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产物导向与机器学习驱动的富油煤热解提油热效应评估

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煤炭学报 2024年第8期49卷 3635-3646页

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

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... 详细信息

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。

关键词：富油煤热解热效应产物导向机器学习

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陕北富油煤热解提油产物分布特性研究

煤田地质与勘探 2024年第7期52卷 176-188页

作者：俞尊义郭伟杨盼曦高琨杨甫马丽王晶李红强杨伯伦吴志强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 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710021 陕西省煤田地质集团有限公司陕西西安710021 西安交通大学电气工程学院陕西西安710049

【目的】富油煤是集煤、油、气属性于一体的特殊煤炭资源,富含带有脂肪结构的侧链和桥键等富氢结构,在热解过程中易裂解生成焦油和煤气,是实现煤热转化制油气的理想原材料。目前关于富油煤热解提油相关研究尚处于起步阶段,探究热载体类... 详细信息

【目的】富油煤是集煤、油、气属性于一体的特殊煤炭资源,富含带有脂肪结构的侧链和桥键等富氢结构,在热解过程中易裂解生成焦油和煤气,是实现煤热转化制油气的理想原材料。目前关于富油煤热解提油相关研究尚处于起步阶段,探究热载体类型、升温类型、热解温度等工艺条件对热解过程的影响,对于优化富油煤热解制油气工艺具有重大意义。【方法】以陕北神木富油煤为研究对象探究其在CO_(2)、N_(2)等不同气体热载体条件下热解的油气产出特性,并利用响应面分析法建立富油煤热解所得焦油产率和轻质焦油产率受关键因素影响的回归模型,探究升温类型、气体热载体类型、热解温度三因素交互作用对二者的影响以及焦油产率和轻质焦油产率最大时的最优反应条件。【结果和结论】结果显示:慢速热解过程中,焦油产率在N_(2)气氛下随温度升高呈先升后降趋势,在550℃时最高为10.50%;轻质焦油产率不断增加,在600℃时达到60.67%。相比N_(2)气氛,CO_(2)气氛下,焦油产率和气体产率均有所升高,轻质焦油产率进一步提高,最高达63.67%,焦油中芳香烃和含氧化合物含量也有所升高。相比于慢速热解,富油煤在两种气体热载体条件下快速热解所得焦油产率均有所升高,600℃时CO_(2)气氛下最高(11.71%),焦油中酚油、蒽油等含量增加,轻质焦油产率下降,焦油中酚类、脂肪烃、含氧化合物含量有所增加,热解气中H_(2)和CH_(4)浓度有所降低。基于响应面分析得到三因素对焦油产率和轻质焦油产率影响的显著性顺序均为:热解温度>气体热载体类型>升温类型。以最大焦油产率和最大轻质焦油产率为目标,利用回归模型优化得到最优热解工艺分别为:快速热解、CO_(2)气氛、595℃和慢速热解、CO_(2)气氛、558℃,最优预测值分别为11.72%和60.75%。经过实验验证确定最优条件下的焦油产率和轻质焦油产率分别为:11.94%和60.67%,优化结果与实验验证结果基本一致。

关键词：富油煤气体热载体类型升温类型热解提油响应面法

力-热耦合作用下神府富油煤原位热解提油产物分布特性研究

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洁净煤技术 2024年

作者：郭伟俞尊义杨盼曦王晶杨甫李红强高琨马丽敬庆文杨伯伦吴志强陕西省能源化工过程强化重点实验室西安交通大学化学工程与技术学院陕西省煤田地质集团有限公司自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室西安交通大学电气工程学院西安朗杰测试设备有限公司

针对富油煤地下原位热解提油面临高地应力、地质情况复杂以及热解产物分析困难等挑战，设计搭建高温三轴试验装置模拟富油煤地下原位热解工况。试验装置包括高温高压供气模块、原位热解模块、伺服控制模块以及产物分离冷却模块。以陕北... 详细信息

