【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于自動(dòng)控制或調(diào)節(jié)，具體涉及煤基油制備正構(gòu)烷烴相變材料的高效分離方法。
技術(shù)介紹
1、隨著全球能源需求的日益增長(zhǎng)和環(huán)境保護(hù)的迫切需求，能源的高效利用與儲(chǔ)存成為了科學(xué)研究與工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵領(lǐng)域。相變材料作為一種能夠通過(guò)相變過(guò)程存儲(chǔ)和釋放大量潛熱的材料，近年來(lái)在能源儲(chǔ)存、建筑節(jié)能、電子散熱等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。相變材料具有通過(guò)固-液、液-氣、固-氣等相變吸收或釋放大量能量的特性，其在溫度變化過(guò)程中表現(xiàn)出優(yōu)越的儲(chǔ)能能力，因此被認(rèn)為是未來(lái)能量管理系統(tǒng)中的重要組成部分。在這些相變材料中，烷烴類(lèi)化合物，尤其是正構(gòu)烷烴，因其具有較高的相變潛熱、較穩(wěn)定的相變溫度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，逐漸成為了研究的熱點(diǎn)之一。
2、現(xiàn)有技術(shù)中，正構(gòu)烷烴的制備與分離主要通過(guò)石油或天然氣基化合物的裂解和精餾等工藝來(lái)完成。然而，由于石油資源有限，且傳統(tǒng)的分離工藝復(fù)雜且能耗較高，如何通過(guò)其他低成本原材料高效制備和分離出高純度的正構(gòu)烷烴，成為技術(shù)人員亟需解決的問(wèn)題。在這一背景下，煤基油作為一種含有大量烷烴類(lèi)化合物的原材料，因其資源豐富且價(jià)格低廉，逐漸成為正構(gòu)烷烴制備的潛在來(lái)源。煤基油是通過(guò)煤化工工藝生成的復(fù)雜混合物，含有大量的芳香烴、正構(gòu)烷烴和其他烴類(lèi)，具有較高的應(yīng)用潛力。然而，由于煤基油成分復(fù)雜且含有大量雜質(zhì)，在從中分離出高純度正構(gòu)烷烴時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)仍然面臨著許多挑戰(zhàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)的主要目的在于提供煤基油制備正構(gòu)烷烴相變材料的高效分離方法，本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)多級(jí)熱解反應(yīng)、朗格繆爾吸附模型、超
2、為了解決上述問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
3、煤基油制備正構(gòu)烷烴相變材料的高效分離方法，所述方法包括：
4、步驟1：將煤基油進(jìn)行預(yù)處理，設(shè)定分離塔的反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力，利用多級(jí)熱解反應(yīng)分解煤基油的成分，得到各種產(chǎn)物，并計(jì)算各種產(chǎn)物的濃度；
5、步驟2：將各個(gè)產(chǎn)物的濃度輸入到優(yōu)化模型中；優(yōu)化模型優(yōu)化分離塔的反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力，以最大化正構(gòu)烷烴的分離效率，得到優(yōu)化反應(yīng)溫度和優(yōu)化反應(yīng)壓力；
6、步驟3：基于優(yōu)化反應(yīng)溫度和優(yōu)化反應(yīng)壓力，通過(guò)朗格繆爾吸附模型計(jì)算正構(gòu)烷烴在分子篩中的吸附率；將吸附率作為輸輸入到粒子群優(yōu)化算法模型中，以?xún)?yōu)化超臨界流體萃取過(guò)程中的溶劑選擇、萃取溫度和萃取壓力，以最大化萃取效率。
7、進(jìn)一步的，通過(guò)求解如下方程，計(jì)算得到各種產(chǎn)物的濃度：
8、
9、其中，ci為時(shí)間t時(shí)，第i種產(chǎn)物的濃度；為第j種產(chǎn)物在初始時(shí)刻的濃度，即在反應(yīng)開(kāi)始時(shí)的輸入濃度；ki，j為第j種產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為第i種產(chǎn)物的反應(yīng)速率常數(shù)；ei，j為第j種產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為第i種產(chǎn)物的活化能；t為反應(yīng)溫度；r為氣體常數(shù)；ci，max為第i種產(chǎn)物在平衡時(shí)的最大濃度；t為反應(yīng)時(shí)間；是第i種產(chǎn)物的濃度發(fā)生變化時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)焓變；是第i個(gè)產(chǎn)物的濃度發(fā)生變化時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)熵變；p為反應(yīng)壓力。
