Quels sont les différents types de produits de combustion?
La combustion, définie comme l'oxydation rapide d'une substance, accompagnée d'une température élevée et généralement d'une flamme, peut produire un certain nombre de produits différents, en fonction des matériaux disponibles dans la réaction. Les produits de la combustion propre entre un hydrocarbure et l'oxygène sont le dioxyde de carbone (CO 2 ), l'eau (H 2 O) et l'énergie. Une combustion incomplète, sale ou partielle peut également former du monoxyde de carbone (CO), du carbone libre ou de la suie, des oxydes d'azote, du cyanure d'hydrogène (HCN) et de l'ammoniac (NH 3 ).
Les produits de combustion issus d'une combustion propre comprennent le CO 2 , l'H 2 O et l'énergie. Aucun autre gaz ou particules solides ne se forme comme produits de combustion dans ce type de réaction. La réaction équilibrée suivante est celle du propane, qui est un alcane, réagissant avec l'oxygène:
C 3 H 8 + 5 O 2 → 3 CO 2 + 4 H 2 O
Lorsqu'une réaction de combustion se produit dans un environnement dépourvu d'oxygène, différents produits de combustion peuvent être fabriqués. Le carbone libre, plus communément appelé suie, et le monoxyde de carbone sont produits avec du CO 2 , de l'H 2 O et de l'énergie. La formation de suie en tant que produit de combustion est la raison pour laquelle une combustion incomplète est également appelée combustion sale. Dans l'industrie chimique, les gazéificateurs brûlent des matériaux inflammables dans des environnements privés d'oxygène pour produire un gaz de synthèse composé d'hydrogène et de monoxyde de carbone. En dehors des industries chimiques, une combustion incomplète survient souvent dans les moteurs à combustion interne et les fours mal ventilés.
L'oxygène de l'air est la source d'oxygène la plus courante pour la plupart des réactions de combustion. Cependant, l’air est principalement composé d’azote et lors de la combustion, il est capable de produire un certain nombre de ses propres produits de combustion. Les oxydes d'azote, souvent appelés NOX, peuvent se former lors d'une réaction de combustion. Le gaz NOX le plus commun est le dioxyde d'azote toxique (NO 2 ). De l'ammoniac (NH 3 ) et du cyanure d'hydrogène létal (HCN) peuvent également être formés.
Les halogènes, le soufre et le phosphore peuvent également produire leurs propres produits de combustion. Les halogènes tels que le chlore peuvent réagir avec l'hydrogène radicalaire pour former des produits chimiques tels que le chlorure d'hydrogène (HCl). Le soufre peut produire les substances chimiques toxiques et nauséabondes que sont l'anhydride sulfureux (SO 2 ) et le sulfure d'hydrogène (H 2 ). Lorsque le phosphore est présent dans une réaction de combustion, il produit du pentoxyde de phosphore (P 2 O 5 ) sous forme de particules solides blanches.
La tendance d'un combustible hydrocarboné à favoriser les produits de combustion propres ou encrassés peut être estimée en examinant le potentiel de production de chaleur de la réaction et l'énergie nécessaire pour initier la réaction. L'augmentation du potentiel calorifique augmente la tendance du combustible à subir une combustion incomplète. Le propane, qui nécessite peu d’énergie pour initier la combustion, a tendance à brûler proprement. Les composés aromatiques tels que le benzène et le toluène, en revanche, ont tendance à produire beaucoup de suie lorsqu'ils sont brûlés.