针对富油煤地下原位热解提油面临高地应力、地质情况复杂以及热解产物分析困难等挑战，设计搭建高温三轴试验装置模拟富油煤地下原位热解工况。试验装置包括高温高压供气模块、原位热解模块、伺服控制模块以及产物分离冷却模块。以陕北神府富油煤为研究对象，基于高温三轴试验装置模拟了不同埋深深度下的高温高压热解实验。高温三轴仪能够提供0-15 MPa的轴压（埋深深度0-600 m），应力加载响应迅速并且在热解过程中能够保持稳定。实验时高温三轴仪可以加热煤样中心温度至600oC左右，能够实现富油煤在设定的温度下进行热解实验。模拟埋深深度从100 m增加到300 m，轴压从2.45 MPa增加到7.35 MPa，热解半焦产率从67.70%升至68.04%，焦油产率呈现先升高后下降趋势，最高为6.50%。埋深增加时焦油中轻油、酚油含量逐渐增加，分别从19%和9.5%增加至25%和12%；沥青在焦油中的比例从25%降低到20%；芳香烃含量从32%升高至38%，脂肪烃含量从28.5%降低到19.3%。煤层渗透率随地应力增加而降低，阻碍热解过程中的传热和传质，导致富油煤热解产物停留时间增加，焦油二次反应，长链脂肪烃化合物发生断裂转化为小分子化合物，甲基、亚甲基同样不断脱出；另一方面应力促进了焦油分子缩合反应的发生，多环芳烃的含量迅速提高。地应力增加提高了轻质芳烃及焦炭的产率，焦油品质向轻质化提升。实验结果为富油煤地下原位热解过程先导试验提供了数据基础和理论指导。

关键词：富油煤地下原位热解高温三轴仪焦油轻质化

化学渗透脱挥发分模型在碳基固体原料热化学转化领域应用进展

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洁净煤技术 2023年第4期29卷 65-85页

作者：郭伟杨盼曦俞尊义高琨王晶张杰党敏辉杨伯伦吴志强西安交通大学、化学工程与技术学院陕西省能源化工过程强化重点实验室陕西西安710049 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司陕西西安710065

化学渗透脱挥发分模型(Chemical Percolation Devolatilization,CPD)用于快速升温条件下煤炭脱挥发分的模拟,可以预测不同煤种热解过程中焦油、半焦和轻质气体的实时产率。模型基于晶格模型构建煤炭化学结构,具有煤种适用性广、输入参... 详细信息

化学渗透脱挥发分模型(Chemical Percolation Devolatilization,CPD)用于快速升温条件下煤炭脱挥发分的模拟,可以预测不同煤种热解过程中焦油、半焦和轻质气体的实时产率。模型基于晶格模型构建煤炭化学结构,具有煤种适用性广、输入参数少的特点,得到广泛关注。首先介绍了CPD模型的发展历程、煤炭模型构建方法和热解反应路径假设与动力学参数计算等,进而综述了CPD模型在煤炭、油页岩和生物质等碳基固体原料热化学转化领域的应用进展。为提高CPD模型在煤炭热转化领域的准确性和适用性,我国学者根据中国煤种结构分析建立了更准确的晶格参数计算方法。通过改进CPD模型中热解反应路径并修正动力学参数使模型更接近真实热解过程,通过对煤颗粒内部温度梯度分布修正及算法改进使得模拟更接近实际热解工况。在油页岩热转化方面,相关学者从油页岩中干酪根化学结构出发,结合油页岩热解特性建立了用于描述其热转化的CPD模型。通过分析生物质的结构特点和反应特性建立了生物质CPD模型,并从化学结构、热解反应路径以及动力学参数等方面进行改进来扩展模型的适用性。CPD模型虽然已得到了广泛应用,但根据煤炭元素分析和工业分析获得拟合参数适用的煤种范围较窄,准确性有待提高,需要进一步通过化学结构表征的方法建立更准确的碳基固体原料结构模型。CPD模型对热解反应过程进行了较大简化,需要根据实际热解反应路径进行修正,包括考虑煤炭热解过程中的二次反应、焦油之间的偶联、反应中自由基变化等问题。现有的CPD模型未考虑煤炭地下热转化过程的应力作用,需要从力-热耦合等复杂反应条件出发进行改进以提高模型的适用性。

