Soot Formation Tendency of Various Hydrocarbons During Pyrolysis Behind Shock Waves

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

In this work, an experimental study of soot formation during pyrolysis of linear and cyclic hydrocarbons with different bond types between carbon atoms was carried out. Methane CH4, acetylene C2H2, ethylene C2H4 and benzene C6H6; methyl, ethyl and butyl alcohols CH3OH, C2H5OH, C4H9OH; linear esters dimethyl, diethyl and dimethoxymethane CH3OCH3, C2H5OC2H5, CH3OCH2OCH3; cyclic esters furan and tetrahydrofuran C4H4O, C4H8O pyrolysis have been investigated. The laser extinction method was used to measure the soot volume fraction, and the laser induced incandescence method was used for in situ nanoparticle size measurements. The temperature dependences of the soot volume fraction and particles sizes, as well as the induction times of carbon nanoparticles inception and the effective activation energy values of the initial pyrolysis stage of selected hydrocarbons were obtained. The structure of carbon nanoparticles formed during acetylene C2H2, ethylene C2H4 and furan C4H4O pyrolysis was analyzed using microphotographs obtained on a transmission electron microscope. A kinetic modeling of soot formation during studied hydrocarbons pyrolysis has been carried out. In the case of methane CH4, ethylene C2H4, furan C4H4O and tetrahydrofuran C4H8O the soot yield and the calculated effective activation energies of the initial pyrolysis reactions correlate with experimental data. In the case of acetylene C2H2 and benzene C6H6 pyrolysis, kinetic modeling greatly underestimates the soot yield. For benzene, the calculated effective activation energy value of the initial pyrolysis reactions does not agree with the experimental data. This fact may be related to the lack of polyyne path of soot growth in the considered kinetic mechanism that is especially important in case of acetylene and benzene pyrolysis. This hypothesis is justified by comparing the effective activation energy of the initial reactions during benzene pyrolysis obtained using experimental and calculated data.

Sobre autores

А. Drakon

Joint Institute for High Temperatures RAS

Email: mr.korshunova.95@gmail.com
Rússia, Izhorskaya, 13, bldg. 2, Moscow, 125412

A. Eremin

Joint Institute for High Temperatures RAS

Email: mr.korshunova.95@gmail.com
Rússia, Izhorskaya, 13, bldg. 2, Moscow, 125412

V. Zolotarenko

Joint Institute for High Temperatures RAS; Moscow Institute of Physics and Technology

Email: mr.korshunova.95@gmail.com
Rússia, Izhorskaya, 13, bldg. 2, Moscow, 125412; Institutskiy Pereulok, 9, Dolgoprudny, 141701

М. Korshunova

Joint Institute for High Temperatures RAS

Autor responsável pela correspondência
Email: mr.korshunova.95@gmail.com
Rússia, Izhorskaya, 13, bldg. 2, Moscow, 125412

Е. Mikheyeva

Joint Institute for High Temperatures RAS

Email: mr.korshunova.95@gmail.com
Rússia, Izhorskaya, 13, bldg. 2, Moscow, 125412

