Étude de l'oxydation en phase gazeuse de composants des gazoles et des biocarburants diesel

Study of the oxidation of components of diesel and biodiesel fuels in gaseous phase

• Auteur / Autrice : Mohammed Hichem Hakka
• Direction : Frédérique Battin-Leclerc, Pierre-Alexandre Glaude
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 27/01/2010
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : François Garin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédérique Battin-Leclerc, Pierre-Alexandre Glaude, François Garin, Abdelkhaleq Chakir, Siméon Cavadias, Antonio Pieres Da Cruz, John Simmie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdelkhaleq Chakir, Siméon Cavadias

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carburants diesel

Cinétique chimique

Biocarburants

Mots clés libres

Oxydation

Polluants

Oléate de méthyle

Palmitate de méthyle

Butanoate de méthyle

N-hexadécane

N-décane

Tube à onde de choc

Réacteur auto-agité par jets gazeux

Biocarburants

Diesel

Cinétique chimique

Oxidation

Methyl palmitate

Methyl oleate

Methyl butanoate

Chemical kinetics

Biofuels

Diesel fuel

Jet-stirred reactor

Shock tube

N-decane

N-hexadecane

Pollutants

Résumé

En raison de la complexité de leur composition, l’étude de l’oxydation des gazoles et des carburants biodiesel nécessite de choisir des molécules modèles représentant ces mélanges. Dans ce contexte nous avons sélectionné deux molécules pouvant représenter les gazoles : le n-décane, souvent considéré comme molécule modèle des paraffines contenues dans les gazoles, et le n-hexadécane, molécule de référence pour l’estimation de l’indice cétane, ainsi que deux molécules représentant les carburants biodiesel : le palmitate de méthyle (C17H34O2, ester méthylique saturé) et l’oléate de méthyle (C19H36O2, ester méthylique insaturé). L’étude de l’oxydation de ces molécules a été menée en réacteur auto-agité par jets gazeux, à une richesse de 1, des températures comprises entre 550 et 1100 K, à pression atmosphérique et à un temps de passage constant de 1,5 s. La formation d’un nombre important d’espèces a été observée parmi lesquelles figurent des oléfines, des diènes, des esters méthyliques insaturés, des éthers cycliques avec différentes tailles de cycle, des cétones et des aldéhydes. Grâce à deux nouvelles versions du logiciel EXGAS, des mécanismes cinétiques détaillés de l’oxydation des molécules étudiées ont été générés et validés par comparaison avec les résultats expérimentaux. Enfin, une comparaison de la réactivité du n-décane, du n-hexadécane, du palmitate de méthyle et de l’oléate de méthyle et des quantités de produits formées (dont certains polluants) a été effectuée

Because of the complexity of their compositions, the study of the oxidation of diesel and biodiesel fuels requires choosing model molecules (surrogates) representing the real mixtures. In this context, we have selected two molecules to represent the diesel fuel: n-decane, usually considered as model molecule of paraffin contained in diesel fuel, and n-hexadecane, molecule of reference for the estimation of the cetane number, and two molecules representing biodiesel fuel: methyl palmitate (C17H34O2, a saturated methyl ester) and methyl oleate (C19H36O2, an unsaturated methyl ester). The study of oxidation of these molecules has been conducted in a jet-stirred reactor, with an equivalence ratio of 1, temperatures between 550 and 1100 K, at atmospheric pressure and for a constant residence time of 1.5 sec. The formation of a large number of species has been observed which includes olefins, dienes, unsaturated methyl esters, cyclic ethers with different size of ring, ketones and aldehydes. Using two new versions of EXGAS software, detailed kinetic mechanisms for the oxidation of the studied molecules were generated and validated by comparaison with experiemental results. Finally, a comparison of the reactivity of n-decane, n-hexadecane, methyl palmitate and methyl oleate and amounts of formed products (including some pollutants) has been performed