Small-scale fuel processing : kinetic study of CO preferential oxidation

The aim of this Thesis work is the study of the kinetics of CO preferential oxidation (CO PrOx) on a noble metal-based commercial catalyst, within the MICROGEN30 project funded by the Ministry of Economic Development. In the experimental phase, tests were carried out on the catalyst at the laboratory scale, under different operating conditions. In particular, the effect of each species on the kinetics was investigated by varying the inlet concentrations, both in the presence and in the absence of hydrogen. Two different reactor configurations were exploited: diluted packed bed reactors at different dilution ratios, and an annular reactor operating at very high space velocity under quasi-isothermal conditions. Data gathered during the experiments were then used to perform a kinetic analysis. In particular, a previously developed 1-d heterogeneous model for the annular reactor was properly modified through the introduction of convenient rate expressions that incorporate the major kinetic dependencies. The obtained expressions are suitable to simulate the CO PrOx reactor.

Scopo della presente tesi è lo studio della cinetica dell’ossidazione preferenziale di CO (CO PrOx) su un catalizzatore commerciale a base di metallo nobile, nell’ambito del progetto MICROGEN30 finanziato dal Ministero dello Sviluppo Economico. Nella fase sperimentale, sono stati condotti degli esperimenti su scala di laboratorio in differenti condizioni operative. In particolare, è stato indagato l’effetto di ciascuna specie sulla cinetica della reazione variandone la concentrazione in ingresso, sia in presenza, sia in assenza di idrogeno. Sono state impiegate due diverse configurazioni reattoristiche: reattori a letto impaccato caratterizzati da diversi rapporti di diluizione, e un reattore anulare operante ad alta velocità spaziale in condizioni quasi isoterme. I dati raccolti nel corso degli esperimenti sono stati quindi utilizzati per uno studio cinetico. In particolare, un modello 1-d eterogeneo per il reattore anulare, sviluppato in precedenza, è stato modificato mediante l’introduzione di opportune espressioni che incorporano le maggiori dipendenze cinetiche. Tali espressioni risultano utilizzabili ai fini della simulazione di un reattore di CO PrOx.