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J. Chim. Phys.
Volume 92, 1995
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Page(s) | 726 - 746 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/jcp/1995920726 | |
Published online | 29 May 2017 |
Pyrolysis, oxidation and ignition of C1 and C2 hydrocarbons: experiments and modeling
CNRS, LCSR, 1C, av de la Recherche-Scientifique, 45071 Orleans Cedex 2, France.
The kinetics of the oxidation of natural gas blends (CH4/C2H6) and of ethylene and ethane has been studied in a jet stirred reactor (850 ≤ T/K ≤ 1240, 1 ≤ P/atm ≤ 10, 0.02 ≤ equivalence ratio ≤ 2.0) for the first time. The concentration profiles of reactants, intermediates and products measured in a JSR have been used to validate a detailed kinetic reaction mechanism. Literature ignition delay times of CH4/C2H6 mixtures measured in shock tube have also been modeled as well as shock tube pyrolysis of ethylene. A general good agreement between the data and the model is found. The same mechanism has also been used to successfully represent the oxidation of methane, ethyne, ethene, ethane, propene, and propane in various conditions including JSR, shock tube and flame. The present study clearly shows the importance of traces of ethane on the oxidation of methane. The computations indicate that the oxidation of methane is initiated by its reaction with O2 and by thermal dissociation when no other hydrocarbon is present. However, in the studied CH4/C2H6 mixtures, ethane reacts before methane leading to the formation of OH, H and O radicals which initiate methane oxidation. The major importance of ethyl radical reactions is demonstrated by the computations.
Résumé
La cinétique d'oxydation de mélanges représentatifs du gaz naturel (CH4/C2H6), celle de l’éthylène et de l’éthane a été étudiée dans un réacteur auto-agité par jets gazeux (850 ≤ T/K ≤ 1240, 1≤ P/atm ≤ 10, 0.02 ≤ richesse ≤ 2.0). Les profils de concentration des réactifs, des intermédiaires et des produits mesurés dans le réacteur ont été utilisés pour valider un mécanisme cinétique détaillé. Des délais d’auto-inflammation de mélanges CH4/C2H6 mesurés en tube à choc ont été modélisés, ainsi que la pyrolyse de l’éthylène en tube à choc. Un bon accord général entre les données expérimentales et le modèle est obtenu. Le même mécanisme cinétique a aussi été utilisé avec succès pour modéliser l’oxydation du méthane, de l’éthyne, de l’éthène, de l’éthane, du propène, et du propane dans divers environnements incluant réacteur auto-agité, tube à choc et flamme. La présente étude démontre clairement l’importance de trace d’éthane sur l’oxydation du méthane. Les calculs indiquent que l’oxydation du méthane est initiée par réaction avec O2 et par décomposition thermique quand aucun autre hydrocarbure n’est présent. Par contre, dans les mélanges CH4/C2H6 étudiés, l’éthane réagit en premier conduisant à la formation de OH, H et O qui initient l’oxydation du méthane. Le rôle majeur joué par le radical éthyle est démontré par les calculs.
Key words: Kinetics / Natural gas / Modeling / Oxidation
© Elsevier, Paris, 1995