生物质的低温热解预处理实验研究

农作物秸秆类生物质水分含量高、能量密度低、资源分散,因此储存运输成本高,而且可磨性差不易制粉用于煤粉锅炉或气化炉的混合燃烧与气化.生物质低温预处理技术是一种能够解决上述问题的温和热解方法,能够显著改善生物质的特性.在固定床实验台进行了棉花秆和小麦秆N2氛围下的低温热解试验,200,230,250,270和300℃下加热时间均为30min.热解得到的固体焦产物能量密度显著提高,对比原始的生物质其可磨性得到明显改善,并且具有了疏水性,便于储存运输和磨粉用于气流床气化.热解气体产物以CO2,CO为主还有少量CH4,液体产物主要是水分和焦油.随着热解温度升高,液体产物和气体产物量均增加,固体焦的质量产率和能量产率都下降.对热解气体产生的动力学分析,作为相互平行独立的一级反应求解生成的动力学参数.     

生物质快速热解产物在线催化提质研究

采用Py-GC/MS(裂解-气相/质谱联用)装置实现了四种生物质原料(杉木、杨木、棉花杆和稻壳)的快速热解以及热解气组分的在线检测, 研究了这四种原料热解产物的差别, 并考察了两种微孔分子筛(HZSM-5和HY)和三种介孔催化剂(ZrO₂&;TiO₂, SBA-15和Al/SBA-15)对棉花杆热解气在线催化裂解的效果. 结果表明, 不同生物质原料热解产物的种类和含量都有一定的差别; 棉花杆热解气经催化裂解后, 产物组成发生了较大的变化, 如左旋葡聚糖、羟基乙醛和羟基丙酮等的产率都有较大的下降, 而烃类产物的产率都有一定的增加; 两种微孔分子筛催化剂都具有较好的催化脱氧功效, 热解气经其催化裂解后形成了大量的芳香烃类产物; 而三种介孔催化剂则能够大幅地促进呋喃、糠醛等小分子呋喃类产物的形成, 同时也增加了乙酸的产率.     

生物质热解气流化床再燃过程中N_2O排放特性研究

生物质热解气再燃用于燃煤流化床N2O的脱除,既减少了矿物燃料的消耗,又减少了污染物的排放,具有良好的发展前景.不同种类生物质热解所产生的气体组分不同,采用化学动力学理论方法,重点研究了3种生物质热解气对流化床中N2O排放的影响,结果显示,在相同条件下,木屑热解气对N2O分解的促进作用比稻壳和橘皮效果好;烟气含氧量增加(1%~8%范围内)对N2O分解起抑制作用;反应温度在1073.15~1323.15K范围内升高时对N2O分解起促进作用,温度为1223.15K时N2O分解率达到99%以上.     

基于格子玻尔兹曼方法的单孔射流鼓泡床的离散颗粒模拟

利用基于格子玻尔兹曼方法的离散颗粒模型对单孔射流鼓泡床进行了研究. 此算法基于四向耦合的离散颗粒模型, 流体的控制方程采用考虑了孔隙率和流固相的滑移速度对流体流动影响的修正格子玻尔兹曼方法来求解, 颗粒间相互作用通过时驱硬球模型求解, 流固耦合采用EMMS曳力模型. 首先研究了不同颗粒对形成气泡大小的影响, 结果表明, 在相同的射流气速下, 粒径越大形成的气泡越小. 在粒径相同的情况下, 提高气体的入射速度, 则形成的气泡越大. 同时考察了气泡的分离时间与粒径以及射流气速的关系, 结果表明, 随着粒径以及射流气速在一定范围内的改变, 气泡的分离时间并没有明显改变. 另外颗粒床层扩展影响气泡形状, 颗粒床层变宽后, 气泡的形状接近于圆形; 颗粒床层高度增加时, 气泡明显变小. 最后考察了气泡诱导现象, 模拟发现当区域有空腔时, 气泡会被诱导到空腔的方向.     

多冷阱热解气相色谱仪对生油岩生烃动力学的研究

常规的热解-气相色谱对生油岩的分析结果包含了生油岩热解过程中的所有产物,因而不能提供有关不同组分生成次序及生成活化能分布的信息。为克服上述局限性,美国Chevron石油公司研制开发了多冷阱热解气相色谱仪(Multi cold trap pyrolysis gas chromatography),简称MCTP-GC)。该仪器的主要特点是可把有机质热解过程不同时间段或不同温度点的热解产物分别收集及进行GC分析,从而得出GC可以识别的任一有机组分的生成活化能分布数据,并将这些数据用于模拟在地质历史中的不同热作用阶段,所产生的烃类的相对数量及成分特征。     

