МОДЕЛЮВАННЯ ТЕПЛОМАСОПЕРЕНОСУ, АДСОРБЦІЇ І ДЕСОРБЦІЇ ВУГЛЕВОДНІВ В НАНОПОРИСТИХ ЦЕОЛІТ-КАТАЛІЗАТОРАХ СИСТЕМ НЕЙТРАЛІЗАЦІЇ ВИХЛОПНИХ ГАЗІВ

Петрик Михайло Романович, доктор фізико-математичних наук, професор, зав. кафедрою Тернопільського національного технічного університету ім. Івана Пулюя
Хіміч Олександр Миколайович, член-кореспондент НАН України, доктор фізико-математичних наук, професор, зам. директора Інституту кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України, м. Київ
Петрик Марія Михайлівна, аспірантка Тернопільського національного технічного університету ім. Івана Пулюя
Фрессард Жак, доктор наук, професор, член Французької академії наук, директор досліджень лабораторії квантової фізики Університету П’єра та Марії Кюрі, м. Париж, Франція

pages 49–57

DOI: 10.1615/JAutomatInfScien.v50.i4.10

Сформульовано математичну модель адсорбції і десорбції основної складової викидів продуктів неповного згоряння в нанопористому цеоліт-середовищі стосовно умов холодного пуску. Методом операційного числення Хевісайда побудовано аналітичний розв’язок моделі, що забезпечує високошвидкісне моделювання залежності концентрацій в газовій фазі і мікропорах частинок адсорбента та температури для стадій адсорбції і десорбції. Виконано чисельне моделювання та аналіз концентраційних і температурних полів.

  1. Unger N., Bond T.C., Wang J.S., Koch D.M., Menon S., Shindell D.T., Bauer S., Attribution of climate forcing to economic sectors, Proc. Natl. Acad. Sci., 2010, 107(8), 3382–3387.
  2. Euro 5 and Euro 6 standards: reduction of pollutant emissions from light vehicles. Available at uropa.eu/legislation_summaries/environment/air_pollution/128186_es.htm (May 5, 2010).
  3. Ballinger Т.Н., Anderson P.J., Hydrocarburation trap/catalyst for reducing cold-cast emission from internal combustion engines, US Patent 6617276. В1, 2003.
  4. Puertolas B., Navarro M.V., Lopez J.M., Murillo R., Mastral A.M., Garcia T., Modelling the heat and mass transfers of propane onto a ZSM-5 zeolite, Separation and Purification Technology, 2012, 86, 127–136.
  5. Szczygiel J., Szyia B., Diffusion of hydrocarburations in the reforming catalyst: molecular modeling, J. Моl. Graphocs. Modell, 2004, 22, 231–239.
  6. Kanzanski V.B., Adsorbed carbocations as transition states in heterogeneous acid catalyzed transformations of hydrocarbons, Catal. Today, 1999, 51, 419–434.
  7. Hussain I., Titiloye J.O., Molecular dynamics simulations of the adsorption and diffusion behaviour of pure and mixed alkanes in silicalite , Microporous Mesoporous Mater., 2005, 85, 143–156.
  8. Song L., Sun Z.-L., Ban H.-Y., Dai M., Rees L.V.C., Studies of unusual adsorption and diffusion behaviour of benzene in silicalite-1, Phys. Chem. Chem. Phys., 2004, 6, 4722–4731.
  9. Szczygiel J., Szyja B., Adsorption equilibria of hydrocarbons in the structure of the reforming catalyst: molecular modeling, J. Моl. Graphics Modell, 2006, 25, 116–125.
  10.  Fernandez M., Kärger J., Freude D., Pampel A., van Baten J.M., Krishna R., Mixture diffusion in zeolites studied by MAS PFG NMR and molecular simulation, Microporous Mesoporous Mater., 2007, 105,124–131.
  11. Haugaard J., Livbjerg H., Models of pore diffusion in porous catalysts, Chem. Eng. Sci., 1998, 53 (16), 2941–2948.
  12. Qinglin H., Sundaram S.M., Farooq S., Revisiting transport of gases in the micropores of carbon molecular sieves, Langmuir, 2003, 19 (2), 393-405.
  13. Eic M., Ruthven D.M., A new experimental technique for measurement of intracrystalline diffusivity, Zeolites, 1988, 8, 49–45.
  14. Baiker A., New M., Determination of macropore diffusion in molecular sieve particles by pulse gas chromatography, J. Chromatogr., 1982, 238, 13–28.
  15. Bhatia S., Abdullah A.Z., Wong С.T., Adsorption of butyl acetate in air over silver-loaded Y and ZSM-5 zeolites: experimental and modelling studies, J. Hazard. Mater., 2009, 163, 73–81.
  16. Fei W., Wenchuan W., Shiping H., Jiawei T., Zaiku X., Experiment and modeling of pure and binary adsorption of n-butane and butene-1 on ZSM-5 zeolites with different Si/Al ratios, Chin. J. Chem. Eng., 2007, 15, No. 3, 376-386.
  17. Labaki M., Issa M., Smeekens S., Heylen S., Kirschhock C.E.A., Villani K., Modeling of NOx adsorption-desorption-reduction cycles on a ruthenium loaded Na-Y zeolite, Appl. Catal., 2010, 97, 13–20.
  18. Lopez J.M., Navarro M.V., Garcia T., Murillo R, Mastral A.M., Varela-Candia F.J., Lozano- Castello D., Bueno-Lopez A., Cazola-Amoros D., Screening of different zeolites and silicoaluminophosphates for the retention of propene under cold start conditions, Microporous Mesoporous Mater., 2010, 130, 239–247.
  19. Heck R.M., Farrauto R.J., Catalytic air pollution control: commercial technology, Second ed., Wiley-Interscience, New York, 2002.
  20. Burke N.R., Trimm D.L., Howe R.F., The effect of silica: alumina ratio and hydrothermal ageing on the adsorption characteristics of BEA zeolites for cold start emission control, Appl. Catal., 2003, 46, 97–104.
  21. Iliyas A., Zahedi-Niaki M.H., Eic M., Kaliaguine S., Control of hydrocarbon coldstart emissions: a search for potential adsorbents, Microporous Mesoporous Mater., 2007, 102, 171–177.
  22. Baek S.W., Kim J.R., Ihm S.K., Design of dual functional adsorbent/catalyst system for the control of VOC's by using metal-loaded hydrophobic Y-zeolites, Catal. Today, 2004, 93–95, 575–581.
  23. Iliyas A., Zahedi-Niaki H.M., Eic M., One-dimensional molecular sieves for hydrocarbon cold- start emission control: influence of water and CO2, Appl. Catal., 2010, 382, 213–219.
  24. Karger J. and Ruthven D., Diffusion in zeolites and other microporous solids, John Wiley & Sons, New York, 1992.
  25. Sergienko I., Petryk M., Khimith O.N., Mykhalyk D., Leclerc S., Fraissard J., Mathematical modelling of diffusion process in microporous media (numerical analysis and application), National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2014.
  26. Petryk M., Parafeinyk V., Kruchnevytch T., Zeria A., The gas dehydration block of NGV filling stations BCV 250, Chemical Technology, 1988, 6, 59–61.
  27. Petryk M., Mathematical modeling of nonlinear non-isothermic process of diffusion and adsorption in compressed layer of adsorbent, Integral Transformations and Application in ьBoundary Problems, Bulletin of Institute of Mathematics, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 1994, 6, 151–164.
  28. Petryk M., Leclerc S., Canet D., Sergienko I.V., Deineka V.S., Fraissard J., The competitive diffusion of gases in a zeolite bed: NMR and slice procedure, modelling and identification of parameters, The Journal of Physical Chemistry С. ACS (USA), 2015, 119 (47), 26519–26525.
  29. Heaviside O., Electromagnetic theory, The Electrician, 1893, 1–3. E.C.
  30. Lavrentiev M.A., Shabat B.V., Methods of theory of functions of a complex variable, Nauka, Moscow, 1973.