二甲醚发动机超细颗粒排放属性实验研究

采用两级稀释取样装置和颗粒粒径分析仪——SMPS, 研究了不同转速和负荷下二甲醚发动机排放超细颗粒的数浓度和粒径分布特征, 并与原柴油机的颗粒排放进行了比较, 发现燃料组分显著影响排气颗粒的数浓度、质量浓度和粒径分布. 二甲醚发动机颗粒质量排放与柴油机相比有显著改善, 柴油机颗粒质量排放高出二甲醚发动机5.7~17.7倍; 高转速下(n = 2200 r/min), 二甲醚发动机颗粒数量排放与柴油机相比有一定程度的改善, 柴油机颗粒数量排放高出二甲醚发动机0.75~2.2倍; 而中间转速下(n = 1400 r/min), 中、高负荷时柴油机颗粒数量排放与二甲醚发动机相比反而下降50%~80%左右. 与二甲醚发动机相比较, 柴油机排放积聚模态数浓度增加 4.2~62.6倍, 积聚模态几何平均粒径增大10~30 nm左右, 这与二甲醚分子结构中不含C—C键以及燃料含氧有关; 二甲醚发动机排放大量核模态粒子, 这与二甲醚发动机排气中的挥发和半挥发性组分的成核和凝结作用有关.     

燃煤颗粒物三模态的有效识别

为有效识别燃煤颗粒物模态, 提出了一种新的基于Al元素粒径分布的识别方法, 结果证明燃煤颗粒物实际上呈三模态分布, 而非传统的双模态分布. 分析表明超细模态产生于无机物的气化-凝结过程, 粗模态主要由熔融矿物的聚合形成, 而中间模态主要由气态组分在细小残灰颗粒上的异相冷凝/反应生成. 对S元素粒径分布的研究进一步证明了Al元素粒径分布在燃煤颗粒物三模态识别中的合理性和有效性. 研究表明利用Al元素粒径分布不仅能有效识别颗粒物三模态, 而且能准确地定义各模态的分界粒径, 比常用的质量或体积等粒径分布具有更大的优越性, 为深入揭示颗粒物的形成机理及其物化特性表征提供了新的研究思路.     

硫在干酪根裂解生烃中的作用

对茂名油页岩干酪根及其加硫醚、加硫磺进行了干体系的热裂解模拟．实验结果表明：硫的存在提高了干酪根的产烃率，并使重烃的生烃高峰温度降低了20％，芳烃的生烃高峰温度降低了40℃，脱氢芳构化作用加快．从裂解产物的组成看，加硫的干酪根裂解产物与文献报道的高硫干酪根裂解产物相似，从而证明高硫干酪根除较弱的C—S键和S—S键断裂之外，硫的催化或脱氢作用也可能是使高硫干酪根裂解生烃高峰温度降低的一个主要因素．     

燃煤残灰颗粒物中主量元素的粒径分布

在电加热沉降炉中进行了三个不同煤种的燃烧实验, 研究了主量元素Al, Si, S, P, Na, Mg, K, Ca和Fe在残灰颗粒物(>0.4 µm)中的粒径分布. 结果发现, 在所研究的粒径范围内, Al, Si的浓度随粒径减小而降低, S, P的浓度随粒径减小而升高, 而Na, Mg, K, Ca和Fe的分布没有一致的趋势. 研究显示描述痕量元素粒径分布的沉积模型对于主量元素也同样适用. 模拟结果表明难气化元素Al, Si的粒径分布主要受气化元素在颗粒表面沉积的影响; S和P主要发生气化, 表面凝结、反应或吸附等沉积过程决定了它们在颗粒物中的分布; Na, Mg, K, Ca和Fe在颗粒物中的分布机理相对复杂.     

基于多燃烧控制技术的灵活燃料发动机

提出了一种柴油机燃烧控制策略, 主要运用内部废气再循环(internal exhaust gas recirculation, EGR)技术、分段喷射技术、可调供油提前角技术和使用代用燃料, 大幅降低柴油机碳烟和氮氧化物的排放. 根据该燃烧控制策略, 研制了一台灵活燃料发动机. 实验表明, 该发动机可以燃用柴油、乙醇和碳酸二甲脂(DMC)等燃料. 它的碳烟排放很低, NO_x排放下降, 而HC和CO排放可以维持在较低水平; 在中、高负荷时, 发动机燃用代用燃料时的有效热效率比燃用柴油时的有效热效率提高2%~3%. 使用该发动机, 既可以使排放大幅降低, 又可以解决不易压燃的代用燃料在柴油机上的应用问题.     

燃煤纳米颗粒物的物化特性及其潜在健康危害

纳米颗粒物污染可能造成比粗颗粒更为严重的健康危害, 但是相关知识还十分缺乏. 利用低压撞击器将燃煤锅炉生成的纳米颗粒物细分成三个粒度段, 采用高分辨率场发射电子显微镜和XRF对其物化特性进行了表征. 结果表明燃煤纳米颗粒物主要为20~150 nm的一次颗粒及其聚结体. 无机纳米颗粒主要由无机成灰元素构成, 其聚结体的结构较紧密. 而有机纳米颗粒的主要成分为元素C, 其聚结体的结构较松散. 同一锅炉生成的纳米颗粒物具有相似的化学组成, 主要含S、难熔元素和碱金属/碱土金属元素, 还含有少量的过渡元素和其他重金属元素. 不同锅炉纳米颗粒物的生成量及其元素相对含量存在差异, 可能是使用了低NO_x燃烧器的缘故. 燃煤纳米颗粒物具有微尺度、高比表面积和复杂的化学构成等突出特点, 可能对人体健康产生严重影响.     

