一種用於改善柴油性能的生物質基添加劑製備和使用方法與流程
2023-08-12 14:29:26
本發明涉及一種用於改善柴油性能的生物質基添加劑製備和使用方法,屬於柴油燃料添加劑技術領域。
背景技術：
含氧燃料的燃燒一直是人們關注的重點及熱點，隨著生物柴油的蓬勃發展，含氧燃料的研究被推上又一個高潮，但大多數研究的目的在於能源的替代，而非含氧燃料的燃燒排放特性。但隨著越來越嚴峻的環境問題，不同燃料在內燃機中的排放特性也逐漸為人們所研究。
含氧燃料能夠降低汙染物如co、nox(除生物柴油)、hc、碳煙等的排放，並節約了化石能源的消耗，到目前為止，醇類、生物柴油的研究已較為成熟：醇類燃料可以很好實現尾氣中nox和碳煙的減排，但相應的，co和hc會有一定程度的增加，除此之外，排放產物中的醇類和醛類會高於傳統的柴油；生物柴油主要成分一般是不飽和脂肪酸甲酯，使用生物柴油可以很好的實現柴油機尾氣中汙染物的減排，卻會導致nox的增加。生物質快速熱裂解制油技術能以連續的工藝和工廠化的生產方式將以木屑和秸稈等廢棄物為主的生物質轉化為易儲存、易運輸、能量密度高的生物油，但其成分十分複雜，物理化學性質不穩定(含水量高、酸性強、顆粒物多)，必須通過進一步改性升級才能轉化為柴油或汽油等內燃機燃料的添加劑。目前主流的生物油提質方法有催化加氫和催化裂解，但他們都需要複雜的作業系統並且容易堵塞管路，而催化酯化是一種溫和簡單的提質方法，不需要複雜的加工工藝和系統，產物為不同的羧酸對應的短鏈酯。
在以往的研究中，已經證實了酯類燃料的碳鏈越長，則十六烷值越高，著火越提前，瞬時著火溫度越高。因此，著火提前的生物柴油一般有著較高於柴油的nox排放。酯類燃料碳鏈越短，則放熱速率越平緩，但相應的十六烷值越低，燃料燃值越低，點火延遲，放熱速率平緩。為了驗證上述理論，本發明分別進行10％甲酸乙酯、10％乙酸乙酯、10％丙酸乙酯混合燃油排放特性實驗(如圖1)，圖中橫坐標為2200r/min轉速下10％、30％、50％、70％、90％的標定功率(8.8kw)，縱坐標為別為有效能量消耗率、尾氣溫度、co、nox、煙度排放。由排放數據可知，酯類燃料添加劑可以有效促進燃燒熱效率的提升，並降低nox，碳煙等排放，其中甲酸乙酯由於其理化性質的限制，無法降低co和碳煙的排放，實驗中乙酸乙酯、丙酸乙酯混合燃油的燃值分別是43255kj/kg和43991kj/kg，兩種混合燃料的十六烷值分別為52和53，可以直接用於未改裝柴油機。基於上述研究基礎可以推論出：在柴油中添加合適比例的短鏈酯，可以有效抑制nox的生成。因此，本發明提出了一種溫和快速製取短鏈酯添加劑的方法：催化酯化生物質熱解油製取短鏈酯。對於生物油酯化反應的催化劑，so42-/zro2和5wt％pt/so42-/zro2/sba-15等都是可選擇的對象，但上述催化劑價格稍貴，同時也容易失活，用於生物油的酯化反應過於浪費，本實驗中選用陽離子酸性樹脂作為催化劑，陽離子酸性樹脂價格便宜且在反應中不易失活，是理想的酯化反應催化劑。酯化生物油中含有多種成分，無法完全和柴油互溶，因此需要進一步對生物油進行分離，在80℃的水浴鍋中，生成的短鏈酯蒸發氣會進入冷凝管進行冷卻收集。
