Development of accurate chemical kinetic mechanisms  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
100523
Type NN
Principal investigator Turányi, Tamás
Title in Hungarian Pontos reakciókinetikai mechanizmusok kifejlesztése
Title in English Development of accurate chemical kinetic mechanisms
Keywords in Hungarian reakciómechanizmusok, metanol égése, földgáz égése
Keywords in English reaction mechanisms, methanol combustion, natural gas combustion
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Physical chemistry
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Institute of Chemistry (Eötvös Loránd University)
Participants Bruck, József
Busai, Ágota
Busai, Ágota
Pálvölgyi, Róbert
Pálvölgyi, Róbert
Vincze, Gergely
Zsély, István Gyula
Starting date 2011-10-01
Closing date 2015-09-30
Funding (in million HUF) 26.483
FTE (full time equivalent) 7.53
state closed project
Summary in Hungarian
A projekt célja új módszerek kidolgozása gázfázisú elemi reakciók paramétereinek meghatározására olyan módon, hogy egyszerre vesszük figyelembe a közvetlen és közvetett méréseket. A gázfázisú reakciókinetika két alapvető mérési családja ugyanis a közvetlen mérések (amikor a mérési adatok alapján egyetlen elemi reakció sebességi paramétereit lehet meghatározni) és a közvetett mérések (amikor a kapott mérési eredményt csak akkor lehet szimulációval értelmezni, ha pontosan ismerjük számos reakció sebességi paraméterét). Az égéskémiában ilyen közvetett mérések a gyulladási idő, a lángsebesség, vagy csőreaktorban koncentrációprofilok meghatározása.
Nagy mennyiségű nyers közvetlen és közvetett mérési adatot közöltek már a szakirodalomban, valamint az együttműködő ír csoportban (Dr. Henry Curran, NUI Galway) rendszeresen folynak közvetett mérések. A projekt során pontosabb reakciómechanizmust készítünk a metanol és a különböző összetételű földgáz égésének leírására. Mindkét tüzelőanyagnak fontos ipari alkalmazásai vannak. A cél az, hogy az újonnan meghatározott sebességi együtthatók értékei összhangban legyenek a közvetlen mérési adatokkal és ugyanakkor az ezekkel az értékekkel végzett szimulációk reprodukálják a közvetett kísérleti adatokat is. A vizsgált sebességi együtthatók egy részének értéke erősen vitatott a mai szakirodalomban. Ezekhez a vitákhoz jelent hozzájárulást az újonnan, sokkal kisebb bizonytalansággal meghatározott értékek közlése.
Summary
The aim of the project is the elaboration of a new methodology for the determination of the rate parameters of gas phase elementary reactions, using both direct and indirect (“bulk”) experimental data and the application of the methodology for the most important reactions of the combustion of several fuels. In the direct measurements the temperature and pressure dependence of the rate coefficients are measured directly, while the results of indirect measurements are ignition delay times; species profiles as a function of time, temperature and distance from the burner surface; and flame speed data. Large amount of experimental data for combustion systems are available in the literature and the Irish group is well equipped for the determination of bulk experimental data, even at special circumstances. Our study will lead to the development of more reliable reaction mechanisms which describe the combustion methanol, methane and ethane under industrial relevant conditions. Methanol is an important alternative fuel, while methane and ethane are the main components of the natural gas. New measurements will be carried out that produce ignition delay data for these fuels at low- to intermediate-temperatures and under high pressures. Detailed reaction mechanisms will be optimized in the project and will provide better description of the combustion of these fuels, thus the optimized mechanisms will be applicable for the better description of combustion of some alternative fuels and the natural gas. The rate parameters determined will be in accordance with all available experimental data and can be used as recommended values in the combustion mechanisms of other fuels. Several of these rate coefficients are heavily debated in the chemical kinetics literature. The present work will contribute to the determination of these elementary gas phase reaction rate coefficients with low uncertainty.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A metanol egy lehetséges alternatív üzemanyag, amely kiválthatja a benzint. Az elektromos áram termelése világszerte jelentős mértékben a földgáz égésén alapul, amely nagyrészt me-tánból all. A kutatás célja az volt, hogy a mechanizmusoptimalizálás módszerével pontos reakciókinetikai mechanizmusokat dolgozzunk ki a metanol és a metán égésének leírására. Nagy mennyiségű, irodalomban közölt kísérleti adatot gyűjtöttünk össze, és a mechanizmusok paramétereit úgy illesztettük, hogy azok jól leírják a kísérleteket. Arra törekedtünk, hogy olyan sebességi paramétereket kapjunk, amelyek a fontos elemi reakciók fizikai és kémiai folyamataira vonatkoznak, emiatt etanol és etán égésére vonatkozó kísérleti adatokat is gyűjtöttünk és felhasználtunk. A munka eredményeképpen új reakciómechanizmusokat kaptunk, amelyek leírják a metanol, etanol és metán égését többféle hígítógáz (pl. N2, Ar, He) alkalmazásánál, széles tüzelőanyag–oxigén aránynál, tág hőmérséklet- és nyomástarto-mányban. Az új mechanizmusokkal kapott eredményeket összehasonlítottuk az utóbbi évek-ben közölt korábbi reakciómechanizmusokkal, és az új mechanizmusok a legjobbnak bizonyultak. Fontos cél ezeknek a tüzelőanyagoknak a hatékony égetése alacsony szennyező-anyag kibocsátás mellett, emiatt az új reakciómechanizmusokat várhatóan több környezetvédelmi célú kutatásban és fejlesztésben fel fogják használni.
Results in English
Methanol is an alternative automotive fuel that may replace gasoline. A significant part of worldwide electricity production is based on the combustion of natural gas, which is mainly methane. The aim of the project was to develop accurate reaction mechanisms for the com-bustion of methanol and methane using mechanism optimization. This means that large amount of published experimental data was collected and parameters of mechanisms were fitted to provide the best agreement with the experiments. The goal was to obtain rate parame-ters that correspond to the physics and chemistry of the important elementary reactions. Therefore, experimental data related to ethanol and ethane combustion were also collected and utilized. As a result of the work, improved reaction mechanisms were obtained that de-scribe methanol, ethanol and methane combustion using several diluent gases (e.g. N2, Ar, He) at a wide range of fuel–oxygen ratio, temperature and pressure. Comparison with the simulation results of existing recently published mechanisms indicated that these new mecha-nisms are currently the most accurate ones. Since the efficient combustion of these fuels with low pollutant emission is an important aim, the new mechanisms may be utilized in several development projects related to environment protection.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=100523
Decision
Yes





