MILD combustion of methane and its combustion properties with ammonia and acetaldehyde

Hoe methaan verbrandt in verschillende bedrijfsomstandigheden. 

Het toepassen van verschillende technieken kan de uitstoot verminderen en de efficiëntie van verbrandingssystemen met methaan (CH₄) als brandstof verbeteren. In zijn proefschrift presenteert Seyed Nourani Najafi experimentele en numerieke studies van CH₄-verbranding onder verschillende bedrijfsomstandigheden.

In het eerste onderzoek mat hij ruimtelijke verdelingen van temperatuur, belangrijkste soorten en hydroxyl (OH) molfracties van verbranding van CH₄/N₂-brandstofmengsel onder matige of intense zuurstofarme verdunning (MILD)-omstandigheden in een laminaire straal-in-heet- coflow (LJHC) configuratie met behulp van spontane Raman en Laser-Induced-Fluorescentie (LIF) methoden. Hij vergeleek de metingen met de resultaten van numerieke simulaties uitgevoerd met behulp van het chemische mechanisme GRI-Mech 3.0 en een multicomponent-mengselgemiddeld transportmodel.

In een ander onderzoek bestudeerde Najafi de stabiliteit, straling en structuur van laminaire axisymmetrische CH₄/NH₃/luchtdiffusievlammen met behulp van spectraal gescheiden metingen van vlamstraling en de ruimtelijke verdeling van temperatuur en molfracties van de belangrijkste soorten verkregen door spontane Raman-verstrooiing.

Ten slotte rapporteert Najafi over de invloed van toevoeging van acetaldehyde (CH₃CHO) aan CH₄ op de ontstekingsvertragingstijd bij hoge druk. Hij simuleerde de ontstekingsvertragingstijden van CH₄/CH₃CHO-mengsels met behulp van een chemisch mechanisme, en voerde een kinetische analyse en gevoeligheidsanalyse uit om de invloed van CH₃CHO-toevoeging op het CH₄-oxidatieproces te onderzoeken. Ook vergeleek hij ontstekingsvertragingstijden van CH₄/CH₃CHO-mengsels, gemeten in een Rapid Compress Machine (RCM), met de simulaties.

Uit dit derde onderzoek concludeerde Najafi dat acetaldehyde (CH₃CHO) een sterk ontbrandings-versterkend effect heeft op methaan (CH₄), waarbij kleine fracties tot ontbranding leidden bij een temperatuur waarbij CH₄ normaal niet ontbrandt. Een analyse van het ontbrandingsproces wees uit dat CH₃CHO veel sneller oxideert dan CH₄, waarbij een reactieve stof, zoals OH ontstaat, die de oxidatie van CH₄ initieert en warmte produceert die de oxidatie versnelt tot ontbranding. 

Seyed Nourani Najafi verrichtte zijn promotieonderzoek bij het Energy and Sustainability Research Institute Groningen (ESRIG)

Proefschrift: https://hdl.handle.net/11370/c54864fe-009a-4b40-ba34-b5bd9146aac3