2018年, 第6卷, 第1期　
刊出日期：2018-02-28

  

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  纤维素类碳水化合物转化为糠醛的研究进展

  谈 金，王晨光，陈伦刚，徐 莹，张 琦，马隆龙

  新能源进展. 2018, 6(1): 1-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2018.01.001

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  糠醛是一种用于制备高附加价值液体燃料和其他精细化学品的重要的生物质平台化合物。通常，木质纤维素中的半纤维素在水介质中经酸催化剂作用解聚得到五碳糖后进一步脱水可转化为糠醛，该工艺技术已趋于成熟并用于工业化生产。纤维素在水或一般的双相反应体系中解聚为六碳糖后脱水通常生成5-羟甲基糠醛与乙酰丙酸，而难以甚至不能转化为糠醛。最近的一些文献报道了纤维素类碳水化合物在特定的反应介质中经酸催化剂作用后可转化为糠醛，且提出了不同的反应历程。基于当前研究背景，本文针对纤维素类碳水化合物转化为糠醛的反应特点，综述了已有报道中纤维素类碳水化合物转化为糠醛的反应机理、反应路径和反应体系的特点及反应介质对该反应的影响。最后，对未来纤维素类碳水化合物转化为糠醛的研究方向和发展前景进行了展望。
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  稻壳灰高值利用制备ZSM-5分子筛

  杨文申，郎 林，阴秀丽，吴创之

  新能源进展. 2018, 6(1): 8-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2018.01.002

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  以稻壳灰制备的硅溶胶为硅源，采用水热合成法制备ZSM-5分子筛。通过XRD、SEM、ICP及XRF等测试手段，系统考察反应时间、模板剂（TPABr）用量及未加铝源对ZSM-5分子筛形貌、结晶度及合成残液组成的影响。结果表明：当反应时间达到10 ~ 12 h，反应物料基本完全进入分子筛中，继续延长反应时间，虽能进一步促进物料反应和提高产品结晶度，但同样会造成分子筛颗粒增大和单位能耗增加；随模板剂用量的减少（SiO₂/TPABr = 0.05、0.04和0.01），分子筛结晶度逐渐降低（89.41%、81.97%和69.77%），但分子筛的形貌、颗粒大小及产率并没有明显变化；由于稻壳灰本身特性，制备的硅溶胶含有一定量的铝（0.0143%），在未外加铝源的情况下可成功制备出ZSM-5分子筛，且分子筛的形貌、结晶度及产率均未受到明显影响。
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  玉米秸秆循环流化床热解气化试验

  于 杰，王成泉，于圣涛，董玉平，常加富，董 磊

  新能源进展. 2018, 6(1): 14-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2018.01.003

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  采用循环流化床气化中试装置对玉米秸秆进行了气化试验，分别在常温空气与250℃预热空气条件下，研究了空气当量比（ER）和原料含水率对气化特性的影响规律。结果表明：随着ER的增大，循环流化床气化炉内的反应温度升高，气化燃气中的CO₂含量增加，焦油与CO含量及燃气热值降低，气化效率随ER的增大呈先增大后减小的趋势；随着气化原料含水率的增加，循环流化床气化炉内的平均温度下降，燃气中的CO₂与H₂及焦油含量逐渐升高，CO含量下降，CH₄与C_nH_m含量均为先增加后减少。与常温空气工况相比，预热空气工况下的燃气热值与气化效率均有一定程度的提高。采用预热空气为气化介质，提高气化剂温度，可显著促进玉米秸秆的气化反应，提升气化效率。
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  微量元素对蔬菜废弃物厌氧消化的促进效果

  孙 娟，李 东，郑 涛，刘晓风

  新能源进展. 2018, 6(1): 21-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2018.01.004

