Kinetic study of oxidation of constituents of biofuels and compounds : pollutants formation

Pour faire face à l’épuisement des combustibles fossiles conventionnels et aux préoccupationsenvironnementales dont le réchauffement climatique, de nouveaux carburants issus de la biomasse sontutilisés purs ou comme co-carburants ; d’autres sont envisagés pour le futur. Une meilleure connaissance dela cinétique chimique d’oxydation des composés présents dans ces carburants alternatifs est indispensable.L’objectif de cette thèse est donc d’obtenir de nouvelles bases de données expérimentales et d’élaborer desmécanismes cinétiques d’oxydation des constituants de ces nouveaux carburants. Des molécules de deuxfamilles chimiques, à savoir les esters méthyliques et les alcools, ont été sélectionnées. L’oxydation de cescomposés purs ou en mélanges a été étudiée en réacteur auto-agité à haute pression (10 atm) et dans un largedomaine de températures (530-1250 K) et de richesses (ca. 0,3-4). Les profils de concentration des réactifs,produits et principaux intermédiaires stables ont été obtenus par spectroscopie d’absorption infrarouge àtransformée de Fourier (IRTF) et chromatographie en phase gazeuse (GC-FID-TCD-MS). Les résultatsobtenus ont permis de proposer des modèles cinétiques permettant de simuler avec un bon accord une grandepartie des résultats expérimentaux obtenus au cours de cette thèse. Les analyses cinétiques ont permis dedéterminer les principales voies de consommation de ces composés (principalement des mécanismes deperoxydation-isomérisation à basse température et de métathèse puis décomposition par β-scission à hautetempérature). Elles ont permis d’identifier les réactions les plus influentes (réactions de métathèse etréactions impliquant particulièrement les composés de la base C0-C2).To overcome the problems of conventional fossil fuels depletion and environmental issues includingglobal warming, new fuels derived from biomass are used pure or in blends; others are proposed for thefuture. A good knowledge of the chemical kinetics of oxidation of components present in these alternativefuels is necessary. The aim of this work is to obtain a new experimental database and to build a chemicalkinetic reaction mechanism for the combustion of these new fuels. Molecules of two functional groups werechosen: methyl esters and alcohols. The kinetics of oxidation of these compounds were studied in a Jet-Stirred Reactor at high-pressure (10 atm), over the temperature range 530-1250 K, for several equivalencesratios (ca. 0.3-4) Concentration profiles of reactants, products and main stable intermediates were obtainedby probe sampling and FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) and GC-FID-TCD-MS analyses. Theresults allowed proposing detailed kinetics models that successfully simulate concentration profilesdetermined by Jet-Stirred Reactor method. The kinetic analyses allowed delineating the main oxidation pathsof consumption (peroxidation-isomerisation at low temperature and beyond, metathesis followed by betascissiondecomposition), and identifying the most influencing reactions for the oxidation rate of the fuels, i.e.metathesis reactions with C0-C2 species

Etude cinétique de l'oxydation de constituants de biocarburants et composés modèles : formation de polluants

To overcome the problems of conventional fossil fuels depletion and environmental issues includingglobal warming, new fuels derived from biomass are used pure or in blends; others are proposed for thefuture. A good knowledge of the chemical kinetics of oxidation of components present in these alternativefuels is necessary. The aim of this work is to obtain a new experimental database and to build a chemicalkinetic reaction mechanism for the combustion of these new fuels. Molecules of two functional groups werechosen: methyl esters and alcohols. The kinetics of oxidation of these compounds were studied in a Jet-Stirred Reactor at high-pressure (10 atm), over the temperature range 530-1250 K, for several equivalencesratios (ca. 0.3-4) Concentration profiles of reactants, products and main stable intermediates were obtainedby probe sampling and FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) and GC-FID-TCD-MS analyses. Theresults allowed proposing detailed kinetics models that successfully simulate concentration profilesdetermined by Jet-Stirred Reactor method. The kinetic analyses allowed delineating the main oxidation pathsof consumption (peroxidation-isomerisation at low temperature and beyond, metathesis followed by betascissiondecomposition), and identifying the most influencing reactions for the oxidation rate of the fuels, i.e.metathesis reactions with C0-C2 species.Pour faire face à l’épuisement des combustibles fossiles conventionnels et aux préoccupationsenvironnementales dont le réchauffement climatique, de nouveaux carburants issus de la biomasse sontutilisés purs ou comme co-carburants ; d’autres sont envisagés pour le futur. Une meilleure connaissance dela cinétique chimique d’oxydation des composés présents dans ces carburants alternatifs est indispensable.L’objectif de cette thèse est donc d’obtenir de nouvelles bases de données expérimentales et d’élaborer desmécanismes cinétiques d’oxydation des constituants de ces nouveaux carburants. Des molécules de deuxfamilles chimiques, à savoir les esters méthyliques et les alcools, ont été sélectionnées. L’oxydation de cescomposés purs ou en mélanges a été étudiée en réacteur auto-agité à haute pression (10 atm) et dans un largedomaine de températures (530-1250 K) et de richesses (ca. 0,3-4). Les profils de concentration des réactifs,produits et principaux intermédiaires stables ont été obtenus par spectroscopie d’absorption infrarouge àtransformée de Fourier (IRTF) et chromatographie en phase gazeuse (GC-FID-TCD-MS). Les résultatsobtenus ont permis de proposer des modèles cinétiques permettant de simuler avec un bon accord une grandepartie des résultats expérimentaux obtenus au cours de cette thèse. Les analyses cinétiques ont permis dedéterminer les principales voies de consommation de ces composés (principalement des mécanismes deperoxydation-isomérisation à basse température et de métathèse puis décomposition par β-scission à hautetempérature). Elles ont permis d’identifier les réactions les plus influentes (réactions de métathèse etréactions impliquant particulièrement les composés de la base C0-C2)

