PO
Patrick Oßwald
Author with expertise in Chemical Kinetics of Combustion Processes
Achievements
Cited Author
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
7
(29% Open Access)
Cited by:
1,514
h-index:
38
/
i10-index:
70
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Alcohol combustion chemistry

S. Sarathy et al.Jun 16, 2014
Alternative transportation fuels, preferably from renewable sources, include alcohols with up to five or even more carbon atoms. They are considered promising because they can be derived from biological matter via established and new processes. In addition, many of their physical-chemical properties are compatible with the requirements of modern engines, which make them attractive either as replacements for fossil fuels or as fuel additives. Indeed, alcohol fuels have been used since the early years of automobile production, particularly in Brazil, where ethanol has a long history of use as an automobile fuel. Recently, increasing attention has been paid to the use of non-petroleum-based fuels made from biological sources, including alcohols (predominantly ethanol), as important liquid biofuels. Today, the ethanol fuel that is offered in the market is mainly made from sugar cane or corn. Its production as a first-generation biofuel, especially in North America, has been associated with publicly discussed drawbacks, such as reduction in the food supply, need for fertilization, extensive water usage, and other ecological concerns. More environmentally friendly processes are being considered to produce alcohols from inedible plants or plant parts on wasteland. While biofuel production and its use (especially ethanol and biodiesel) in internal combustion engines have been the focus of several recent reviews, a dedicated overview and summary of research on alcohol combustion chemistry is still lacking. Besides ethanol, many linear and branched members of the alcohol family, from methanol to hexanols, have been studied, with a particular emphasis on butanols. These fuels and their combustion properties, including their ignition, flame propagation, and extinction characteristics, their pyrolysis and oxidation reactions, and their potential to produce pollutant emissions have been intensively investigated in dedicated experiments on the laboratory and the engine scale, also emphasizing advanced engine concepts. Research results addressing combustion reaction mechanisms have been reported based on results from pyrolysis and oxidation reactors, shock tubes, rapid compression machines, and research engines. This work is complemented by the development of detailed combustion models with the support of chemical kinetics and quantum chemistry. This paper seeks to provide an introduction to and overview of recent results on alcohol combustion by highlighting pertinent aspects of this rich and rapidly increasing body of information. As such, this paper provides an initial source of references and guidance regarding the present status of combustion experiments on alcohols and models of alcohol combustion.
0

A comprehensive chemical kinetic combustion model for the four butanol isomers

S. Sarathy et al.Feb 11, 2012
Alcohols, such as butanol, are a class of molecules that have been proposed as a bio-derived alternative or blending agent for conventional petroleum derived fuels. The structural isomer in traditional “bio-butanol” fuel is 1-butanol, but newer conversion technologies produce iso-butanol and 2-butanol as fuels. Biological pathways to higher molecular weight alcohols have also been identified. In order to better understand the combustion chemistry of linear and branched alcohols, this study presents a comprehensive chemical kinetic model for all the four isomers of butanol (e.g., 1-, 2-, iso- and tert-butanol). The proposed model includes detailed high-temperature and low-temperature reaction pathways with reaction rates assigned to describe the unique oxidation features of linear and branched alcohols. Experimental validation targets for the model include low pressure premixed flat flame species profiles obtained using molecular beam mass spectrometry (MBMS), premixed laminar flame velocity, rapid compression machine and shock tube ignition delay, and jet-stirred reactor species profiles. The agreement with these various data sets spanning a wide range of temperatures and pressures is reasonably good. The validated chemical kinetic model is used to elucidate the dominant reaction pathways at the various pressures and temperatures studied. At low-temperature conditions, the reaction of 1-hydroxybutyl with O2 was important in controlling the reactivity of the system, and for correctly predicting C4 aldehyde profiles in low pressure premixed flames and jet-stirred reactors. Enol–keto isomerization reactions assisted by radicals and formic acid were also found to be important in converting enols to aldehydes and ketones under certain conditions. Structural features of the four different butanol isomers leading to differences in the combustion properties of each isomer are thoroughly discussed.