短鏈酯燃料添加劑可以有效降低內燃機尾氣中汙染物的排放，提升混合油中短鏈酯的含量，在減排的同時，還可以節約了化石燃料的使用，但短鏈酯的低熱值、低十六烷值、較長的點火延遲等都限制了短鏈酯摻混比例的增加，因此，使用先進的燃燒技術對混合燃油的燃燒有著重要的意義。us5117800公開了一種柴油發動機/火花點火發動機的操作方式，其所使用的助燃氣富含氧氣，並調整燃料注入時間，此方法以渦輪增壓器作為泵，通過濾膜過濾空氣提升氧含量，以供應內燃機使用。us3794007公開了以發動機燃料為供熱源以加熱助燃空氣促進冷啟動，當燃料可燃性較差時，該發明通過空氣加熱器中的燃燒火焰加熱管路中的空氣，但該發動機壓縮比較低，該方式提升了燃燒熱效率但降低了發動機的整體效率。cn102027225同樣提出預熱富氧助燃氣可以促進低十六烷的燃料燃燒。us4333424則公開了雙氣缸等溫發動機，第一氣缸用於壓縮空氣，第二氣缸用於等溫環境下的燃燒和做工，該方法存在一定的創新性，但氣缸摩擦損失較大，並不符合本發明節能減排的初衷。考慮到短鏈酯的理化性質，並綜合上述燃燒方法，為了達到促進燃燒並節能減排的目的，短鏈酯混合燃油應該使用預熱空氣、提前噴油時間等方法以促進高比例混合油的燃燒，在上述的理論基礎上，結合短鏈酯燃料的理化性質，選擇適用於短鏈酯混合燃油的燃燒技術，對內燃機的節能減排有非常重要的意義。
技術實現要素：
技術問題：本發明的目的是提供一種用於改善柴油性能的生物質基添加劑製備和使用方法，該製備方法可以高效收集短鏈酯溶液，提高柴油混合燃料中添加劑摻混比例，節約了石油資源的使用；該使用方法不需要過多的能耗和複雜的摻混方式，具有經濟性好、操作簡單、可以對大體積燃料進行作業。
技術方案：本發明提供了一種用於改善柴油性能的生物質基添加劑的製備方法，該方法包括以下步驟：
1)生物質原料預處理：對生物質原料進行乾燥預處理，得到生物質燃料；
2)生物質燃料進行熱解：將步驟1)得到的生物質燃料在缺氧條件下熱解，得到包含水、氣體、水相生物油和油相生物油的熱解產物，之後通過靜置分層收集水相生物油；
3)生物油酯化提質：對步驟2)中得到的水相生物油進行除水、過濾，得到生物油，之後對生物油進行酯化反應，該反應生成的短鏈酯經蒸發、冷凝後得到短鏈酯溶液即所述的改善柴油性能的生物質基添加劑。
其中：
步驟1)所述的生物質原料為林業類生物質原料，所述的林業類生物質原料是指松木或者紅木。
步驟1)所述的乾燥是指將生物質原料放置在烘箱中以100～110℃進行烘乾，每隔3～6h進行一次稱量，直至生物質質量不再變化；
步驟2)所述除水、過濾是指採用3a分子篩進行除水、過濾，得到生物油，其中3a分子篩的質量為水相生物油的20～40％。
步驟2)所述的將生物質燃料在缺氧條件下熱解的具體步驟如下：
①將生物質燃料置於上、下以法蘭封口的石英管中，所述法蘭蓋中央設通氣孔，其中上法蘭蓋中央為氣體入口、下法蘭蓋中央為氣體出口，在20℃下以0.1～0.5l/h的速率用氮氣對石英管內吹掃，排盡石英管內的空氣；
②之後以0.1～0.5l/h的速率向石英管內供應氮氣並加熱石英管，當石英管中心溫度到達280～300℃時停止供應氮氣，之後將溫度以速率20～25℃/min升溫至600～650℃，得到包含水、氣體、水相生物油和油相生物油的熱解產物；熱解結束後靜置熱解產物，20～30min後會出現分層現象，上層褐色液體為水相生物油部分，下層黑色粘稠液體為油相生物油部分，提取生物油中水相生物油部分。
