Sulfur Deactivation of NO_xStorage Catalysts: A Multiscale Modeling Approach

Abstract

Re´sume´-Empoisonnement des mate´riaux de stockage des NO x par le soufre : approche multi-e´chelles -Les pie`ges a`NO x repre´sentent une technologie prometteuse pour la re´duction des e´missions d'oxydes d'azote issus des moteurs ope´rant en me´lange pauvre. Leur utilisation est limite´e par la pre´sence de compose´s soufre´s dans les gaz d'e´chappement. Le soufre contenu dans le carburant et le lubrifiant est oxyde´lors de la combustion en SO 2 et SO 3 . Ces oxydes de soufre pre´sentent une forte affinite´pour le mate´riau de stockage du pie`ge, la formation de sulfate e´tant favorise´e thermodynamiquement. Cette formation contribue au blocage des sites d'adsorption des NO x et influence l'ope´ration de l'organe de post-traitement. La mode´lisation mole´culaire repre´sente un outil pre´cieux pour pre´dire le comportement et les performances du syste`me catalytique. Notre e´tude pre´sente une me´thodologie d'exploitation des calculs ab initio pour la formulation de mode`les cine´tiques de´veloppe´s dans la librairie de post-traitement ve´hicule IFP Exhaust. Nous illustrons notre approche par le cas de l'adsorption de SO 3 sur un mate´riau mode`le, BaO. Afin d'obtenir une description fide`le du mate´riau de stockage re´el, l'adsorption de SO 3 est de´crite sur plusieurs sites : terrasses, marches, crans et le site massique. Des analyses de sensibilite´et de vitesses de re´actions permettent d'obtenir une compre´hension plus approfondie des phe´nome`nes d'empoisonnement mis en jeu.Abstract -Sulfur Deactivation of NO x Storage Catalysts: A Multiscale Modeling ApproachLean NO x Trap (LNT) catalysts, a promising solution for reducing the noxious nitrogen oxide emissions from the lean burn and Diesel engines, are technologically limited by the presence of sulfur in the exhaust gas stream. Sulfur stemming from both fuels and lubricating oils is oxidized during the combustion event and mainly exists as SO x (SO 2 and SO 3 ) in the exhaust. Sulfur oxides interact strongly with the NO x trapping material of a LNT to form thermodynamically favored sulfate species, consequently leading to the blockage of NO x sorption sites and altering the catalyst operation. Molecular and kinetic modeling represent a valuable tool for predicting system behavior and evaluating catalytic performances. The present paper demonstrates how fundamental ab initio calculations can be used as a valuable source for designing kinetic models developed in the IFP Exhaust library, intended for vehicle simulations. The concrete example we chose to illustrate our

Density functional theory simulations of complex catalytic materials in reactive environments: beyond the ideal surface at low coverage

“…Such a global process can only be modelled thanks to a multiscale approach, integrating quantum descriptors, kinetic modelling and reactor models. 43,[189][190][191] For this purpose, collecting systematic DFT data as a function of surface coverage imposed by reaction conditions is necessary. Significant achievements have been reported in this field, but usually starting from DFT models of ideal metal [192][193][194] or oxide 189,195 surfaces.…”