Fuel efficiency enhancement of modified diesel engine operated in dual fuel mode using renewable and sustainable fuels

ABSTRACT

Renewable and sustainable fuels for diesel engine applications provide energy protection, overseas exchange saving and address atmospheric and socio-economic concerns. This study presents the investigational work carried out on a single cylinder, four-stroke, direct injection diesel engine operated in dual fuel (DF) mode using renewable and sustainable fuels. In the first phase, a Y-shaped mixing chamber or venture was developed with varied angle facility for gas entry at 30°, 45° and 60°, respectively, to enable homogeneous air and gas mixing. Further effect of different gas and air mixture entry on the DF engine performance was studied. In the next phase of the work, hydrogen flow rate influence on the combustion and emission characteristics of a compression ignition (CI) engine operated in DF mode using diesel, neem oil methyl ester (NeOME) and producer gas has been investigated. During experimentation, hydrogen was mixed in different proportions varied from 3 to 12 l/min (lpm) in step of 3 lpm along with air-producer gas and the mixtures were directly inducted into engine cylinder during suction stroke. Experimental investigation showed that 45° Y-shaped mixing chamber resulted in improved performance with acceptable emission levels. Further, it is observed that investigation showed that at maximum operating conditions and hydrogen flow rate of 9 lpm, Diesel–producer gas and NeOME–producer gas combination showed increased thermal efficiency by 13.2% and 3.8%, respectively, compared to the DF operation without hydrogen addition. Further, it is noticed that hydrogen-enriched producer gas lowers the power derating by 5–10% and increases nitric oxide (NO_x) emissions. However, increased hydrogen addition beyond the 12 lpm leads to sever knocking.

Abbreviations: NeOME: Neem oil methyl ester; BTE: brake thermal efficiency; CI: compression ignition; ITE: indicated thermal efficiency; PG: producer gas; CA: crank angle; K: Kelvin; BP: brake power; IP: indicated power; H₂: hydrogen; HC: unburnt hydrocarbon; CO: carbon dioxide; CO₂: carbon dioxide; NO_x: nitric oxide; HRR: heat release rate; %: percentage; PPM: parts per million; CMFIS: conventional mechanical fuel injection system.     

氢燃料电池汽车动力系统生命周期评价及关键参数对比

发展氢燃料电池汽车被认为是解决能源安全和环境污染问题的理想解决方案之一,为量化探究氢燃料电池汽车动力系统的化石能源消耗和排放情况,运用GaBi软件建模,以新能源汽车相关技术路线为参考,构建我国氢燃料电池汽车动力系统的数据清单并对其全生命周期化石能源消耗和全球变暖潜值情况进行定量评价计算和预测分析,对不同类型的双极板、不同能量控制策略和不同制氢方式对环境的影响分别进行了对比研究,并对关键数据进行了不确定分析.结果表明,预计到2030年我国每台氢燃料电池汽车动力系统生命周期的化石能源消耗量（ADP_f）、全球变暖潜值（GWP,以CO₂ eq计）和酸化潜值（AP,以SO₂ eq计）分别为1.35×10⁵ MJ、9108 kg和15.79 kg.动力系统生产制造阶段的化石能源消耗和全球变暖潜值均高于使用阶段,主要原因是燃料电池堆栈和储氢罐的制造过程.金属双极板、石墨复合双极板和石墨双极板的制造工艺中石墨复合双极板的综合环境效益最好.能量控制策略的优化会使得氢能消耗降低,当氢能消耗降低22.8%时,动力系统的生命周期化石能源消耗和全球变暖潜值分别降低10.4%和8.3%.相比于甲烷蒸气重整制氢,基于混合电网电解水制氢的动力系统生命周期全球变暖潜值高出53.7%[KG-*6],而基于水电电解水制氢降低39.6%.降低动力系统生命周期化石能源消耗和全球变暖潜值的措施包括优化能量控制策略降低氢能消耗、规模化发展可再生能源发电电解水制氢产业和聚焦突破燃料电池堆栈关键技术实现性能提升.     