DMF/柴油混合燃料在柴油机上燃烧及排放特性

在1台改装过的4缸4冲程水冷增压直喷高压共轨柴油机上,以柴油与2,5-二甲基呋喃(DMF)的混合物为燃料进行试验,研究了柴油机的燃烧和排放性能.结果表明,当平均有效压力为0.13 MPa时,随着混合燃料中DMF质量分数的增加,缸内压力峰值显著降低,缸内放热率峰值却增加.然而,当平均有效压力为0.88 MPa时,随着混合燃料中DMF质量分数的增加,缸内压力峰值和放热率峰值都增加.随着发动机负荷的增加,1,3-丁二烯、乙醛和苯的排放减少,NO_x的排放增加.此外,柴油中加入DMF可以增加乙醛的排放,但1,3-丁二烯和苯的排放却减少.当平均有效压力为0.13 MPa时,D30的NO_x排放是最低的.对于每一种被测试的燃料,核模态粒子在颗粒物的尺寸分布中占主导地位.当平均有效压力为0.38 MPa时,混合燃料在每一种模态下的数密度都比纯柴油的小.然而,当平均有效压力为1.13 MPa的较高负荷时,柴油的颗粒物数密度在整个粒子半径范围内都是最低的.     

全二维气相色谱/飞行时间质谱对原油芳烃分析的图谱识别

全二维气相色谱/飞行时间质谱是20世纪90年代商品化的仪器, 具有峰容量大、分辨率及灵敏度高等特点, 但利用该仪器解决石油地质方面的问题国内外才刚刚起步. 通过对柱系统的选择以及对升温程序、调制周期、热吹时间、载气流速、采集频率、数据处理等实验参数的优化, 建立了全二维气相色谱/飞行时间质谱对石油样品中芳烃组分的分析方法. 芳烃组分中极性不同的化合物在二维谱图上呈区带分布, 每一区带中同系物根据取代基个数的不同呈瓦片状排列, 根据其二维图谱特征和各化合物的质谱谱图, 对各化合物进行了定性鉴定, 化合物依据极性大小和环数多少在同一谱图上的不同空间展布, 直观反映芳烃中各化合物的分布特征. 一些在普通色谱-质谱图谱上重叠的化合物峰在二维谱图上被完全分开, 有利于化合物的定量分析. 一些含量很低的杂环原子芳香族化合物由于其极性的差异可以与干扰的芳烃化合物分开, 利用该方法可以很清晰地被识别和鉴定. 该方法的建立和图谱识别为石油地质实验工作者提供了利用全二维气相色谱/飞行时间质谱开展工作的参考依据.     

上海市灰霾天大气颗粒物浓度及富集元素的粒径分布

利用电称低压冲击仪(electric low pressure impactor,ELPI)在线监测上海市灰霾天和非灰霾天大气颗粒物浓度的粒径分布,并收集0.03～4.4μm粒径段的大气颗粒物.用同步辐射X荧光分析其中K,Ca,Ti,Mn,Cr,Ni,Cu,S,Cl,Zn,As,Pb和Fe等13种元素的粒径分布特征;以Fe为参比元素,根据富集因子定性确定各元素在灰霾天和非灰霾天的污染特征.结果显示,大气颗粒物的质量浓度在灰霾天显双模态结构,在非灰霾天显单模态结构;灰霾天大气颗粒物的粒子数浓度在0.07～0.3μm粒径段内出现明显的峰值.K,Ca,Ti,Cl,Mn,Cr,Zn,As,Pb在非灰霾天显单模态结构,在灰霾天除了K仍显单模态结构外,其余均显双模态结构;Ni,Cu和S在非灰霾天显双模态结构,在灰霾天除Ni出现三模态结构外,仍显双模态结构,但3个元素峰值在非灰霾天和灰霾天变化明显.K,Ca,Ti的富集因子在非灰霾天和灰霾天均为1左右,Mn,Cr的富集因子也小于10,表明K,Ca,Ti,Mn和Cr来自自然源;Cl,Pb,As,Ni,Cu,S,Zn的富集因子在非灰霾天和灰霾天均远大于10,且Ni,Cu,S,Zn的富集因子在灰霾天明显大于在非灰霾天的值.     

南黄海悬浮体和沉积物的物质来源和运移:来自碳稳定同位素组成的证据

利用1998年5月航次中所采集的南黄海海域7个断面、67个站位、5个层次的284个悬浮体样品和64个底质沉积物样品, 分析测定了样品的悬浮体浓度和悬浮体与底质沉积物中的有机碳稳定同位素组成, 以研究悬浮体和沉积物的物质来源和运移过程. 由悬浮体浓度和颗粒有机碳δ ¹³C值的分布特征分析得出了南黄海沉积物搬运的主要格局. 由此格局可以认定, 在陆源物质向南黄海中部深水区的输送过程中底层起着比表层更为重要的作用. 黄海环流是决定南黄海沉积物搬运格局的一个重要控制因素. 由沉积有机质的碳同位素信号证实, 山东水下三角洲高沉积速率沉积物的主要物质来源是现代黄河物质. 在南黄海深水区的陆源沉积物主要来自废黄河物质和现代黄河物质, 现代长江物质所占比例相对较少. 来自朝鲜半岛的陆源物质其数量和影响范围都是有限的. 由悬浮体和碳稳定同位素得出的结论得到了另一个独立的物源指示剂——多环芳烃的进一步证明.