Etude cinétique de l'oxydation de constituants de biocarburants et composés modèles : formation de polluants

To overcome the problems of conventional fossil fuels depletion and environmental issues includingglobal warming, new fuels derived from biomass are used pure or in blends; others are proposed for thefuture. A good knowledge of the chemical kinetics of oxidation of components present in these alternativefuels is necessary. The aim of this work is to obtain a new experimental database and to build a chemicalkinetic reaction mechanism for the combustion of these new fuels. Molecules of two functional groups werechosen: methyl esters and alcohols. The kinetics of oxidation of these compounds were studied in a Jet-Stirred Reactor at high-pressure (10 atm), over the temperature range 530-1250 K, for several equivalencesratios (ca. 0.3-4) Concentration profiles of reactants, products and main stable intermediates were obtainedby probe sampling and FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) and GC-FID-TCD-MS analyses. Theresults allowed proposing detailed kinetics models that successfully simulate concentration profilesdetermined by Jet-Stirred Reactor method. The kinetic analyses allowed delineating the main oxidation pathsof consumption (peroxidation-isomerisation at low temperature and beyond, metathesis followed by betascissiondecomposition), and identifying the most influencing reactions for the oxidation rate of the fuels, i.e.metathesis reactions with C0-C2 species.Pour faire face à l’épuisement des combustibles fossiles conventionnels et aux préoccupationsenvironnementales dont le réchauffement climatique, de nouveaux carburants issus de la biomasse sontutilisés purs ou comme co-carburants ; d’autres sont envisagés pour le futur. Une meilleure connaissance dela cinétique chimique d’oxydation des composés présents dans ces carburants alternatifs est indispensable.L’objectif de cette thèse est donc d’obtenir de nouvelles bases de données expérimentales et d’élaborer desmécanismes cinétiques d’oxydation des constituants de ces nouveaux carburants. Des molécules de deuxfamilles chimiques, à savoir les esters méthyliques et les alcools, ont été sélectionnées. L’oxydation de cescomposés purs ou en mélanges a été étudiée en réacteur auto-agité à haute pression (10 atm) et dans un largedomaine de températures (530-1250 K) et de richesses (ca. 0,3-4). Les profils de concentration des réactifs,produits et principaux intermédiaires stables ont été obtenus par spectroscopie d’absorption infrarouge àtransformée de Fourier (IRTF) et chromatographie en phase gazeuse (GC-FID-TCD-MS). Les résultatsobtenus ont permis de proposer des modèles cinétiques permettant de simuler avec un bon accord une grandepartie des résultats expérimentaux obtenus au cours de cette thèse. Les analyses cinétiques ont permis dedéterminer les principales voies de consommation de ces composés (principalement des mécanismes deperoxydation-isomérisation à basse température et de métathèse puis décomposition par β-scission à hautetempérature). Elles ont permis d’identifier les réactions les plus influentes (réactions de métathèse etréactions impliquant particulièrement les composés de la base C0-C2)

Experimental and modeling study of the kinetics of oxidation of ethanol-n-heptane mixtures in a jet-stirred reactor

International audienceThe kinetics of oxidation of ethanol-n-heptane mixtures (20-80 and 50-50 % mol.) was studied experimentally using a fused silica jet stirred reactor. The experiments were performed in the temperature range 530-1070 K, at 10 atm, at two equivalence ratios (0.5 and 1), and with an initial fuel concentration of 750 ppm. A kinetic modeling was performed using schemes resulting from the merging of validated kinetic schemes for the oxidation of the components of the present mixtures (n-heptane and ethanol). Good agreement between the experimental results and the computations was observed under the present conditions when using detailed chemistry whereas the used of semi-detailed chemistry yielded acceptable but less accurate prediction of the fuel oxidation kinetics

Oxidation kinetics of butanol–gasoline surrogate mixtures in a jet-stirred reactor: Experimental and modeling study