FeS自养反硝化与厌氧氨氧化的耦合脱氮机制

微生物的功能多样性对元素价态的转换存在协同作用是自然界关键的生态调节策略,充分利用这种策略,实现不同微生物的功能组合,可以发展废水处理新工艺.本文以静态批次实验的含氮污染物作为研究对象,把Fe S投加量、NO_3~--N/NO_2~--N比值、厌氧氨氧化(ANAMMOX,AN)和自养反硝化(AD)生物量之比作为反应控制条件,讨论了AN与AD之间代谢产物互补的合作机制,提出了(AN+AD)_(TN→0)脱氮工艺的概念.研究发现过量的Fe S投加在保证AD过程的彻底性之外,并不显著影响AN菌的代谢活性;提高NO_2~--N在电子受体中的比例,会使微生物复合群落处于代谢底物竞争关系之中,对TN的去除产生负面影响; AN生物量的增加加深了复合群落的合作程度,当初始NH_4~+-N与NO_3~--N的化学计量比小于0. 85时,可以实现TN浓度趋零.结果表明,通过认识微生物之间的交互作用,寻求复杂微生物群落功能的规划或调控,可以设计出更加合理的废水处理工艺,达到低物耗投入条件下目标污染物的高效去除.     

国内外含硫气田应急预案编制对比分析研究

含硫气田井喷事故严重威胁着公众生命和财产安全,成为制约含硫气田开发的重要因素。本文对比国内外在含硫气田应急预案编制方面的先进理念和技术,分析我国在含硫气田应急预案编制工作中仍然存在的问题,针对我国实际情况,提出加强含硫气田应急预案科学性、合理性、可操作性和针对性方面的具体建议和对策措施。     

含硫油气井井控技术及管理方法

伴随着石油工业的发展,井喷、井控不可避免。为防止溢流、井喷,企业、政府投入了大量的人力、物力、财力,成果显著。但同时也产生了一些副作用,过量投资,资源浪费,地层严重污染,含硫油气井更是如此。基于含硫油气井钻完井的特点,制定了含硫油气井井控工作原则,研究了包含防爆、保证防喷器可靠、保证节流放喷相关装置可靠、保证压井相关装置可靠及保证井眼力学完整在内的含硫油气井严格防止井喷失控技术,选用合适的压井方法避免发生井喷技术,简化关井操作程序及修改钻井液密度附加值来全面限制防溢流的技术及其相应的管理方法。对含硫油气井科学、安全、高效的进行井控工作提供了理论指导,对于含硫油气井的开发具有重要的意义。     

过氧化氢热爆炸研究进展

过氧化氢作为绿色环保的氧化剂,广泛应用于工业的各个领域,同时也因其热分解爆炸危险性导致了一系列严重的火灾爆炸事故。过氧化氢在高温或与一些不兼容化学物质作用下,将会激发其热危险性,进而引发热失控反应,最终导致爆炸事故的发生。结合近年来国内发生的过氧化氢热爆炸事故,简要概述了其热爆炸事故历程,并从理论研究和实验研究两个方面综述了过氧化氢热爆炸的研究进展。理论研究方面,主要介绍了化学反应失控模型和基于热动力学的研究方法,尤其对基于热失控模型的热风险评估进行了详细的阐述。实验研究方面,分析了高温条件下与杂质催化作用下过氧化氢的热危险性,包括无机杂质和有机杂质。最后就过氧化氢热爆炸的研究提出了进一步的研究方向。     

内源H2S生理学作用的研究进展

近年来,内源H2S的生理学作用已经逐渐被认识,被认为是继NO和CO后的第三类气体信号分子,其在生物体内的浓度水平与多种疾病相关.本文综述了近五年来内源H2S生理学作用的研究进展.     