所述石英管外徑為86mm、內經為80mm、長為1200mm，上、下以法蘭蓋封口，法蘭蓋中間設通氣孔(孔徑6mm)，在石英管內部有內經小於60mm的耐溫陶瓷網。因為不同生物質產油率、熱解溫度各不相同，導致管內氣壓各不相同，所以石英管上法蘭蓋中間孔以熱電偶靈活封口，以便於在石英管內壓力過大時進行放氣減壓。
步驟3)所述的生物油進行酯化反應的是指將生物油在酸性陽離子樹脂為催化劑的條件下與無水乙醇進行酯化反應，其中反應溫度為78～80℃；所述的酯化反應操作過程如下：加熱水浴鍋至78～80℃，等溫度穩定後，依次將催化劑、生物油和無水乙醇加入容器中，反應5～7h，反應的同時進行冷凝；其中催化劑為生物油質量的10～15％，無水乙醇為生物油質量的20～30％。
所述的酸性陽離子樹脂的製備過程如下：以0.8～1.2mol/l的鹽酸溶液與樹脂進行攪拌，每次攪拌3～5min，共攪拌4～5次，使na型離子轉化為h型，再用無水乙醇與樹脂進行攪拌，每次3～5min，共攪拌1～2次，烘乾備用。
本發明還提供了一種用於改善柴油性能的生物質基添加劑的使用方法，該使用方法步驟如下：將所述的改善柴油性能添加劑加入到柴油燃料中，在轉速為1000～1500r/min的條件下，攪拌20～40min，即得到性能改善的短鏈酯-柴油混合燃料，其中所述的短鏈酯-柴油混合燃料中短鏈酯的體積佔比v％為0％＜v％≤50％。
其中：
所述的短鏈酯-柴油混合燃料中短鏈酯體積佔比小於20％時，該混合燃料在柴油機中穩定燃燒並實現汙染物減排的目的；所述的短鏈酯-柴油混合燃料中短鏈酯體積佔比為20％～30％時，為保證柴油機的穩定運行及減排應提高進氣溫度至60℃以上；所述的短鏈酯-柴油混合燃料中短鏈酯體積佔比為30％～50％時，為保證柴油機的穩定運行，應提前噴油角度至-35℃ca～-30℃ca。
有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下優勢：
1)現有技術中熱解生物油主要採用快速熱解，即103～104℃/s的升溫速率、500℃左右的反應溫度、1～2s的氣相停留時間，但快速熱解出的生物油粘度大、酸含量低，並不適合短鏈酯的製備；本發明中採用較慢的升溫速率(升溫速率區間20℃/min～25℃/min)升溫30～40min至600℃～650℃進行熱解，使熱解產物中大分子物質進一步分解成甲酸、乙酸等小分子產物，從而更有利於短鏈酯的製備。
2)現有技術中對生物油的酯化方法只採用75℃以下的加熱溫度，反應後的短鏈酯依然留存在生物油中；本發明採用78℃～80℃的加熱溫度，酯化及冷凝同時進行，從而達到高效收集短鏈酯溶液的效果。
3)現有技術中以加熱柴油機進氣為助燃的主要手段，本發明採用加熱進氣和提前噴油組合方法優化短鏈酯-柴油混合燃料的燃燒，從而達到最大限度的添加劑摻混比例，節約了石油資源的使用。
4)因為短鏈酯可以和柴油以任意比互溶，因此不需要過多的能耗和複雜的摻混方式，因此採用經濟性好、操作簡單、可以對大體積燃料進行作業的攪拌混合方式。
附圖說明
圖1為短鏈酯-柴油混合燃料運行特性曲線——有效能量消耗率；
圖2為短鏈酯-柴油混合燃料排放特性曲線——尾氣溫度；
圖3為短鏈酯-柴油混合燃料排放特性曲線——一氧化碳排放；
圖4為短鏈酯-柴油混合燃料排放特性曲線——氮氧化物排放；
圖5為短鏈酯-柴油混合燃料排放特性曲線——煙度；
