一种预测生物质热解动力学参数的方法技术

本发明专利技术提出一种预测生物质热解动力学参数的方法，包括如下步骤：1)采用Design‑Expert混料试验方法中的最优混合设计法对生物质三种主要组分的配比进行优化设计；2)首先对各混合样本开展热重试验，结合Coats‑Redfern积分法对三组分的热重实验数据进行反应动力学参数计算，然后采用Special Cubic的回归模型建立计算生物质热解动力学参数的数学模型；3)将待测物质中主要组分的比例代入建立的数学模型中，预测待测物质生物质热解动力学参数。本发明专利技术方法有效避免了在研究生物质热解过程中计算动力学参数所需开展的大量热重实验及复杂计算过程，为生物质的能源化利用和生物质热化学转化利用过程的控制及工艺流程的优化提供可靠的试验和理论依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物质能源高效利用和生物质热解制油
，更具体地涉及一种可以快速、准确、有效预测生物质热解动力学参数的方法。
技术介绍
生物质能源的高效率利用有助于大幅度降低人类对化石能源的消耗。生物质主要是由纤维素、半纤维素和木质素三种主要组分组成的高聚物，生物质三组分热解性质大不相同，主要是由三组分结构和性质上的差异所导致。生物质的热解可以看成是纤维素、半纤维素和木质素热解的综合，这一过程并不是三组分热解简单的相互叠加，而是存在一定的内在联系。通过对三组分混合的热解行为及特性的研究对生物质制油和燃烧有一定的指导作用，对生物质热化学转化利用过程的控制有一定的帮助，反应动力学在研究生物质三组分的热解过程中被广泛使用。目前，以热重实验为基础的生物质热解动力学参数的分析计算很难做到快速、准确的预测。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决现有生物质制油以及生物质热解中存在的计算动力学参数十分麻烦的问题，本专利技术提供了一种可以快速、准确、有效预测生物质热解动力学参数的方法。技术方案：一种预测生物质热解动力学参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)采用Design-Expert混料试验方法中的最优混合设计法对生物质三种主要组分的配比进行优化设计；2)首先对各混合样本开展热重试验，结合Coats-Redfern积分法对三组分的热重实验数据进行反应动力学参数计算，然后采用Special Cubic的回归模型建立计算生物质热解动力学参数的数学模型；3)将待测物质中主要组分的比例代入建立的数学模型中，预测待测物质生物质热解动力学参数。所预测的热解动力学参数为反应级数n、活化能E和指前因子A。所研究的三种主要组分为纤维素XC、半纤维素XH和木质素XL。步骤1对三种主要组分的配比共设计了7种方案，具体为：方案1中三种主要组分的质量百分数为：XC 0.5％、XH 0.2％、XL 0.2％；方案2中三种主要组分的质量百分数为：XC 0.4％、XH 0.3％、XL 0.2％；方案3中三种主要组分的质量百分数为：XC 0.5％、XH 0.3％、XL 0.1％；方案4中三种主要组分的质量百分数为：XC 0.3％、XH 0.3％、XL 0.3％；方案5中三种主要组分的质量百分数为：XC 0.6％、XH 0.1％、XL 0.2％；方案6中三种主要组分的质量百分数为：XC 0.5％、XH 0.1％、XL 0.3％；方案7中三种主要组分的质量百分数为：XC 0.6％、XH 0.2％、XL 0.1％。步骤2将热解的主热解区间分为低温热解段(210～390℃)和高温炭化段(390～500℃)进行数学模型的建立，所建立的数学模型具体为：低温区(210～390℃)：n＝1.42XC-1.33XH-1.03XL+6.59XCXH+5.47XCXL+10.04XHXL-16.83XCXHXL,E＝31.53XC+44.16XH+17.04XL-20.68XCXH+40.68XCXL+9.22XHXL+65.68XCXHXL,A＝(1.06E+07)XC-(1.33E+08)XH+(4.77E+07)XL+(4.08E+08)XCXH-(8.80E+07)XCXL+(3.54E+08)XHXL-(1.26E+09)XCXHXL,高温区(390～500℃)：n＝1.70XC+2.98XH+2.38XL-4.95XCXH-0.68XCXL-6.19XHXL+24.64XCXHXL,E＝10.72XC-18.65XH+15.01XL+69.79XCXH-37.57XCXL+46.71XHXL-122.04XCXHXL,A＝(1.33E+08)XC+(2.69E+08)XH+(9.4E+07)XL-(3.0E+07)XCXH+(1.65E+08)XCXL-(4.1E+07)XHXL-(6.8E+08)XCXHXL。有益效果：本专利技术提供了一种可以快速、准确、有效预测生物质热解动力学参数的方法，是根据不同生物质中三种主要组分的比例，来直接计算生物质热解动力学参数的数学模型，有效避免了在研究生物质热解过程中计算动力学参数所需开展的大量热重实验及复杂计算过程，为生物质的能源化利用和生物质热化学转化利用过程的控制及工艺流程的优化提供可靠的试验和理论依据。附图说明图1为玉米秸秆热解动力学分析图；图2为自然玉米秸秆的实验值与模型预测值的对比图。具体实施方式下面结合具体实施案例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。本专利技术提出预测生物质热解动力学参数(反应级数n、活化能E、指前因子A)的方法，包括如下步骤：1)为了研究生物质中纤维素、半纤维素和木质素三种组分的配比对生物质热解动力学参数的影响，采用Design-Expert混料试验方法中的OMDM法对这三种组分的配比进行优化设计，共设计了7种方案，具体如表1所示：表1 基于最优混合设计法的实验设计方案2)首先对各混合样本开展热重试验，结合Coats-Redfern积分法对三组分的热重实验数据进行反应动力学参数计算，然后采用Special Cubic的回归模型建立计算生物质热解动力学参数的数学模型；根据生物质三组分热解前后表现出不同的热解性质，将热解的主热解区间分为低温热解段(210～390℃)和高温炭化段(390～500℃)，使用Coats-Redfern积分法求取反应动力学参数，此热解速率可以表示为： d α f ( α ) = A β e - E / R T d t - - - ( 1 ) ]]>对(1)式进行分离变量并积分可得：当n＝1时 l n [ - l n ( 1 - α ) T 2 ] = l n [ A R β E ( 1 - 2 R T E ) ] 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预测生物质热解动力学参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)采用Design‑Expert混料试验方法中的最优混合设计法对生物质三种主要组分的配比进行优化设计；2)首先对各混合样本开展热重试验，结合Coats‑Redfern积分法对三组分的热重实验数据进行反应动力学参数计算，然后采用Special Cubic的回归模型建立计算生物质热解动力学参数的数学模型；3)将待测物质中主要组分的比例代入建立的数学模型中，预测待测物质生物质热解动力学参数。

