Otomobil egzos emisyonlarının giderilmesinde kullanılan monolitik katalizörlerde eksenel dağılım, adsorbsiyon ve reaksiyon çalışmaları

Ill OTOMOBİL EGZOZ EMİSYONLARININ GİDERİLMESİNDE KULLANILAN MONOLİTİK KATALİZÖRLERDE EKSENEL DAĞILIM, ÂDSORPSİYON VE REAKSİYON ÇALIŞMALARI Doktora Tezi Göksel ÖZKAN GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Ocak 1997 ÖZ Monolitik katalizörlerde eksenel dağdım, akış tipi, adsorpsiyon ve karbon monoksitin oksidasyon kinetiğinin incelendiği bu çalışma dört aşamada gerçekleştirilmiştir, Birinci aşamada seramik monolit tabletleri Pt-Aİ203 ile kaplanarak katalizör elde edilmiş ve bu katalizör ile seramik yapının fiziksel özellikleri belirlenmiştir. Oluşturulan monolitik katalizörün BET yüzey alanının 24.5 m2/g, tabaka kalınlığının 4.55 um olduğu belirlenmiştir. ikinci aşamada seramik monolitte basınç kayıpları incelenerek monolit içerisindeki akışın laminer olduğu test edilmiş ve Farming sürtünme katsayısı için bir korelasyon bağıntısı verilmiştir. Üçüncü aşamada ise monolitik katalizör üzerinde dağılım (dispersiyon) modeli kullanılarak puls-tepki dinamikmetoduyla eksenel dağılım katsayısı ve CO, O2, CH4, ve C3H6 gazlarının tersinir adsorpsiyon parametreleri belirlenmiştir. Deneysel sonuçlardan eksenel dağılım katsayısı 2.66xl0-4m2/s olarak bulunmuştur. Tersinir adsorpsiyon parametrelerinden adsorpsiyon denge sabiti, 76-300°C arasında incelenmiş ve her gaz için adsorpsiyon ısıları belirlenmiştir. Benzer şekilde aynı gazlar için tersinir adsorpsiyon hız sabitleri de belirlenmiştir. Çalışmanın son aşamasında ise CO gazının oksidasyon kinetiği parametreleri incelenmiş ve bir mekanizma önerilerek bu mekanizmaya göre gözlenen hız parametreleri hesaplanmıştır. LH kinetiğinin önerildiği çalışmada kinetik hız sabiti için aktivasyon enerjisi; Ea= 18063 kal/mol ve kinetik adsorpsiyon denge sabiti için adsorpsion ısısı 1383 kal/mol (AH) olarak belirlenmiştir. Bilim Kodu : 602.01.01 Anahtar Kelimeler : Monolitik karalizör, eksenel dağılım dsorpsiyon, CO oksidasyonu Sayfa Adedi : 305 Tez Yöneticisi t Prof. Dr. Gülsen DOĞU iv AXIAL DISPERSION, ADSORPTION AND REACTION STUDY IN CATALYTIC MONOLITHS FOR AUTOMOBM EMISSION CONTROL Ph. D. Thesis Göksel ÖZKAN GAZİ UNIVERSTY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY January 1997 ABSTRACT In this work a dynamic procedure was applied for the measurements of axial dispersion coefficients as well as adsorption constants and type of gas flow m monolithic catalysts and kinetic parameters in such catalysts were also estimated and the study is conducted at four steps. In first step of the study, a ceramic monolithic catalyst support with a void fraction of 0.73 and with a cell size 1.092xl0^m was coated by Al^-Pt at a thickness of 4.5 um and physical properties were measured such as the surface area of the monolithic catalyst as 24.5 m2/g. In second step of the study,by the measurement of the pressure drop in the ceramic monolith it was tested that the flow in monolith channels was laminar and a correlation was proposed for Fanning friction factor in the square channels of monolithic ceramic. In the third step of the study, pulse-response experiments were conducted using monolithic catalysts of different lengths in a specially designed reactor. In these experiments N2 was used as the carrier gas and He was used as inert tracer for axial dispersion measurements and CO, 02, CH4 and CjHg were used as adsorbing tracers for the reversible adsorption experiments. Using a transient axial dispersion model for the catalytic monolith, expressions were derived for inert and adsorbing tracers. From the variance of inert tracer experiments conducted at 185°C, axial dipersion coefficient was determined as 2.66xl0'4m2/s. Adsorption equihbrium constants and heat of adsorptions of adsorbing tracers were determined in the temperature range of 76°C-300°C, while the adsorption rate parameters were determined from the second central moments. Finaly, kinetic parameters for the CO oxidation reactions were estimated from the monolithic reactor. A one dimensional hetegeneous model with a Langmuir-Hinshelwood kinetic expression was proposed. From the reaction experiments, activation energy was determined as 18063 cal/mole and heat of adsorption was determined as 1383 cal/mole. Science Code i 602.01.01 Keywords : Monolithic catalyst, adsorption, axial dispersion, CO oxidation Page Number : 305 Adviser : Prof. Dr. Gülsen DO?U 305