生物柴油-生物油乳化油的燃烧排放特性

在一台未作改动的直喷式柴油机上研究了生物油质量分数分别为10%和20%的生物柴油生物油乳化油的燃烧与排放特性。结果表明:与生物柴油相比,燃用乳化油时燃烧始点推迟,预混燃烧放热峰值升高,扩散燃烧放热峰值、最高燃烧压力和燃烧温度降低,燃烧持续期缩短,且随着生物油含量增加以上趋势更明显。燃用含10%生物油的乳化油时燃油经济性较生物柴油略低,与0号柴油相当,而燃用含20%生物油的乳化油时燃油经济性则低于生物柴油和0号柴油。乳化油的NO_x排放明显低于生物柴油,而碳烟排放高于生物柴油,但低于0号柴油。     

生物质与煤矸石混烧特性实验研究

采用热重分析仪,以20℃/min的温升速率对煤矸石、玉米秸秆以及二者的混合物进行燃烧特性实验,得到了燃烧的特性参数,再通过动力学分析得到了燃烧的活化能等动力学参数.研究结果表明,煤矸石的着火特性、综合燃烧特性差,玉米秸秆着火特性、综合燃烧特性较好.煤矸石和玉米秸秆混合物的燃烧特性取决于混合物中各物质所含的比例,混合物中玉米秸秆的比例越高,综合燃烧特性越好.     

发动机燃用生物柴油的核态颗粒排放

以一台电控高压共轨柴油机为样机,使用排气颗粒数量及粒径分析仪EEPS,研究了发动机燃用生物柴油的核态颗粒排放特性。所用燃油为纯柴油、生物柴油掺混配比分别为5%、10%和20%的B5、B10和B20燃料。结果表明:发动机排气颗粒数量随粒径变化呈现明显的单峰或双峰对数分布形态,核态颗粒的峰值粒径在6 nm至10 nm之间。生物柴油配比上升,增加了该机核态颗粒的峰值数量浓度,颗粒总数量浓度大都呈持续上升趋势,其中核态颗粒数量增加占有主导因素;在低负荷燃用低配比生物柴油燃料时,B10燃油的颗粒总数量浓度最低。     

生物柴油发动机非常规排放的FTIR检测

采用傅里叶变换红外光谱FTIR,研究了汽车发动机燃用生物柴油的非常规排放物。所用燃料分别为纯柴油、纯生物柴油、生物柴油掺混比为20%的B20混合燃料。结果表明,该机燃用纯柴油和B20燃油的甲醛排放差别不大,纯生物柴油的甲醛排放则明显高于柴油。燃用B20燃油的乙醛排放略低于纯柴油;纯生物柴油的乙醛排放在中低负荷低于纯柴油,在高负荷时高于柴油及B20燃油。燃用B20燃油和纯生物柴油的丙酮排放要高于柴油,但排放量均较低。随着生物柴油掺混比例的增加,发动机甲苯和二氧化硫均呈逐渐下降趋势,纯生物柴油的二氧化硫排放大幅降低。燃用生物柴油后,发动机的二氧化碳排放有所降低,表明了生物柴油有利于温室气体的控制。     

