Studio cinetico della riduzione di NOx su un catalizzatore LNT Pt-Ba/Al2O3

A kinetic study for the reduction of NOx stored onto a Pt-Ba/Al2O3 LNT catalyst is developed. The resulting reduction model is then coupled to a pre-existing literature model of storage to describe the majour features of NSR's entire work cycles. The work to develop this model is articulated in several steps, each of which has allowed to describe new aspects of the reduction phase. Initially a model that can describe reduction after a purge phase to study the problem in a simplified manner is developed and subsequently the kinetic pattern has been expanded to describe experimental works without purge between storage and reduction. The model is based on a consecutive reaction scheme with ammonia as intermediate to give nitrogen, takes into account the presence of different types of NOx stored on barium sites (nitrates and nitrites) depending on temperature, describes the release of NOx in the gaseous phase in the first few seconds of the reduction phase and considers production of N2O. Are also included the steps of adsorption-desorption of hydrogen, ammonia, water and nitrogen monoxide at Pt sites. The model is shown to capture satisfactorily the majour features of the isothermal experiments performed over Pt-Ba/Al2O3 LNT catalyst with hydrogen as reducing agent in the temperature interval 150- 350 ° C. The model is also used to simulate the axial concentration profiles in the reactor for gas and surface species as function of time during regeneration.

Il presente lavoro consiste in uno studio cinetico per la riduzione di NOx adsorbiti su un catalizzatore LNT Pt-Ba/Al2O3. Il modello di riduzione sviluppato viene poi accoppiato ad un modello di accumulo preesistente in letteratura per descrivere gli aspetti principali di interi cicli di lavoro della tecnologia NSR. Il lavoro per sviluppare tale modello si articola in diversi passaggi, ognuno dei quali ha permesso di descrivere nuovi aspetti del fenomeno di riduzione. Inizialmente viene sviluppato un modello in grado di descrivere le prove di riduzione successive ad una fase di purga in elio per approcciare il problema in modo semplificato e, successivamente, lo schema cinetico viene ampliato per descrivere le prove di riduzione senza fase di purga anteposta. Il modello si basa su uno schema di reazione che considera l’ammoniaca come prodotto intermedio per produrre azoto, tiene conto della presenza di diversi tipi di NOx adsorbiti sui siti di bario (nitrati e nitriti) a seconda della temperatura, descrive il rilascio di NOx in fase gassosa nei primi secondi della riduzione e considera la produzione di protossido di azoto. Sono incluse, inoltre, reazioni di adsorbimento-desorbimento di idrogeno, ammoniaca, acqua e monossido di azoto sui siti attivi di Pt. Le simulazioni svolte hanno dimostrato di descrivere in modo più che soddisfacente le caratteristiche principali degli esperimenti isotermi effettuati su un catalizzatore LNT Pt-BaO/Al2O3 con idrogeno come agente riducente nell’intervallo di temperatura compreso tra 150 e 350°C. Il modello è anche utilizzato per simulare i profili assiali di concentrazione nel reattore in funzione del tempo delle specie in fase gas e delle specie superficiali durante la rigenerazione.