[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

本發明提供了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，包括：使用model?free方法求解單峰可燃物的活化能；使用model?fitting方法求解各假設的熱解反應機理模型的活化能，匹配單峰可燃物最有可能的熱解反應機理函數g(α)；通過Masterplots方法驗證g(α)選取的可靠性；根據確定的反應機理函數g(α)，重構模型，得出單峰可燃物最終的反應機理函數。本發明的有益效果是：提高了活化能求解的精度，提高了單峰可燃物反應機理函數求解的可靠性，以實驗數據為基礎，重構了反應機理函數，能夠真實的反映出可燃物的熱解過程和特性。

技術領域

本發明涉及能源處理領域，尤其涉及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。

背景技術

隨著能源危機的加劇，有效、合理、科學地利用和開發能源已經成為一種趨勢。熱解作為一種將固體物質受熱分解為多種氣體、液體和炭等多種形式產物的技術，被廣泛使用，在能源利用方面被寄予厚望。例如，DOI為https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.06.127的論文“Insights into pyrolysis and co-pyrolysis oftobaccostalk and scrap tire:Thermochemical behaviors,kinetics,and evolvedgasanalysis”指出生物質是最豐富的可再生能源來源之一，其形式多種多樣，如木材廢料、能源作物、水生植物、農作物及其廢料和城市廢物。同時， DOI為https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.05.148的論文“Kinetic model and parameters studyoflignocellulosic biomass oxidative pyrolysis”指出熱解動力學參數特別是熱解反應機理函數是模擬工業過程燃燒的關鍵，它對正確的設計和產品收率控制具有重要意義。

但大多數的熱解反應機理函數求解是單一的模型匹配方法，匹配的反應機理模型函數可能并不能完全適用于實際的熱解反應中。因此，有些學者適用優化算法，比如遺傳算法，粒子群優化算法等對熱解反應動力學進行優化，但這些優化算法需要復雜的編程，不便于檢驗；工作量大；對計算機的計算能力要求高等特點。因此，必須在實驗數據的基礎上，在求解炭化單峰可燃物的熱解動力學參數和反應機理函數之后，對其重構模型。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了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。炭化可燃物大部分都是高聚物，它們的熱解是很復雜的物理化學過程。但目前的固體熱解研究中，往往使用模型匹配方法，對于任何一種未知的固體熱解，都匹配已知的反應機理函數。這種方法在活化能上能夠使未知的固體熱解與已有的反應機理模型函數具有一致性，但并不能真實地反映熱解過程。因此，對固體熱解有重構模型的必要。通過本發明所述基于熱重實驗的單峰可燃物熱解反應機理模型確定方法提高了活化能求解的精度，提高了單峰可燃物反應機理函數求解的可靠性，以實驗數據為基礎，重構了反應機理函數，能夠真實的反映出可燃物的熱解過程和特性。該基于熱重實驗的單峰可燃物熱解反應機理模型確定方法主要包括以下步驟：

S1：選定一種單峰可燃物進行熱解，分別采用FWO方法、advancedisoconversional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方法求解各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中的多個活化能進行對比，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：