Reformers which produce hydrogen from natural gas are essential for the operation of residential PEM fuel cells. For this purpose, steam-methane reforming reactions with Ni catalysts is primarily utilized. Commercial Ni catalysts are generally made to have porous pellet shapes in which Ni catalyst particles are uniformly dispersed over Alumina support structures. This study numerically investigates the reduction of catalyst effectiveness due to the mass transport resistances posed by porous structures of spherical catalyst pellets. The multi-component diffusion through porous media and the accurate kinetics of reforming reaction is fully considered in the numerical model. The preliminary results on the variation of the effectiveness factor according to different operation conditions are presented, which is planned to be used to develop correlations in future studies.
An efficient computational fluid dynamics model was proposed for simulating microchannel-type steam/methane reformers with thin washcoat catalyst layers. In this model, by using the effectiveness factor correlations, the overall reaction rate that occurs in the washcoat catalyst layer could be accurately estimated without performing the detailed calculation of heat transfer, mass transfer, and reforming reactions therein. The accuracy of the proposed model was validated by solving a microchannel-type reformer, once by fully considering the complex steam/methane reforming (SMR) process inside the washcoat layer and again by simplifying the SMR calculation using the effectiveness factor correlations. Finally, parametric studies were conducted to investigate the effects of operating conditions on the SMR performance.
In this study, an efficient one-dimensional model was developed for predicting microchannel steam/methane reformers with thin washcoat catalyst layers with a focus on low-pressure reforming conditions suitable for distributed hydrogen production systems for fuel cell applications. The governing equations for steam/methane mixture gas flowing through the microchannel reformer were derived considering the species conservation with reforming reactions and energy conservation with external convective heat supply. The reaction rates for the developed model were simply determined through the catalyst effectiveness factor correlations instead of performing complicated calculations for the steam/methane reforming process occurring inside the washcoat catalyst layers. The accuracy of the developed was verified by comparing the results obtained herein with those obtained by the detailed computational fluid dynamics calculation for the same microchannel reformer.
Water gas shift(WGS) is an important step in fuel process for fuel cells, and improperness of commercial WGS catalysts for use in fuel cell systems has prompted numerous researches on noble metal catalysts. A selected noble metal catalyst for water gas shift reaction(WGS) was prepared with various metal loadings. The prepared catalysts were tested under two feeding conditions. At moderate residence time, carbon monoxide conversion was much higher on the noble metal catalysts as compared to commercial high-temperature shift catalyst. Effects of metal loading were examined by activity tests at short residence time. Higher metal loading effected higher reaction rate. The kinetic data was fitted to simple reaction equations and effectiveness factor was estimated. The results suggest the necessity of a structural design for the highly active noble metal catalysts.
The optimum design of auto-catalyst needs a good compromise between the pressure drop and flow distribution in the monolith. One of the effective methods to achieve this goal is to use the concept of radially variable cell density. However, there has been no study of evaluating the usefulness of this method on light-off catalyst. We have computationally investigated the effectiveness of variable cell density technique applied to the light-off catalyst using a three-dimensional integrated CFD model. in which transient chemical reacting calculations are involved. Computed results show that variable cell density technique can reduce the accumulated emissions of CO and HC during the early 100sec of FTP cycle by 86.78 and 80.87%, respectively, The effect of air-gap between the monoliths has been also examined. It is found that air-gap has a beneficial effect on reducing pressure drop and cold-start emissions.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제23권3호
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pp.389-397
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1999
Recently the use of Pd catalyst have been continued to expand because of cost avaliabilityand performance advantages. Especially the Pd+Rh catalyst instead of the Pt+Rh catalyst had been used for most of three way catalysts because of the more stringent emission standards and its higher temperature effectiveness. The main purpose of this study is to investigate the design parameter impacts on the Pd+Rh cat-alyst for the automotive exhaust catalysts application. This study was investigated on the catalyst efficiency for the volume and the precious metal loading of the Pd+Rh ceramic monolithic cata-lyst. And experiments concerning the effects of volume and precious metal loading on Pd+Rh three way catalysts were conducted to examined the catalyst light-off temperature and conver-sion efficiency on higher volume demonstrated almost similar performance. But their effects on higher precious metal loading demonstrated considerably better performance.
