柴油机燃烧甲醇/生物柴油尾气颗粒物热解特性分析

采集了甲醇/生物柴油(5%、10%、15%)混合燃料在柴油机燃烧的尾气颗粒。采用热重分析仪和切线法、Flynn-Wall-Ozawa(FWO)热解动力学方法,研究颗粒挥发及氧化规律,分析了颗粒热解特征温度和活化能。结果表明:随着甲醇掺混量的增加,颗粒中H_2O的质量分数由2.6%增加到3.5%,可溶有机物(soluble organic fraction,SOF)质量分数由26.1%增加到32.5%,SOF的质量变化速率增大,对应的峰值温度后移;在O_2氛围中,SOF挥发阶段与在N2氛围中的表现基本一致,但质量变化速率明显增大;碳烟(soot)质量减小,由70.3%减少到63.8%,soot质量变化率峰值增大;SOF析出温度变化较小,soot起始燃烧温度明显降低,由488℃降低到458℃,SOF起始燃烧温度与燃尽温度均有所降低,颗粒的热解总反应时间缩短;颗粒的热解反应活化能由140.3 k J/mol降低117.3 k J/mol,颗粒的热解性能增强,颗粒更易被氧化。研究结果可为甲醇/生物柴油燃烧颗粒的处理及柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)再生提供依据。     

水热生物炭燃烧特性与动力学分析

采用热重法对锯末、玉米秸秆水热生物炭燃烧特性及动力学进行了研究,考察了不同升温速率(10、20、40℃/min)对燃烧特性的影响,分析了它们的燃烧特性及动力学参数。结果表明:1)水热炭化前后生物质燃烧质量损失集中在挥发分和固定碳燃烧阶段,升温速率快,着火温度、燃尽温度高,整体向高温区转移,综合燃烧特性指数越大;2)40℃/min时,锯末水热生物炭综合燃烧特性指数远大于玉米秸秆,在其余升温速率下区别不明显;3)以20℃/min相同升温速率时,锯末、玉米秸秆水热生物综合炭燃烧特性相对于未炭化生物质下降27%、13%;4)采用一级反应动力学模型和积分法对水热生物炭燃烧动力学进行了研究,一级反应动力学能很好的描述2种生物炭的燃烧动力学,相关系数(R2)均高于0.9,挥发分阶段活化能大于固定碳阶段的活化能。研究结果可为水热生物炭的燃烧应用能提供理论指导。     

CeO2纳米颗粒催化柴油燃烧氧化特性分析

为了深入了解柴油中添加Ce O2纳米催化剂后生成颗粒的氧化特性,该文配制了Ce O2质量分数分别为0、50、100 mg/kg的纳米催化燃油,利用微粒分级采样装置采集柴油机燃用3种燃料生成的颗粒样品,采用扫描电镜研究了Ce O2质量分数对颗粒形貌特征的影响,通过热重分析方法研究了升温速率、Ce O2质量分数对颗粒氧化特性的影响并采用Coast-Redfern方法计算了颗粒的活化能。结果表明:颗粒群为团簇状结构,粒径范围在20~70 nm之间;随着Ce O2质量分数增加,颗粒平均粒径减小,粒径向小粒径方向移动,计盒维数增大。随着升温速率的增加,颗粒氧化过程出现滞后现象,氧化反应区域变宽,初始氧化温度、峰值失重温度和氧化终止温度增高,失重率峰值变小。升温速率对颗粒反应活化能影响较小。升温速率相同时,随着Ce O2质量分数的增加,颗粒的反应活化能、初始氧化温度、峰值失重温度和氧化终止温度均降低,Ce O2质量分数越高,降幅越大。Ce O2纳米催化剂添加到柴油后,使颗粒粒径变小,并能促进颗粒的氧化,降低颗粒起燃温度,可有效降低柴油机微粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)再生温度和延长再生周期,对柴油机排气净化具有重要的意义。     

