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000162678 005__ 20250917132124.0
000162678 037__ $$aTESIS-2025-260
000162678 041__ $$aeng
000162678 1001_ $$aGarcía Ruiz, Pedro
000162678 24500 $$a“High pressure conversion of NH3 and its mixtures with H2, CH4, DME, and DEE. Experimental and modeling study.”
000162678 260__ $$aZaragoza$$bUniversidad de Zaragoza, Prensas de la Universidad$$c2025
000162678 300__ $$a408
000162678 4900_ $$aTesis de la Universidad de Zaragoza$$v2025-259$$x2254-7606
000162678 500__ $$aPresentado: 26 06 2025
000162678 502__ $$aTesis-Univ. Zaragoza, , 2025$$bZaragoza, Universidad de Zaragoza$$c2025
000162678 506__ $$aby-nc$$bCreative Commons$$c3.0$$uhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/es
000162678 520__ $$aEl amoníaco, como combustible libre de carbono que puede obtenerse de fuentes renovables, representa una solución alternativa en la transición hacia la descarbonización de los sistemas energéticos para reducir los gases de efecto invernadero y los contaminantes nocivos. Como vector energético ofrece ventajas como una infraestructura disponible para su producción, almacenamiento y transporte. El amoniaco puede quemarse idealmente de manera ambientalmente benigna produciendo únicamente N2 y H2O. Además, es un compuesto eficaz en la reducción selectiva no catalítica de NO en procesos de combustión. <br />Sin embargo, comparado con los hidrocarburos convencionales, el amoniaco presenta ciertas desventajas como una baja intensidad de combustión, y una alta temperatura de autoignición. Para superar estas limitaciones, el mezclar el amoniaco con otros combustibles es una estrategia prometedora a corto plazo. En este sentido, las mezclas de amoniaco con hidrógeno, metano, dimetil éter y dietil éter pueden formar parte de una estrategia eficaz en la progresiva descarbonización de la producción de energía. <br />Por tanto, se ha analizado la combustión de amoniaco a alta presión en una instalación experimental controlada, y cuyos resultados se han utilizado como punto de partida en esta tesis. Seguidamente, se ha evaluado la conversión de amoniaco mezclado con combustibles comúnmente usados como el H2 y CH4, así como las mezclas de amoniaco con combustibles oxigenados como el DME y el DEE. Los resultados experimentales han sido interpretados mediante un mecanismo cinético-químico desarrollado como parte del trabajo de la presente tesis. <br />Los resultados muestran que un incremento en la presión afecta a la combustión del NH3 y sus mezclas reduciendo la temperatura de inicio de reacción. Hallazgos similares se han encontrado con el incremento de la ratio de oxígeno y de H2, CH4, DME, y DEE en las mezclas. El incremento de estas variables promueve la producción de radicales OH mejorando el consumo de NH3. Los principales productos nitrogenados encontrados han sido el N2 y en menor cantidad el N2O, y los principales productos carbonosos encontrados han sido CO y CO2. El mecanismo cinético-químico captura razonablemente bien las tendencias experimentales. <br />En cuanto a las diferentes mezclas, la temperatura de inicio de reacción de NH3 más baja encontrada ha sido para las mezclas DME/NH3 y DEE/NH3, las cuales muestran un comportamiento similar de combustión. Sin embargo, la combustión más limpia encontrada ha sido la de la mezcla H2/NH3, con la menor producción de N2O observada. <br />La combustión de mezclas DME/NH3 y DEE/NH3 muestran un comportamiento de negative temperatura coeficient (NTC), el cual es producido por la disminución en la producción de radicales OH en la zona de transición entre las zonas de baja y alta temperatura. <br />
000162678 520__ $$aAmmonia, as a carbon-free fuel that can be obtained from renewable sources, represents an alternative solution in the transition to decarbonization energy systems to reduce greenhouse gases and harmful pollutants. Its role as an energy vector presents several advantages, including mature established infrastructure for production, storage, and transportation. Ideally, ammonia can be burned in an environmentally benign way producing N2 and H2O. Furthermore, it is an effective additive for Selective Non-Catalytic Reduction (SNCR) of NO in combustion processes. However, compared to common hydrocarbon fuels, ammonia presents some drawbacks such as its low combustion intensity and a high autoignition temperature. To overcome these limitations, mixing NH3 with other fuels and additives represents a promising approach in the short term. In this context, ammonia mixtures with other fuels such as hydrogen, methane, dimethyl ether, and diethyl ether may be part of an effective strategy in the progressive decarbonization of energy production. Therefore, the high-pressure combustion of ammonia in a well-controlled experimental setup has been analyzed as a reference point. Subsequently, the conversion of NH3 mixed with common fuels such as H2 and CH4, and the NH3 mixtures with oxygenated fuels, such as DME, and DEE has been evaluated. The experimental results have been interpreted in terms of a chemical kinetic mechanism developed as a part of the present work. Results show that the increase in pressure affects the combustion of NH3 and its mixtures reducing the onset reaction temperature. Similar findings have been found for the increase in the oxygen excess ratio and the increase in H2, CH4, DME, and DEE in the mixture. The increase in these variables promotes the OH radical production enhancing NH3 consumption. The main nitrogen products are N2 and to a lesser extent N2O, and the main carbon products are CO and CO2. The detailed chemical kinetic mechanism captures the experimental trends, in general, with good agreement. Regarding the different mixtures, the lowest NH3 reaction onset temperatures are reached for the DME/NH3 and DEE/NH3 mixtures, which feature a similar combustion behavior. However, the H2/NH3 mixture shows the cleanest NH3 consumption with the lowest N2O production observed. The combustion of DME/NH3 and DEE/NH3 mixtures shows a negative temperature coefficient (NTC) behavior, which is produced by the decrease in OH radical production in the transition zone between low- and high-temperature zones.<br />
000162678 521__ $$97103$$aPrograma de Doctorado en Ingeniería Química y del Medio Ambiente
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000162678 6531_ $$atecnología de la combustión
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000162678 692__ $$aAsegurar el acceso a energías asequibles, fiables, sostenibles y modernas para todos. Desarrollar infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible, y fomentar la innovación. Conseguir que las ciudades y los asentamientos humanos sean inclusivos, seguros, resilientes y sostenibles.
000162678 700__ $$aGarcía Ruiz, Pedro$$edir.
000162678 7102_ $$aUniversidad de Zaragoza$$b
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