 

List of publications

  
C. Olm, I. Gy. Zsély, T. Varga, H. J. Curran, T. Turányi: Comparison of the performance of several recent syngas combustion mechanisms, Combustion and Flame, 162, 1793-1812, (2015), 2015
C. Olm, T. Varga, É. Valkó, S. Hartl, C. Hasse, T. Turányi: Development of an ethanol combustion mechanism based on a hierarchical optimization approach, Proceedings of the European Combustion Meeting – 2015, Paper P1-35, ISBN 978-963-12-1257-0, 2015
V. Samu, T. Varga, T. Turányi: Investigation of ethane pyrolysis and oxidation at high pressures using global optimization based on shock tube data, Proceedings of the European Combustion Meeting – 2015, Paper P1-38, ISBN 978-963-12-1257-0, 2015
R. Pálvölgyi, T. Varga, T. Turányi: Investigations of available experimental and modeling data on the oxidative coupling and partial oxidation of methane, Proceedings of the European Combustion Meeting – 2015, Paper P1-70, ISBN 978-963-12-1257-0, 2015
T. Varga, C. Olm, T. Nagy, I. Gy. Zsély, É. Valkó, R. Pálvölgyi, H. J. Curran, T. Turányi: Development of a joint hydrogen and syngas combustion mechanism based on an optimization approach, Int. J. Chem.Kinetics, submitted, 2015
C. Olm, T. Varga, É. Valkó, S. Hartl, C. Hasse, T. Turányi: Development of an ethanol combustion mechanism based on a hierarchical optimization approach, Int. J. Chem. Kinetics, submitted, 2015
C. Olm, I. Gy. Zsély, T. Varga, T. Nagy, T. Turányi: Comparison of the performance of several recent wet CO combustion mechanisms, Proceedings of the European Combustion Meeting 2013, Paper P5-2. ISBN 978-91-637-2151-9., 2013
T. Turányi, T. Nagy, I. GY. Zsély, M. Cserháti, T. Varga, B. T. Szabó, I. Sedyó, P. T. Kiss, A. Zempléni, H. J. Curran: Determination of Rate Parameters Based on Both Direct and Indirect Measurements, Int. J. Chem. Kinet., 44, 284–302, (2012), 2012
I.Gy. Zsély, C. Olm, R. Pálvölgyi, T. Varga, T. Nagy, T. Turányi: Comparison of the performance of several recent hydrogen combustion mechanisms, Proceedings of the European Combustion Meeting 2013, Paper P4-13. ISBN 978-91-637-2151-9., 2013
I.Gy. Zsély, C. Olm, R. Pálvölgyi, T. Varga, T. Nagy, T. Turányi: Comparison of the performance of several recent hydrogen combustion mechanisms, Proceedings of the European Combustion Meeting 2013, Paper P4-13. ISBN 978-91-637-2151-9., 2013
T. Nagy, C. Olm, I. Gy. Zsély, T. Varga, R. Pálvölgyi, É. Valkó, G. Vincze, T. Turányi: Optimisation of a hydrogen combustion mechanism, Proceedings of the European Combustion Meeting 2013, Paper P4-14. ISBN 978-91-637-2151-9., 2013
A.S. Tomlin, T. Turányi: Investigation and improvement of reaction mechanisms using sensitivity analysis and optimization, Chapter 16 in: Development of detailed chemical kinetic models for cleaner combustion, eds: F. Battin-Leclerc, E. Blurock, J. Simmie, pp. 411-445, Springer, 2013
