Experimental and numerical studies of mild combustion processes in model reactors

Abstract

Lo scopo della tesi è stato lo studio del comportamento di reattori chimici elementari nelle condizioni tipiche della combustione “dolce”. L’attività è stata essenzialmente di tipo sperimentale ed ha riguardato sia lo studio cinetico e dinamico di un reattore in flusso a perfetta miscelazione sia la progettazione di un reattore tubolare sul quale approfondire il comportamento di flussi reagenti in condizioni di alta temperatura e alta diluizione. Lo studio è stato affiancato da un’accurata modellazione numerica che ha consentito di determinare gli stadi controllanti la cinetica di idrocarburi modello, come il metano e le sue miscele con idrogeno, nelle condizioni della combustione “dolce”. I risultati sperimentali hanno messo in luce l’insorgere di peculiari fenomeni di oscillazione della temperatura con una articolata fenomenologia di comportamenti dinamici. Sulla base di un confronto tra risultati sperimentali e numerici si sono individuati i meccanismi cinetici responsabili di questa fenomenologia. Quindi i risultati permettono da una parte la comprensione più approfondita delle cinetiche di ossidazione del metano e dall’altra inducono l’individuazione delle condizioni operative in cui effettuare il processo di combustione “dolce”. Infatti tali regimi dinamici implicano una riduzione dell’efficienza del processo di combustione e un aumento della formazione di specie inquinanti. Inoltre è stato progettato e realizzato un reattore tubolare, considerando tutte le problematiche annesse alla necessità di fronteggiare le alte temperature iniziali tipiche della combustione dolce e la miscelazione dei reagenti in queste estreme condizioni di lavoro. Tale configurazione reattoristica consentirà l’approfondimento dello studio dell’ossidazione di idrocarburi e miscele-idrocarburi nelle condizioni tipiche della combustione dolce”.