Hacia un mecanismo de oxidación de metanol válido para alta y baja presión

Como ejemplo más común de biocombustibles siempre se han destacado los alcoholes y han sido objeto de considerable interés. El metanol es el alcohol más simple y a pesar existir estudios sobre su oxidación, no hay ningún mecanismo capaz de reproducir los datos experimentales en un amplio rango de condiciones. Debido al desarrollo de modelos jerárquicos, el mecanismo del metanol forma parte de los mecanismos de oxidación de alcoholes superiores, por lo que su conocimiento resulta de gran importancia. Este proyecto se apoya en los resultados obtenidos en dos trabajos desarrollados anteriormente en los que se proponen mecanismos para la conversión del metanol en diferentes condiciones y válidos respectivamente para presión atmosférica y para elevada presión. Estos mecanismos de oxidación describen la oxidación de metanol y la interacción con óxidos de nitrógeno. Ambos mecanismos funcionan de manera correcta bajo las condiciones en las que se desarrollaron pero fallan en el rango de presiones opuesto. Por lo tanto, es necesario el desarrollo de un nuevo mecanismo para la simulación del metanol en todo el rango de presiones. En base a estos dos mecanismos existentes se creó una primera versión de un mecanismo de oxidación de metanol común para los dos rangos de presión. Los mecanismos de partida comparten la mayor parte de las reacciones y sus parámetros de velocidad, sin embargo existen 28 reacciones diferentes entre ellos cuyos parámetros se calcularon de nuevo para incluirlos en el mecanismo común. Los resultados de la simulación de los tres mecanismos muestran las diferentes concentraciones de metanol, monóxido de carbono y dióxido de carbono obtenidas en comparación con los resultados experimentales disponibles. El análisis global de sensibilidad es una herramienta ampliamente utilizada para investigar los mecanismos de combustión de manera detallada. Para cada parámetro de velocidad de reacción del mecanismo común se estimaron sus límites de incertidumbre y se llevaron a cabo simulaciones de Monte Carlo para predecir las concentraciones máximas y mínimas que es posible obtener a diferentes temperaturas. Con el fin de identificar los coeficientes globales de sensibilidad y obtener las reacciones más sensibles globalmente susceptibles de ser modificadas para mejorar el rendimiento general del mecanismo se utilizó el método de la Representación de Modelos de Alta Dimensionalidad (HDMR: High Dimensional Model Representation). La reacción más importante de este mecanismo en todas las circunstancias investigadas fue la Reacción 121, CH3OH + HO2 = CH2OH + H2O2, que controla la concentración de metanol, monóxido de carbono y dióxido de carbono. Para mejorar el mecanismo de reacción, se revisaron los parámetros de velocidad de la misma con lo que se propuso un nuevo mecanismo de reacción. Se procedió a investigar el mecanismo mejorado mediante un nuevo análisis de sensibilidad, cuyos resultados se mejoraron significativamente lo que sugiere que las recomendaciones de los nuevos parámetros deben estar presentes en la actualización del mecanismo para la conversión del metanol

Comparison of the performance of several recent syngas combustion mechanisms

Journal articleA large set of experimental data was accumulated for syngas combustion: ignition studies in shock tubes (732 data points in 62 datasets) and in rapid compression machines (492/47), flame velocity determinations (2116/217) and species concentration measurements from flow reactors (1104/58), shock tubes (436/21) and jet-stirred reactors (90/3). In total, 4970 data points in 408 datasets from 52 publications were collected covering wide ranges of temperature T, pressure p, equivalence ratio phi, CO/H-2 ratio and diluent concentration X-dil. 16 recent syngas combustion mechanisms were tested against these experimental data, and the dependence of their predictions on the types of experiment and the experimental conditions was investigated. Several clear trends were found. Ignition delay times measured in rapid compression machines (RCM) and in shock tubes (ST) at temperatures below 1000 K could not be well-predicted. Particularly for shock tubes, facility effects at temperatures below 1000 K could not be excluded. The accuracy of the reproduction of ignition delay times did not change significantly with pressure. The agreement of measured and simulated laminar flame velocities is better at low initial (i.e. cold side) temperatures, at fuel-lean conditions, for CO-rich and highly diluted mixtures. The reproduction of the experimental flame velocities is better when these were measured using the heat flux method or the counterflow twin-flame technique, compared to the flame cone method and the outwardly propagating spherical flame approach. With respect to all data used in this comparison, five mechanisms were identified that reproduce the experimental data similarly well. These are the NUIG-NGM-2010, Keromnes-2013, Davis-2005, Li-2007 and USC-II-2007 mechanisms, in decreasing order of their overall performance. The influence of poorly reproduced experiments and weighting on the performance of the mechanisms was investigated. Furthermore, an analysis of local sensitivity coefficients was carried out to determine the influence of selected reactions at the given experimental conditions and to identify those reactions that require more attention in future development of syngas combustion models.OTKA (Hungarian Scientific Research Fund) grants # K84054 and # NN100523peer-reviewed2017-01-2