International audience1-Butanol (or biobutanol) was recently proposed to be used with gasoline, and engine tests were performed. However, only few studies concern the oxidation/combustion of 1-butanol and they do not provide directly usable data for kinetic modeling. Thus the oxidation of butanol-gasoline surrogate mixtures (85%-15% vol.) was studied using a jet stirred reactor. One representative of the chemical classes constituting this fuel was selected. These constituents were iso-octane, toluene, 1-hexene and 1-butanol. The experiments were carried out in the temperature range 770-1220 K, at 10 atm, with an initial fuel concentration of 0.1% in mole. Four equivalence ratios were considered: 0.3, 0.6, 1, and 2. Concentration profiles of reactants, stable intermediates, and final products were measured via sonic probe sampling followed by FTIR and gas chromatography analyses. A detailed chemical kinetic scheme (251 species, 1990 reversible reactions) resulting from the merging of validated kinetic schemes for the oxidation of the pure components of the present butanol-gasoline surrogate was used to simulate the present experiments. Good agreement between the experimental results and the computations was observed under the present JSR conditions

Etude cinétique de l'oxydation de constituants de biocarburants et composés modèles (formation de polluants)

Pour faire face à l épuisement des combustibles fossiles conventionnels et aux préoccupationsenvironnementales dont le réchauffement climatique, de nouveaux carburants issus de la biomasse sontutilisés purs ou comme co-carburants ; d autres sont envisagés pour le futur. Une meilleure connaissance dela cinétique chimique d oxydation des composés présents dans ces carburants alternatifs est indispensable.L objectif de cette thèse est donc d obtenir de nouvelles bases de données expérimentales et d élaborer desmécanismes cinétiques d oxydation des constituants de ces nouveaux carburants. Des molécules de deuxfamilles chimiques, à savoir les esters méthyliques et les alcools, ont été sélectionnées. L oxydation de cescomposés purs ou en mélanges a été étudiée en réacteur auto-agité à haute pression (10 atm) et dans un largedomaine de températures (530-1250 K) et de richesses (ca. 0,3-4). Les profils de concentration des réactifs,produits et principaux intermédiaires stables ont été obtenus par spectroscopie d absorption infrarouge àtransformée de Fourier (IRTF) et chromatographie en phase gazeuse (GC-FID-TCD-MS). Les résultatsobtenus ont permis de proposer des modèles cinétiques permettant de simuler avec un bon accord une grandepartie des résultats expérimentaux obtenus au cours de cette thèse. Les analyses cinétiques ont permis dedéterminer les principales voies de consommation de ces composés (principalement des mécanismes deperoxydation-isomérisation à basse température et de métathèse puis décomposition par b-scission à hautetempérature). Elles ont permis d identifier les réactions les plus influentes (réactions de métathèse etréactions impliquant particulièrement les composés de la base C0-C2).To overcome the problems of conventional fossil fuels depletion and environmental issues includingglobal warming, new fuels derived from biomass are used pure or in blends; others are proposed for thefuture. A good knowledge of the chemical kinetics of oxidation of components present in these alternativefuels is necessary. The aim of this work is to obtain a new experimental database and to build a chemicalkinetic reaction mechanism for the combustion of these new fuels. Molecules of two functional groups werechosen: methyl esters and alcohols. The kinetics of oxidation of these compounds were studied in a Jet-Stirred Reactor at high-pressure (10 atm), over the temperature range 530-1250 K, for several equivalencesratios (ca. 0.3-4) Concentration profiles of reactants, products and main stable intermediates were obtainedby probe sampling and FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) and GC-FID-TCD-MS analyses. Theresults allowed proposing detailed kinetics models that successfully simulate concentration profilesdetermined by Jet-Stirred Reactor method. The kinetic analyses allowed delineating the main oxidation pathsof consumption (peroxidation-isomerisation at low temperature and beyond, metathesis followed by betascissiondecomposition), and identifying the most influencing reactions for the oxidation rate of the fuels, i.e.metathesis reactions with C0-C2 species.ORLEANS-SCD-Bib. electronique (452349901) / SudocSudocFranceF

An experimental and modeling study of 2-methyl-1-butanol oxidation in a jet-stirred reactor

International audienc

Experimental and kinetic modeling study of trans-methyl-3-hexenoate oxidation in JSR and the role of CC double bond

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Burning velocities and jet-stirred reactor oxidation of diethyl carbonate

International audienceThere is current interest in utilizing oxygenated biofuels such as carbonates in blends with conventional oilderived liquid fuels. Carbonates, commonly used as electrolyte solvents in Li-ion cells, could ignite after abusive operating conditions. Improving the kinetic modeling of the oxidation of these bio-derived oxygenates requires further investigation under well-controlled conditions. An experimental and detailed chemical kinetic modeling study of diethyl carbonate (DEC) oxidation and combustion was performed. Experiments were carried out in a jet stirred reactor over a wide range of equivalence ratios, temperatures, and pressure. Mole fractions of stable species were measured in the jet stirred reactor at atmospheric pressure. Burning velocities of DEC/air mixtures were determined at elevated temperature over a range of pressures and equivalence ratios. A detailed chemical kinetic modeling was performed using the present experimental results and existing literature data and model. The model represents fairly well the present data. Sensitivity and reaction paths analyses were used to rationalize the results

A comprehensive experimental and modeling study of iso-pentanol combustion

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