Étude expérimentale et Modélisation Étude expérimentale et Modélisation CinétiqueCinétique

de l’Oxydation du n-butylbenzènede l’Oxydation du n-butylbenzèneen réacteur auto-agitéen réacteur auto-agité

Journées F. Lacas07 décembre 2006

Direction de la Recherche, Gaz de France

Pascal Diévart

Philippe Dagaut Rodolphe Minetti

Laboratoire de Combustion &Systèmes RéactifsUPR CNRS 4211

Orléans

Laboratoire de Physico-Chimiedes Processus de Combustion

et de l’AtmosphèreUMR CNRS 8522Villeneuve d’Ascq

PlanPlan

Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

① Contexte

② Dispositif expérimental

③ Modélisation

④ Résultats

⑤ Conclusions et perspectives

ContexteContexte

Normes anti-pollution de plus en plus sévères

Polluants(g/km)

CO HC+NOx HC NOx particulesdate

d’applicationMoteur Ess. Die. Ess. Die. Ess. Die. Ess. Die. Diesel

Euro-4 1 0.5 - 0.3 0.1 - 0.08 0.25 0.025 2006-2009

Euro-5 0.75 0.38 - 0.25 0.075 - 0.06 0.20 0.005 2009-2013

Solution possible: nouvelles technologies moteurs

Moteur HCCI (High Compression Charge Ignition)

→ Auto-inflammation d’un mélange air-carburant homogène

Faible température absence de NOx

Mélange homogène absences de particules

Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

ContexteContexte

Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

Cependant, en conditions HCCI, l’auto-inflammation est contrôlé par les processus chimiques

Nécessité de disposer d’outils prévisionnels

Modèles cinétiques validés dans des conditions proches du moteur HCCI (haute pression, milieu pauvre)

Gazole

Composé de 3 grandes familles chimiques: n-paraffines, naphtènes et aromatiques

Ici, le n-butylbenzène a été choisi comme représentant de la famille des composés benzéniques

Dispositif expérimentalDispositif expérimental

Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

Développé en 1986 sur les recommandations de Matras, David et Villermaux.

Sphère en silice fondue de volume 39 cm3

4 tuyères opposées 2 à 2 assurant un mélange constamment homogène

Réacteur auto-agité par jets gazeux

(JSR, Jet-Stirred Reactor)

Dispositif expérimentalDispositif expérimental

Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

Vaporisateur/atomiseur : passage de l’HC (liquide) en phase gazeuse

Capillaire permettant l’introduction séparée de l’hydrocarbure et de l’oxygène

Réacteur + Éléments chauffants

Système de prélèvement : sonde sonique couplé à un thermocouple

Gaz de réactions : analyse en ligne ou stockage

ModélisationModélisation

Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

Interpréteur CHEMKIN

Code de calculPSR

donnéesinitiales

fichierbinaire

Donnéesthermodynamiques

Mécanismeréactionnel

RT

En .eA.Tk

Résultats

ModélisationModélisation

Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

Mécanisme cinétique basé sur les mécanisme du n-propylbenzène de Mati1 et du n-butylbenzène de Ribaucour2

Constantes de vitesse obtenues par corrélation réactivité-structure, données existantes (Freund and Olmstead3),estimation et analogie

Propriétés thermodynamiques manquantes calculées grâce aux logiciels Thergas(DCPR, Nancy) et Therm (Bozelli)

Mécanisme permettant de simuler l’oxydation de hauteet basse température du n-butylbenzène

1) 2005, Thèse, LCSR2) 2000, 28th Symp. On Comb., p.17013) 1989, Int. J. Chem. Kin., vol. 21, p.561

RésultatsRésultats

Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

Richesse: 0.25, 0.5, 1.0 et 1.5 Température: de 550 à 1150 K Pression: 10 bars Temps de séjour: 1s Concentration initiale en n-butylbenzène: 0.1%

Conditions expérimentales

Obtention des profils des espèces majoritaires

Oxydation du Oxydation du n-butylbenzène à φ=0.25 et P=10 barsn-butylbenzène à φ=0.25 et P=10 bars

Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

T (K)

600 700 800 900 1000 1100

Xi

10- 6

10- 5

10- 4

10- 3

10- 2

CO

CO2

H2

T (K)

600 700 800 900 1000 1100

Xi

10- 5

10- 4

10- 3

10- 2

10- 1

O2

n- butylbenzène

oxygène n-butylbenzène

CO CO2

H2

Oxydation du Oxydation du n-butylbenzène à φ=0.25 et P=10 barsn-butylbenzène à φ=0.25 et P=10 bars

Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

T (K)

600 700 800 900 1000 1100

Xi

10- 6

10- 5

10- 4

10- 3

CH4C2H4C3H6

T (K)

600 700 800 900 1000 1100

Xi

10- 6

10- 5

10- 4

10- 3

C6H6

styrène

toluène

T (K)

600 700 800 900 1000 1100

Xi

10- 6

10- 5

10- 4

10- 3

CH2O

benzaldéhyde

CH3CHO

méthane éthylène propène

benzène styrène toluène

formaldéhyde benzaldéhyde acétaldéhyde

Conclusions & PerspectivesConclusions & Perspectives

Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

L’oxydation du butylbenzène a été menée dans un large domaine de températures et de richesse, et à haute pression

Le butylbenzène est très peu réactif à basse température

Le mécanisme développé reproduit pour l’instant de manière acceptable les valeurs expérimentales

Poursuivre le développement du modèle et le valider dans d’autres conditions expérimentales (machine à compression rapide, tube à choc)

Étudier dans les mêmes conditions d’autres hydrocarbures représentatifs des grandes familles du gazole, et développer un modèle global simulant l’oxydation d’un gazole commercial

Conclusions

Perspectives

Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

Merci de votreattention