【技术特征摘要】
1.一种预测生物质热解动力学参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)采用Design-Expert混料试验方法中的最优混合设计法对生物质三种主要组分的配比进行优化设计；2)首先对各混合样本开展热重试验，结合Coats-Redfern积分法对三组分的热重实验数据进行反应动力学参数计算，然后采用Special Cubic的回归模型建立计算生物质热解动力学参数的数学模型；3)将待测物质中主要组分的比例代入建立的数学模型中，预测待测物质生物质热解动力学参数。2.根据权利要求1所述的预测生物质热解动力学参数的方法，其特征在于，所预测的热解动力学参数为反应级数n、活化能E和指前因子A。3.根据权利要求1所述的预测生物质热解动力学参数的方法，其特征在于，所研究的三种主要组分为纤维素XC、半纤维素XH和木质素XL。4.根据权利要求3所述的预测生物质热解动力学参数的方法，其特征在于，步骤1对三种主要组分的配比共设计了7种方案，具体为：方案1中三种主要组分的质量百分数为：XC 0.5％、XH 0.2％、XL 0.2％；方案2中三种主要组分的质量百分数为：XC 0.4％、XH 0.3％、XL 0.2％；方案3中三种主要组分的质量百分数为：XC 0.5％、XH 0.3％、XL 0.1％；方案4中三种主要组分的质量百分数为：XC 0.3％、XH 0.3％、XL 0.3％；方案5中三种主要组分的质量百分数为：XC 0.6％、XH 0.1％、XL 0.2％；方案6中三种主要组分的质量百分数为：XC 0.5％、XH 0.1％、XL 0.3％；方案7中三...

【专利技术属性】
技术研发人员：仲兆平，张金，薛则禹，郭飞宏，谢兴旺，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32