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山西沁水煤田煤炭生物气化特征分析概述

能源与节能 2024年第7期 8-12页

作者：吴鹏宋燕莉刘健谭凯丽煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048000 易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司山西晋城048000

煤层产甲烷菌菌群是一种由多种微生物组成且能够利用煤中有机物作为碳源,将煤从固态形式转为以甲烷为主的气态形式的独特微生物群落。通过一系列研究发现,在沁水盆地早期成气阶段生物成气具有一定的重要性。如今在特定条件下能够将该种... 详细信息

煤层产甲烷菌菌群是一种由多种微生物组成且能够利用煤中有机物作为碳源,将煤从固态形式转为以甲烷为主的气态形式的独特微生物群落。通过一系列研究发现,在沁水盆地早期成气阶段生物成气具有一定的重要性。如今在特定条件下能够将该种处于休眠状态的菌群重新激活,并且能够再次实现生物甲烷合成。其中沁水煤田的地质特征和产甲烷菌菌群的生存特点揭示了山西沁水煤田的生物气化特征。

关键词：煤层气生物气古生菌沁水煤田无烟煤

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外源菌降解褐煤产气特征研究

煤炭技术 2022年第9期41卷 227-230页

作者：宋燕莉何环谭凯丽赵晗赵娜牛江露山西晋能控股集团有限公司煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048000 易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司山西晋城048000 中国矿业大学化工学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室江苏徐州221116

利用外源菌来增产煤层气是生物促产煤层气领域研究热点,以寺河煤层水富集培养菌群为外源菌,内蒙胜利、河南义马、云南昭通褐煤作为产气底物,分析3种褐煤的产气特征。对内蒙胜利褐煤产气组采用高通量测序,分析微生物菌群结构,判断可能的... 详细信息

利用外源菌来增产煤层气是生物促产煤层气领域研究热点,以寺河煤层水富集培养菌群为外源菌,内蒙胜利、河南义马、云南昭通褐煤作为产气底物,分析3种褐煤的产气特征。对内蒙胜利褐煤产气组采用高通量测序,分析微生物菌群结构,判断可能的产气途径。研究结果表明:70 d的产气周期内,内蒙有2个产甲烷高峰,云南和义马均有1个产气高峰。最大产甲烷量分别为81.01、22、31.54 mL,产甲烷率分别为8.012、2.111、3.065 mL/g。产气周期内,氢气逐渐减少,二氧化碳与甲烷含量呈现负相关,产气途径偏向于H_(2)/CO_(2)还原途径。内蒙褐煤产气微生物群落结构中存在的W22,Citrobacter,Syntrophomonas,Desulfovibrio,Methanomicrobiales等菌群,也说明了产甲烷类型可能以H_(2)/CO_(2)还原途径为主。

关键词：外源菌褐煤产气组分菌群

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玉米秸秆对胜利褐煤生物产甲烷影响研究

洁净煤技术 2022年

作者：宋燕莉何环吴鹏刘健谭凯丽陈林勇赵娜任恒星王美林中国矿业大学煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司山西晋能控股集团有限公司煤与煤层气共采国家重点实验室

如何增强煤的厌氧生物降解效率、提高甲烷产量，是微生物增产煤层气亟需解决的关键问题之一。为了研究外源菌作用下，玉米秸秆的添加对褐煤生物产甲烷的影响，通过秸秆与褐煤共发酵实验研究了不同秸秆添加量对褐煤厌氧降解产气量的影响... 详细信息

如何增强煤的厌氧生物降解效率、提高甲烷产量，是微生物增产煤层气亟需解决的关键问题之一。为了研究外源菌作用下，玉米秸秆的添加对褐煤生物产甲烷的影响，通过秸秆与褐煤共发酵实验研究了不同秸秆添加量对褐煤厌氧降解产气量的影响。利用GC-MS仪、傅里叶红外光谱仪、分子生物学方法分析共发酵促进产气时和单独发酵末期培养液的产物差异、残余固体官能团的区别、发酵液中的菌群差异。研究结果表明：玉米秸秆与胜利褐煤质量比大于0.45:1时，对生物产甲烷有促进作用。但当质量比到达2:1时，甲烷产量明显下降。GC-MS分析显示，降解末期的物质主要是脂肪酸、脂肪酸酯、酚类、芳香酸、芳香酯、醇类、酮类、含氮化合物等，反应末期秸秆/煤共发酵体系发酵液物质少，单一秸秆、煤产气后期物质种类多，有积累，说明共发酵体系中降解的中间产物被利用。FTIR分析显示，反应末期残余秸秆、煤在芳香、含氧、脂肪、羟基官能团区都有吸收，而共发酵的残余物无吸收，说明共发酵底物被降解彻底。分子生物学分析表明，共发酵和单独发酵体系主要细菌为S50＿wastewater-sludge＿group、W27和Desulfovibrio等。秸秆的添加导致硫酸还原菌数量在共发酵体系中下降，部分发酵菌群数量上升。参与秸秆发酵产气的主要是H/CO还原途径的产甲烷菌，而参与褐煤发酵产气的是乙酸途径的产甲烷菌，秸秆的添加使产甲烷途径变得多样，从而促进煤的生物降解产气。

