Evaluation of NO Oxidation Properties over a Mn-Ce/ γ

With the purpose of studying the effect of diesel oxidation catalyst (DOC) on the NO oxidation activity, a series of xMn10Ce/γ-Al2O3 (x = 4, 6, 8, and 10) catalysts were synthesized by acid-aided sol-gel method. The physicochemical properties of the catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), and Transmission Electron Microscope (TEM). Result showed that the crystalline size of MnOx and CeO2 ranges from 5 nm to 30 nm and manganese existed mainly in the catalysts in the form of manganese dioxide. Moreover, NO oxidation experiments were carried out to evaluate the activity of the catalysts; according to the results, 6Mn10Ce/γ-Al2O3 catalyst showed the supreme NO oxidation activity with a NO to NO2 conversion rate of 83.5% at 300°C. Compared to 500 ppm NO inlet concentration, the NO conversion was higher than that of 750 and 1000 ppm NO over 6Mn10Ce/γ-Al2O3 catalyst in the temperature range of 150–300°C

Modelling and analysis of conversion efficiency in flow-through catalysts for lean-burn combustion engines

[ES] La preocupación mundial por el cambio climático y la calidad del aire se refleja en normativas para la regulación de emisiones en el sector del transporte cada vez más estrictas, situando el desarrollo de sistemas propulsivos sostenibles como el objetivo fundamental. En el caso de los motores de combustión interna, el uso de sistemas de postratamiento de gases de escape, necesario para cumplir con los límites impuestos a las emisiones contaminantes, ha añadido mayor complejidad a la línea de escape. Una correcta comprensión de la respuesta de estos sistemas y su interacción con el motor requiere un profundo conocimiento de los procesos termo-fluidodinámicos y químicos que tienen lugar en los mismos. Su estudio indica que las mayores contribuciones a la reducción de las emisiones consisten en conseguir una activación más rápida de los catalizadores. Sin embargo, por lo general, las estrategias empleadas para alcanzar este fin se traducen en una penalización del consumo de combustible y, por consiguiente, de las emisiones de CO2. En este contexto, el objetivo de esta tesis doctoral es contribuir a la comprensión de los fenómenos presentes en los reactores monolíticos de flujo continuo utilizados en los motores de combustión pobre. En primer lugar, se presenta el desarrollo de una herramienta computacional para el modelado de los reactores estándar, es decir, los monolitos con recubrimiento catalítico monocapa, con un coste computacional bajo que permite responder de manera oportuna a las nuevas condiciones de contorno. El modelo se construyó dentro del entorno de modelo de motor virtual VEMOD, un software de dinámica de gases desarrollado por el I.U.I. CMT-Motores Térmicos para la simulación termo-fluidodinámica de motores de combustión interna y sus componentes. Apoyada sobre experimentos específicos para su calibración y validación en catalizadores de oxidación y de reducción de NOx, la herramienta computacional permite la identificación y el estudio de los parámetros que determinan la eficiencia de conversión de los sistemas de postratamiento. De esta forma, se aplica, con un enfoque de cálculo de valor medio, al análisis, en primer lugar, del impacto de la meso-geometría y el material de catalizadores de oxidación en condiciones dinámicas en función de la forma del canal. También se aborda el estudio de la sensibilidad a la composición de los gases de escape considerando diversas estrategias de combustión comparadas con el diésel convencional, así como el empleo de combustibles alternativos. Por último, se explora experimentalmente la importancia de la ubicación en la línea de escape de un catalizador de oxidación para discutir el efecto sobre las emisiones y el rendimiento del motor de la ubicación pre-turbina, por los beneficios que a nivel térmico tiene esta localización para el postratamiento. Todo ello sirve como fuente de desarrollos tecnológicos y científicos en el área de control de emisiones para el uso y comprensión de la nueva generación de sistemas de postratamiento.[CA] La preocupació mundial pel canvi climàtic i la qualitat de l'aire es reflecteix en normatives per a la regulació d'emissions en el sector del transport cada vegada més estrictes, situant el desenvolupament de sistemes propulsius sostenibles com l'objectiu fonamental. En el cas dels motors de combustió interna, l'ús de sistemes de posttractament de gasos de fuita, necessari per a complir amb els límits imposats a les emissions contaminants, ha afegit major complexitat a la línia de fuita. Una correcta comprensió de la resposta d'aquests sistemes i la seua interacció amb el motor requereix un profund coneixement dels processos termo-fluidodinámicos i químics que tenen lloc en aquests. El seu estudi indica que les majors contribucions a la reducció de les emissions consisteix a aconseguir