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  以蔬菜废弃物为原料的厌氧消化系统，由于原料的易酸化特性，在高负荷条件下易失稳，而低负荷的运行会导致较低的池容产气率。本研究采用自行设计的70-L厌氧发酵罐，在中温35℃条件下进行蔬菜废弃物厌氧消化的连续冲击负荷试验，根据气体成分（CH₄）的变化规律，添加微量元素（Fe, Co, Ni）以调控消化过程，使其由失稳状态恢复至稳定状态，旨在提高高负荷厌氧发酵的稳定性。研究结果表明，蔬菜废弃物中温厌氧消化系统的有机负荷率增大至2.0 g VS/(L•d)时，CH₄含量由50%降至40%，从第103天开始连续添加5天微量元素（Fe, Co, Ni）后，CH₄含量迅速恢复至50% ~ 55%的稳定状态，池容产甲烷率由0.38 L/(L•d) 增大至0.6 L/(L•d)左右并保持稳定。停止添加微量元素后，继续增大有机负荷率，厌氧消化系统稳定运行83天。当运行至第195天时（3.0 g VS/(L•d)），CH₄含量再次出现下降趋势，由58.9%降至53.4%，添加3天微量元素后，CH₄含量再次恢复到55%以上的稳定状态。微量元素的添加可有效提高蔬菜废弃物厌氧消化的稳定性，能够快速恢复失稳的系统。
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  烘焙对生物质热化学转化特性影响的研究进展

  胡双清，王亚琢，刁兴兴，顾 菁，袁浩然

  新能源进展. 2018, 6(1): 26-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2018.01.005

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  生物质是可再生能源的重要组成部分，储量巨大，但其含水量高、能量密度和热值低等缺点致使其研磨难度大、存储运输不便，难以资源化利用。本文对烘焙预处理技术的过程及特点、能耗分析和较为理想的烘焙标准进行了简述；并重点阐述了烘焙对生物质燃烧、热解和气化特性影响的研究进展。经烘焙处理后的生物质在炉膛内可快速、稳定燃烧，炉内温度迅速升高，产生的烟气量减少；热解产生的生物质焦油中水和乙酸含量明显减少，苯酚含量增加，热值总体升高；气化合成气品质明显提升，能量密度增大，总气化效率显著提高。此外，对烘焙预处理技术在城市固体废弃物处理的应用进行了简要的概述，并对其在生物质和城市固体废弃物研究方向上进行了展望。
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  基于MVR技术的单级双效蒸发浓缩系统性能分析

  李帅旗，王汉治，黄 冲，何世辉，宋文吉，冯自平

  新能源进展. 2018, 6(1): 36-41. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2018.01.006

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  随着我国工业废水行业市场规模与平均处理成本的逐年上升，先进蒸发浓缩技术得到了广泛关注。本文在机械蒸汽压缩机升压能力不断提高的现状基础上，提出机械蒸汽再压缩（MVR）单级双效蒸发浓缩系统，研究物料浓度、蒸发温度、压比、换热温差等对系统热力性能的影响，并通过对比单级压缩机系统，获得单级双效MVR系统的性能分析曲线和节能优势。结果表明，单级双效MVR系统压缩机压比大于1.9时，系统能效系数（COP）可达25以上；在满足蒸汽温升的条件下，系统COP随压缩机压比、蒸发温度升高而降低，压比升高0.1，COP下降4.4%；第一效蒸发温度升高10℃，COP下降3.1%。
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  低剂量抑制剂Inhibex501存在下的甲烷水合物相平衡研究

  唐翠萍，戴兴学，梁德青，李栋梁

  新能源进展. 2018, 6(1): 42-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2018.01.007

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  含动力学抑制剂的天然气水合物相平衡研究对新型低剂量抑制剂的开发具有指导作用。在283.6 ~ 290.9 K和7.51 MPa ~ 15.97 MPa的温压范围内研究了抑制剂Inhibex501及其溶剂2-乙二醇单丁醚对甲烷水合物相平衡条件的影响。实验结果显示，0.5wt%和2.0wt%浓度的Inhibex501对甲烷水合物形成的热力学条件具有促进作用，能使甲烷水合物形成移向更高的温度或者更低的压力，而2-乙二醇单丁醚在浓度0.2wt% ~ 1.0wt%范围几乎不改变甲烷水合物形成的热力学条件，N-乙烯基己内酰胺与N-乙烯基吡咯烷酮的共聚物对水合物形成热力学条件的改变起主要作用。
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  马更些三角洲冻土区天然气水合物成藏的地质控制因素

  刘 杰，孙美静，杨 睿，苏 明，杨楚鹏

  新能源进展. 2018, 6(1): 47-54. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2018.01.008