圖6為立式熱解氣氛爐裝置圖；
圖7為石英管內部結構圖；
圖8為冷凝管構造圖；
圖9為酯化裝置圖；
圖中有：氮氣罐1、流量控制器2、溫度顯示屏3、電源開關4、電源指示燈5、冷凝管6、生物油收集杯7、抽水泵8、冷卻水池9、酒精吸附瓶10、活性炭吸附管11、水溶液12、密封蓋13、耐溫棉保溫層14、測溫熱電偶15、耐溫陶瓷網16、加熱段17、熱解氣入口18、生物油出口19、冷卻水入口20、冷卻水出口21、熱解廢氣出口22、支架23、恆溫水浴鍋24、溫度計25、攪拌器26、三口燒瓶27、球型冷凝管28、短鏈酯收集杯29、石英管30。
具體實施方式
本發明中，所述熱解部分在熱解實驗臺(如圖6)上進行，其中包括：氮氣罐1、流量控制器2、溫度顯示屏3、電源開關4、電源指示燈5、冷凝管6、生物油收集杯7、抽水泵8、冷卻水池9、酒精吸附瓶10、活性炭吸附管11、水溶液12；開始熱解時應先打開電源開關4，然後打開流量控制器2，使氮氣罐1通過法蘭上的進氣孔向石英管30內通入氮氣，石英管30部分(如圖7)包括：密封蓋13、耐溫棉保溫層14、測溫熱電偶15、耐溫陶瓷網16、加熱段17。熱解時電源指示燈5用於測量石英管30內溫度，溫度數據由溫度顯示屏3進行展示，加熱段17用於加熱呈放在耐溫陶瓷網16上的生物質，而耐溫棉保溫層14用於隔絕加熱段溫度，起保溫作用。熱解氣從石英管30底部出口排出，通過熱解氣入口18進入冷凝管6(如圖8)，經冷凝後生物油由生物油出口19進入生物油收集杯7中，而不可冷凝氣體由熱解廢氣出口22進行排出，冷凝管6中冷卻水由抽水泵8從冷卻水池9中抽取，熱解廢氣由冷凝管6排出後經過酒精吸附瓶10、活性炭吸附管11、水溶液12吸附過濾後排入大氣中。
其中溫度顯示屏3顯示加熱熱電阻溫度、管壁溫度以及加熱段石英管30中心溫度，反應熱解真實的開始結束時間及氣氛爐狀態；冷凝管6內冷卻液體為0℃冰水混合物，且冷凝管6尾部分兩口，直口向下排出熱解油，彎口向上排出熱解氣，且防止熱解氣中參雜部分熱解油；酒精吸收瓶10中分別為酒精體積佔比70％和酒精體積佔比30％的酒精水混合液體；活性炭吸附管11中承裝木炭以吸附熱解氣中有害氣體，管口以耐溫棉封口；尾部燒瓶中為水溶液，作最後一步吸附處理。
生物油的酯化部分在酯化實驗臺(如圖9)中進行，酯化實驗臺包括：支架23、恆溫水浴鍋24、溫度計25、攪拌器26、三口燒瓶27、球型冷凝管28、短鏈酯收集杯29。開始酯化反應前首先將恆溫水浴鍋24溫度升至80℃，待溫度穩定後依次向三口燒瓶27中加入催化劑、生物油、無水乙醇，由攪拌器26進行攪拌，反應共進行5h～7h，反應生成的短鏈酯會在80℃環境下蒸發，再經過球型冷凝管28冷凝後收集在短鏈酯收集杯29中。
在脫氧環境下對生物質進行熱解，對生物油除水、酯化，從生物油gc-ms分析圖(圖6)可以看出，原生物油中主要物質有乙酸、1羥基-丙酮、呋喃、2甲氧基-苯酚等物質，其中乙酸含量為14.7％。
本發明，選用經濟節約、可回收型酸性陽離子樹脂為催化劑對生物油進行催化酯化。
本發明中，作為一種溫和、節約型的提質反應，不需要複雜的系統和過多的外部能量，因此，生物油酯化反應在80℃水浴鍋中進行，並在反映結束後對催化劑進行回收。
本發明中，在進行酯化反應的同時對短鏈酯進行冷凝收集工作，同時，生物油溶液中短鏈酯的蒸發又促進了反應的正向進行。