基于差示扫描量热法和热力学模型的生物柴油结晶行为分析

棕榈酸甲酯(C16:0)、硬脂酸甲酯(C18:0)和油酸甲酯(C18:1)是生物柴油的主要组成部分。为了深入探究生物柴油的结晶行为,该文基于差示扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)分析了这3种脂肪酸酯的物性参数,研究发现饱和脂肪酸甲酯C16:0和C18:0的熔点和熔化焓远远高出不饱和脂肪酸甲酯C18:1的值,C16:0和C18:0的熔点分别为301.57、310.92 K,C18:1的熔点为255.01 K。对脂肪酸酯组成的二元溶液进行DSC扫描,DSC曲线出现了2个放热峰,并且溶液的结晶点要低于首先析出的饱和脂肪酸酯纯物质时的熔点;随着饱和脂肪酸酯质量分数的增加溶液的结晶点温度也相应提高。将生物柴油当作由多元脂肪酸甲酯的混合溶液时,C16:0和C18:0等饱和脂肪酸甲酯作为溶质,C18:1等不饱和脂肪酸甲酯作为溶剂,建立了热力学模型计算溶液的结晶点温度。将脂肪酸甲酯的混合溶液近似为理想溶液时对此模型进一步简化,并利用简化模型计算得到4种生物柴油的结晶温度,与实测值进行比较得到了很好的验证效果。该研究可为优化生物柴油低温流动性的技术措施提供参考。     

蓖麻油生物柴油组成及其燃烧性能

本文通过气相色谱-质谱联用技术分析了蓖麻油生物柴油的组成及其理化性能,并通过对比试验分析了蓖麻油生物柴油/柴油混合燃料在单缸柴油机上使用的燃烧排放性能.结果表明:蓖麻油生物柴油的主要成分是蓖麻油酸甲酯,酯交换率高达96%以上,其理化性能与矿物柴油基本相当:按一定比例配制的混合燃料较矿物柴油的动力性能略有降低,不影响其燃烧;排放尾气中HC、CO含量有所降低,NOx含量有所升高,烟度降低明显,可完全替代矿物柴油.     

脂肪酸甲酯生物柴油改善低硫柴油的润滑性能

生物柴油可作为改善低硫柴油润滑性能的天然添加剂。该文将豆蔻酸甲酯(C14:0)、棕榈酸甲酯(C16:0)、硬脂酸甲酯(C18:0)、油酸甲酯(C18:1)、亚油酸甲酯(C18:2)、亚麻酸甲酯(C18:3)、蓖麻醇酸甲酯(C18:1 OH)及蓖麻油甲酯和餐饮废油甲酯按照0.5%、1.0%、1.5%和3.0%的体积分数添加到低硫柴油中,在高频往复试验机(high-frequency reciprocating rig,HFRR)上进行润滑性能测试,探究脂肪酸甲酯的碳链长度、不饱和度及含羟基等结构特征对润滑性能的影响。结果表明,长碳链脂肪酸甲酯一般比短链润滑效果好;碳链长度为十八的脂肪酸酯中,不饱和程度即碳碳双键数目越高则润滑性能越好;而在相同碳链长度和不饱和度条件下,含羟基的蓖麻醇酸甲酯的润滑改善效果优于油酸甲酯。由多种脂肪酸酯构成的混合物生物柴油的润滑性能要优于某单一的纯脂肪酸甲酯。在低硫柴油中,当某饱和脂肪酸甲酯的体积分数比例达3.0%时,或不饱和酯的体积分数达到1.5%时,或生物柴油的体积分数达1.0%时,可使低硫柴油的润滑性能指标满足相关标准。研究脂肪酸甲酯的各种结构特征对其润滑性能的影响及作用机制,有助于筛选合适的生物柴油组分及其添加浓度作为低硫柴油的润滑添加剂。     

