Synthesis of a bio-additive by nitration: Modelling and estimation of kinetic parameters

Synthèse d’un bio-additif pro-cétane par nitration : modélisation et estimation des paramètres cinétiques

LSPC UR 4704, Univ Rouen Normandie, INSA Rouen Normandie, Normandie Univ, F 76000 Rouen, France

Abstract

2-Ethyl Hexyl Nitrate (2-EHN) is commonly used to improve the self-ignition properties of diesel fuels. The objective of this study is to synthesize a bio-based substitute for this molecule by nitrating a biodiesel with a sulfonitric mixture as a nitrating agent. Biodiesel was obtained by transesterification of a vegetable oil. The nitration was carried out in a RC1 calorimetric reactor in semi-batch mode, which allows to study the kinetic and exothermic behaviour of the nitration. The impact of the synthesis temperature on the thermal behaviour and composition of the reaction medium was studied. The final product was analyzed using several analytical techniques such as iodine value, infrared spectrometry and CG-MS. A chemical model of nitration has been proposed and thermal power profiles released by the reaction mixture are used to estimate kinetic energy and chemical parameters. This model considers the mass transfer of methyl oleate in the aqueous phase as well as the different decomposition reactions occurring during synthesis.

Résumé

Le 2-EthylHexyl Nitrate (2-EHN) est couramment utilisé pour améliorer les propriétés d’autoinflammation des carburants diesels. L’objectif de cette étude est donc de synthétiser un substitut biosourcé de cette molécule via la nitration d’un biodiesel avec le mélange sulfonitrique comme agent de nitration. Le biodiesel a été obtenu par transestérification d’une huile végétale. La nitration a été réalisée dans un réacteur calorimétrique RC1 en mode semi-batch, ce dernier permet d’étudier le comportement cinétique et exothermique de la nitration. L’impact de la température de synthèse sur le comportement thermique et sur la composition du milieu réactionnel a été étudié. Le produit final a été analysé à l’aide de plusieurs techniques analytiques telles que le test d’indice d’iode, la spectrométrie infrarouge et la CG-MS. Un modèle chimique a été proposé et les profils de puissance thermique libérée par le mélange réactionnel sont utilisés pour estimer les paramètres cinétiques chimiques et énergétiques associés. Ce modèle prend en compte le transfert de matière de l’oléate de méthyle dans la phase ainsi que les différentes réactions de décomposition intervenant durant la synthèse.