實施例1：
(1)從市面上購買成型後的商用生物質，本實驗中購買的是松木生物質顆粒(鴻藍能源)，熱值4200-4500大卡/kg，2.53％灰分，2.26％水分，69％揮發分；將生物質放置在烘箱中以104℃進行烘乾，每隔5h稱量一次，直至生物質質量不再變化，烘乾共計48h。
(2)對生物質進行熱解：
具體地，熱解準備階段：安裝耐溫陶瓷網，稱量松木生物質顆粒500g加入石英管30中，並對石英管30進行法蘭密封，然後插入測溫熱電偶15，並檢查石英管30氣密性：通入氮氣並觀察尾氣處理瓶中是否有氣泡產生。
檢查裝置氣密性後連接實驗臺如圖6所示，在冷凝管6入口填入耐溫棉以過濾顆粒物，在活性炭吸附管11出口及入口填入耐溫棉，開始熱解時調節氮氣流量計至合適大小(實驗中為0.3l/h)，打開熱解爐總電源、升溫電源，設置吹掃時間、吹掃溫度；設置目標溫度、升溫時間、升溫速率；設置目標溫度持續時間，並打開抽水泵。本實驗中設置吹掃時間3min，目標溫度600℃，升溫時間30min，升溫速率23℃/min。熱解時隨著溫度的升高，熱解氣壓不斷升高，熱解氣流經冷凝管6後，液相部分收集至生物油收集杯7中，氣相部分依次通過酒精溶液，活性炭吸附管11，最後通入盛水燒杯中，除去氣體中有害物質。
(3)對生物油進行酯化：
具體的，將生物油收集杯7中收集液相部分靜置1h，待粘稠油相沉積下來後，取上層輕質水相與無水乙醇進行酯化反應，酯化反應是可逆反應，而生物油中含有大量的水分，所以有必要在酯化之前對生物油進行除水，採用3a分子篩對生物油進行除水，然後進行酯化反應，並且在反應過程中，每隔1h取生物油質量分數20％的3a分子篩與生物油混合、攪拌、過濾，共進行2次，以促進生物油的酯化反應。實驗所採用的催化劑是酸性陽離子樹脂，在進行催化反應前，需要對樹脂進行預處理：以1mol/l的鹽酸溶液與樹脂進行攪拌混合，每次攪拌3min然後換新鹽酸溶液進行攪拌，共5次，使na型離子轉化為h型，再用無水乙醇與樹脂催化劑進行攪拌，每次3min後換新乙醇溶液繼續攪拌，共2次，烘乾備用。開始酯化反應時，將恆溫水浴鍋升溫到80℃，並開啟攪拌器，以500r/min進行攪拌，依次將催化劑、生物油和無水乙醇加入容器中，反應5h，其中催化劑為生物油質量的10％，無水乙醇為生物油質量的20％。反應結束後對催化劑進行回收；在酯化反應進行的同時，將短鏈酯蒸發氣冷凝收集於短鏈酯收集杯中。
(4)穩定燃燒與降低汙染物排放
具體的，將收集到的燃料添加劑以10％、20％的體積佔比和柴油摻混(標定轉速下，90％標定功率進行功率輸出)，混合燃料可以在內燃機穩定運行的情況下有效的降低尾氣中汙染物的排放，但隨著摻混比例的增加，尤其當添加劑體積佔比20％時，柴油機在過熱情況下會出現功率輸出上的波動，因此，此燃料添加劑可在水冷、非恆速輸出功率型的柴油機上發揮最優性能，並且，在摻混比例<20％時，不應使用改造後的柴油機進氣系統，加熱內燃機助燃氣可使燃料的著火點提前，並且在本添加劑本身富氧的情況下，受到加熱的空氣會導致較快的放熱速率和較集中的放熱量，在添加劑富氧的前提下，會更加促進nox的生成，無法達到汙染物減排的初衷。繼續提升添加劑摻混比例至30％，應改造柴油機進氣系統，柴油機進氣系統應使用層流式加熱裝置，根據具體柴油機型號及尾氣溫度設計受熱面面積及加熱器長度，以針對具體條件進行助燃氣加熱。