常压下玉米秸秆多元醇液化的研究及其产物分析

利用合适的溶剂液化生物质不仅可以把木质纤维资源转化成液体燃料,还可以将得到的低分子降解产物制备成所需的化学品和化工原料。选用价格低廉的多羟基醇类液化剂进行液化,研究了二甘醇(diethylene glycol, DEG)混合1,2-丙二醇(1,2-propanediol, PG)、传统的乙二醇(ethylene glycol, EG)混合PG (均6∶1 ω/ω)分别作为液化剂对玉米秸杆液化得率和所得生物油产品性能的影响。并采用气质联用技术（GC-MS）、傅里叶红外光谱技术（FTIR）、热裂解气相色谱-质谱联用技术（Py-GC/MS）和X-射线衍射技术（XRD）对玉米秸秆、生物油及液化残渣的纤维特性进行了分析。结果表明,当DEG与PG混合液化时,玉米秸秆生物油的得率为98.57%;而EG混合PG时的液化得率为96.08%。GC-MS分析表明,玉米秸秆生物油的主要组成成分为醇类和有机酸类,总含量高达97%以上,而EG混合PG液化所得的生物油中含有有机酸将近60%,这是造成生物油具有酸性和腐蚀性的主要原因,不利于液化反应的进行;利用FTIR检测生物油中一些分子量较大的低聚物的相应官能团,以弥补GC-MS检测的局限性,结果表明了液化体系中生成了很多活泼化学键,提高了反应体系的活性,并且生物油中包含了大量的C-O和C=O官能团,有力地佐证了GC-MS的检测分析结果。对两种液化残渣进行表征,Py-GC/MS结果表明,液化残渣的成分比较复杂,含有一定量非常难降解的大分子物质。这些物质可能是反应后期裂解的小分子重新聚合生成的大分子物质;可能是玉米秸秆本身存在一些不能被液化降解的成分;还有可能是降解的小分子物质与液化剂之间相互反应生成的新的高分子化合物。通过FTIR表明,在液化过程中,液化残渣中纤维素、半纤维素和木质素的特征吸收峰都消失了,表明三大组分的基本结构单元都被破坏,三大组分都发生了液化,并且木质素降解程度最大。利用XRD对液化残渣进行表征,液化破坏了碳水化合物所构成的聚合物晶体结构,导致纤维素大分子被裂解,表明纤维素在液化作用下遭到降解,液化程度高。最终,该实验选取液化效果较好的DEG复配PG作为玉米秸秆液化时的溶剂,这也为玉米秸秆液化生产低成本、高品质的生物油提供了一种高效、环保的工艺流程。     

酯交换生物柴油的柱层析分离纯化与分析

以文冠果油通过酯交换法制备的粗生物柴油为原料,采用柱层析进行精制纯化,然后利用气相色谱、GC-MS、红外光谱和1 H核磁共振等分析产物的成分。粗油经柱层析分离出两个馏分:石油醚洗脱馏分(A1),主要是由文冠果油经酯交换反应得到的生物柴油,包括亚油酸甲酯、油酸甲酯等;甲醇洗脱馏分(A2)主要是甘油馏分,是油脂酯交换反应的副产物。结果表明:由柱层析进行分离纯化后,生物柴油的纯度由原来的77.51%提高到93.87%,生物柴油的回收率也高达91.04%;红外光谱和1 H核磁共振的分析结果进一步表明柱层析能够有效地提高生物柴油的纯度,为工业化纯化生物柴油提供了依据。     

生物柴油/柴油颗粒的拉曼光谱分析

为了进一步降低柴油机燃用生物柴油的颗粒排放,利用激光拉曼光谱技术,研究了柴油机应用废气再循环(EGR)前后,燃烧柴油(B0)、生物柴油(B100)及其调和油(B50)的颗粒微观结构,采用五带拟合法对一阶拉曼光谱进行拟合,并计算了颗粒石墨微晶尺寸和石墨晶格C—C键长。结果表明：随着生物柴油掺混比的增加,颗粒D1带的半高宽增加,颗粒化学异相性增强;I_D1/I_G逐渐减小,颗粒中有序石墨结构含量增加,石墨化程度提高。引入EGR会使得颗粒D1带的半高宽增加,颗粒化学异相性增强;I_D1/I_G升高,颗粒有序石墨结构含量减少,石墨化程度降低,B0,B50和B100颗粒的I_D1/I_G在应用EGR前后分别降低了约8.5%,10.6%和11.8%。六种颗粒的缺陷类型主要属于石墨烯层边缘缺陷,掺混生物柴油和引入EGR均会使得颗粒碳层边缘缺陷浓度增加,颗粒中挥发性有机物的官能团含量增加,增强了颗粒氧化活性。掺混生物柴油使得颗粒石墨微晶尺寸增加,EGR使得颗粒石墨微晶尺寸减小,生物柴油和EGR对柴油机颗粒石墨晶格C—C键长影响不大,C—C键长约为0.142 nm。     

