Kinetic modeling of methyl chloride pyrolysis and combustion

One of the most exploited techniques for wastes disposal, both domestic or industrial, generated by humans activities or derived by natural biomasses, is definitely incineration. Waste materials incineration generates different types of pollutant as nitrogen oxides (NOx), sulphur oxides (SOx), sulphates, sulphides, unburned hydrocarbons, particulate matter (PM) and chlorinated hydrocarbons. Despite their relative small amounts, chloride and generally halogen compounds largely impact combustion processes, mainly in terms of flame inhibitors. Moreover, the presence of chlorinated hydrocarbons gives rise to the formation of dioxins in the lower temperature post combustion zones. A better fundamental knowledge of the chemical kinetics behind chlorinated species combustion, constitutes the first step towards an improved waste treatment processes efficiency and a remarkable decrease of pollutants formation. Starting from a recent revision of the HCl and Cl2 system, a kinetic mechanism for methyl chloride (CH3Cl) has been developed and validated over all the experimental data available in the literature, constituting, at present, the first and only one in the literature. Based on analogy rules similar to those in use at Politecnico di Milano (CRECK Modeling Group) for hydrocarbon, biofuels and aromatic species combustion, this work will contribute to an easier extension the heavier molecular weight and more dangerous chlorinated molecules. Kinetic analyses, such as sensitivity analyses and reactive fluxes analyses, allow a better understanding of the reaction channels dominating CH3Cl pyrolysis and oxidation, highlighting where further attention should be devoted in the future.

Una delle tecniche preferite e di più pratico utilizzo per lo smaltimento dei rifiuti, siano essi industriali o domestici, derivanti da lavorazioni umane o da biomasse di origine naturale, è ad oggi senza dubbio l'incenerimento. Come è noto l'incenerimento di prodotti di scarto porta alla produzione di una serie di inquinanti quali ossidi di azoto (NOx), ossidi di zolfo (SOx), solfuri, idrocarburi incombusti, materiale particolato (PM) e idrocarburi clorurati.Il cloruro e gli alogeni in generale, seppur presenti in piccole quantità,sono in grado di influire notevolmente sul processo di combustione, soprattutto come inibitori di fiamma. Inoltre la pesenza di idrocarburi clorurati può causare la formazione di molecole molto tossichecome le diossine, specialmente nelle zone di post combustione a bassa temperatura. Una conoscenza migliore dei meccanismi di combustione coinvolgenti il cloro può permettere senza dubbio una gestione più accurata dei processi e una diminuzione, se non la completa eliminazione, degli inquinanti. A partire da una recente revisione del sistema HCl e Cl2, un nuovo meccanismo cinetico è stato sviluppato e successivamente validato utilizzando i dati sperimentali disponibili in letteratura. Questo schema ad oggi si presenta come primo ed unico disponibile in letteratura. Basato su regole d'analogia simili a quelle in uso presso il Politecnico di Milano (CRECK Modeling Group) per la combustione degli idrocarburi, dei biofuel e delle specie aromatiche, questo lavoro contribuirà successivamente ai lavori estesi a specie clorurate più pesanti e potenzialmente più pericolose.Analisi cinetiche, come l'analisi di sensitività e dei flussi reattivi, permettono una migliore comprensione dei percorsi reattivi dominanti la pirolisi e la combustione del CH3CL, mettendo in evidenza quali ulteriori studi debbano essere sviluppati in futuro.