una activació més ràpida dels catalitzadors. No obstant això, en general, les estratègies emprades per a aconseguir aquest objectiu es tradueixen en una penalització del consum de combustible i, per consegüent, de les emissions de CO2. En aquest context, l'objectiu d'aquesta tesi doctoral és contribuir a la comprensió dels fenòmens presents en els reactors monolítics de flux continu utilitzats en els motors de combustió pobra. En primer lloc, es presenta el desenvolupament d'una eina computacional per al modelatge dels reactors estàndard, és a dir, els monòlits amb recobriment catalític monocapa, amb un cost computacional baix que permet respondre de manera oportuna a les noves condicions de contorn. El model es va construir dins de l'entorn de model de motor virtual VEMOD, un programari de dinàmica de gasos desenvolupat per l'I.U.I. CMT-Motors Tèrmics per a la simulació termo-fluidodinámica de motors de combustió interna i els seus components. Recolzada sobre experiments específics per al seu calibratge i validació en catalitzadors d'oxidació i de reducció de NOx, l'eina computacional permet la identificació l'estudi dels paràmetres que determinen l'eficiència de conversió dels sistemes de posttractament. D'aquesta manera, s'aplica, amb un enfocament de càlcul de valor mitjà, a l'anàlisi, en primer lloc, de l'impacte de la meso-geometria i el material de catalitzadors d'oxidació en condicions dinàmiques en funció de la forma del canal. També s'aborda l'estudi de la sensibilitat a la composició dels gasos de fuita considerant diverses estratègies de combustió comparades amb el dièsel convencional, així com l'ús de combustibles alternatius. Finalment, s'explora experimentalment la importància de la ubicació en la línia de fuita d'un catalitzador d'oxidació per a discutir l'efecte sobre les emissions i el rendiment del motor de la ubicació pre-turbina, pels beneficis que a nivell tèrmic té aquesta localització per al posttractament. Tot això serveix com a font de desenvolupaments tecnològics i científics en l'àrea de control d'emissions per a l'ús i comprensió de la nova generació de sistemes de posttractament.[EN] The global concern on climate change and air quality is reflected over increasingly strict emission regulations in the transportation sector, making the development of sustainable propulsion systems the key objective. In the case of internal combustion engines, the use of aftertreatment systems (ATS), necessary to comply with the limits imposed on pollutant emissions, has added further complexity to the exhaust line. A correct comprehension of the response of these systems and their interaction with the engine requires an in-depth knowledge of the thermo-fluid-dynamic and chemical processes taking place inside them. Their study indicates that the major contributions to emission reduction rely on driving the catalysts to a faster light-off. However, in general, the strategies employed to achieve this goal involve a fuel consumption penalty and, consequently, CO2 emissions increase. In this context, the aim of this Ph.D. thesis is to contribute to the understanding of the phenomena present in flow-through catalysts used in lean burn combustion engines. First, the development of a computational tool for modelling the standard devices, i.e. mono-layers washcoat catalysts, is presented, with flexible and low computational cost, enabling timely response to the new boundary conditions. The model was built inside the Virtual Engine Model VEMOD, an open-source gas dynamics software developed by I.U.I. CMT-Motores Térmicos for thermo-fluid-dynamic simulation of internal combustion engines and their components. Supported by specific experiments for its calibration and validation on oxidation and NOx reduction catalysts, the computational tool allows the identification and study of the parameters that determine the conversion efficiency of the ATS. In the first instance it is used to analyze the impact of meso-geometry and oxidation catalyst material under dynamic conditions as a function of the channel shape. The study of the sensitivity to exhaust gas composition is also addressed considering various combustion strategies compared to conventional diesel, as well as the use of alternative fuels. Finally, the importance of the position in the exhaust line of an oxidation catalyst is explored experimentally to discuss the effect on emissions and engine performance of the pre-turbine location, because of the thermal benefits of this location for the aftertreatment. All of this serves as a source of technological and scientific developments in the area of emissions control for the use and comprehension of the new generation of aftertreatment systems.Ruiz Lucas, MJ. (2023). Modelling and analysis of conversion efficiency in flow-through catalysts for lean-burn combustion engines [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/19401