Bibliografia

  1. Bond T.C., Doherty S.J., Fahey D.W., Forster P.M., Berntsen T., DeAngelo B.J., Flanner M.G., Ghan S., Kärcher B., Koch D., Kinne S., Kondo Y., Quinn P.K., Sarofim M.C., Schultz M.G., Schulz M., Venkataraman C., Zhang H., Zhang S., Bellouin N., Guttikunda S.K., Hopke P.K, Jacobson M.Z., Kaiser J.W., Klimont Z., Lohmann U., Schwarz J.P., Shindell D., Storelvmo T., Warren S.G., Zender C.S. // J. Geophys. Res. Atmos. 2013. V. 118. P. 5380.
  2. Niranjan R., Thakur A.K. // Front. Immunol. 2017. V. 8. P. 763.
  3. Schwartz J., Laden F., Zanobetti A. // Environ. Health Perspect. 2002. V. 110. P. 1025.
  4. Schulz F., Commodo M., Kaiser K., De Falco G., Minutolo P., Meyer G., D’Anna A., Gross L. // Proc. Combust. Inst. 2019. V. 37. P. 885.
  5. Liu W., Zhai J., Lin B., Lin H., Han D. // Front. Energy. 2020. V. 14. P. 18.
  6. Mannazhi M., Torok S., Gao J., Bengtsson P.-E. // Proc. Combust. Inst. 2021. V. 38. P. 1217.
  7. Drakon A.V., Eremin A.V., Gurentsov E.V., Mikheyeva E., Kolotushkin R. // Appl. Phys. B. 2021. V. 127. P. 81.
  8. Bauerle St., Karasevich Y., Slavov St., Tanke D., Tappe M., Thienel Th., Wagner H.Gg. // Symp. (Int.) Combust. 1994. V. 25. P. 627.
  9. Ishii K., Ohashi N., Teraji A., Kubo M. / Proc. of the 22nd International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems (ICDERS), Minsk-Belarus, July 27–31, 2009. Paper 184.
  10. Agafonov G.L., Bilera I.V., Vlasov P.A., Zhiltsova I.V., Kolbanovskii Y.A., Smirnov, V.N., Tereza A.M. // Kinet. Catal. 2016. V. 57. P. 557.
  11. Olson D.B., Pickens J.C., Gill R.J. // Combust. Flame 1985. V. 62. P. 43.
  12. Lemaire R., Le Corre G., Nakouri M. // Fuel. 2021. V. 302. Art. 121104.
  13. McEnally C.S., Pfefferle L.D. // Environ. Sci. Technol. 2011. V. 45. P. 2498.
  14. Barrientos E.J., Lapuerta M., Boehman A.L. // Combust. Flame. 2013. V. 160. P. 1484.
  15. Johansson K.O., Dillstrom T., Monti M., Gabaly F., Campbell M.F., Schrader P.E., Popolan-Vaida D.M., Richards-Henderson N.K., Wilson K.R., Violi A., Michelsen H.A. // PNAS USA. 2016. V. 113. P. 8374.
  16. Liu P., Chen B., Zepeng L., Bennet A., Sioud S., Sarathy S.M., Roberts W.L. // Combust. Flame. 2019. V. 209. P. 441.
  17. Savic N., Rahman M.M., Miljevic B., Saathoff H., Naumann K.H., Leisner T., Riches J., Gupta B., Motta N., Ristovski Z.D // Carbon. 2016. V. 104. P. 179.
  18. Verma P., Pickering E., Jafari M., Guo Yi., Stevanovic S., Fernando J., Golberg D., Broooks P., Brown R., Ristovski Z. // Combust. Flame. 2019. V. 205. P. 206.
  19. Verma P., Jafari M., Ashrafur Rahman S.M., Pickering E., Stevanovic S., Dowell A., Brown R., Ristovski Z. // Fuel. 2020. V. 259. P. 116167.
  20. Nativel D., Peukert S., Herzler J., Drakon A., Korshunova M., Mikheyeva E., Eremin A., Fikri M., Schulz C. // Proc. Combust. Inst. 2023. V. 39. P. 1099.
  21. Thangavelu S.K., Ahmed A.S., Ani F.N. // Renew. Sustain. Energy Rev. 2016. V. 56. P. 820.
  22. Esarte C., Peg M., Ruiz M. P., Millera A., Bilbao R., Alzueta M.U. // Ind. Eng. Chem. Res. 2011. V. 50. P. 4412.
  23. Camacho J., Lieb S., Wang H. // Proc. Combust. Inst. 2013. V. 34. P. 1853.