在進氣溫度被加熱至60℃時，30％體積佔比添加劑的混合燃料可以在內燃機中使用，但內燃機運行過程中聲音沉悶，輸出功率不再能達到標定功率的90％，且柴油機運行時功率輸出不穩定，nox排放顯著降低，而co/hc排放提升，在進氣溫度被加熱至80℃時，30％體積佔比添加劑的混合燃料可以在內燃機中正常使用，上述問題大大減輕，對於40％的添加劑佔比，尾氣加熱進氣的方式已不能滿足混合燃料的穩定燃燒及汙染物減排，理論上使用額外的熱源對空氣進行加熱也能滿足燃燒需求，但這裡不做探討。而根據短鏈酯的理化性質可知，短鏈酯相比於柴油，放熱速率較為平緩，點火延遲較長，為促進混合燃料的穩定燃燒，應視情況對柴油機進行改造，提前噴油時間，理論上亦可促進混合燃料的穩定燃燒，實現柴油機尾氣中汙染物的減排。
實施例2：
(1)從市面上購買成型後的商用生物質，本實驗中購買的是紅木生物質顆粒，熱值4300～4600大卡/kg；將生物質放置在烘箱中以104℃進行烘乾，每隔5h稱量一次，直至生物質質量不再變化，烘乾共計45h。
(2)對生物質進行熱解：
具體地，熱解準備階段：安裝耐溫陶瓷網，稱量紅木生物質顆粒480g加入石英管30中，並對石英管30進行法蘭密封，然後插入測溫熱電偶15，並檢查石英管30氣密性：通入氮氣並觀察尾氣處理瓶中是否有氣泡產生。
檢查裝置氣密性後連接實驗臺如圖6所示，在冷凝管6入口填入耐溫棉以過濾顆粒物，在活性炭吸附管11出口及入口填入耐溫棉，開始熱解時調節氮氣流量計至合適大小(實驗中為0.1l/h)，打開熱解爐總電源、升溫電源，設置吹掃時間、吹掃溫度；設置目標溫度、升溫時間、升溫速率；設置目標溫度持續時間，並打開抽水泵。本實驗中設置吹掃時間3min，目標溫度600℃，升溫時間30min，升溫速率20℃/min。熱解時隨著溫度的升高，熱解氣壓不斷升高，熱解氣流經冷凝管6後，液相部分收集至生物油收集杯7中，氣相部分依次通過酒精溶液10，活性炭吸附管11，最後通入盛水燒杯中，除去氣體中有害物質。
(3)對生物油進行酯化：
具體的，將生物油靜置1h，待生物油中粘稠油相沉積下來後，取上層輕質水相與無水乙醇進行酯化反應，酯化反應是可逆反應，而生物油含有大量的水分，所以有必要在酯化之前對生物油進行除水，採用3a分子篩對生物油進行除水，然後進行酯化反應，並且在反應過程中，每隔1h取生物油質量分數40％的3a分子篩與生物油混合、攪拌、過濾，共進行2次，以促進生物油的酯化反應。實驗所採用的催化劑是酸性陽離子樹脂，在進行催化反應前，需要對樹脂進行預處理：以0.8mol/l的鹽酸溶液與樹脂進行攪拌混合，每次攪拌5min然後換新鹽酸溶液進行攪拌，共4次，使na型離子轉化為h型，再用無水乙醇與樹脂催化劑進行攪拌，每次5min後換新乙醇溶液繼續攪拌，共2次，烘乾備用。開始酯化反應時，將恆溫水浴鍋升溫到78℃，並開啟攪拌器，以500r/min進行攪拌，依次將催化劑、生物油和無水乙醇加入容器中，反應7h，其中催化劑為生物油質量的15％，無水乙醇為生物油質量的30％。反應結束後對催化劑進行回收；在酯化反應進行的同時，將短鏈酯蒸發氣冷凝收集於短鏈酯收集杯中。
(4)穩定燃燒與降低汙染物排放
