Carbonato de dimetilo como aditivo en los motores diésel para reducir las emisiones de materia particulada. Estudio de su tendencia a formar hollín

Salinas Salvador, Juan
Alexandrino De Freitas, Katiuska (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2015
Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente department, Tecnologías del Medio Ambiente area

Ingeniero Químico

Abstract: Las emisiones provenientes de los motores diésel representan un problema de salud pública, así como de eficiencia en la combustión. Para mitigar estas emisiones la Unión Europea ha legislado sobre las emisiones producidas por vehículos mediante la norma Euro. Existen diversas maneras de reducir las emisiones de los motores, una de ellas es la adición de moléculas orgánicas oxigenadas al combustible. En el presente Proyecto Fin de Carrera se pretende averiguar si el carbonato de dimetilo (DMC, C3H6O3) es un aditivo válido para los motores diésel y, efectivamente, reduce las emisiones, concretamente, de material particulado. Esta molécula posee características interesantes, como su alto porcentaje de oxígeno y su bajo número de carbonos. De hecho, otros autores han probado su función como aditivo, mostrando resultados prometedores. Para el estudio del DMC como aditivo, se lleva a cabo la pirólisis de DMC en un reactor de flujo a presión atmosférica a dos concentraciones de DMC iniciales diferentes (33333 ppm y 50000 ppm) y a varias temperaturas (800, 900, 1000, 1050, 1100, 1150 y 1200 ºC). El hollín formado durante la pirólisis y los principales gases ligeros se cuantifican. De esta forma, se determina la influencia de la temperatura y la concentración inicial de DMC en la formación de hollín y gases ligeros. En la bibliografía consultada se ha observado que en la formación del hollín intervienen como sus precursores los hidrocarburos aromáticos policíclicos, PAH, los cuales además pueden encontrarse adsorbidos sobre la superficie del hollín. Por ello, se recogen los PAH a la salida del reactor para los experimentos con 50000 ppm de DMC, se extraen, se concentran y se analizan. Los PAH estudiados son los 16 de prioridad estipulados por la EPA. Adicionalmente, se realizan, como método de caracterización, experimentos de reactividad con NO y O2 de muestras de hollín seleccionadas procedentes de la pirólisis de DMC. Los experimentos se llevan a cabo con una concentración de 500 ppm de O2 y 2000 ppm de NO a una temperatura de 1000 OC. La reacción se realiza en un reactor de flujo a presión atmosférica y la concentración de CO, CO2 y NO, éste último cuando aplicable, es cuantificada por analizadores en continuo. Aplicando a los resultados el método de núcleo decreciente con control de la reacción química se puede determinar el tiempo de conversión completa, parámetro relacionado con la reactividad del hollín. Además, las muestras de hollín sometidas a experimentos de reactividad se caracterizan mediante diversas técnicas instrumentales: análisis elemental, método BET, SEM, TEM, espectroscopía Raman y XRD. Los resultados de los experimentos de pirólisis indican que la conversión de DMC aumenta con la temperatura. En cuanto a los rendimientos, el rendimiento a hollín aumenta con la temperatura, pudiéndose establecer una temperatura crítica, a partir de la cual se forma hollín de manera masiva (1050 OC). En relación a la influencia de la concentración inicial de DMC, a mayor concentración inicial de DMC, mayor es el rendimiento a hollín. El rendimiento a gas desciende con el aumento de la temperatura, sin observarse influencia de laconcentración inicial de DMC sobre la conversión a gases. Por último, el rendimiento a PAH experimenta un máximo a 1100 OC, temperatura inmediatamente superior a la temperatura crítica de formación de hollín. Los PAH que se encuentran en mayor concentración son los que tienen entre 2 y 4 anillos. Además, los resultados apoyan la idea del carácter cancerígeno del hollín visto que la mayor concentración de PAH fue encontrada en esta fase. Los resultados de los experimentos de reactividad realizados con O2 indican que para las muestras obtenidas a la misma concentración inicial de DMC (50000 ppm) y diferente temperatura (1150 OC y 1200 OC), la muestra más reactiva es la obtenida a menor temperatura. Por otro lado, para muestras obtenidas a una misma temperatura (1200 OC) y diferente concentración inicial de DMC (33333 y 50000 ppm) la muestra más reactiva es la obtenida a mayor concentración. Los resultados de los experimentos de reactividad realizados con NO indican que para las muestras obtenidas a la misma concentración inicial de DMC (50000 ppm) y diferente temperatura (1150 OC y 1200 OC) la muestra más reactiva es la obtenida a menor temperatura. Por otro lado, para muestras obtenidas a una misma temperatura (1200 OC) y diferente concentración inicial de DMC (33333 y 50000 ppm), la muestra más reactiva es la obtenida a menor concentración. Los tiempos de conversión completa del carbono, τ, indican que el hollín es más reactivo con el O2 que con el NO. En general, los resultados de la caracterización de las muestras indican que para aquellas obtenidas a la misma concentración inicial de DMC (50000 ppm) y diferente temperatura (1150 OC y 1200 OC), la muestra más reactiva es la obtenida a menor temperatura, mientras que las muestras obtenidas a una misma temperatura (1200 OC) y diferente concentración inicial de DMC (33333 y 50000 ppm), la muestra más reactiva es la obtenida a menor concentración.

Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera