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Keywords:

  • monolith;
  • washcoat;
  • diffusion;
  • simulation;
  • catalytic combustion

Abstract

This paper reports the results of a numerical investigation of the diffusion and reaction of methane in the washcoat of a catalytic monolith reactor. The kinetic rate expression used is an empirical equation determined experimentally for a palladium oxide catalyst. The effect of water inhibition on the reaction rate is included in the model. A multi-species diffusion and reaction model is used to simulate the process. The model is solved in a 2-D space using a finite element method. It is observed that the inhibiting effect of water tends to lower the observed reaction rate and that a higher surface water concentration results in an increase in the observed effectiveness factor. The effectiveness factor depends on three dimensionless parameters. Strong diffusion limitation can lead to high water concentrations at the interior of the catalytic washcoat.

On présente dans cet article les résultats d'une étude numérique de la diffusion et de la réaction de méthane dans la enduit d'un réacteur monolithique catalytique. L'expression de vitesse cinétique utilisée est une équation empirique déterminée expérimentalement pour un catalyseur d'oxyde de palladium. L'effet de l'inhibition de l'eau sur la vitesse de réaction est inclus dans le modèle. Pour simuler le procédé, on utilise un modèle de diffusion et de réaction à espèces multiples. Ce modèle est résolu dans un espace bidimensionnel à l'aide d'une méthode d'éléments finis. On observe que l'effet inhibiteur de l'eau tend à abaisser le vitesse de réaction observée et qu'une plus forte concentration d'eau de surface entraîne une augmentation du facteur d'efficacité observé. Le facteur d'efficacité dépend de trois paramètres adi-mensionnels. Une forte limitation de diffusion peut conduire à des concentrations d'eau élevées à l'intérieur de la couche de lavage catalytique.