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

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

• Auteur / Autrice : Casimir Togbe
• Direction : Philippe Dagaut, Yuri Bedjanian
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - physique
• Date : Soutenance le 27/10/2010
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies (Orléans ; 2009-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de combustion aérothermique réactivité et environnement (Orléans, Loiret ; 2007-...)
• Jury : Président / Présidente : Jean-François Pauwels
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Dagaut, Yuri Bedjanian, Jean-François Pauwels, Simeon Cavadias, Guillaume Dayma
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Simeon Cavadias

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réacteurs chimiques

Cinétique chimique

Polluants

Oxydation

Biocarburants

Mots clés libres

Réacteur auto-agité

Combustion

Mélanges

Modèles cinétiques

Jet stirred reactor

Combustion

Mixtures

Kinetics models

Résumé

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.