关键词：生物煤层气褐煤秸秆降解物质微生物群落

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序

新型炭材料（中英文） 2024年第4期39卷 I0001-I0002页

作者： Jin Miyawaki 宋燕 Institute for Materials Chemistry and Engineering Kyushu UniversityJapan Institute of Coal Chemistry Chinese Acadmemy of SciencesChina

炭材料是以“碳”元素为主构成的材料,它集成了金属材料、陶瓷材料、高分子材料等诸多优异特性于一体。炭材料家族的性质非常神奇,从最软(石墨)到最硬(金刚石),从优良的绝热体(石墨层间、炭黑、碳毡)到优良的导热体(石墨纤维、金刚石),... 详细信息

炭材料是以“碳”元素为主构成的材料,它集成了金属材料、陶瓷材料、高分子材料等诸多优异特性于一体。炭材料家族的性质非常神奇,从最软(石墨)到最硬(金刚石),从优良的绝热体(石墨层间、炭黑、碳毡)到优良的导热体(石墨纤维、金刚石),从优良的导电体(石墨、纳米碳管)到优良的绝缘体(金刚石),从全透光(金刚石)到全吸光(石墨)等,世界上没有哪种材料能够呈现出如此广泛、甚至是完全处于极端对立的性能。炭材料的结构和性能多样是由于碳原子的电子结构及键合方式多样以及炭微晶在纳米和微米尺度上取向、堆叠、聚集的复杂变化所致。

关键词：炭材料石墨纤维陶瓷材料石墨层导电体微米尺度高分子材料导热体

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带有欺骗攻击的区间二型T-S模糊系统的高效模型预测控制

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控制与决策 2024年第7期39卷 2205-2214页

作者：马江涛宋燕上海理工大学理学院上海200093 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

研究欺骗攻击影响下的区间二型T-S模糊系统的高效模型预测控制(efficient model predictive control,EMPC)问题.考虑到数据从传感器节点传输到控制器节点受到欺骗攻击的影响,设计一种EMPC框架下基于状态观测器的输出反馈控制器.首先,针... 详细信息

研究欺骗攻击影响下的区间二型T-S模糊系统的高效模型预测控制(efficient model predictive control,EMPC)问题.考虑到数据从传感器节点传输到控制器节点受到欺骗攻击的影响,设计一种EMPC框架下基于状态观测器的输出反馈控制器.首先,针对能量有界的欺骗攻击,构建辅助优化问题,离线求解终端约束集以及满足系统H2安全的固定反馈控制增益和观测器增益;其次,引入摄动量提供控制自由度,离线求解增广系统的不变集,通过最大化该不变集在原状态空间的投影得到初始可行域;然后,在线优化摄动量得到满意的控制律,确保系统在欺骗攻击影响下的安全性;最后,给出所提出的EMPC算法理论可行性和系统安全性的证明,并通过仿真实例验证所提出算法的有效性.

