Kinetic modelling of naphthenic compounds for real fuels applications

Nowadays, most of the world's energy needs are satisfy through the combustion of fossil fuels. Within fossil fuels, liquid fuels or gasolines are very important since they are mainly used in air, sea and land transportation. The liquid fuels are primary composed by complex mixtures of linear and cyclic hydrocarbons. In this thesis we are going to focus on naphthenic compounds, which are major components in several transportation fuels, including gasolines, diesel and jet fuel. Naphtenes, also known as cycloalkanes, are saturated hydrocarbons that have at least one ring and are important in transportation fuels since they contribute to the thermal stability of the fuel. The kinetic models for cyclohexane (simple cycloalkane), methyl cyclohexane (alkylated cycloalkane) and decalin (two ring cycloalkane), developed by CRECK group were reviewed in order to develop the model proposed in this thesis. The model proposed is validated through experimental data available in literature. The validation was carried out for pyrolysis, oxidation, ignition times and flame speeds. Finally, the kinetic constants for common reactions of the three compounds were analyzed in order to propose rate rules that can be extrapolated for other cycloalkanes, so it will be possible to predict the combustion behavior of real fuels.

Oggigiorno, la maggior parte del fabbisogno energetico mondiale viene soddisfatto attraverso la combustione di combustibili fossili. Tra questi, i combustibili liquidi o le benzine rivestono una particolare importanza, in quanto rappresentano la principale forma di energia utilizzataper i trasporti aerei, marittimi e terrestri. I combustibili liquidi sono costituiti da miscele complesse di idrocarburi lineari e ciclici. In questa tesi ci concentreremo sui composti naftenici, che sono componenti principali in diversi combustibili per il trasporto, tra cui benzina, diesel e carburante per aerei. I nafteni, noti anche come cicloalcani, sono idrocarburi saturi che hanno almeno un anello e sono importanti nei carburanti per il trasporto poiché contribuiscono alla stabilità termica del carburante. I modelli cinetici per cicloesano (cicloalcano semplice), metil cicloesano (cicloalcano alchilato) e decalina (cicloalcano a due anelli), sviluppati dal gruppo CRECK sono stati rivisti al fine di sviluppare il modello proposto in questa tesi. Il modello proposto è convalidato attraverso dati sperimentali disponibili in letteratura. La convalida è stata effettuata per pirolisi, ossidazione, tempi di accensione e velocità di fiamma. Infine, sono state analizzate le costanti cinetiche per reazioni comuni dei tre composti al fine di proporre regole di velocità estrapolabili per altri cicloalcani, in modo da poter prevedere il comportamento di combustione dei combustibili reali.