乌鞘岭南、北坡降水稳定同位素特征及水汽来源对比

为了揭示季风边缘区降水中稳定同位素特征及水汽来源,利用2016年10月至2017年10月采集的97个降水样品,采用相关分析和HYSPLIT模型,对乌鞘岭南、北坡降水稳定同位素的特征、大气水线方程、温度和降水量效应、水汽来源进行了对比分析.结果表明,南坡大气降水线的斜率与截距低于全球大气水线(GMWL)和北坡大气降水线;南、北坡的同位素温度效应和季节效应明显,但北坡的温度效应比南坡更为明显;除北坡夏季和南坡降水量小于5 mm时降水稳定同位素表现出微弱的降水量效应,南、北坡其它季节或其它降水量级均无明显的降水量效应;来自西北和北方的水汽占90%以上,北坡受季风水汽影响极少,南坡夏季会受到东南季风影响,局地水汽再循环对乌鞘岭南、北坡水汽也有贡献.本研究可提高对高寒山区降水同位素演化的认知,为寒旱区同位素水文学的进一步研究奠定基础.     

腐殖质及其模型化合物的H2O2光化学生成研究

在模拟太阳光下研究了多种腐殖质及其模型化合物的过氧化氢（H₂O₂）生成动力学,并对其生成机制进行了探讨.结果表明不同来源或不同形式的腐殖质在模拟太阳光照射下均能产生H₂O₂.不同腐殖质生成H₂O₂速率差异不大,范围为6.379~15.784nmol/（L·min）,腐殖酸生成H₂O₂速率略快于富里酸.对于腐殖质模型化合物,邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚、苯醌、邻茴香胺、对茴香胺、水杨酸和2,6-二甲氧基-1,4-苯醌等8种模型化合物没有产生明显的H₂O₂,而藜芦醇、对氨基苯甲酸、3,5-二羟基苯甲酸（DHBA）、2,5-二羟基-1,4-苯醌、苯酚、苯甲酸和苯胺等7种化合物均可检测到H₂O₂产生.但其产生H₂O₂的速率差异较大,相差1~2个数量级,生成H₂O₂速率最快的化合物为2,5-二羟基-1,4-苯醌和DHBA,较慢的为苯酚、苯甲酸和对氨基苯甲酸.基于腐殖质生成H₂O₂机制,推测典型模型化合物DHBA的H₂O₂生成机制可能为光照条件下该化合物跃迁为单重激发态,该激发态发生分子内电子转移,生成还原性自由基中间体,该中间体和O₂反应,生成了超氧负离子（O₂·^-）,随后与水中H⁺反应生成了H₂O₂.     

铁硫化物对高砷地下水中As(Ⅲ)的去除效果研究

高砷地下水具有极高的毒性,人类长期饮用高砷地下水可造成砷中毒。在查明山阴地区高砷地下水污染特征的基础上,将室内批试验与PHREEQC软件数值模拟相结合,考察了投料比、pH值对铁硫化物除砷效果的影响,为原位修复高砷地下水工艺确定了最佳条件。结果表明:山阴地区砷超标地下水样的pH值为7.6~8.5,总砷浓度为17~242μg/L;反应体系的投料比和pH值是影响铁硫化物除砷效果的关键因素;仅投加Na₂S对地下水中As(Ⅲ)的去除效果极差,提高FeCl₂相对于Na₂S的投加量能有效地增大铁硫化物除砷的效果;当pH=7、投料比c[FeCl₂∶Na₂S∶As(Ⅲ)]为24∶12∶1时,铁硫化物对地下水中总砷的去除率可达99.6%,反应后的地下水中砷浓度满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求;与弱酸性条件相比,弱碱性环境更有利于铁硫化物除砷;PHREEQC软件数值模拟结果显示,试验条件的改变会影响砷硫化物和铁硫化物的饱和指数(SI),从而影响铁硫化物对地下水中砷的去除效果。