Chimica della combustione di combustibili: speciazione quantitativa di dati ottenuti da un reattore di flusso ad alta temperatura atmosferica con accoppiato fascio molecolare spettrometro di massa

Riepilogo

Un'indagine della chimica ossidativa combustione di biocarburanti romanzo, componenti del carburante o carburanti jet tramite il confronto di speciazione quantitativa dei dati sono presentati. I dati possono essere utilizzati per la convalida del modello cinetico e consente strategie di valutazione di carburante. Questo manoscritto descrive il reattore di flusso ad alta temperatura atmosferica e dimostra le sue capacità.

Abstract

Questo manoscritto descrive un esperimento di reattore ad alta temperatura flusso accoppiato alla tecnica di spettrometria di massa (MBMS) potente fascio molecolare. Questo strumento flessibile offre un'osservazione dettagliata della cinetica chimica di gas-fase in flussi reagenti in condizioni ben controllate. La vasta gamma di condizioni operative disponibili in un reattore di flusso laminare consente l'accesso alle applicazioni di combustione straordinaria che in genere non sono ottenibili mediante esperimenti di fiamma. Questi includono condizioni ricche ad alte temperature rilevanti per i processi di gassificazione, la chimica di perossi che disciplinano il regime di ossidazione di bassa temperatura o indagini di combustibili tecnici complessi. L'impostazione presentato permette misurazioni dei dati quantitativi di speciazione per convalida del modello di reazione di combustione, gassificazione e pirolisi processi, consentendo una comprensione sistematica generale di reazione chimica. Validazione dei modelli di reazione cinetica viene generalmente eseguita da indagare i processi di combustione dei composti puri. Il reattore di flusso è stato migliorato per essere adatta a carburanti tecnici (ad es. miscele multicomponenti come Jet a-1) per consentire analisi fenomenologica di intermedi di combustione che si verificano come precursori di fuliggine o inquinanti. Le condizioni al contorno controllate e comparabili, fornite dal disegno sperimentale consentono previsioni delle tendenze di formazione di inquinanti. Freddi reagenti sono alimentati premiscelato nel reattore che sono altamente diluito (a circa 99% di volume in Ar) al fine di sopprimere le reazioni di combustione autosufficiente. La miscela di reagente che scorre laminare passa attraverso un campo di temperatura noti, mentre la composizione del gas è determinata allo scarico reattori in funzione della temperatura del forno. Il reattore di flusso viene fatto funzionare a pressioni atmosferiche con temperature fino a 1.800 K. Le misure si sono eseguite facendo diminuire la temperatura monotonicamente ad un tasso di-200 K/h. Con la tecnica di farine animali sensibile, dati di speciazione dettagliate sono acquistati e quantificati per quasi tutte le specie chimiche nel processo reattivo, comprese le specie radicali.

Introduzione

Comprensione dei processi di combustione sulla scia del moderno, basse emissioni combustibili da fonti rinnovabili è una sfida per argomenti ecologici ed economici delle società di oggi. Essi hanno il potenziale per ridurre la nostra dipendenza dai combustibili fossili, compensare le emissioni di CO₂ e avere un impatto positivo sulle emissioni di inquinanti nocivi quali fuliggine e suoi precursori tossici¹. Combinando questo campo crescente veloce con loro utilizzazione nei sistemi moderni combustore, la domanda su una comprensione fondamentale dei processi chimici e fisici governante ha aumentato drammaticamente^2</

Protocollo

1. installazione del sistema di reattore di flusso e spettrometro di massa di fascio molecolare (MBMS)

1. Scaldare il forno a indicato temperatura di avvio, che è la più alta temperatura serie misura designato. Condizioni tipiche di Jet a-1 con Φ = 1, ossidazione totale è osservato inferiore a 850 ° C (~ 1.100 K). La scelta della corretta temperatura di partenza dipende dalla natura chimica del combustibile indagato e la stechiometria (Φ).
2. Preparare spettrometro a tempo di volo (TOF) per il rilevamento di specie intermedie. Lo Spettrometro TOF è allineato a fascio molecolare e quindi fornisce un rilevamento affidabile delle specie labile.
   Nota: La

Risultati

Uno spettro di massa tipico della composizione gas campionata è illustrato nella Figura 3. Con la configurazione specificata di una risoluzione di massa di circa 3.000, specie fino a m/z = 260 può essere rilevato all'interno del sistema C/H/O. Dopo una procedura di calibrazione di massa, le cime sono integrate per ciascun rapporto massa / carica (m/z) con gli algoritmi di deconvoluzione per valutare segnali sotto-risolto. Dopo le correzioni di sfondo e la f...

Discussione

La combinazione presentata di un reattore di flusso ad alta temperatura atmosferica con un fascio molecolare spettrometria rilevamento sistema consente speciazione quantitativa dei dati per una gamma di condizioni operative. Alcuni studi^21,22,23,27 hanno dimostrato la flessibilità dell'esperimento a partire da metano ricca termini rilevanti per i fenomeni di ossidazione parziale (φ = 2.5), pe...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Time-Of-Flight MBMS	Kaesdorf	n.a.	custom design
Molecular Beam Samling Interface	self made	n.a.	custom design
Laminar Flow Reactor	Gero	Type HTRH 40-1000	custom design
Quadrupole MS	Hiden	HAL/3F 301	adapted to ionization chamber
Vaporizer	Bronkhorst	CEM	Vaporizer
Mass Flow Meter	Bronkhorst	Mini Cori-Flow M12, M13, M14	Flow Controller
Jet A-1	n.a.	n.a.	Standard Jet fuel of interest
Metal syringe	Hugo Sachs	70-2252	Fuel Supply
Heating Hoses	Hillesheim	HMI series	Gas Preheating
Gas	Linde	Ar, O2	Diluent, Oxidizer