Cinetica di combustione di idrocarburi aromatici

Nowadays, most of the energy needs (transports, heating and production of electricity) is satisfied through fossil fuels. Studying combustion phenomena is very complicate. Indeed, the fuels commonly used for domestic as well as industrial purposes are made up of a large number of compounds: not only hydrocarbons, but also molecules containing hetero-atoms. They interact each other, thus resulting in behaviors which can be significantly different from what happens with the pure compounds. The phasing out of tetraethyl lead as an anti-knock additive in gasoline has led to an increasing content of aromatic compounds, this is due to their high octane number. The aim of this work is the further development and validation of a detailed kinetic scheme, by comparing it with other literature schemes, able to describe hydrocarbon combustion in the widest possible conditions, in terms of devices used, fuel and operating conditions. In particular, this work is directed to identify the main mechanisms responsible for the oxidation of aromatic hydrocarbons by following the hierarchical approach typical of these studies, according to which the simplest compounds, ie those with a single ring (cyclopentadiene, benzene, toluene), must be analyzed at first; the development of their primary reactions appears to be necessary to describe heaver compounds. For this purpose the OpenSMOKE software has been exploited: developed in Politecnico di Milano, it is an efficient tool able to manage detailed kinetic schemes (hundreds of species and thousands of reactions), in the numeric simulation of reacting flows.

Ad oggi, la maggior parte del fabbisogno energetico mondiale (trasporti, riscaldamento e produzione di energia elettrica) viene soddisfatto attraverso l’ausilio di combustibili fossili. Il fenomeno della combustione risulta essere molto complicato. Infatti, le miscele combustibili, adibite all’uso civile piuttosto che a quello industriale, sono costituite da un gran numero di sostanze sia idrocarburiche che contenenti eteroatomi: queste interagiscono tra loro dando luogo a comportamenti che possono differire sostanzialmente da quelli delle specie costituenti prese singolarmente. Lo studio dei composti idrocarburici aromatici risulta essere molto importante: l'eliminazione del piombo tetraetile, come additivo antidetonante nelle benzine, ha portato ad un incremento del loro contenuto in quanto caratterizzati da un elevato numero di ottano. Obiettivo di questo lavoro è l’ulteriore sviluppo e convalida e di un modello cinetico dettagliato, attraverso il confronto con altri schemi presenti in letteratura, in grado di descrivere la combustione di idrocarburi nelle più ampie condizioni possibili: sia in termini di reattore o apparecchiatura, che di combustibile e di condizioni operative utilizzate. In particolare, il lavoro vuole identificare i principali meccanismi responsabili dell’ossidazione degli idrocarburi aromatici seguendo l’approccio gerarchico tipico di questi studi, secondo il quale occorre analizzare dapprima i composti più semplici, ovvero quelli ad un solo anello (ciclopentadiene, benzene, toluene); la messa a punto delle loro reazioni primarie risulta necessaria per un successivo sviluppo verso composti più pesanti delle stesse famiglie. A tal fine si è utilizzato il software OpenSMOKE che, sviluppato presso il Politecnico di Milano, risulta essere uno strumento molto utile al fine di gestire schemi cinetici dettagliati (centinaia di specie e migliaia di reazioni), nella simulazione numerica di flussi reagenti.