具體的，將收集到的燃料添加劑以10％、20％的體積佔比和柴油摻混(標定轉速下，90％標定功率進行功率輸出)，混合燃料可以在內燃機穩定運行的情況下有效的降低尾氣中汙染物的排放，但隨著摻混比例的增加，尤其當添加劑體積佔比20％時，柴油機在過熱情況下會出現功率輸出上的波動。繼續提升添加劑摻混比例至30％，使用改造後的柴油機進氣系統，在進氣溫度被加熱至60℃時，30％體積佔比添加劑的混合燃料可以在內燃機中使用，但內燃機運行過程中聲音沉悶，輸出功率不再能達到標定功率的90％，且柴油機運行時功率輸出不穩定，nox排放顯著降低，而co/hc排放提升，在進氣溫度被加熱至80℃時，30％體積佔比添加劑的混合燃料可以在內燃機中正常使用，上述問題大大減輕，對於40％的添加劑佔比，應提前噴油時間，亦可促進混合燃料的穩定燃燒，實現柴油機尾氣中nox的減排。
實施例3：
(1)本實驗中購買的是白木生物質顆粒，熱值4000～4300大卡/kg；將生物質放置在烘箱中以104℃進行烘乾，每隔5h稱量一次，直至生物質質量不再變化，烘乾共計45h。
(2)對生物質進行熱解：
具體地，熱解準備階段：安裝耐溫陶瓷網，稱量白木生物質顆粒500g加入石英管30中，並對石英管30進行法蘭密封，然後插入測溫熱電偶15，並檢查石英管30氣密性：通入氮氣並觀察尾氣處理瓶中是否有氣泡產生。
檢查裝置氣密性後連接實驗臺如圖6所示，在冷凝管6入口填入耐溫棉以過濾顆粒物，在活性炭吸附管11出口及入口填入耐溫棉，開始熱解時調節氮氣流量計至合適大小(實驗中為0.5l/h)，打開熱解爐總電源、升溫電源，設置吹掃時間、吹掃溫度；設置目標溫度、升溫時間、升溫速率；設置目標溫度持續時間，並打開抽水泵。本實驗中設置吹掃時間3min，目標溫度630℃，升溫時間30min，升溫速率20℃/min。熱解時隨著溫度的升高，熱解氣壓不斷升高，熱解氣流經冷凝管6後，液相部分收集至生物油收集杯7中，氣相部分依次通過酒精溶液10，活性炭吸附管11，最後通入盛水燒杯中，除去氣體中有害物質。
(3)對生物油進行酯化：
具體的，將生物油靜置1h，待生物油中粘稠油相沉積下來後，取上層輕質水相與無水乙醇進行酯化反應，酯化反應是可逆反應，而生物油中含有大量的水分，所以有必要在酯化之前對生物油進行除水，採用3a分子篩對生物油進行除水，然後進行酯化反應，並且在反應過程中，每隔1h取生物油質量分數30％的3a分子篩與生物油混合、攪拌、過濾，共進行2次，以促進生物油的酯化反應。實驗所採用的催化劑是酸性陽離子樹脂，在進行催化反應前，需要對樹脂進行預處理：以1.2mol/l的鹽酸溶液與樹脂進行攪拌混合，每次攪拌4min然後換新鹽酸溶液進行攪拌，共4次，使na型離子轉化為h型，再用無水乙醇與樹脂催化劑進行攪拌，每次4in後換新乙醇溶液繼續攪拌，共2次，烘乾備用。開始酯化反應時，將恆溫水浴鍋升溫到79℃，並開啟攪拌器，以550r/min進行攪拌，依次將催化劑、生物油和無水乙醇加入容器中，反應6h，其中催化劑為生物油質量的13％，無水乙醇為生物油質量的25％。反應結束後對催化劑進行回收；在酯化反應進行的同時，將短鏈酯蒸發氣冷凝收集於短鏈酯收集杯中。
(4)穩定燃燒與降低汙染物排放