玉米秸秆常压催化液化及产物分析

以玉米秸秆粉末为原料,浓磷酸为反应催化剂,选取多种有机溶剂为液化剂,170 ℃的条件下,在高压反应釜中制备秸秆生物质油。考察了三乙酸甘油酯复配碳酸乙烯酯、甘油复配碳酸乙烯酯以及聚乙二醇复配碳酸乙烯酯(均为6∶1ω/ω)三种不同的混合液化剂对液化得率和生物质油产品性能的影响。采用气质联用仪(GC-MS)分析秸秆生物质油的化学组成;傅里叶红外光谱仪(FTIR)分析原料和液化残渣的主要官能团。实验结果表明聚乙二醇与碳酸乙烯酯混合溶剂液化时,秸秆生物质油得率为97.84%,三乙酸甘油酯与碳酸乙烯酯混合液化时得率为80.20%,甘油与碳酸乙烯酯混合液化时得率为36.97%。FTIR分析结果表明,以聚乙二醇与碳酸乙烯酯混合溶剂为液化剂,秸秆中纤维素、半纤维素和木素的特征官能团几乎全部消失,液化效果最好。GC-MS分析结果表明,生物质油的成分复杂,主要包括有机酸和酮类、醇和醚类、芳香类、糖类和酯类等化合物。     

常压下玉米秸秆液化工艺的优化及其生物油分析

随着化石能源的日益短缺，可再生木质生物质资源的利用越来越受到重视，常压液化技术是生物质资源高效利用的主要方式之一。利用单因素方法，探讨液化温度、复配液化剂二甘醇（DEG）与1,2-丙二醇（PG）的混合比、液固比、催化剂磷酸的用量、反应时间等因素对玉米秸秆液化得率的影响，以便优化其液化工艺；然后采用热重分析仪（TGA）、气相色谱-质谱技术（GC-MS）和核磁共振（NMR）技术对此优化条件下所得生物油的挥发降解特性和主要组成成分进行了检测探讨。分析表明，玉米秸秆液化时优化工艺参数为：液化温度170 ℃，液化剂DEG与PG混合比1∶2，液固比5∶1，H₃PO₄用量10%，反应时间45 min；此时玉米秸秆液化得率高至99.50%。TGA结果表明，此条件下所得生物油含有80%以上碳数小于25的化合物，热解后最终残炭量约为15%。GC-MS表明，可以检测出此生物油中含有的39种有机物，其中，醇类有机物的含量最多，酚类有机物的含量次之，它们相对含量依次是70.70%和25.63%，其还含有一定量的有机酸（2.80%）、醚类（0.64%）、酯类（0.10%）和酮类（0.13%）等有机物；其组分十分复杂，高含氧量，稳定性较差。1H-和13C-NMR分析表明，不同化学位移δ与生物油中不同类型的质子和碳原子相对应，明确生物油中不同类型H和C的分布，有利于对其分子结构进行深入探讨。这些研究为非木材生物质高效液化条件的选择及液化产物制备化学品和生物燃油给予理论基础与应用支持，促进了生物质资源的有效转化利用及其生物质基产品的开发。     

生物柴油中微量元素的测定

介绍了全谱直读电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定生物柴油中Na、K、Ca、Mg、Cu、Pb、Zn、Fe、Al、Cr、Mn、Ni、V、Si与P微量元素含量。结果表明,用该法测定生物柴油中微量元素含量可评价生物柴油品质,具有操作简便、全谱直读、可同时快速测定多元素、灵敏度与精准度高等优点。77%的平均基体加标回收率处于80%—130%之间,平均相对标准偏差不超过10%的占82%。该文可为制定生物柴油新微量元素指标和补充标准提供参考。     

