PROF. CAN ERKEY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 117
Özet
Azot oksitlerin (NOx) amonyak ile seçici katalitik indirgenmesi (SCR) dizelle çalışan ağır iş araçlarında NOx azaltılması için etkili bir yöntemdir. Bu çalışmanın ilk kısmında, bakır-kabazit (Cu-CHA) ile kaplanmış monolit bir reaktör içerisinde gerçekleşen standart SCR reaksiyonunun kütle transferi sınırlandırmaları tek reaksiyon modeli kullanılarak incelenmiştir. Aldığımız sonuçlara göre, düşük sıcaklıkta elde edilen esas kinetik parametreleri kullanarak yüksek sıcaklıktaki SCR aktivitesi doğru hesaplanamamaktadır. Ayrıca dış kütle transfer kısıtlamaları 350 °C'nin üstünde etkilerini göstermeye başlamaktadır. Buna göre, çalışmanın ikinci kısımda, Cu-CHA katalizöründeki NOx'un amonyak SCR ile indirgenmesi için iç ve dış kütle transfer kısıtlamalarını da içeren çok siteli bir kinetik model geliştirilmiştir. Monolit reaktörde NH3 adsorpsiyon ve desorpsiyon, NH3 oksitlenmesi, NO oksitlenmesi, standart SCR reaksiyonu ve ek olarak N2O oluşumu reaksiyonları 100 ila 600 °C arasında ayrı ayrı incelenmiştir. Cu-CHA üzerinde 3 farklı amonyak depolama sitesi olduğunu varsayan kinetik modelden elde edilen NH3 adsorpsiyon ve desorpsiyon profili ile deneyden elde dilen profil iyi uyum göstermiştir. Bu 3 sitenin kabazitin 6-üyeli halkasının yakınına/üstüne bağlanan 1-bakır türleri, bakır-oksit kümelenmeleri ya da yüksek sıcaklıkta zeolitin daha büyük kısımlarına göç eden bakırlar ve amonyağın zayıf bağ ile bağlandığı yerler olduğu düşünülmektedir. NH3 adsorpsiyon, breakthrough ve sıcaklık programlı desorpsiyon verisi kullanılarak site yoğunlukları ve kare kanallı kordirit arı kovanı tipi monoliti için kütle transfer katsayısı korelasyonundaki katsayılar, (𝑆ℎ = 𝐴(1 + 𝐵(𝑅𝑒)(𝑆𝑐)(𝑑ℎ/𝐿))𝐶), bulunmuştur. Ayrıca NH3 adsorpsiyon & desorpsiyon, NH3 oksitlenmesi, NO oksitlenmesi, standart SCR reaksiyonu ve de N2O oluşumu reaksiyonlarının aktivasyon enerjileri ve preeksponensiyel katsayıları da deneysel verilerden elde edilmiştir. 3-siteli kinetik model sonuçları geniş bir sıcaklık aralığında (100 den 600 °C'ye) deneysel veriler ile mükemmel uyum göstermiştir. Parametre bulma esnasında kullanılmayan, farklı reaktör çıkışı akış hızlarına sahip standart SCR deneylerinin sonuçları da model sonuçları ile uyumlu bulunmuştur. Bu çalışmanın sonucunda literatürdeki monolit reaktörler için önerilen kütle transfer katsayısı korelasyonlarının bu tarz sistemler (NH3-SCR) için uygun olmadığı gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Selective catalytic reduction (SCR) of nitrogen oxides (NOx) with ammonia is an efficient process for NOx abatement in diesel powered heavy duty vehicles. In the first part of this study, mass transfer limitations for standard SCR reaction in a monolith reactor over a commercial copper-chabazite (Cu-CHA) washcoated catalyst were investigated using a single reaction model. Results revealed that the intrinsic kinetic parameters obtained at low temperatures cannot account for SCR activity at higher temperatures and external mass transfer limitations exist at temperatures above 350 °C. Accordingly, in the second part, a multi-site kinetic model, in combination with internal and external mass transfer effects, was developed for ammonia SCR of NOx over CuCHA. NH3 adsorption & desorption, NH3 oxidation, NO oxidation and standard SCR reactions as well as the N2O formation reactions were studied separately in the temperature range of 100 to 600 °C using a monolith reactor. NH3 adsorption and desorption profiles showed good agreement with a kinetic model based on three different sites for ammonia storage on Cu-CHA. These three sites are believed to be monocopper species located near/on 6-membered ring of the chabazite structure, copper oxide clusters or coppers which move to the large cages at high temperatures and sites on which ammonia binds loosely. Site densities and coefficients of the mass transfer coefficient correlation for square channeled cordierite honeycomb monoliths, (𝑆ℎ = 𝐴(1 +𝐵(𝑅𝑒)(𝑆𝑐)(𝑑ℎ/𝐿))𝐶), were regressed from NH3 adsorption breakthrough and temperature programmed desorption data. The activation energies and pre-exponential factors for NH3 adsorption & desorption, NH3 oxidation, NO oxidation, standard SCR, and N2O formation reactions were also regressed from experimental data. The three site kinetic model is in excellent agreement with the experimental data at a wide temperature range (100 to 600 °C). The model also predicted very well standard SCR reactor effluent composition at different flow rates, which were not considered during the parameter estimation. Findings of this study revealed that correlations in the literature for estimation of mass transfer coefficients in monolith reactors were not appropriate for these systems (NH3-SCR). Therefore, mass transfer coefficients should be regressed from experimental data at conditions of interest for accurate prediction of SCR activity.
Benzer Tezler
- Kinetics of selective co oxidation in hydrogen-rich streams over Pt-Co-Ce/Al203 catalyst
Hidrojence zengin gaz karışımlarında Pt-Co-Ce/Al203 katalizörü üzerinde karbon monoksit oksidasyonu kinetiği
GÖKTUĞ NEZİHİ ÖZYÖNÜM
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. RAMAZAN YILDIRIM
- Atenolol yüklenmiş poli(akrilik asit) bazlı hidrojel sistemlerinin kontrollü salımının incelenmesi ve karakterizasyonu
Investigation and characterization of the controlled release of atenolol loaded poly(acrylic acid) based hydrojel systems
SİNEM DEMİR
- Bakır alaşımları esaslı anti-bakteriyel yüzey kaplamalarının üretimi ve karakterizasyonu
Anti-bacterial efficacy of wire arc sprayed copper alloy coatings against various pathogens
SAMİ ARDA KOCAMAN
Doktora
Türkçe
2022
Klinik Bakteriyoloji ve Enfeksiyon Hastalıklarıİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ
- Silisyumun yönlü aşındırılması ve mikroalgılayıcılar
Anisotropic etching of silicon and microsensors
F.ALİ ALDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
1991
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. DURAN LEBLEBİCİ