火灾条件下炭化材料热解过程的一种改进模型

提出了一种改进的描述炭化材料热解过程的模型，该模型的主要特点是；考虑了由表面温度的升高引起对流和辐射的热损失以及炭表面的收缩（shrinkage），同时也允许采用任意级数的反应级数，利用本模型得到的结果与实验值非常吻合，另外，利用本模型计算了较大尺度条件下材料密度以及外加热辐射量对材料热解过程的影响，从而评估了这些因素对材料火灾危险的影响。     

尘埃等离子体中尘埃电子孤立波

尘埃等离子体由电子、离子和大小为微米量级的强带负电的颗粒组成.由于它广泛存在于聚变反应器边缘区、彗星、行星环以及低温等离子体材料加工装置中,因此,近年来,对尘埃等离于体中的尘埃运动特性和集体效应的研究越来越引起人们的兴趣最近,Shukla等人研究了非磁化尘埃等离子体中的集体效应.他们假定波的相速远大离子的热速度而远小于电子热速度,尘埃振荡频率大于离了     

血液蛋白热解制Fe/N/C催化剂及其电催化活性

通过两步热分解法,以血液蛋白为前驱体制备了含有Fe,C和N的非贵金属催化剂.对催化剂进行了结构表征和氧还原电催化性能测试,分析了热解过程对产物催化性能的影响.结果表明,在300和900℃下分别热分解2 h所得产物有较好的氧还原电催化性能和较高的四电子反应途径选择性,其氧还原起始电位0.55 V,电子转移数3.7;热解过程由1步增加为2步,改变了产物的碳基质特性和石墨化程度,有利于氮原子掺杂产生更高比例的吡啶型和Fe-Nx型2种C-N结构,增强了产物在硫酸溶液中的氧还原反应电催化性能.     

稀薄颗粒气体的运动速度几率分布函数

利用在微重力环境下获得的稀薄颗粒体系长时间(2 h)运动的录像数据, 得到了颗粒气体的非高斯速度几率分布, 分布函数接近负e指数. 应用湍流中的朗之万方程修正形式, 探讨给出颗粒体系速度几率分布函数普适表达式的可能性.     

沙粒蠕移运动轨迹的光学测量及分析

采用高速数字摄影记录了大气边界层风洞中的沙粒蠕移运动. 通过非负减法、自动阈值法以及双向粒子追踪法的组合, 从图像序列中提取了蠕移运动数字轨迹, 并由此计算得到用于蠕移轨迹类型划分的蠕移运动初速分布. 对两种蠕移轨迹的速度增长率及历时进行了统计分析, 结果表明: 风曳力起动蠕移颗粒运动速度保持性较好, 随着摩阻风速增大, 其运动骤停性及骤停之前的加速性增强; 而碰撞起动蠕移轨迹的速度增长率的分布稳定, 基本不受摩阻风速变化的影响, 且其主要范围为[0,1], 表明碰撞起动蠕移颗粒更易于在运动过程产生速度衰减. 两种轨迹的历时均为高斯分布, 随着摩阻风速增大, 床面运动随机性增强, 轨迹历时趋于减小.     

电石熔炼过程单颗粒模型与球团新工艺强化机制

传统的电石规模化生产以块状生石灰和焦炭为主要原料,在矿热炉内通过电热作用熔炼生成碳化钙.球团新工艺以生石灰粉和低阶煤粉替代块状生石灰和焦炭,经压球、热解后的热球团作为矿热炉的原料.本文建立了传统块料工艺和球团新工艺的单颗粒传输和反应模型,分别对两种工艺在相同供电功率和生产率条件下的熔炼过程进行了数值模拟,探讨了球团新工艺的强化机制.结果表明,电石化反应吸热量显著,两种工艺在达到反应温度后,均存在升温缓慢的热滞留阶段,约占整个过程的45%～50%;在传统块料工艺中,固相扩散显著影响反应速度,熔炼进程受扩散、反应混合控制,而球团新工艺采用细粉料均匀混合压球,熔炼进程只受反应控制;球团新工艺在炉料均混和热装入炉的双重作用下,生产率可提高11%,且具有以煤代焦和以热代电的能源替代效果.     

