产物导向与机器学习驱动的富油煤热解提油热效应评估

作     者：俞尊义 刘根 郭伟 杨盼曦 杨甫 马丽 王晶 李红强 杨伯伦 吴志强 YU Zunyi;LIU Gen;GUO Wei;YANG Panxi;YANG Fu;MA Li;WANG Jing;LI Hongqiang;YANG Bolun;WU Zhiqiang

作者机构：西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049 陕西省能源化工过程强化重点实验室陕西西安710049 陕西省煤田地质集团有限公司陕西西安710026 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710026 西安交通大学电气工程学院陕西西安710049 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2024年第49卷第8期

页      面：3635-3646页

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 0819[工学-矿业工程] 0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 0703[理学-化学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室资助项目(SMDZ-2023-Z020) 陕西省创新能力支持计划资助项目(2023-KJXX-004,2022KXJ-126) 

主　　题：富油煤 热解 热效应 产物导向 机器学习 

摘      要：煤炭热解过程的热效应是煤炭热解机理研究、反应器设计等过程的关键参数。目前关于煤炭热解热效应的评估方法之间精度差异较大,其中应用最多且可行性最大的方法为基于同步热分析仪(TG-DSC同步联用)来进行测定,但该方法依然对仪器的测量精度依赖较大,且在得到热流曲线之后的热效应计算方法之间精度也存在差异,导致数据的可重复性差,难以适应大规模生产及工艺设计的需要。富油煤含有较多的脂肪侧链、桥键等富氢结构,在热解过程中受热裂解生成更多的焦油,是良好的煤制油原材料。热解工艺的调控是影响富油煤热解所制焦油品质的关键因素,这其中热解过程的热效应又是热解工艺开发的重要参数,因此无论是对富油煤热解还是对广义的煤炭转化来说,都迫切需要开发准确、高效的煤炭热解热效应评估方法。基于富油煤慢速热解实验结果并结合热解反应机理和经验公式,以产物为导向构建富油煤热解反应体系,利用经典热力学分析方法进行反应体系的热力学计算,得到富油煤热解过程的化学反应热,再结合热解过程中的物理吸热量,得到了富油煤中低温慢速热解过程中的热效应。结合已报道的煤炭热解实验结果和热解热效应测定值,利用机器学习方法中的随机森林模型对煤炭热解热效应进行非线性建模和预测。结果表明:基于实验结果,以产物为导向计算得到的富油煤慢速热解热效应数值总体要低于利用TG-DSC同步联用测得的数值,误差均在10%以内。基于机器学习算法预测得到的富油煤热解热效应的预测精度达到0.9352。综合来看,所构建的2种富油煤热解热效应预测模型具有实用性和适用性。