Laboratoire de Combustion & Systèmes Réactifs UPR CNRS 4211 Orléans Journées F. Lacas 07 décembre 2006 Direction de la Recherche, Gaz de France Étude expérimentale et Modélisation Cinétique de l’Oxydation du n-butylbenzène en réacteur auto-agité Pascal Diévart Philippe Dagaut Rodolphe Minetti Laboratoire de Combustion & Systèmes Réactifs UPR CNRS 4211 Orléans Laboratoire de Physico-Chimie des Processus de Combustion et de l’Atmosphère UMR CNRS 8522 Villeneuve d’Ascq

Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006 Plan ① Contexte ② Dispositif expérimental ③ Modélisation ④ Résultats ⑤ Conclusions et perspectives Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006 Contexte Normes anti-pollution de plus en plus sévères Polluants(g/km) CO HC+NOx HC NOx particules date d’application Moteur Ess. Die. Diesel Euro-4 1 0.5 - 0.3 0.1 0.08 0.25 0.025 2006-2009 Euro-5 0.75 0.38 0.075 0.06 0.20 0.005 2009-2013 Solution possible: nouvelles technologies moteurs Moteur HCCI (High Compression Charge Ignition) → Auto-inflammation d’un mélange air-carburant homogène Faible température absence de NOx Mélange homogène  absences de particules Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006 Contexte Cependant, en conditions HCCI, l’auto-inflammation est contrôlé par les processus chimiques Nécessité de disposer d’outils prévisionnels Modèles cinétiques validés dans des conditions proches du moteur HCCI (haute pression, milieu pauvre) Gazole Composé de 3 grandes familles chimiques: n-paraffines, naphtènes et aromatiques Ici, le n-butylbenzène a été choisi comme représentant de la famille des composés benzéniques Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

Dispositif expérimental Réacteur auto-agité par jets gazeux (JSR, Jet-Stirred Reactor) Développé en 1986 sur les recommandations de Matras, David et Villermaux. Sphère en silice fondue de volume 39 cm3 4 tuyères opposées 2 à 2 assurant un mélange constamment homogène Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

Dispositif expérimental Vaporisateur/atomiseur : passage de l’HC (liquide) en phase gazeuse Capillaire permettant l’introduction séparée de l’hydrocarbure et de l’oxygène Réacteur + Éléments chauffants Système de prélèvement : sonde sonique couplé à un thermocouple Gaz de réactions : analyse en ligne ou stockage Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

Modélisation Mécanisme réactionnel données initiales fichier binaire Interpréteur CHEMKIN Code de calcul PSR Données thermodynamiques Résultats Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006 Modélisation Mécanisme cinétique basé sur les mécanisme du n-propylbenzène de Mati1 et du n-butylbenzène de Ribaucour2 Constantes de vitesse obtenues par corrélation réactivité-structure, données existantes (Freund and Olmstead3),estimation et analogie Propriétés thermodynamiques manquantes calculées grâce aux logiciels Thergas(DCPR, Nancy) et Therm (Bozelli) Mécanisme permettant de simuler l’oxydation de haute et basse température du n-butylbenzène 1) 2005, Thèse, LCSR 2) 2000, 28th Symp. On Comb., p.1701 3) 1989, Int. J. Chem. Kin., vol. 21, p.561 Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006 Résultats Conditions expérimentales Richesse: 0.25, 0.5, 1.0 et 1.5 Température: de 550 à 1150 K Pression: 10 bars Temps de séjour: 1s Concentration initiale en n-butylbenzène: 0.1% Obtention des profils des espèces majoritaires Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

Oxydation du n-butylbenzène à φ=0.25 et P=10 bars  oxygène  n-butylbenzène  CO  CO2  H2 Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

Oxydation du n-butylbenzène à φ=0.25 et P=10 bars  benzène  styrène  toluène  méthane  éthylène  propène  formaldéhyde  benzaldéhyde  acétaldéhyde Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

Conclusions & Perspectives L’oxydation du butylbenzène a été menée dans un large domaine de températures et de richesse, et à haute pression Le butylbenzène est très peu réactif à basse température Le mécanisme développé reproduit pour l’instant de manière acceptable les valeurs expérimentales Perspectives Poursuivre le développement du modèle et le valider dans d’autres conditions expérimentales (machine à compression rapide, tube à choc) Étudier dans les mêmes conditions d’autres hydrocarbures représentatifs des grandes familles du gazole, et développer un modèle global simulant l’oxydation d’un gazole commercial Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006

Merci de votre attention Journée des Doctorants en Combustion, 07 décembre 2006