关键词：高效模型预测控制区间二型T-S模糊系统状态观测器欺骗攻击初始可行域

雅致小克银汉霉与芽孢杆菌联合降解义马煤产腐植酸

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煤炭学报 2023年第11期48卷 4224-4232页

作者：陈林勇刘建民崔宇翔任恒星赵晗赵娜宋燕莉关嘉栋牛江露李国富王保玉何环河南理工大学资源环境学院河南焦作454000 煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048000 易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司山西晋城048000 中国矿业大学化工学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室江苏徐州221116

微生物降解是煤炭清洁高效利用的重要方式之一,但真菌细菌联合培养对煤的降解效果尚无定论。以雅致小克银汉霉(Cunninghamella elegans)和芽孢杆菌(Bacillus sp.)为降解菌,以硝酸氧化的义马煤为底物进行了煤的联合降解实验。利用紫外-... 详细信息

微生物降解是煤炭清洁高效利用的重要方式之一,但真菌细菌联合培养对煤的降解效果尚无定论。以雅致小克银汉霉(Cunninghamella elegans)和芽孢杆菌(Bacillus sp.)为降解菌,以硝酸氧化的义马煤为底物进行了煤的联合降解实验。利用紫外-可见分光光度计、p H计、电感耦合等离子体质谱仪对降解液的吸光度A450、p H、金属元素(Cr、As、Mn、Pb、Co、Ni、Cu、Zn、Mo)质量浓度进行测定。利用元素分析仪、红外光谱仪、气质联用仪对产物腐植酸进行分析。研究结果显示雅致小克银汉霉(Cunninghamella elegans)、芽孢杆菌(Bacillus sp.)、混合菌的腐植酸产率分别为58.17%、61.00%、67.17%,混合菌降解液的pH与细菌接近,混合菌降解的腐植酸样品中检出细菌的特征性产物而真菌的特征性产物则未检出,说明两株菌联合强化了碱性环境,提高了硝酸氧化煤的降解率,降解过程中细菌起主导作用。金属元素(Cr、As、Mn、Pb、Co、Ni、Cu、Zn、Mo)在降解过程中从煤迁移到了降解液,其中Cr、As、Pb、Ni、Cu、Mo的质量浓度与A450拟合的判定系数(R2)大于0.6,说明降解液中这6种金属元素的质量浓度可表征降解率的相对大小。化学提取腐植酸与生物提取腐植酸均富含羧基、羟基、羰基等活性官能团、长链脂肪酸(C16、C18)和4种吡咯衍生物,生物提取腐植酸还含有分子量较小的脂肪酸(C3、C4、C5、C13、C14、C15)、2种吡咯衍生物和呋喃等含氮化合物,生物提取腐植酸的C、H元素质量分数高于化学提取腐植酸。

关键词：雅致小克银汉霉芽孢杆菌微生物降解金属元素义马煤

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煤的生物厌氧降解产气模拟及现场工业试验

煤化工 2022年第3期50卷 112-115,120页

作者：宋燕莉郭鑫吴鹏韩作颖牛江露晋能控股集团有限公司煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048000 易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司山西晋城048000

针对赵庄地区煤层气井地面抽采效果差的问题,煤与煤层气共采国家重点实验室在实验室模拟生物厌氧降解煤产气的基础上,在赵庄矿区开展煤层气井现场注入培养基工业试验,考察微生物降解煤增产煤层气的效果。结果表明:煤层水和煤的共富集产... 详细信息

针对赵庄地区煤层气井地面抽采效果差的问题,煤与煤层气共采国家重点实验室在实验室模拟生物厌氧降解煤产气的基础上,在赵庄矿区开展煤层气井现场注入培养基工业试验,考察微生物降解煤增产煤层气的效果。结果表明:煤层水和煤的共富集产气量高于煤层水的富集产气量;发酵罐放大模拟培养时,产气量达5.5 m^(3)/d;现场注入培养基后,甲烷产量增长了8 m^(3)/d;Mg^(2+)、K^(+)、Cl^(-)、PO_(4)^(3-)等离子浓度先升后降,SO_(4)^(2-)离子浓度总体下降,可能是因为在井下流失或是被菌群生长利用。培养基的注入提高了菌群的丰富度,为产气提供了有力条件。同时为了解决培养基一次性注入排采存在的弊端,提出了培养基补加循环系统的设想。

关键词：煤层气微生物厌氧降解模拟培养放大培养工业试验培养基注入补加循环系统

融合稀疏自表示和残差驱动的自适应模糊C均值聚类

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控制与决策 2024年第4期39卷 1333-1341页

作者：宋燕李元昊李明上海理工大学控制工程系上海200093

提出一种融合稀疏自表示和残差驱动的自适应模糊C均值聚类算法(R2AFCM).该算法的优点主要体现在以下两个方面:1)利用稀疏自表示技术求解样本数据的字典矩阵,并将其表征的全局信息考虑到目标函数中,充分考虑数据分布特点,改进传统模糊C... 详细信息