莲子热风干燥过程对其淀粉热特性及凝胶化的影响

为解决莲子干燥过程中淀粉形态结构变化造成莲子结壳、硬化,不利于干燥以及复水难、易返生问题,该文利用差示扫描量热技术(differential scanning calorimetry,DSC)对新鲜莲子以及不同热风干燥(70、80、90℃)莲子的淀粉热特性与凝胶化过程进行了研究.研究发现,莲子淀粉在低水分环境(42.2%,以质量比计)时存在2个明显的吸热峰,高水分环境(71.1%,以质量比计)时存在1个明显的吸热峰;莲子在干燥过程中不断失水,并伴随着淀粉凝胶化.方差分析(analysis of variance,ANOVA)表明,高温干燥显著影响莲子淀粉的热特性,其淀粉凝胶化温度(峰起温度To、峰顶温度Tp以及峰止温度Te)部分显著升高.相同干燥条件下,莲子淀粉糊化焓ΔH受水分显著影响,但干燥温度、升温速率对其影响不显著(P>0.01).采用Kissinger、Crane方程获得了淀粉凝胶化动力学参数(活化能Ea、指前因子Z以及反应级数n).莲子淀粉的非等温凝胶化反应可近似为一级反应,高温干燥后其Ea值出现增加,并随着水分增加呈现降低趋势.研究结果可为确定莲子高品质干燥工艺以及干莲子、莲子淀粉后续加工过程提供技术支持.     

亚麻籽粉含水率对其蛋白质变性温度的影响

本文研究亚麻籽粉含水率对其蛋白质变性温度的影响,通过对亚麻籽热变性的研究,为下一步亚麻籽的脱毒试验研究奠定一定的理论基础.应用差示扫描量热(DSC)技术测定不同的亚麻籽含水率下的亚麻籽粉蛋白质变性温度,分析在不同的条件下亚麻籽粉蛋白质变性温度特性.试验表明,亚麻籽粉蛋白质的变性温度较高,在129～143℃之间;随着升温速率的提高,DSC曲线的峰幅增大,峰形尖锐,变性温度升高,吸热焓值变化不大;亚麻籽蛋白质的变性温度与含水率有密切的关系,随含水率升高而降低.研究为亚麻耔深加工和利用提供了一定的理论依据.     

固体催化剂催化牛油制取生物柴油工艺优化

利用固体催化剂催化废弃动物油脂制取生物柴油可以实现催化剂的重复利用、降低原料成本,从而提高生物柴油的市场竞争力。该文以牛油为原料,在自制固体催化剂Cs2O/γ-Al2O3的催化作用下与甲醇酯交换反应制备生物柴油。采用响应面法对反应过程进行了优化,试验考察了醇油摩尔比、催化剂用量、反应时间和反应温度等操作条件对酯交换反应的影响,并得到了最优反应条件,即反应温度66℃,醇油摩尔比10.5：1,催化剂用量5.3%,反应时间120 min,生物柴油的酯交换率达到95.5%。反应后固体催化剂在400℃下灼烧4 h后可以重复利用,重复利用8次后酯交换率下降不到6%。研究结果将为固体催化剂催化废弃动物油脂制取生物柴油的连续和产业化生产提供试验基础,为提高生物柴油的市场竞争力提供参考。     

生物柴油的低温流动特性及其改善

使用气-质联用仪和低温性能测试仪,运用溶液结晶原理和电子效应理论研究生物柴油的低温流动性。依据生物柴油的结晶机理,提出并验证了与石油柴油调合、添加低温流动性改进剂和结晶分馏3种措施改善生物柴油的低温流动性。研究表明：棕榈油生物柴油和-10号柴油的冷滤点分别为8和-7℃。与-10号柴油调合,调合油的冷滤点最低降到-12℃;棕榈油生物柴油调合体积分数为5%～20%时能形成最低共熔物,冷滤点为-12℃。添加低温流动性改进剂,棕榈油生物柴油的冷滤点最低降到2℃。结晶分馏,棕榈油生物柴油的冷滤点降到0℃,得率为68.2%。该研究为寒冷地区使用生物柴油提供技术支持。     

