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Rußbildung in der Kohlenwasserstoffpyrolyse hinter Stoßwellen

Soot Formation in Hydrocarbon Pyrolysis behind Shock Waves

by Dietmar Tanke
Doctoral thesis
Date of Examination:1995-01-24
Date of issue:2015-06-08
Advisor:Prof. Dr. Heinz Georg Wagner
Referee:Prof. Dr. Heinz Georg Wagner
Referee:Prof. Dr. Oskar Glemser
crossref-logoPersistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-5086

 

 

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Name:Dissertation.Dietmar.Tanke.pdf
Size:534.Kb
Format:PDF
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Abstract

English

For the formation of soot in pyrolysis of n-hexane, benzene and other hydrocarbons behind shock waves induction periods, soot growth rate constants and soot yields were measured at various temperatures, pressures and carbon concentrations using light extinction techniques. For similar experimental conditions the sooting propensity (induction time, yield, rate constant) increases from n-hexane to ethylene to benzene. The soot yield show a maximum at temperatures between 1800 and 1950 K. Particle diameters of soot from pyrolysis determined by electron microscopy can be described by a narrow log-normal size distribution. The average particle diameters ist 30 nm. The influence of iron-pentacarbonyl on soot formation is small.
Keywords: high pressure shock tube; soot formation; hydrocarbon pyrolysis; gas analysis; particle diameter

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Die Rußbildung in der Pyrolyse von n-Hexan, Benzol und Kohlenwasserstoffen im Stoßrohr wird mit hoher Zeitauflösung absorptionsspektroskopisch beobachtet und Gasproben durch ein besonders schnelles Ventil gesammelt. Vom Beginn der Pyrolyse bis zum Einsetzen der Rußbildung wurde stets eine Induktionszeit beobachtet, deren Dauer von der Temperatur, der Kohlenstoffkonzentration und der Struktur des pyrolysierten Kohlenwasserstoffs abhängt. Dieser Zusammenhang wird mit einem Arrhenius-Ansatz beschrieben. Der Vorfaktor A ist für Aromaten eine Größenordnung kleiner als für Alkane. Die scheinbare Aktivierungsenergie beträgt (220 ± 10) kJ/mol. Das Rußmassenwachstum, das der Induktionsperiode folgt, wird mit einem Gesetz erster Ordnung beschrieben. Durch Normierung der Geschwindigkeitskonstanten auf die Kohlenstoffdichte zeigt, daß das Rußmassenwachstum in Pyrolysen und in vorgemischten Ethylenflammen vergleichbar schnell abläuft. Die Rußausbeute der Aromaten und Acetylen hat bei bei 1800 K ein Maximum. Für Ethylen und Alkane liegt diese charakteristische Temperatur um rund 100 K höher. Neben Ruß und Wasserstoff sind Acetylen gefolgt von Methan und Ethylen die wichtigsten Hauptprodukte. Die polycyclischen Aromaten tragen keine Seitengruppe und enthalten maximal einen Fünfring. Der Rußpartikeldurchmesser ist im Bereich von 30 nm. Der Einfluß von Eisenpentacarbonyl auf die Rußbildung ist gering.
Schlagwörter: Hochdruckstoßrohr; Rußbildung; Kohlenwasserstoff; Pyrolyse; Gasanalyse; Partikeldurchmesser
 

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