提出一种融合稀疏自表示和残差驱动的自适应模糊C均值聚类算法(R2AFCM).该算法的优点主要体现在以下两个方面:1)利用稀疏自表示技术求解样本数据的字典矩阵,并将其表征的全局信息考虑到目标函数中,充分考虑数据分布特点,改进传统模糊C均值聚类算法重点关注局部信息的不足;2)在目标函数中引入加权残差估计正则化项,与自适应模糊聚类算法的正则化项相结合,约束模型训练,有效降低混合噪声对分割结果的影响.在磁共振成像、VOC 2012数据集以及自然图像上进行对比实验,结果表明,所提出的聚类算法在添加了20%椒盐噪声和均值为0.4、方差为0.01的高斯噪声,以及50%椒盐噪声和均值为0、方差为0.1的混合噪声下与其他算法相比,具有更高的分割精度和更强的鲁棒性.

关键词：图像分割自适应模糊聚类混合噪声稀疏自表示加权残差估计

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高阶非线性系统的强化学习反步优化控制

高阶非线性系统的强化学习反步优化控制

作者：宋燕芬齐鲁工业大学

学位级别：硕士

为了顺应降低能耗、提升能效的工业发展要求,优化控制在控制工程中扮演着至关重要的角色,其核心是在约束条件下寻求最优策略,以最大化或最小化系统性能,从而实现资源消耗最小化。由于大多数工程系统是以高阶非线性形式建模的,如无人机... 详细信息

为了顺应降低能耗、提升能效的工业发展要求,优化控制在控制工程中扮演着至关重要的角色,其核心是在约束条件下寻求最优策略,以最大化或最小化系统性能,从而实现资源消耗最小化。由于大多数工程系统是以高阶非线性形式建模的,如无人机、机器人和发电机等,因此解决高阶非线性系统控制问题将会给工业生产带来显著的经济效益。理论上,非线性系统的最优控制策略往往建立在求解Hamilton-Jacobi-Bellman(HJB)方程的基础之上。然而,由于方程本身的高度非线性,使得解析求解变得异常困难,甚至无法达成。为了弥补这一不足,强化学习(Reinforcement Learning,RL)算法通常被考虑用来实现优化控制。然而,现实世界的系统往往具有未知的动力学特性,解决这个问题通常的方法是设计一个基于神经网络或模糊逻辑系统的辨识器或观测器来估计未知或不确定的动力,但这会显著增加计算的复杂度,尤其是在处理包含多个状态变量,且状态变量之间存在微分关系的高阶非线性系统时。因此,本文利用神经网络对未知函数的逼近能力,构建强化学习算法,结合反步法(Backstepping),解决了高阶非线性系统的优化控制。这一方法不仅克服了HJB方程求解的困难,也解决了现实工程中系统动力学未知的问题,为非线性系统的优化控制提供了一种新的思路和方法。主要工作如下:(1)针对一类包含未知动力的高阶非线性系统,研究了一种基于反步法和强化学习策略的最优跟踪控制方法。强化学习被用于实现优化控制,它是在IdentifierCritic-Actor结构下的神经网络近似的基础上设计的。由于强化学习更新律是从一个简单的正函数的负梯度而非HJB方程的近似平方中找到的,因此所设计的控制算法的复杂度低。同时,它还可以消除对持续激励和已知动力的要求。(2)针对一类高阶非线性多智能体系统,研究了一种优化的领航者-跟随者一致控制方法。为了达到优化一致控制,将反步法和强化学习结合。在第一步中,将虚拟控制设计为具有由相邻智能体输出状态组成的一致误差项。在最后一步中,由于存在未知动力学,通过执行Critic-Actor结构下的强化学习来得到实际优化控制。(3)针对一类多四旋翼无人机(Quadrotor Unmanned Aerial Vehicle,QUAV)姿态系统,研究了基于反步法和强化学习的领航者-跟随者一致优化控制方法。由于四旋翼无人机的姿态系统是一个不满足匹配条件的二阶非线性系统,与单个无人机姿态控制不同的是多无人机的控制需要将与通信拓扑相关的相邻智能体状态进行耦合。为了实现姿态一致控制,反步法的第一步利用状态耦合项找到虚拟控制,而最后一步是利用Critic-Actor结构下的强化学习获得优化的实际控制。

关键词：高阶非线性系统反步法优化控制神经网络强化学习