关键词：化学渗透脱挥发分模型煤热解油页岩生物质工程热化学

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富油煤绿色低碳转化技术研究进展

绿色矿山

绿色矿山 2023年第1期1卷 138-165页

作者：吴志强杨盼曦郭伟俞尊义王晶李红强李明杰魏进家杨伯伦西安交通大学陕西省能源化工过程强化重点实验室陕西西安710049

受限于我国相对富煤贫油少气的能源禀赋,拓展非常规油气资源供给途径保障我国能源安全至关重要。富油煤是一类富含易断裂弱键结构且具有较高焦油产率的强资源属性煤种,将其高效清洁转化提取其中潜在的油气资源是极有发展前景的煤炭利用... 详细信息

受限于我国相对富煤贫油少气的能源禀赋,拓展非常规油气资源供给途径保障我国能源安全至关重要。富油煤是一类富含易断裂弱键结构且具有较高焦油产率的强资源属性煤种,将其高效清洁转化提取其中潜在的油气资源是极有发展前景的煤炭利用方式。聚焦于富油煤地面快速热解提油、地下原位热解提油以及与生物质协同热解等3种典型工艺路线,分别从研究进展及面临的挑战、反应机理及研究方法、工艺过程分析及优化、工艺装置开发及应用方向等4个方面进行详细阐述与总结。富油煤地面快速热解提油具有焦油收率高的优势,但同时也面临焦油品质差、粉尘分离困难的挑战。阐述了富油煤快速热解动力学模型建立及修正、工艺参数调控及优化、相关工艺装置总结及分析等方面进展。地下原位热解提油指富油煤不经开采直接在地下加热、热解,所得油气产物经采出至地面分离加工的新技术,具有占地面积小、开采费用少、排放污染小的优势,但也面临储层非均质、产物输运路径长损失大、地层应力高、孔隙压力大等挑战。从地下原位热解的热力学特性分析、过程强化探究、模拟实验装置开发等方面进行论述。富油煤与生物质协同热解可协调2者各自作为碳基热解原料的局限性,实现“碳氢互补、协同调质”,在进一步提高挥发分收率的同时实现热解规模化生产。协同热解仍面临产物定向调控困难、固相产物结构演变机制不明晰、反应器内物料均匀混合不充分等挑战。综述了富油煤与生物质协同热解中关键有机组分间相互作用机理、固相产物结构影响机制及利用技术、系列化规模装置开发等,并简要介绍了富油煤高效转化的其他分支技术,包括微生物转化,直接制油以及间接制油3种工艺特点及发展现状。富油煤作为储量丰富的油气替代资源,明确其主要转化提油工艺可以为其合理高效低碳利用提供有力的理论指导,为我国未来的能源发展道路提供更多选择。

关键词：富油煤快速热解地下原位热解绿色低碳协同热解

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基于回音壁模式微泡腔的流速传感应用

光子学报 2024年第5期53卷 189-198页

作者：马春晖俞骁翀段冰吴彦燃赵星昀刘嵩义高永潘杨大全张璇北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室北京100876 北京邮电大学信息与通信工程学院北京100876 北京师范大学物理学系应用光学北京市重点实验室北京100875 北京邮电大学电子工程学院北京100876

基于黏性流体的伯努利效应原理,利用回音壁模式微泡腔高品质因子与具有天然微流控通道的特性,提出一种基于回音壁模式微泡腔的流速传感器。理论分析了黏性流体流动时由于黏滞损耗引起的压强损失,仿真分析了不同流速范围内流动速度和压... 详细信息