基于动态光散射技术研究群体自驱动Janus颗粒的增强型布朗运动行为

自驱动Janus颗粒是两侧具有不同性质并可进行自驱运动的非均质颗粒的统称.本文以标称直径为1μm的Pt-SiO_2型自驱动Janus颗粒(以下简称Janus颗粒)为研究对象,利用动态光散射技术(dynamic light scattering, DLS)研究了其在纯水及不同浓度H2O2溶液中的运动行为.实验结果表明:群体Janus颗粒在H2O2溶液中的运动行为表现为增强型布朗运动.随着H_2O_2溶液浓度的增加,DLS测得群体Janus颗粒的有效扩散系数增大且都大于其在纯水中布朗运动时的扩散系数,且其弛豫时间逐渐减小.此外,根据DLS测得的自相关函数反演算推导得到了群体Janus颗粒在极短时间间隔内的均方位移.其结果表明:在相同观测时间间隔下,随着H_2O_2溶液浓度的增大,均方位移增加;在相同浓度的H_2O_2溶液中,随着观测时间间隔的增加,均方位移增加.最后,分析了单粒子追踪技术(single particle tracking,SPT)与DLS两种方法用于研究Janus颗粒运动行为的特点与区别,并指出观测时间间隔是影响DLS和SPT两种方法实验结果的关键因素.     

液体燃料回燃现象的理论分析

液体燃料的整个回燃过程包括预燃烧阶段、第二次供油阶段和产生回燃阶段. 针对这一过程, 定量地建立了热烟气层的温度随时间变化的动力学模型. 模型考虑了液体燃料挥发成气体带来的热损失率、热烟气层的质量增加以及由此带来的焓损失率. 本文把模型的模拟结果与实验结果进行了很好的比较并对模型的模拟结果进行了分析, 同时指出通风受限条件下的燃烧效率和实际燃烧的反应速率是很值得研究的问题.     

不同母质来源的沥青质热解动力学研究

对不同母质来源的沥青质进行了较详细的热解动力学研究,实验结果表明母质为Ⅰ型干酪根的沥青质其活化能分布范围宽,活化能在350kJ/mol以上时仍有较大量的生烃; Ⅱ型和Ⅲ型干酪根的沥青质其活化能分布范围相对较窄,活化能在350kJ/mol以上时分别只有少量烃生成和几乎无烃生成．针对具体母质来源的沥青质,热解动力学研究可以指示其成熟度状况．同时,结合对热解动力学参数频率因子的深入讨论,认为来自于Ⅰ型干酪根的沥青质具有高的再生油能力,而沥青质在油成气的潜力方面,则按照母质干酪根Ⅲ、Ⅱ和Ⅰ型的顺序依次降低．     

利用基因工程方法研究生物标志化合物分子来源

利用DNA体外重组技术构建了蓝细菌Synechocystis sp PCC 6803缺失突变株ORF469-,其染色体DNA中与不依赖于光的叶绿素合成途径相关的ORF469片段被红霉素抗性基因所取代. 该突变株细胞内叶绿素的含量完全受培养过程中光的控制. 培养获得的叶绿素含量分别为9.427μg.mg-1和0.695μg.mg-1的两类藻细胞在实验室条件下进行了热模拟降解,分析了热解产物烷烃生物标志物特征,发现两类细胞在类异戊二烯烃的相对含量上差异明显. 低叶绿素含量的蓝藻样品热解产物中Pr/nC17和Ph/nC18值为0.192和0.216,分别是高叶绿素含量蓝藻样品的1/3和1/7. 实验结果为叶绿素分子是植烷和姥鲛烷等类异戊二烯烷烃的分子来源提供了直接的证据,并进一步证实了藻细胞中脂类分子是决定其热解产烃量的主要控制因素. 实验结果表明, 现代分子生物学与有机地球化学的结合可以为某些生物标志化合物的分子来源研究提供新的可行途径.     

颗粒流体两相流动的随机分析

研究揭示颗粒流体两相流动随机特征的方法,通过对流体中影响颗粒运动的各种复杂作用进行分类处理,提出了一种的离散颗粒随机模拟方法,初步的模拟计算获得了与实验测量一致的颗粒时均速度、脉动速度、局部平均粒径和浓度等总体宏观设计特征,以及经过空间某一位置的颗粒速度、粒径随时间的动态变化行为和颗粒流动的不均匀空间分布结构特征等丰富的信息。     

回转筒颗粒表面流的分子动力学模拟和连续理论

在考虑颗粒非弹性接触、滑动摩擦和滚动摩擦基础上发展了分子动力学模拟的算法, 实现了中高速(Fr = 0.1~0.2)回转筒内颗粒流的离散模拟. 回转筒内颗粒流由表面活性层和下部柱塞流区组成, 颗粒在活性层的停留时间约为柱塞流区的1/3~1/2, 对称线上活性层和柱塞流区的厚度比为0.57~0.61, 因而推断颗粒流动处于Rolling-Cascading过渡模式. 对称线上MD模拟的速度分布与正电子放射性测量实验结果十分吻合. 在模拟和实验结果基础上发展了连续理论: 柱塞流区内颗粒运动并非完全随着筒壁刚体转动, 而是存在着塑性蠕变, 这种速度变化过程符合指数函数规律; 而活性层内颗粒流动则符合简单的Couette切变流动分布. 最后探讨了颗粒温度和颗粒相对浓度分布的内在机理.     

