基本信息
- 项目名称：
- 一种用于生物质热解动力学过程的新等转化率方法
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 用等转化率方法求解动力学参数是复杂生物质热解动力学过程控制的关键环节。本作品通过在推导过程中引入微小量，并采用迭代计算方法，提出了一种新的迭代线性等转化率方法。该方法比传统线性方法精确，比非线性方法计算速度快且复杂度低，并能精确解析传统方法不能有效求解的活化能随反应进程剧烈变化的动力学过程。新方法应用于甜高粱茎杆残渣等生物质热解反应动力学的过程控制，大幅提高了过程控制的响应速度和精度。
- 详细介绍：
- 近年来国际能源短缺问题突出，各种新型替代能源广受关注。生物质热解技术因其能将生物质原料转化为生物油而成为最具前景的生物质能转化技术之一。而生物质热解动力学的研究是生物质热解技术应用的基础，其对于生物质热解工艺的优化，热解机理的探究以及生物质热解反应动力学的过程控制具有十分重要的意义。 生物质热解反应动力学过程是一个复杂反应过程，而在复杂的反应动力学分析中，用等转化率方法求解动力学...(查看更多)
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 撰写目的：提出一种新的等转化率动力学方法，以解决传统方法在解析生物质热解动力学过程中所存在的不能兼顾计算精度和求解速度的问题。 基本思路：传统的线性等转化率方法假设热解过程中的活化能是恒定的，导致了较大的误差，而非线性方法中的非线性优化过程导致其计算复杂度高。作品通过引入微小量，对（α-Δα~α）微小区间的活化能参数进行积分，并采用迭代与线性计算的方法，来兼顾算法对精度和效率的要求。
科学性、先进性及独特之处
- 1.本作品提出了一种新的迭代线性等转化率方法。 a) 新方法通过对微小区间的活化能进行积分，克服了传统线性方法以活化能恒定为假设导致较大计算误差的不足。 b) 新方法采用迭代和线性的计算方法，克服了非线性优化过程计算复杂度高的缺点，大幅缩短了计算时间。 2.本作品提出了一种改进的Logistic混合模型来预处理生物质热解动力学数据，提高了预处理精确度。
应用价值和现实意义
- 实际工业应用中存在着大量需要求解的复杂热解反应动力学过程，同时，工业中为提高生物质热解转化得到的生物油的品质，通常需要进行生物质与煤、石油渣油、聚合物等的共热解。这些动力学过程的活化能随反应进程剧烈变化。本作品提出的新的迭代线性等转化率方法可精确快速地解析热解和共热解反应动力学过程，并用于其过程控制，大幅提高响应速度和精度，进而提高生产效率并降低生产成本。
学术论文摘要
- 传统的线性等转化率方法（FWO方法和KAS方法）是在反应动力学过程的活化能为恒定值的假设下推导得到的。因此，应用这些方法在求解复杂固态反应动力学过程的活化能时误差较大。Vyazovkin提出了一个非线性等转化率方法（Sergey Vyazovkin. Journal of Computational Chemistry, 2001, 22, 178-183），可较准确地求解活化能...(查看更多)
获奖情况
- 作品的相关内容发表SCI论文7篇。其中关于新方法的提出、验证及预处理方法各发表一篇，关于新方法的应用发表三篇。（由于字数限制，仅列出3篇，详见附加材料） [1] A New Iterative Linear Integral Isoconversional Method for the Determination of the Activation Energy Varying ...(查看更多)
鉴定结果
- Luis A. Perez-Maqueda教授对新方法的审稿意见之一为：“该方法对于活化能随反应进程剧烈变化的动力学过程也能精确解析，必将引起固态反应动力学领域专家学者的极大兴趣。”
参考文献
- [1] Tony Bridgwater. Biomass for energy. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2006, 86, 1755-1768. [2] 胡荣祖, 高胜利, 赵凤起, 史启祯, 张同来, 张建军. 热分析动力学(第二版). 科学出版社, 2008. [3] J. M. Criado, P...(查看更多)
同类课题研究水平概述
- 生物质热解技术是现今最具发展潜力的生物质能转化技术之一。其核心是在惰性气氛条件下将生物质加热到一定温度下发生热解反应，生成挥发性产物和固体产物。对热解产生的挥发性产物进行快速冷却，就能得到大量的液体产物：生物油。生物油热值高，易储存，易运输，可直接燃烧，还可通过进一步改进加工使生物油的品质接近柴油或汽油等常规动力燃料的品质，此外还可以从中提取具有商业价值的化工产品。生物质热解动力...(查看更多)