基于黏性流体的伯努利效应原理,利用回音壁模式微泡腔高品质因子与具有天然微流控通道的特性,提出一种基于回音壁模式微泡腔的流速传感器。理论分析了黏性流体流动时由于黏滞损耗引起的压强损失,仿真分析了不同流速范围内流动速度和压强之间的关系,发现二者之间表现出良好的线性依赖,沿程损耗是引起压强损失的主要因素;恒定流速下微腔内部为均匀的正压分布,会引起谐振波长红移。实验制备了壁厚约为2μm的微泡腔,并搭建流速传感实验测试系统。在3~106μL/min流速范围内,流速增加时,谐振波长发生红移,并且波长偏移与流速之间满足良好的线性关系,拟合得到流速传感灵敏度为0.047 pm/(μL/min),检测极限为0.635μL/min。该流速传感器结构简单、易于制备、低成本且检测极限较低。

关键词：回音壁模式微泡腔流速传感微流控伯努利效应黏滞损耗

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球腔的表面散射损耗

光子学报 2024年第5期53卷 138-148页

作者：俞骁翀戴成龙北京师范大学物理学系应用光学北京市重点实验室多尺度自旋物理教育部重点实验室北京100875

以能够精确求解的球腔为例,利用等效电流方法,给出了随机粗糙表面对腔模的散射损耗的估计,并利用等效的随机散射点进行数值仿真。结果显示对于常见的高品质因子微腔中平缓的粗糙表面,散射主导的品质因子正比于腔半径和波长三次方、反比... 详细信息

以能够精确求解的球腔为例,利用等效电流方法,给出了随机粗糙表面对腔模的散射损耗的估计,并利用等效的随机散射点进行数值仿真。结果显示对于常见的高品质因子微腔中平缓的粗糙表面,散射主导的品质因子正比于腔半径和波长三次方、反比于表面方差以及相关长度平方。

关键词：回音壁模式微球腔散射损耗品质因子等效电流

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俞永福:创业者应秉持乐观的保守主义精神

中国商人 2024年第4期 180-181页

作者：俞永福高德集团

在每次作出重大决策之际,我总会深思一个问题:如若今日我仍身处创业初期,身无分文,面对同样的问题,我会如何择?而今,我在某种程度上已有所成就,因此在做决策时难免会顾虑更多,这是人之常情。正因如此,我们在做决策时才更需勇气。

关键词：创业初期保守主义有所成就创业者人之常情决策

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城市园林绿地防灾体系建设

防灾减灾工程学报 2024年第4期 980-981页

作者：俞马路福州市绿化管理处

防灾设施作为城市重要的组成部分，能够应急供电、供水，保持通信和交通通畅。园林绿地不仅能够改善城市的生态环境和居住环境，也能够成为防灾避险的重要场所。当前我国存在城市规划过程中基础设施与防灾设施连通不畅、重点存在差异、...

防灾设施作为城市重要的组成部分，能够应急供电、供水，保持通信和交通通畅。园林绿地不仅能够改善城市的生态环境和居住环境，也能够成为防灾避险的重要场所。当前我国存在城市规划过程中基础设施与防灾设施连通不畅、重点存在差异、设施落实不到位以及管控范围存在重叠的问题。对城市园林绿地防灾体系的建设进行深入研究，能够为城市基础设施与防灾设施和谐规划提供有效参考。一、城市园林绿地防灾体系的概念城市园林绿地防灾体系是指将城市绿地作为城市防灾避险体系的重要组成部分，通过规划设计和管理优化，使其在平时能够发挥生态、景观、游憩等功能，而在灾害发生时能够迅速转变角色，成为紧急避难场所、安全通道、过渡安置地等，以保障城市居民的生命财产安全，减轻灾害带来的损失。城市园林绿地防灾体系的分类通常包括长期避险绿地、中短期避险绿地、紧急避险绿地和城市隔离缓冲绿带。每种类型的绿地都有其特定的功能和适用场景，例如长期避险绿地适合提供较长时间的生活保障和集中救援，而紧急避险绿地则适合在灾害发生后提供短时间内的避难需求。城市园林绿地防灾体系的规划和建设应当遵循相关的技术规范和标准，同时考虑到城市的

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