原油高温裂解生气潜力与气体特征

原油裂解气是高过成熟海相盆地的重要气源之一, 但对其生气潜力的评价及气体特征还没有一个明确的认识. 通过对塔里木盆地塔中62井志留系原油的连续热解与分步热解实验, 发现在C_1-5总气质量产率达到最大后(EasyRo=2.3%), 原油残余物的最大生气潜力为43.4 mL/g原油, 仅为初始原油产气率的12%. 结合动力学模拟结果, 认为该原油样品裂解的主生气期对应的EasyRo值介于1.6%~2.3%之间. 在封闭系统中, EasyRo>2.3%之后原油裂解气体积的增加主要与重烃气体的二次裂解有关, 并不是原油进一步直接裂解的产物. 实验结果表明, 原油残余物裂解气具有干燥系数大(> 92%)、甲烷碳同位素重的特征(介于-28.7‰ ~ -26.7‰), 与封闭体系中连续热解气存在明显的区别. 甲烷碳同位素分馏动力学模拟结果表明, 在一般地质条件下(2℃/Ma), 主生气期内(EasyRo<2.3%)的原油裂解气甲烷碳同位素远低于原油的初始碳同位素值. 本研究结果为高-过成熟盆地原油裂解气的客观评价提供了新的思路.     

热子气-气体和金属中热量传递的载体

热子气可以认为是热传导的主要载体, 是热量传递的载体. 类似于介电体中晶格振动能量量子化定义的声子, 大量的声子组成了声子气. 在气体和金属中则可以根据无规则运动的分子和电子所具有的能量定义热子, 大量无规则运动的热子就组成了热子气. 热子和声子、光子一样都没有静止质量, 但是热子的动质量可以连续变化, 即热子是非量子化的准粒子. 热子气在一定温度梯度驱动下的定向运动就形成了热流. 根据Einstein质能关系可以得到热子的质量为m_h=E/c², 即热能除以光速的平方. 热子气是具有真实质量的可压缩流体, 根据气体动力学原理, 并结合理想气体和金属中电子气的统计规律分别得到了两种体系中热子气的状态方程, 通过流体力学分析方法进一步推导出热子气的动量守恒方程, 它是具有阻尼的波动方程, 也就是普适导热定律. 基于热子气概念得到的普适导热定律可以用于定量研究由于热惯性作用而导致的极端条件下的非Fourier导热现象, 例如在超快速激光加热实验中出现的热波现象. 在通常情况下当热质惯性力作用可以忽略时普适导热定律将退化为Fourier定律. 利用两阶精度的有限差分格式, 计算了超快速飞秒激光加热金属薄膜条件下普适导热定律的热波解, 结果显示热波传递的波动性会随着热子气运动惯性作用的增强而增强.     

乙酸锌对生物质热解产物分布及热解过程的影响

利用热裂解-气相色谱质谱联用装置(Py-GC/MS)和在线热解光电离质谱实验装置(Py-PI-TOFMS),从热解产物和热解过程两方面研究了乙酸锌对生物质热解的催化作用.以稻壳为原料,经酸洗脱除碱金属和碱土金属,在5种梯度浓度的乙酸锌溶液中进行浸渍预处理. Py-GC/MS结果表明:乙酸锌提高了热解产物中酸类、呋喃类和脱水糖类产物的相对含量,降低了酚类和醛酮类产物的相对含量;随着乙酸锌负载量增加,酸类的相对含量持续增加,呋喃类、脱水糖类和酮类产物的相对含量先增加后趋于稳定,醛类和酚类产物的相对含量先下降后趋于稳定;在乙酸锌Lewis酸性作用下,糠醛和1-羟基-3,6-二氧杂双环[3.2.1]辛-2-酮产率大幅增加, 4-乙烯基苯酚产率大幅下降.Py-PI-TOFM实验发现:生物质热解过程中不同种类产物达到最大生成速率的时间存在差异;在乙酸锌催化作用下,呋喃和环戊酮类产物达到最大生成速率的时间提前;对糠醛和5-羟甲基糠醛随时间的变化规律进行分析,在同一个热解过程中,糠醛到达最大生成速率的时间早于5-羟甲基糠醛;当5-羟甲基糠醛达到最大生成速率时,糠醛的生成速率呈减弱趋势,说明糠醛和5-羟甲基糠醛的生成路径为竞争关系;乙酸锌对糠醛达到最大生成速率的时间无明显影响,可使5-羟甲基糠醛达到最大生成速率的时间提前.