[发明专利]求解多组分平行反应机理木质生物质热解动力学参数方法

说明书

本发明提供了一种求解多组分平行反应机理木质生物质热解动力学参数方法，包括：木质生物质热解反应机理采用三组分平行反应机理；Kissinger‑Kai(K‑K)法求得三组分的峰值及其对应温度，从而求得活化能和指前因子；所求峰值对应的活化能和指前因子上下波动50％为Shuffled Complex Evolution(SCE)算法的搜索范围，确定其它反应动力学参数；采用SCE算法优化求得15个参数的最优解。本发明的有益效果是：降低求解多组分平行反应机理木质生物质热解动力学参数的复杂程度，减少多组分平行反应机理导致的非线性不可导、非凸的高维问题，提高多组分平行反应机理木质生物质热解动力学参数求解和优化的精度和效果，求解速度快，求解稳定性较好。

技术领域

本发明涉及木质生物质能源转换领域，尤其涉及求解多组分平行反应机理木质生物质热解动力学参数方法。

背景技术

以森林为代表的木质生物质是陆地上最大的碳储库，而森林火灾作为一种自然灾害，具有突发性强、破坏性大、处置救助较为困难等特点，成为破坏森林资源的一个重大隐患。据论文“浅谈东北林区森林防火对策”统计，全世界每年平均发生森林火灾20多万次，而我国发生约1万多次，烧毁森林面积达到几十万至上百万公顷。森林火灾的发生，不仅破坏生态环境，对我们的经济建设造成巨大损失，而且还对人民的生命财产安全造成威胁，因此，探究并预防以森林火灾为代表的木质生物质火灾是当前一个重要的议题。

同时，在建筑方面，建筑结构用的以木材为代表的木质生物质的应用技术已经脱离了传统意义上的砖木房屋的范畴，得到了显著提升。特别是在许多欧美国家，木结构因取材方便这一特点从而得到了广泛使用，例如，DOI为10.1016/j.enconman.2016.05.007的论文“Thermal degradation of beech wood with thermogravimetry/Fourier transforminfrared analysis”指出木材被广泛应用在家具、工具和家居用品等方面。目前，木结构技术得到了迅猛发展，现代木结构建筑体系已经具备体系完善、结构安全、建造灵活、环境友善、节能保温、科技含量高等特点。木结构在建筑上的广泛应用，对于建筑火灾的探究与预防就不得不把木材火灾放在一个越来越重要的位置。

此外，随着石油等不可再生资源的快速大量消耗以及整个世界范围内环境污染的日益加重，能源的可持续利用迫在眉睫。木质纤维素作为地球上最丰富的可再生资源，如何高效、绿色、低成本地开发利用，已成为当今世界可持续发展战略的重要议题，特别我国又拥有着丰富的生物质能源，种类繁多，产量巨大，如何对生物质能进行合理的开发和高效的利用，缓解我国国民经济今后发展所带来的能源需求压力，保护国家能源资源，减轻环境污染，也迫切需要我们对生物质能的高效转化进行探究。例如，DOI为10.1016/j.energy.2019.05.021的论文“The application and validity of various reactionkinetic models on woody biomass pyrolysis”指出热解是生物质能转化利用的一个重要手段，特别体现在生成燃料气、生物油和生物炭中，所以，对木质生物质的热解过程研究同样具有很高的能源应用价值。

发明内容

为了解决上述问题，针对现有多组分平行反应机理木质生物质热解动力学参数存在的问题，本发明提供一种求解多组分平行反应机理木质生物质热解动力学参数方法，该方法有效降低了求解多组分平行反应机理木质生物质热解动力学参数的复杂程度，减少了多组分平行反应机理导致的非线性不可导、非凸的高维问题，提高了多组分平行反应机理木质生物质热解动力学参数求解和优化的精度和效果，求解速度快，求解稳定性较好；既降低了木质生物质在燃烧过程中热解阶段动力学参数复杂性，又提高了木质生物质在能源转化过程中的利用率。

所述一种求解多组分平行反应机理木质生物质热解动力学参数方法，主要包括以下步骤：

S1：根据木质生物质的主要组成：纤维素、半纤维素和木质素，确定求解木质生物质热解动力学参数时的反应机理采用如下所示的三组分平行反应机理：