三组元乳化液雾化特性的研究

采用Malvern粒度仪对柴油、甲醇和水三组元乳化液的雾化特性进行了研究。实验发现:对于压力雾化喷嘴来说,本文所涉及的乳化液由于粘度高于纯柴油,因此雾化效果比纯柴油差,而且喷射压力、乳化剂的粘度和乳化液的组份对乳化液的雾化特性具有显著的影响。随着喷射压力的升高,乳化液喷雾粒径将随之减小;若乳化液中柴油的含量(柴油不少于50％)降低,乳化液的雾化粒径将随之增加;若采用高粘度的乳化剂,相应乳化液喷雾的粒径也大。     

柴油、乙醇和水三组元乳化液流变特性的研究

研究了柴油、乙醇和水三组元乳化液的流变特性。实验发现乳化液在本文的组分配比下近似为牛顿流体,而且乳化剂的种类、含量以及乳化液的组分等均对乳化液的流变特性具有显著的影响。对于组分相同的乳化液,乳化液的粘度随着乳化剂含量和粘度的增加而增加;当乳化剂的含量和粘度相同时,若乙醇和水之间的相对质量分数保持不变,减少乳化液中柴油的含量(柴油不少于50％),乳化液的粘度随之增加。但是,柴油、乙醇和水三组元乳化液的粘度要比柴油、甲醇和水三组元乳化液的粘度大2到3倍。     

The oxidation characteristics of furan derivatives and binary TPGME blends under engine relevant conditions

Furan and its derivatives have been receiving attention as next generation alternative fuels, related to advanced bio-oil production. However, the ignition quality of furans allows their use only as an additive to diesel fuel in CI engines, which potentially requires the continued use of a fossil-derived base fuel. This study first adopts tri-propylene glycol mono-methyl ether (TPGME) as a substitute for diesel fuel with addition of furan and furan derivatives, including 2-methylfuran, 2,5-dimethylfuran, and furfural, thereby removing fossil-derived fuels from the mixture. With this motivation, gas-phase ignition characteristics of furans were investigated in a modified CFR motored engine, displaying an absence of low temperature heat release (LTHR), while n-heptane as a reference fuel shows a strong two-stage ignition characteristic under the same condition. The structural impact of furans is represented as global oxidation reactivities that are as follows: furan?<?2-methylfuran?<?2,5-dimethylfuran?<?furfural?<?n-heptane. The ranking of individual furans is supported by bond dissociation energies of each fuel's functional group substituent on the furan-ring. Ignition characteristics of TPGME display a strong low-temperature oxidation reactivity; however, its reactivity rapidly diminishes with increasing amounts of furan, shutting down low-temperature oxidation paths. The structural impact of furan and methyl-substituted furans on reactivity is significantly muted when blended with TPGME, as observed in a motored CFR engine and a constant volume spray combustion chamber.     

柴油高压物理特性的研究

 柴油物理特性是模拟计算高压燃油喷射系统的基础。针对柴油的密度、体弹性模量和运动粘度等进行了试验研究，在其基础上得出了柴油密度、弹性模量和运动粘度随压力和温度变化的经验公式，能较好地把柴油的密度、弹性模量和声速统一起来，与试验的误差小于3%，相关系数大于0.998，能满足高精度燃油喷射系统仿真的精度要求。     

基于拉曼光谱的乙醇柴油密度、粘度和乙醇含量分析研究

乙醇柴油作为清洁燃料是柴油很好的替代品,不同乙醇含量的乙醇柴油其粘度有差别,而乙醇的含量直接影响着柴油机燃烧性能。所以急需一种方法实现快速对乙醇柴油主要指标在线监测。对采集到的不同浓度的乙醇柴油的原始拉曼光谱数据使用Savitzkv-Golay平滑(S-G)、多元散射校正(MSC)、微分处理(1stD和2ndD)、标准正态变量校正(SNV)等四种方法以及他们的组合方法对光谱数据进行预处理后,分别建立了乙醇柴油密度、粘度和乙醇含量的偏最小二乘回归(PLSR)模型,比较不同的预处理方法发现,乙醇含量和粘度在S-G+2ndD预处理后所建立的PLSR模型效果最好,预测集R_p分别为0.930和0.918,RMSEP分别为1.237和0.034;S-G+1stD预处理后所建立的乙醇柴油密度PLSR模型结果最优,预测集R_p最大,为0.962,RMSEP最小,为0.14×10-2。将经过S-G+2ndD预处理后的光谱数据选用递归偏最小二乘算法(RPLS)、无信息变量消除(UVE)、正自适应加权算法(CRES)、连续投影算法(SPA)四种变量筛选方法以及将它们组合筛选得到的波长变量分别作为输入变量建立了PLSR模型,在使用SPA-CARS波长筛选方法所建立的乙醇柴油乙醇含量的预测模型效果最优,其预测集的R_p,RMSEP分别为0.978 1和0.825 5。结果表明使用该方法可以很好的对乙醇柴油的密度、粘度以及乙醇含量等主要指标进行预测。     

