Yakıtların yanma kimya: bir atmosferik yüksek sıcaklık akışı reaktör ile elde edilen nicel Türleşme veri birleştiğinde ışın moleküler Kütle Spektrometre

Bu deneyin genel amacı, bir yanma sürecindeki reaktif kimyasal türlere genel bir bakış elde etmek ve teknik yakıtların ve yakıt bileşenlerinin yanma kimyasını araştırmaktır. Bu yöntem, yanma kimyası ve kurum oluşumu gibi kirletici oluşumu alanındaki soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin ana avantajlarından biri, kimyasal türlere genel bir bakış elde etmek ve önceden bilgi sahibi olmadan oldukça reaktif radikal türleri bile tespit etmektir.

Bu esnek araç, iyi kontrol edilen koşullar altında kimyasal gaz fazı kinetiğinin gözlemlenmesini sağlar. Veriler, kinetik model doğrulaması ve yakıt değerlendirme stratejileri için kullanılabilir. Bu tür bir laminer akış reaktörü için mevcut olan çok çeşitli çalışma koşulları, tipik olarak alev deneyleri ile elde edilemeyen yanma uygulamalarına erişim sağlar.

Akış reaktörü sisteminin şeması, tüm ana bileşenleri gösterir. Fırın, uçuş süresi veya TOF Algılama Sistemi ile MBMS kurulumuna bağlanır, örnekleme yönüne ve bir gaz besleme sistemine monte edilir. İlk olarak, fırını belirlenen ölçüm serisindeki en yüksek sıcaklık olan belirlenen başlangıç sıcaklığına ısıtın.

Ara tür tespiti için TOF spektrometresini hazırlayın. Şimdi dört kutuplu spektrometreyi MBMS sisteminin iyonizasyon odasına yerleştirerek ve yazılımı başlatarak ana türlerin tespiti için hazırlayın. Yakıt besleme sistemini hazırlamak için önce yakıt beslemesi için metal bir şırınga hazırlayın.

Ardından metal şırıngayı 30 mililitre yakıt numunesi ile doldurun. Bunu takiben, valfi açarak ve sisteme basınçlı hava ekleyerek metal şırıngayı beş bara kadar basınçlandırın. Ardından buharlaştırıcı ve yakıt besleme hatlarını ısıtın.

Bu deneysel tasarım için, su soğutma sistemini 80 santigrat dereceye ayarlayın, böylece seyreltilmiş yakıt, sistemdeki en soğuk noktada, yani fırına giden flanştaki ılıman noktada yeniden yoğunlaşamaz. Fırını, fırının uzamsal sıcaklık profilinin plato değerine yakın olan örnekleme konumuna yerleştirin. Ardından, Coriolis kütle akış ölçere gaz ekleyerek tercih edilen seyrelticiyi başlatın.

TOF ve quadrupole yazılımındaki başlat düğmelerine tıklayarak sürekli veri kaydını başlatın. Coriolis kütle akış ölçer yazılımının uygun akış durumunu ayarlayarak oksitleyici olarak oksijen ekleyin. Gelen oksitleyiciyi kütle spektrumunda yeni bir tepe noktası olarak gözlemleyin.

Ardından, Coriolis kütle akış ölçerin uygun akış durumunu ayarlayarak yakıt ekleyin. Tam oksidasyonun elde edilip edilmediğini ve kararlı bir karbondioksit kütle sinyalinin gözlenip gözlenmediğini doğrulamak için hayaleti kontrol edin. Stabilizasyon süresinden sonra, fırına saatte 200 Kelvin'lik sürekli bir sıcaklık düşme rampası uygulayın, bu da çalışma başına iki saatlik tipik ölçüm sürelerine yol açar.

Rampa sırasında belirli bir fırın sıcaklığında, tek yanma ürünlerinin kaybolduğu ve küçük yanma ara ürünlerinin ortaya çıktığı kütle hayaletinin hızlı bir değişimini gözlemleyin. Daha da azalan sıcaklıkla, görünür ara ürünler daha büyük ve daha büyük hale gelir. Soğuk fırın sıcaklıklarında, sadece yakıt bileşiklerinin ve oksijenin sinyali gözlemlenebilir.

Son sıcaklık stabilize olduğunda, oksitleyiciyi kapatın. Ölçümleri kaydetmeye devam edin ve oksitleyici olmayan koşullarda yakıt karakterizasyon ölçümleri elde edin. Bunu takiben, değeri sıfıra ayarlayarak Coriolis kütle akış ölçer yazılımındaki yakıtı kapatın.

Ardından, yazılımdaki durdur düğmelerine tıklayarak veri kaydını durdurun. Kalibrasyon sorunları için, numune alma konisinin önüne kapalı bir oda monte edin. Ardından hazneyi boşaltmak için pompaya giden vanayı açın.

Kalibrasyon için ikili karışımlar veya ticari kalibrasyon gazları uygulayın. Ardından, veri kaydı olmadan TOF yazılımını yeniden başlatın. Sinyal-gürültü oranının üzerinde ve doygunluk sınırının altında bir sinyal yoğunluğu elde etmek için kalibrasyon odasındaki basıncı bir iğneli valf ile ayarlayın.

Bunu takiben, kalibrasyon ölçümlerini başlatın ve veri kaydını etkinleştirin. Seçilen her tür için kaydedilen her sıcaklıkta, karşılık gelen sinyalden mol fraksiyonunu hesaplayın. Ardından köstebek fraksiyonu profillerini fırın sıcaklığına karşı takın.

Örneklenen gaz bileşiminin tipik bir kütle spektrumu burada gösterilmiştir. Tepe noktaları, tam olarak çözülmemiş sinyalleri değerlendirmek için her bir kütle-yük oranı için entegre edilmiştir. Sinyaller, 2,5 Kelvin aralığının ortalama sıcaklığına karşı çizilir, bu da tipik bir mol fraksiyonuna karşı fırın sıcaklığı grafiği ile sonuçlanır.

Stokiyometrik metan ölçümünden elde edilen formaldehit ve asetilen uzamsal mol fraksiyon profilleri, ana bileşenler ve ara türler için ölçülen veriler ile kinetik model değerleri arasındaki uyumu gösterir. Başlıca tür profillerine sahip potansiyel jet yakıtı bileşiği p-mentan burada tasvir edilmiştir. Etilen ve formaldehitin stokiyometri bağımlılığı ve stokiyometrik koşullar için seçilen ara türler elde edilir.

Akış reaktörü kurulumunda, oksijen ve yakıt profili düşük sıcaklıklarda maksimumda başlar ve sıcaklık arttıkça tüketilir. Derinlemesine analiz, hidrokarbon türleri için benzer bir bozunma gösterirken, aromatik türler ayrı bir plato bölgesi gösterir Kurum öncüleri, propargil radikali ve benzen için daha yüksek mol fraksiyonu, Jet A-1 ve farnesana kıyasla p-metan için ölçülür ve bu da kirletici oluşturma eğiliminin daha yüksek olduğunu gösterir. Farnesan için, p-metan ve Jet A-1 yakıtına kıyasla her iki tür için daha düşük mol fraksiyonları ölçülür.

Geliştirilmesinden sonra, bu teknik, geleneksel ve alternatif yakıtlar ve bileşenler için yanma kinetiğini ve kirletici oluşumunu araştırmak için gelecekteki yakıt tasarım stratejileri alanındaki araştırmacılar için bir yol açtı.