具體的，將收集到的燃料添加劑以9％、18％的體積佔比和柴油摻混(標定轉速下，90％標定功率進行功率輸出)，混合燃料可以在內燃機穩定運行的情況下有效的降低尾氣中汙染物的排放，但隨著摻混比例的增加，尤其當添加劑體積佔比18％時，柴油機在過熱情況下會出現功率輸出上的波動。繼續提升添加劑摻混比例至27％，使用改造後的柴油機進氣系統，在進氣溫度被加熱至60℃時，27％體積佔比添加劑的混合燃料可以在內燃機中使用，但內燃機運行過程中聲音沉悶，輸出功率只能達到標定功率的80％，且柴油機運行時功率輸出不穩定，nox排放顯著降低，而co/hc排放提升，在進氣溫度被加熱至90℃時，27％體積佔比添加劑的混合燃料可以在內燃機中正常使用，上述問題大大減輕，對於36％的添加劑佔比，提前噴油時間，亦可促進混合燃料的穩定燃燒，實現柴油機尾氣中nox的減排。
實施例4：
(1)本實驗中購買的是竹木生物質顆粒，熱值3800～4100大卡/kg；將生物質放置在烘箱中以104℃進行烘乾，每隔6h稱量一次，直至生物質質量不再變化，烘乾共計48h。
(2)對生物質進行熱解：
具體地，熱解準備階段：安裝耐溫陶瓷網，稱量竹木生物質顆粒500g加入石英管30中，並對石英管30進行法蘭密封，然後插入測溫熱電偶15，並檢查石英管30氣密性：通入氮氣並觀察尾氣處理瓶中是否有氣泡產生。
檢查裝置氣密性後連接實驗臺如圖6所示，在冷凝管6入口填入耐溫棉以過濾顆粒物，在活性炭吸附管11出口及入口填入耐溫棉，開始熱解時調節氮氣流量計至合適大小(實驗中為0.3l/h)，打開熱解爐總電源、升溫電源，設置吹掃時間、吹掃溫度；設置目標溫度、升溫時間、升溫速率；設置目標溫度持續時間，並打開抽水泵。本實驗中設置吹掃時間3min，目標溫度650℃，升溫時間25min，升溫速率25℃/min。熱解時隨著溫度的升高，熱解氣壓不斷升高，熱解氣流經冷凝管6後，液相部分收集至生物油收集杯7中。
(3)對生物油進行酯化：
具體的，將生物油靜置1h，待生物油中粘稠油相沉積下來後，取上層輕質水相與無水乙醇進行酯化反應，酯化反應是可逆反應，而生物油中含有大量的水分，所以有必要在酯化之前對生物油進行除水，採用3a分子篩對生物油進行除水，然後進行酯化反應，並且在反應過程中，每隔1h取生物油質量分數25％的3a分子篩與生物油混合、攪拌、過濾，共進行2次，以促進生物油的酯化反應。實驗所採用的催化劑是酸性陽離子樹脂，在進行催化反應前，需要對樹脂進行預處理：以1.1mol/l的鹽酸溶液與樹脂進行攪拌混合，每次攪拌5min然後換新鹽酸溶液進行攪拌，共4次，使na型離子轉化為h型，再用無水乙醇與樹脂催化劑進行攪拌，每次5min後換新乙醇溶液繼續攪拌，共2次，烘乾備用。開始酯化反應時，將恆溫水浴鍋升溫到78℃，並開啟攪拌器，以550r/min進行攪拌，依次將催化劑、生物油和無水乙醇加入容器中，反應5h，其中催化劑為生物油質量的10％，無水乙醇為生物油質量的20％。反應結束後對催化劑進行回收；在酯化反應進行的同時，將短鏈酯蒸發氣冷凝收集於短鏈酯收集杯中。
(4)穩定燃燒與降低汙染物排放
具體的，將收集到的燃料添加劑以8％、16％的體積佔比和柴油摻混(標定轉速下，90％標定功率進行功率輸出)，混合燃料可以在內燃機穩定運行的情況下有效的降低尾氣中汙染物的排放。繼續提升添加劑摻混比例至24％，使用改造後的柴油機進氣系統，在進氣溫度被加熱至70℃時，24％體積佔比添加劑的混合燃料可以在內燃機中使用nox排放顯著降低，而co/hc排放提升不明顯，32％的添加劑佔比，提前噴油時間，亦可促進混合燃料的穩定燃燒，實現柴油機尾氣中汙染物的減排。