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Novel rates of OH induced sulfur oxidation. Implications to the plume chemistry of jet aircraft

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Abstract:

Novel rate coefficients for the most important and rate controlling sulfur oxidation reaction, OH + SO → HSO, as obtained from ab initio quantum chemical/RRKM dynamical calculations over an extended range of pressure and temperature (Somnitz, 2004) have been used to calculate the rate of oxidation of S(IV) to S(VI) under typical conditions of a jet aircraft plume. From these calculations the rate of oxidation is predicted to be considerably slower than previously accepted (i.e. Tremmel and Schumann, 1999). The new kinetic results have been incorporated into a chemical-dynamical code of the jet regime of a B-747 airliner (BOAT code) to predict sulfur conversion efficiencies. It is found that the efficiency to convert sulfur in the aircraft plume is less than 1 %. It is concluded therefore that overall conversion efficiencies in the order of several % as observed experimentally, are caused by corresponding conversions in the combustor and/or turbine of the jet engine and not in the plume.

German
Die Reaktion OH + SO2 → HSO3 ist der wichtigste und geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Oxidation von Schwefel (IV). In einer vorangehenden Publikation (Somnitz, 2004) wurden aus einer Kombination von quantenchemischen/ab initio und dynamischen RRKM-Rechnungen verbesserte Geschwindigkeitskonstanten für beliebige Drücke und einen weiten Temperaturbereich von 150–1500 K berechnet. Aufgrund der neuen Ergebnisse muss die Oxidation von S(IV) nach S(VI) innerhalb einer Flugzeugabgasfahne als bedeutend langsamer angenommen werden als zuvor vorausgesetzt wurde (z.B. Tremmel and Schumann, 1999). Die neuen Geschwindigkeitskonstanten wurden in ein chemisch-dynamisches Modell (BOAT code) zur Beschreibung des Jet-Bereiches einer B-747 integriert, in dem auch die Schwefeloxidation modelliert wurde. Als Ergebnis wird eine Effizienz der Schwefelkonversion von <1 % in der Abgasfahne vorausgesagt. Dies lässt darauf schließen, dass aufgrund der experimentell gemessenen Gesamteffizienz von einigen % die S(IV)/S(VI) Konversion nicht allein durch die Prozesse in der Flugzeugabgasfahne erklärt werden kann, sondern dass eine entsprechende Konversion schon innerhalb der Brennkammer und/oder der Turbine des Flugzeugtriebwerks stattfindet.

Document Type: Research Article

DOI: https://doi.org/10.1127/0941-2948/2005/0060

Publication date: 2005-08-01

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