Sartorius, Julian (2024)
3D-Charakterisierung von Washcoatschichten für die Simulation von Reaktion-Diffusionsprozessen in Ammoniakschlupfkatalysatoren.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00028683
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion
Kurzbeschreibung (Abstract)
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung und Modellierung von 3D-Washcoatschichten in Autoabgaskatalysatoren. Ziel ist die Bestimmung von volumengemittelten, effektiven Diffusionskoeffizienten für die Simulation des Stofftransports in Katalysatorschichten sowie die Untersuchung des Einflusses von inhomogener Washcoatverteilung in monolithischen Substraten. Als Charakterisierungsmethode zur Bestimmung der Porenstruktur dient die FIB-SEM-Tomographie. Durch Segmentierung werden dreidimensionale Geometrien der porösen Washcoatschicht erzeugt. Mithilfe von Simulationsprogrammen, darunter ein eigens erstelltes Programm auf Basis von Random Walk, werden volumengemittelte, effektive Diffusionskoeffizienten berechnet und zeigen eine Diskrepanz zu literaturbekannten Diffusionskoeffizienten aus Umsatzexperimenten. Dieser augenscheinliche Konsens in der Literatur wird durch die Ergebnisse auf Basis von FIB-SEM hinterfragt. Um den Einfluss inhomogener Washcoatverteilungen in monolithischen Substraten zu untersuchen wird ein 2D+1D-Modell eines Ammoniakschlupfkatalysators mit zwei Schichten erstellt und gegen ein 1D+1D-Monolithreaktormodell validiert. Im 2D+1D-Modell werden der NH3-Oxidationsmechanismus in der unteren und der SCR-Mechanismus in der oberen Schicht durch Splines abgebildet. Um den Einfluss von Diffusion in den Substratwänden zu untersuchen, wird ein 2D-Porenskalenmodell einer porösen, beschichteten Filterwand erstellt. Anhand der Ergebnisse des 2D-Porenskalenmodells wird die Diffusion im Washcoat über einen Katalysatorwirkungsgrad berücksichtigt. Die Strömung in durch die Filterwand wird über die Verweilzeitverteilung beschrieben. Auf Basis der Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen wird ein einfaches Ersatzmodell erstellt.
| Typ des Eintrags: | Dissertation | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Erschienen: | 2024 | ||||
| Autor(en): | Sartorius, Julian | ||||
| Art des Eintrags: | Erstveröffentlichung | ||||
| Titel: | 3D-Charakterisierung von Washcoatschichten für die Simulation von Reaktion-Diffusionsprozessen in Ammoniakschlupfkatalysatoren | ||||
| Sprache: | Deutsch | ||||
| Referenten: | Votsmeier, Prof. Dr. Martin ; Linkhorst, Prof. Dr. John | ||||
| Publikationsjahr: | 3 Dezember 2024 | ||||
| Ort: | Darmstadt | ||||
| Kollation: | ii, 124 Seiten | ||||
| Datum der mündlichen Prüfung: | 8 Juli 2024 | ||||
| DOI: | 10.26083/tuprints-00028683 | ||||
| URL / URN: | https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/28683 | ||||
| Kurzbeschreibung (Abstract): | Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung und Modellierung von 3D-Washcoatschichten in Autoabgaskatalysatoren. Ziel ist die Bestimmung von volumengemittelten, effektiven Diffusionskoeffizienten für die Simulation des Stofftransports in Katalysatorschichten sowie die Untersuchung des Einflusses von inhomogener Washcoatverteilung in monolithischen Substraten. Als Charakterisierungsmethode zur Bestimmung der Porenstruktur dient die FIB-SEM-Tomographie. Durch Segmentierung werden dreidimensionale Geometrien der porösen Washcoatschicht erzeugt. Mithilfe von Simulationsprogrammen, darunter ein eigens erstelltes Programm auf Basis von Random Walk, werden volumengemittelte, effektive Diffusionskoeffizienten berechnet und zeigen eine Diskrepanz zu literaturbekannten Diffusionskoeffizienten aus Umsatzexperimenten. Dieser augenscheinliche Konsens in der Literatur wird durch die Ergebnisse auf Basis von FIB-SEM hinterfragt. Um den Einfluss inhomogener Washcoatverteilungen in monolithischen Substraten zu untersuchen wird ein 2D+1D-Modell eines Ammoniakschlupfkatalysators mit zwei Schichten erstellt und gegen ein 1D+1D-Monolithreaktormodell validiert. Im 2D+1D-Modell werden der NH3-Oxidationsmechanismus in der unteren und der SCR-Mechanismus in der oberen Schicht durch Splines abgebildet. Um den Einfluss von Diffusion in den Substratwänden zu untersuchen, wird ein 2D-Porenskalenmodell einer porösen, beschichteten Filterwand erstellt. Anhand der Ergebnisse des 2D-Porenskalenmodells wird die Diffusion im Washcoat über einen Katalysatorwirkungsgrad berücksichtigt. Die Strömung in durch die Filterwand wird über die Verweilzeitverteilung beschrieben. Auf Basis der Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen wird ein einfaches Ersatzmodell erstellt. |
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| Alternatives oder übersetztes Abstract: |
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| Status: | Verlagsversion | ||||
| URN: | urn:nbn:de:tuda-tuprints-286831 | ||||
| Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 660 Technische Chemie |
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| Fachbereich(e)/-gebiet(e): | 07 Fachbereich Chemie 07 Fachbereich Chemie > Ernst-Berl-Institut 07 Fachbereich Chemie > Ernst-Berl-Institut > Fachgebiet Technische Chemie |
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| Hinterlegungsdatum: | 03 Dez 2024 13:14 | ||||
| Letzte Änderung: | 04 Dez 2024 11:26 | ||||
| PPN: | |||||
| Referenten: | Votsmeier, Prof. Dr. Martin ; Linkhorst, Prof. Dr. John | ||||
| Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: | 8 Juli 2024 | ||||
| Export: | |||||
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