[發明專利]基于熱重實驗的單峰可燃物熱解反應機理模型確定方法

在審

• 申請號: 202010053119.0
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111312337A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 丁彥銘;張文龍;張延松;杜文州;陸凱華
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G16C20/10
• 分類號: G16C20/10;G16C20/70;G01N5/00
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 金慧君

1.一種基于熱重實驗的單峰可燃物熱解反應機理模型確定方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：選定一種單峰可燃物進行熱解，分別采用FWO方法、advanced isoconversional方法和微分形式求解方法求解該單峰可燃物的活化能，將三者的平均值作為該單峰可燃物的最終活化能；

S2：使用CR方法分別求解多種熱解反應機理函數的活化能；

S3：將步驟S1中得到的單峰可燃物的最終活化能與步驟S2中的各個活化能進行對比，找到與所述單峰可燃物的最終活化能最接近的若干活化能對應的熱解反應機理函數；

再采用Masterplots方法驗證所述若干反應機理函數的可靠性，將最滿足公式(7)的反應機理函數確定為單峰可燃物熱解反應機理函數：

其中，x_0.5＝E_α/RT_0.5，T_0.5表示轉化率為0.5時對應的絕對溫度，E_α為熱解反應機理函數g(α)對應得到的活化能，R為普適氣體常數，g(α)的表達式為：

其中，β為升溫速率，A為指前因子；

S4：采用Málek法對步驟S3中確定的單峰可燃物熱解反應機理函數進行重構，得到單峰可燃物熱解反應機理模型，利用該單峰可燃物熱解反應機理模型得到熱解動力學參數，進而提高通過降解單峰可燃物產生能源的效率和降低單峰可燃物的燃燒性能。

2.如權利要求1所述的一種基于熱重實驗的單峰可燃物熱解反應機理模型確定方法，步驟S1中，

采用FWO方法求解活化能E_α的表達式為：

其中，g(α)為反應機理函數，A為指前因子，E_α為活化能，R為普適氣體常數，β為升溫速率，T為絕對溫度；根據lnβ與1/T的斜率求解出活化能E_α；

采用advanced isoconversional方法求解活化能E_α的表達式為：

其中，α表示轉化率，E_α,α為轉化率為α時的活化能，T_α,i為轉化率為α、升溫速率為i時的絕對溫度，T_α,j為轉化率為α、升溫速率為j時的絕對溫度，β_i和β_j表示不同的升溫速率，i和j均為大于0的正整數，且j≠i，I(E_α,T_α)為：

x＝E_α/RT；

采用微分形式求解活化能E_α的表達式為：

n為反應級數，t為時間，dα/dt為轉化速率，利用ln(dα/dt)與1/T的斜率求解出活化能E_α。

3.如權利要求1所述的一種基于熱重實驗的單峰可燃物熱解反應機理模型確定方法，其特征在于：步驟S2中，利用如下所示的CR求解各假設的熱解反應機理函數的活化能：

通過該公式的斜率、ln(β/T²)與1/T的斜率求出活化能值E_α，然后通過該公式的截距ln(AE_α/Rg(α))求解出指前因子A。

4.如權利要求1所述的一種基于熱重實驗的單峰可燃物熱解反應機理模型確定方法，其特征在于：步驟S4中，采用Málek法對單峰可燃物熱解反應機理函數進行重構，即根據函數如公式(10)和公式(11)所示的y(α)和z(α)來確定f(α)；其中，f(α)為反應機理函數g(α)的微分形式：

不同升溫速率下歸一化的y(α)和z(α)與反應速率α的關系曲線dα/dt、y(α)和z(α)曲線的峰值分別為α_p、α_M和α_p^∞。

5.如權利要求1所述的一種基于熱重實驗的單峰可燃物熱解反應機理模型確定方法，其特征在于：步驟S4中，重構后得到的單峰可燃物熱解反應機理模型為：

其中，m和n為反應級數，對公式(12)進行變形得到公式(13)：

其中，m/n的值為α^M/(1-α^M)；根據ln[(dα/dt)exp(E_α/RT)]與ln[α^m/n(1-α)]的斜率求解出反應級數n，然后計算反應級數m，公式(13)所示的曲線的截距則為lnA。