Goethite, hematite, magnetite and synthesized iron oxide are used as catalysts for Fenton-type oxidation of phenol. The synthesized iron oxides were characterized by X-ray diffraction (XRD), BET, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and electron paramagnetic resonance (EPR). The catalytic activity of these materials is classified according to the observed rate of phenol oxidation. The effectiveness of the catalysts followed the sequence: ferrous ion > synthesized iron oxide >> magnetite hematite > goethite. According to these results, the most effective iron oxide catalyst had the structure similar to natural hematite. The surface oxidation state of the catalyst was between magnetite and hematite (+2.5 ~ +3.0). Phenol degraded completely in 40 min at neutral pH (pH = 7). Soluble ferric and ferrous ions were not detected in the filtrate from Fenton reaction solution by AAS. The formation of hydroxyl radicals was confirmed by EPR.
Cu/PET film composites were prepared by electroless copper plating method. In order to improve adhesion between electroless plated Cu layer and polyester (PET) film, the effect of pretreatment conditions such as etching method, mixed catalyst composition were investigated. Chemical etching and plasma treatment increased surface roughness in decreasing order of Ar>HCl>O$_2$>NH$_3$. However, adhesion of Cu layer on PET film increased in the following order: $O_2$<Ar<HCl<NH$_3$. It indicated that appropriate surface roughness and introduction of affinitive functional group with Pd were key factors of improving adhesion of Cu layer. PET film was more finely etched by HCI tolution, resulting in an improvement in adhesion between Cu layer and PET film. Plasma treatment with NH$_3$produced nitrogen atoms on PET film, which enhances chemisorption of Pd$^{2+}$ on PET film, resulting in improved adhesion and shielding effectiveness of Cu layer deposited on the Pd catalyzed surface. Surface morphology of Cu plated PET film revealed that Pd/Sn colloidal particles became more evenly distributed in the smaller size by increasing the molar ratio of PdCl$_2$; SnCl$_2$from 1 : 4 to 1 : 16. With increasing the molar ratio of mixed catalyst, adhesion and shielding effectiveness of Cu plated PET film were increased.d.
The ortho-para $H_2$ catalytic conversion equipment has been developed to reduce the evaporation loss from stored liquid hydrogen. The ortho-para $H_2$ conversion heat is evaluated at liquid nitrogen temperature. This problem is of particular interest in the design of the ortho-para $H_2$ converter in a hydrogen liquefaction system. The ortho-para $H_2$ conversion equipment consists of a catalytic converter, a precooler, and a liquid nitrogen bath. 30-90 cc of $Fe(OH)_3$ are employed as a catalyst in the present converter. The conversion heat and conversion effectiveness are evaluated when mass flow rate of hydrogen is in the range of 0.05-l.6 g/min. It is found that the ortho-para conversion heat is increased while conversion effectiveness is decreased as the mass flow rate of hydrogen is increased. Both the ortho-para conversion heat and conversion effectiveness are increased with an increase in the amount of the catalyst.
무전해도금법을 이용하여 구리/PET 필름 복합재료를 제조하였으며 에칭방법과 촉매액의 조성 및 acceleration 방법을 달리하여 PET 필름과 무전해도금된 구리 피막간의 접착력을 향상시키고자 하였다. HCl 용액으로 에칭된 PET 필름은 NaOH에 의한 것보다 더욱 세밀하게 에칭되어져 구리와 PET 필름간의 접착력은 향상되었으나 전자파 차폐효과는 유사한 경향을 보였다. 촉매액의 조성변화에 따른 영향을 살펴본 결과 PdCl$_2$:SnCl$_2$의 몰비가 1:4에서 1:16으로 증가할수록 PET 필름 위에 적층된 Pd/Sn 콜로이드 입자들의 크기가 감소하며 고르게 분포되는 경향을 보였다. 따라서 이들의 몰비가 증가할수록 구리도금이 균일하고 조밀하게 이루어져 접착력 및 차폐효과가 증가하였다. 또한 NaOH보다 HCl로 acceleration한 경우 촉매 입자의 크기가 작고 더 균일하게 분포되어 우수한 접착력과 도금물성을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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