A.S. Tomlin, T. Turányi: Mechanism reduction to skeletal form and species lumping, Chapter 17 in: Development of detailed chemical kinetic models for cleaner combustion, eds.: F. Battin-Leclerc, E. Blurock, J. Simmi, pp. 447-466, Springer, 2013
T. Turányi, A.S. Tomlin: Storage of chemical kinetic information, Chapter 19 in: Development of detailed chemical kinetic models for cleaner combustion, eds.: F. Battin-Leclerc, E. Blurock, J. Simmie, pp. 485-512, Springer, 2013
Carsten Olm, István Gy. Zsély, Róbert Pálvölgyi, Tamás Varga, Tibor Nagy, Henry J. Curran, Tamás Turányi: Comparison of the performance of several recent hydrogen combustion mechanisms, Combustion and Flame, 161, 2219-2234 (2014), 2014
T. Varga, T. Nagy, C. Olm, I.Gy. Zsély, R. Pálvölgyi, É. Valkó, G. Vincze, M. Cserháti, H.J. Curran, T. Turányi: Optimization of a hydrogen combustion mechanism using both direct and indirect measurements, Proc. Combust. Inst., http://dx.doi.org/10.1016/j.proci.2014.06.071, 2015
Carsten Olm, Róbert Pálvölgyi, Tamás Varga, Éva Valkó, Henry J. Curran, Tamás Turányi: Investigation of the performance of several methanol combustion mechanisms, 35th International Symposium on Combustion San Francisco, 3-8 August, 2014, 2014
Viktor Samu, Tamás Varga, Kenneth Brezinsky, Aleksander Fridly, Tamás Turányi: Investigation of ethane pyrolysis and oxidation at high pressures using global optimization based on shock tube data, 35th International Symposium on Combustion San Francisco, 3-8 August, 2014, 2014
T. Turányi, T. Nagy, I. GY. Zsély, M. Cserháti, T. Varga, B. T. Szabó, I. Sedyó, P. T. Kiss, A. Zempléni, H. J. Curran: Determination of rate parameters based on both direct and indirect measurements, Int. J. Chem. Kinet., 44, 284–302, (2012), 2012
A.S. Tomlin, T. Turányi: Mechanism reduction to skeletal form and species lumping, Chapter 17 in: Development of detailed chemical kinetic models for cleaner combustion, eds.: F. Battin-Leclerc, E. Blurock, J. Simmie, pp. 447-466, Springer, 2013
C. Olm, I. Gy. Zsély, R. Pálvölgyi, T. Varga, T. Nagy, H. J. Curran, T. Turányi: Comparison of the performance of several recent hydrogen combustion mechanisms, Combustion and Flame, 161, 2219-2234 (2014), 2014
T. Varga, T. Nagy, C. Olm, I.Gy. Zsély, R. Pálvölgyi, É. Valkó, G. Vincze, M. Cserháti, H.J. Curran, T. Turányi: Optimization of a hydrogen combustion mechanism using both direct and indirect measurements, Proc. Combust. Inst., 35, 589-596 (2015), 2015
C. Olm, R. Pálvölgyi, T. Varga, É. Valkó, H. J. Curran, T. Turányi: Investigation of the performance of several methanol combustion mechanisms, 35th International Symposium on Combustion San Francisco, 3-8 August, 2014, 2014




 

Events of the project

  
2015-03-09 17:25:47
Résztvevők változása
2013-10-28 14:46:01
Résztvevők változása
2012-09-20 09:02:48
Résztvevők változása
2012-03-23 09:17:15
Résztvevők változása



Back »