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  本文系统归纳了马更些三角洲冻土区天然气水合物赋存的稳定条件、分布特征和水合物成藏特征，指出构造条件、沉积条件和水动力场在天然气水合物富集过程中起到的重要作用。马更些冻土区天然气水合物主要气体来源为热成因气，空间非均质分布特征明显，且与传统油气资源共生成藏。在冻土带底部温度和压力视为均一条件下，可为深部气源提供运移通道的区域主断层等构造条件是天然气水合物聚集成藏的控制因素。储层非均质性影响天然气水合物的空间分布，粗粒沉积是高饱和度水合物富集的有利场所；同时，冻土层在水合物成藏中起到“封盖作用”，良好的“储盖组合”有利于水合物富集成藏。此外，深部超压流体系统和浅层重力流系统两大水动力场也是影响该地区天然气运移和水合物赋存与分布的重要地质因素。
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  质子交换膜燃料电池非贵金属催化剂研究进展

  康启平，张国强，张志芸，刘艳秋，乔 佳

  新能源进展. 2018, 6(1): 55-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2018.01.009

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  贵金属铂（Pt）基催化剂价格昂贵且易中毒，这是造成质子交换膜燃料电池难以大规模商业化的主要原因，而非贵金属催化剂有望替代Pt基催化剂来解决这一难题。本文综述了最近几年非贵金属催化剂在质子交换膜燃料电池中应用的研究进展，并提出了今后的研究重点和方向。
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  基于超临界CO₂循环的地热与太阳能混合系统研究

  郑开云，黄志强

  新能源进展. 2018, 6(1): 62-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2018.01.010

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  超临界CO₂循环可以耦合较低温度的地热和较高温度的太阳能热组成混合热源发电系统。相比能量分析方法，火用分析方法更便于分析混合系统对提高能量利用率的作用，以及识别造成可用能损失的设备和过程。115℃地热和200℃地热分别与采用槽式聚光集热技术的太阳能热组成混合热源，构成简单回热超临界CO₂循环。分析结果表明：混合系统的火用效率比单纯太阳能热的循环系统提高了5% ~ 10%；太阳能聚光集热器的?损失最大，占80%以上，其次是除预冷器以外的各类换热器以及透平；相比之下，压缩机和预冷器的火用损失较小。减少?损失的关键是提高太阳能聚光集热器和换热器的性能，包括提高集热管运行温度，以及提高换热器效能。
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  新型泥煤生物炭基催化剂催化甘油酯交换合成碳酸甘油酯

  胡步青，王舒笑，袁浩然，单 锐，陆丽丽，史月月

  新能源进展. 2018, 6(1): 69-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2018.01.011

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  以泥煤生物炭为原料，制备了一系列廉价、高效的固体碱复合催化剂，用于催化甘油和碳酸二甲酯进行酯交换反应制备碳酸甘油酯。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱（EDS）、X射线衍射（XRD）、N2吸脱附（BET）、热重分析（TG）及Hammett指示法对催化剂进行表征。同时对催化剂的制备条件、催化反应条件及重复利用进行了分析。结果表明：催化剂30K/PB-600具有最优催化活性，当催化剂用量为5wt%、碳酸二甲酯/甘油摩尔比为4∶1、反应时间为90 min、反应温度为80℃ 时，甘油的转化率达到99.1%，碳酸甘油酯的产率达到95.7%；经过5次循环利用后，甘油的转化率为94.2%，碳酸甘油酯的产率为69.8%，产率下降的原因主要是由于K+ 的流失。
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  数据中心机柜级冷却数值模拟及空调容灾分析

  黄志林，董凯军，苏 林，刘腾庆

  新能源进展. 2018, 6(1): 76-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2018.01.012

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  针对数据中心机柜级冷却系统存在的缺点，提出行级备份式容灾方案，与传统房间级备份式容灾方案进行对比分析，以单机柜功率、故障空调位置和备份空调位置为研究对象，利用计算流体力学（CFD）模拟软件对不同方案下机柜内设备冷却效果进行模拟。结果表明：采用行级备份式容灾方案的设备冷却效果显著优于房间级精密空调的容灾方案，且能够保证设备工作在正常的温度范围内；行级备份式方案能够保证故障空调附近机柜的进出风温度与周围机柜相同，但房间备份式会出现故障空调附近局部高温，存在热点。