Química de la combustión de combustibles: especiación cuantitativa datos obtenidos de un Reactor de flujo de alta temperatura atmosférica con junto haces moleculares de espectrómetro de masas

Resumen

Una investigación de la química de la combustión oxidativa de nuevos biocombustibles, componentes del combustible o combustibles de jet por comparación de especiación cuantitativa los datos se presentan. Los datos pueden utilizarse para la validación del modelo cinético y permite estrategias de evaluación de combustible. Este manuscrito describe el reactor de flujo de alta temperatura atmosférica y demuestra sus capacidades.

Resumen

Este manuscrito describe un experimento de reactor de alta temperatura flujo juntado a la técnica de espectrometría de masas (MBMS) potente haz molecular. Esta herramienta flexible ofrece una detallada Observación de la cinética química en fase gaseosa en los flujos de reacción bajo condiciones bien controladas. La amplia gama de condiciones de operación en un reactor de flujo laminar permite el acceso a las aplicaciones de combustión extraordinario que por lo general no son alcanzables por los experimentos de la llama. Estos incluyen condiciones ricas a las altas temperaturas para los procesos de gasificación, la química de Peroxoborato que regulan el régimen de baja temperatura oxidación o investigaciones de combustibles técnicos complejo. La configuración presentada permite realizar mediciones de los datos cuantitativos de especiación para validación del modelo de reacción de combustión, gasificación y pirólisis procesos, permitiendo una comprensión sistemática general de la química de la reacción. Validación de modelos de cinética de la reacción se realiza generalmente por investigar los procesos de combustión de compuestos puros. El reactor de flujo ha sido mejorado para ser aptos para combustibles técnicos (por ejemplo, mezclas de varios componentes como Jet a-1) para permitir el análisis fenomenológico de los intermedios de combustión que ocurren como precursores de hollín o contaminantes. Las condiciones de límite controladas y comparables el diseño experimental permiten predicciones de tendencias de formación de contaminantes. Reactivos fríos son alimentados premezclado en el reactor que son altamente diluido (en alrededor 99% vol en Ar) para suprimir las reacciones de combustión autosostenido. La mezcla de reactivo flujo laminar pasa a través de un campo de temperatura conocido, mientras que la composición del gas se determina en el escape de los reactores en función de la temperatura del horno. El reactor de flujo se opera a presión atmosférica con temperaturas de hasta 1.800 K. Las mediciones se realizan por la disminución de la temperatura monótonamente en un índice de-200 K/h. Con la sensible técnica MBMS, especiación detallada datos adquiridos y cuantificados para casi todas las especies químicas en el proceso reactivo, incluyendo especies radicales.

Introducción

Comprensión de los procesos de combustión en la raíz de moderno, combustibles de baja emisión de recursos renovables es un reto para temas ecológicos y económicos de las sociedades de hoy. Tienen el potencial para reducir nuestra dependencia de combustibles fósiles, compensación de emisiones de CO₂ y tienen un impacto positivo en las emisiones de contaminantes nocivos tales como hollín y sus precursores tóxicos¹. Combinando este campo cada vez más rápido con su utilización en los sistemas modernos del combustor, la demanda de una comprensión fundamental de los procesos físicos y químicos que gobiernan ha aumentado dramáticamente

Protocolo

1. configuración del espectrómetro de masas de haces moleculares (MBM) y sistema de reactor de flujo

1. Calentar el horno a señalado la temperatura de inicio, que es la temperatura más alta en la serie de medición designados. En condiciones típicas del Jet a-1 con Φ = 1. oxidación total se observa por debajo de 850 ° C (~ 1.100 K). La elección de las temperaturas adecuadas de partida depende de la naturaleza química del combustible investigado y la estequiometría (Φ).
2. Preparar espectrómetro de tiempo de vuelo (TOF) para la detección de especies intermedias. El espectrómetro TOF se alinea con el haz molecular y así proporciona una detección confiable d....

Resultados

Un espectro de masas típico de la composición del gas muestreado se muestra en la figura 3. Con la configuración dada de una resolución total de aprox. 3.000, especies hasta m/z = 260 que puede detectarse en el sistema C/H/O. Después de un procedimiento de calibración de masas, los picos se integran para cada relación masa a carga (m/z) con algoritmos de deconvolución para evaluar señales bajo resuelto. Después de las correcciones de fondo y la fragmentación,.......

Discusión

La combinación presentada de un reactor de flujo de alta temperatura atmosférica con espectrometría de masas molecular beam detección sistema permite especiación cuantitativa datos para una amplia gama de condiciones de funcionamiento. Varios estudios^21,22,23,27 demostró la flexibilidad del experimento a partir de condiciones metano rico pertinentes para los fenómenos de oxidación parcial (φ = .......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Tiempo de vuelo MBMS	Kaesdorf	n.a.diseño	personalizado
Interfaz de Samling de haz molecular	a mano	n.a.diseño	personalizado
Reactor de flujo laminar	tipo Gero HTRH 40-1000	diseño personalizado
Cuadrupolo MS	Hiden HAL	/3F 301	adaptado a la cámara de ionización
Vaporizador	Bronkhorst	CEM	Vaporizador
Medidor de flujo másico	Bronkhorst	Mini Cori-Flow M12, M13, M14	Controlador
de flujo Jet A-1	n.a.n.a.Standard		Combustible para aviones de interés
Jeringa de metal	Hugo Sachs	70-2252 Suministro de	combustible
Mangueras de calefacción	Hillesheim	HMI series	Precalentamiento de gas
	Linde	Ar, O2	Diluyente, Oxidante

hecho