Raney-Ni催化生物油轻质组分加氢制备含氧燃料

鉴于生物油的高含氧量,将其轻质组分在温和条件下转化为以饱和醇为主要成分的含氧燃料可能成为生物油利用的新思路。该文以自制Raney-Ni为催化剂,研究在高压反应釜中反应温度（100～180℃）、氢气冷压（4～8 MPa）、催化剂用量（0.5～2 g）对生物油轻质组分催化加氢改质的影响;对Raney-Ni催化剂进行N2吸附脱附、X射线衍射（X-ray diffraction）、扫描电镜（scanning electron microscope）表征,分析催化剂失活机理,研究催化剂的重复使用性能。试验结果表明：反应温度和反应初压对生物油加氢产物分布的影响较大,在反应温度为140℃、氢气初压为6.0 MPa 时,产物中饱和醇的相对含量（以GC峰面积百分比计算）最高可达53.51%;当催化剂用量从0.5 g增加到1 g时,产物中饱和醇的含量显著提升,由25.42%提高到51.89%,进一步提高催化剂用量对饱和醇含量的提高影响不大;一次与二次催化剂催化生物油加氢反应产物中饱和醇含量由53.51%降为29.20%,活性显著降低可能与催化剂孔道内部及表面的活性中心被覆盖进而降低反应效率有关。加氢过程中,除有酮醛酚类化合物的加氢反应和酸与醇的酯化反应外,存在醇脱水成醚的反应发生。与烃类液体燃料相比,含氧燃料以其优异的燃烧性能逐渐被人们所青睐。将生物油的轻质组分加氢制备含氧燃料有望成为生物油的应用提供新思路。     

农业废弃物加氢热解联合挥发分催化加氢制燃料油

利用农业废弃物生产燃料油是“双碳”背景下富有吸引力和挑战性的课题。该研究在两段加压固定床反应器上进行了生物质加氢热解联合挥发分催化加氢转化试验,由生物质加氢热解（压力5.0 MPa、升温速率 15 ℃/min、终温700 ℃）产生的挥发分通过NiMo-HZSM-5层进行催化加氢（压力5.0 MPa、温度320 ℃）实现生物油提质;研究了3种农业废弃物玉米秸秆、棉花秸秆和花生秸秆的产油特征,借助水洗和酸洗预处理的方法、并采用纤维素和木质素模型化合物考察了不同纤维组成的影响。结果得到,3种农业废弃物的催化加氢生物油产率为10.3%～15.9%,生物油中脂肪烃占比达73.0%～84.8%,几乎不存在含氧化合物和含氮化合物。3种农业废弃物经水洗后脱除部分中性溶解物后,其催化加氢生物油产率提高至18.1%～18.5%;经酸洗后主要残留纤维素和木质素,其催化加氢生物油产率相比水洗又有所提高。模型化合物的研究揭示,纤维素可获得产率较高的富含环戊烷、环己烷和十氢萘类脂环烃化合物的催化加氢生物油,而木质素的催化加氢生物油产率较低,倾向生成单环芳烃,也可生成环己烷和十氢萘类化合物,却不易生成环戊烷类化合物。该研究提供了利用农业废弃物高效生产燃料油的新技术途径。     

催化氧化法与直接燃烧法测定土壤总碳之比较

土壤碳库由有机碳库和无机碳库两大部分组成。选择黑土和潮土两种不同类型土壤,分别通过直接燃烧和催化氧化方法测定土壤总碳含量,以揭示两种方法测定结果的可比性及其差导显著性,每个样品每种方法重复测定5次。结果表明：催化氧化法和直接燃烧法测定的黑土总碳含量平均值分别为(15.10±0.03) g/kg和(15.38±0.32) g/kg,t检验两种方法的测定结果无明显差异。催化氧化法测定的潮土总碳含量为(15.07 ±0.06) g/kg,直接燃烧法测定潮土总碳含量为(15.76 ±0.18) g/kg,t检验结果差异明显。两种仪器土壤总碳测定结果精密度均较高,相对偏差均小于5%。为采用仪器方法测定土壤总碳含量及土壤碳库量变化提供参考。