Low and zero SAPS antiwear additives for engine oils

Almost all modern engine lubricants use the additive zinc dialkyldithiophosphate (ZDDP) to provide antiwear and extreme pressure protection. However existing and proposed emissions regulations include constraints in the concentration of ZDDP or other sulphated ash-, phosphorus- and sulphur- (SAPS) containing additives in engine oils, as well as limits to the permissible phosphorus loss from the oil in running engines. The deleterious effects of SAPS on exhaust aftertreatment systems from ZDDP decomposition has lead to a great interest in identifying alternative low and zero SAPS antiwear additives that can partially of fully replace ZDDP in the next generation of engine oils to extend the life of exhaust after-treatment systems. The aim of the work described in this thesis is to explore under the same test conditions, the film-forming, friction and wear-reducing properties of a very wide range of low and zero SAPS antiwear additives as possible replacements for ZDDP in engine oils, and, where additive types are effective, to investigate their mechanism of action. Some of the alternative low and zero SAPS antiwear additives investigated show wear-reducing performance comparable to the ZDDP used as a benchmark in this research. The most promising alternatives to be used as supplements/replacements for ZDDP are suggested and discussed. One characteristic of ZDDP is that it can form quite thick films on surfaces during rubbing. It is found that many different types of additive can also form thick films, though not generally as thick as ZDDP. However it has been found that there is no significant correlation between the ability of an additive to form a thick boundary film and its ability to control wear. Thick boundary film formation does, however, correlate positively with an increase in friction in contacts operating at intermediate entrainment speeds, so thick film formation should not be taken as a necessary or desirable feature of antiwear additives. It is also found that antiwear additives can give a very wide range of boundary friction coefficient values, depending on the molecular structure of the additive. There thus appears to be scope for optimising the structure of antiwear additives to provide reduced boundary friction.Imperial Users Onl

Sistemas SCR y NSR-SCR para DeNOx en corrientes de escape diésel: Formulaciones, cinética y modelización

314 p.En esta tesis, se estudian las características físico-químicas de diferentes catalizadores Fe,Cu/ZSM-5, BETA y SSZ-13, tanto en forma granulada como monolítica, y se analiza su comportamiento NH3-SCR en la eliminación de NOx de corrientes de gases de escape de motores de mezcla pobre. También se analizan las ventajas de colocar los catalizadores SCR corriente debajo de otro catalizador modelo Pt-BaO/Al2O3 NSR para mejorar la eficiencia de eliminación de NOx a N2, eliminando el deslizamiento de amoniaco en el sistema. El catalizador Cu/CHA proporciona el mejor comportamiento, a la vez que muestra una muy elevada resistencia al envejecimiento hidrotérmico. También se propone un modelo cinético globalizado para el sistema de reacciones NO/NO2 NH3-SCR, que se verifica con un extenso conjunto de reacciones experimentales. Finalmente, se modeliza y simula el comportamiento NH3-SCR en un canal monolítico, utilizando el software Comsol Multiphysics