  24. Li Zh., Qiu L., Cheng X., Li Y., Wu H. // Fuel 2018. V. 211. P. 517
  25. Khan A., Hellier P., Ladommatos N., Almaleki A. // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2024. V. 177. P. 106346.
  26. Cepeda F., Di Liddo L., Serwin M., Karatas A.E., Dworkin S.B. // Proc. Combust. Inst. 2023. V. 39. P. 1997.
  27. Hidaka Y., Sato K., Yamane M. // Combust. Flame 2000. V. 123. P. 1.
  28. Jeon M.-K., Kim N.I. // Math. Model. Nat. Phenom. 2018. V. 13. P. 56.
  29. Doan Q.B., Nguyen X.P., Pham V.V., Dong T.M. H., Pham M.T., Le T.S. // Int. J. Renew. Energy Dev. 2022. V. 11. P. 255.
  30. Paul A., Bose P.K., Panua R., Debroy D. // J. Energy Inst. 2015. V. 88. P. 1.
  31. Ibrahim A. // Eng. Sci. Technol. Int. J. 2018. V. 21. P. 1024.
  32. Sinha A., Thomson M.J. // Combust. Flame 2004. V. 136. P. 548.
  33. Sirignano M., Conturso M. and D’Anna A. // Proc. Combust. Inst. 2015. V. 35. P. 525.
  34. Wu Ya., Zhang X., Zhang Zh., Wang X., Geng Zh., Jin Ch., Liu H., Yao M. // Fuel. 2020. V. 271. P. 117633.
  35. Drakon A.V., Eremin A.V., Korshunova M.R. and Mikheyeva E.Yu. // Combust. Explos. Shock Waves 2022. V. 58. P. 430.
  36. Nativel D., Herzel J., Kryzwdziak S., Peukert S., Fikri M., Shultz C. // Combust. Flame 2022. V. 243. Art. 111985.
  37. Eremin A., Gurentsov E., Mikheyeva E. // Combust. Flame 2015. V. 162. P. 207.
  38. Eremin A., Gurentsov E., Popova E., Priemchenko K. // Appl. Phys. B. 2011. V. 104. P. 285.
  39. Daun K.J. // Int. J. Heat Mass Transf. 2009. V. 52. P. 5081.
  40. Gurentsov E.V., Drakon A.V., Eremin A.V., Kolotushkin R.N., Mikheyeva E.Yu. // High Temp. 2022. V. 60. P. 335.
  41. Schneider C., Rasband W., Eliceiri K. // Nat. Methods. 2012. V. 9. P. 671.
  42. Cuoci A., Frassoldati A., Faravelli T., Ranzi E. // Comput. Phys. Commun. 2015. V. 192. P. 237.
  43. Saggese C., Ferrario S., Camacho J., Cuoci A., Frassoldati A., Ranzi E., Wang H., Faravelli T. // Combust. Flame. 2015. V. 162. P. 3356.
  44. Yasunaga K., Gillespie F., Simmie J.M., Curran H.J., Kuraguchi Y., Hoshikawa H., Yamane M., Hidaka Y. // J. Phys. Chem. A. 2010. V. 114. P. 9098.
  45. Marrodan L., Royo E., Millera A., Bilbao R., Alzueta M.U. // Energy Fuels. 2015. V. 29. P. 3507.
  46. Pelucchi M., Cavallotti C., Ranzi E., Frassoldati A., Faravelli T. // Energy Fuels. 2016. V. 30. P. 8665.
  47. Tran L., Verdicchio M., Monge F., Martin R., Bounaceeur R., Sirjean B., Glaude P.-A., Alzueta M., Battin-Leclerc F. // Combust. Flame. 2015. V. 162. P. 1899.
  48. Alexiou A., Williams A. // Combust. Flame. 1996. V. 104. P. 51.
  49. Frenklach M., Wang H. // Proc. Combust. Inst. 1991. V. 23. P. 1559.
  50. Krestinin A.V. // Symp. (Int.) Combust. 1998. V. 27. P. 1557.
  51. Vlasov P.A., Warnatz J. // Proc. Combust. Inst. 2002. V. 29. P. 2335.
  52. Gurentsov E.V., Drakon A.V., Eremin A.V., Kolotushkin R.N., Mikheyeva E.Yu. // High Temp. 2022. V. 60. P. 335.
  53. Eremin A.V. // PECS. 2012. V. 38. P. 1.
  54. Commodo M., Kaiser K., de Falco G., Minutolo P., Schulz F., d’Anna A., Gross L. // Combust. Flame. 2019. V. 205. P. 154.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».