DMM及纳米颗粒添加剂对农用柴油机燃烧与排放性能的影响

本文通过在柴油中添加小比例二甲氧基甲烷(DMM)以及纳米氧化铝(Al2O3)颗粒研究一台小型农用柴油机的燃烧与排放特性。研究表明,随着柴油中DMM添加比例的增大,发动机燃烧特性参数如缸内压力、燃烧放热率及制动热效率得到明显地提升,着火延迟期以及CA50逐渐减小;排放方面HC和NOx增加,而CO和碳烟得到有效地抑制。燃油中同时添加DMM和纳米Al2O3颗粒后,发动机燃烧及排放方面得到了不同程度地优化。因此,将DMM与纳米颗粒的有机结合可为代用燃料在农用发动机中的推广应用提供新的思路。     

柴油的透射光谱测量和热辐射物性参数反演

提出了一种基于填充柴油类半透明液体光学腔的透射光谱反演其介质光学常数的新方法(IDTM),通过测量填充水光学腔的透射光谱并反演水的光学常数进行了方法验证。采用Bruke V70傅里叶红外光谱仪实验测量了填充柴油光学腔在波长2~15 μm的透射光谱,基于新方法反演得到柴油在部分波长区域的光学常数,进而计算得到了其热辐射物性参数。研究结果表明：(1)在波段为2.0~2.5 μm,新方法(IDTM)反演水的光学常数同文献结果基本一致。(2)IDTM反演液体光学常数精度同MCDTM基本一致,且明显高于SODTM和SDTM。(3)柴油在波长2~15 μm范围透光性能较差,其中存在2.4,3.4,6.9,7.3和13.8 μm等5个强吸收区域。(4)柴油的光学常数和热辐射物性参数光谱选择性很强,在不同波段其值差距较大。     

Experimental and modeling study of the autoignition characteristics of commercial diesel under engine-relevant conditions

Knowledge of the autoignition characteristics of diesel fuels is of great importance for understanding the combustion performance in engines and developing surrogate fuels. Here ignition delays of China's stage 6 diesel, a commercial fuel, were measured in a heated rapid compression machine (RCM) under engine-relevant conditions. Gas-phase autoignition experiments were carried out at equivalence ratios ranging from 0.37 to 1.0, under compressed pressures of 10, 15, and 20?bar, and within a temperature range of 685–865?K. In all investigated conditions, negative temperature coefficient (NTC) behavior of the total ignition delays is observed. The autoignition of the diesel fuel exhibits pronounced two-stage characteristics with strong low-temperature reactivity. Experimental results indicate that the total ignition delays shorten with increasing compressed pressure, oxygen mole fraction and fuel mole fraction. The first-stage ignition delays are mainly controlled by compressed temperature and also affected by oxygen mole fraction and compressed pressure but show a very weak dependence on fuel mole fraction. Correlations describing the first-stage ignition delay and the total ignition delay were proposed to further clarify the ignition delay dependence on the multiple factors. Additionally, it is found that the newly measured ignition delays well coincide with and complement the diesel ignition data in the literature. A recently developed diesel mechanism was used to simulate the diesel autoignition on the RCM. The simulation results are found to agree well the experimental measurements over the whole temperature ranges. Species concentration analysis and brute force sensitivity analysis were also conducted to identify the crucial species and reactions controlling the autoignition of the diesel fuel.