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, selon les matériaux disponibles dans la réaction. Les produits d’une combustion propre entre un hydrocarbure et l’oxygène sont le dioxyde de carbone (CO2), l’eau (H2O) 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 (NH3).
Les produits de combustion d’une combustion propre comprennent le CO2, le H2O et l’énergie. Aucun autre gaz ou particule solide ne se forme comme produit de combustion dans ce type de réaction. La réaction équilibrée suivante est celle du propane, qui est un alcane, réagissant avec l’oxygène :
C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O
Lorsqu’une réaction de combustion a lieu dans un environnement privé d’oxygène, différents produits de combustion peuvent être produits. Du carbone libre, plus communément appelé suie, et du monoxyde de carbone sont produits avec du CO2, du H2O et de l’énergie. La formation de suie en tant que produit de combustion est la raison pour laquelle la combustion incomplète est également connue sous le nom de combustion sale. Dans l’industrie chimique, les gazéificateurs brûlent des matériaux inflammables dans des environnements privés d’oxygène pour produire du gaz de synthèse, composé d’hydrogène et de monoxyde de carbone. En dehors des industries chimiques, la combustion incomplète se produit 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 pendant la combustion, l’azote est capable de produire un certain nombre de ses propres produits de combustion. Des gaz d’oxyde d’azote, souvent appelés gaz NOX, peuvent se former lors d’une réaction de combustion. Le gaz NOX le plus courant est le dioxyde d’azote toxique (NO2). De l’ammoniac (NH3) et du cyanure d’hydrogène létal (HCN) peuvent également se former.
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 des produits chimiques toxiques et malodorants, le dioxyde de soufre (SO2) et le sulfure d’hydrogène (H2). Lorsque le phosphore est présent dans une réaction de combustion, il produit du pentoxyde de phosphore (P2O5) sous forme de particules solides blanches.
La tendance d’un combustible hydrocarboné à favoriser des produits de combustion propres ou sales 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 de production de chaleur augmente la tendance du combustible à subir une combustion incomplète. Le propane, qui ne nécessite pas beaucoup d’énergie pour amorcer 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.