10、進(jìn)一步的，所述優(yōu)化模型為遺傳算法模型；所述遺傳算法模型在優(yōu)化分離塔的反應(yīng)溫度t和反應(yīng)壓力p時(shí)，其適應(yīng)度函數(shù)fga(t，p)使用如下公式進(jìn)行表示：
11、
12、其中，m為產(chǎn)物的數(shù)量；n為正構(gòu)烷烴產(chǎn)物的數(shù)量；ck(t，p)是第k種正構(gòu)烷烴產(chǎn)物在反應(yīng)溫度t和反應(yīng)壓力p下的濃度，ctotal(t，p)是所有產(chǎn)物的總濃度，λ是一個(gè)平衡權(quán)重因子；cl(t，p)為第l種非正構(gòu)烷烴產(chǎn)物在反應(yīng)溫度t和反應(yīng)壓力p下的濃度；通過(guò)遺傳算法模型的迭代優(yōu)化，最終找到一組最優(yōu)的反應(yīng)溫度topt和最優(yōu)的反應(yīng)壓力popt，使得正構(gòu)烷烴的分離效率達(dá)到最大值：
13、(topt，popt)＝argmaxfga(t，p)；
14、將最優(yōu)的反應(yīng)溫度topt作為優(yōu)化反應(yīng)溫度和將最優(yōu)的反應(yīng)壓力popt作為優(yōu)化反應(yīng)壓力。
15、進(jìn)一步的，通過(guò)朗格繆爾吸附模型計(jì)算第k種正構(gòu)烷烴產(chǎn)物在分子篩中的吸附率θk的公式為：
16、
17、其中，ktopt正構(gòu)烷烴產(chǎn)物在優(yōu)化反應(yīng)溫度topt下的吸附常數(shù)。
18、進(jìn)一步的，步驟3中的粒子群優(yōu)化算法模型的目標(biāo)函數(shù)定義為：
19、
20、其中，tsopt為優(yōu)化后的超臨界流體萃取過(guò)程中的萃取溫度；為優(yōu)化后的超臨界流體萃取過(guò)程中的萃取壓力；sopt為優(yōu)化后的超臨界流體萃取過(guò)程中的溶劑選擇。
21、進(jìn)一步的，epso(ts，ps，s)為粒子群優(yōu)化算法模型的優(yōu)化函數(shù)，定義為：
22、
23、其中，sk(ts，ps)是在ts和ps條件下溶劑s對(duì)第k種正構(gòu)烷烴產(chǎn)物的溶解度；θtotal是所有正構(gòu)烷烴產(chǎn)物的總吸附率；cl(ts，ps)是第l種非正構(gòu)烷烴產(chǎn)物在t和ps條件下的濃度；cfeed是進(jìn)入萃取過(guò)程的進(jìn)料中所有產(chǎn)物的總濃度；n為正構(gòu)烷烴產(chǎn)物的總數(shù)。
24、進(jìn)一步的，所述方法還包括：步驟4：基于優(yōu)化后的超臨界流體萃取過(guò)程中的萃取溫度、溶劑選擇和萃取壓力，使用彭-羅賓森方程描述正構(gòu)烷烴的氣液平衡，以計(jì)算壓縮因子，通過(guò)壓縮因子，計(jì)算正構(gòu)烷烴的相分離效率；基于正構(gòu)烷烴的相分離效率計(jì)算正構(gòu)烷烴作為相變材料的儲(chǔ)能效率。
25、進(jìn)一步的，壓縮因子通過(guò)如下公式計(jì)算得到：
26、
27、其中，z為壓縮因子；
28、通過(guò)壓縮因子，使用如下公式，計(jì)算正構(gòu)烷烴的相分離效率：
29、
30、其中，prange為壓強(qiáng)范圍；ek是第k種正構(gòu)烷烴產(chǎn)物的相分離效率；是在壓縮因子z下第k種正構(gòu)烷烴產(chǎn)物氣液平衡濃度；是進(jìn)料中第k種正構(gòu)烷烴產(chǎn)物的濃度；a是結(jié)晶前因子；δg/是臨界自由能障；c是過(guò)飽和度；sc是臨界過(guò)飽和度；b是玻爾茲曼常數(shù)；tinf是絕對(duì)溫度。
31、進(jìn)一步的，通過(guò)如下公式，計(jì)算正構(gòu)烷烴作為相變材料的儲(chǔ)能效率：
32、
33、其中，mpcm為相變材料的質(zhì)量；δhf為相變潛熱；tmin為最小允許溫度；tmax為最大允許溫度；cp(tx)為在相變溫度tx下的相變材料的比熱容。
34、本專(zhuān)利技術(shù)的煤基油制備正構(gòu)烷烴相變材料的高效分離方法，具有以下有益效果：
35、本專(zhuān)利技術(shù)在分離正構(gòu)烷烴的過(guò)程中，采用了多級(jí)熱解反應(yīng)的技術(shù)，極大地提高了分離效率。傳統(tǒng)的單級(jí)熱解反應(yīng)通常難以精確控制反應(yīng)條件，導(dǎo)致產(chǎn)物復(fù)雜，分離難度大。相比之下，本專(zhuān)利技術(shù)中的多級(jí)熱解反應(yīng)通過(guò)逐步調(diào)控反應(yīng)溫度和壓力，實(shí)現(xiàn)了煤基油中不同組分的選擇性分解。尤其是在較低的反應(yīng)溫度下，可以有效避免正構(gòu)烷烴的二次裂解，使得正構(gòu)烷烴的生成量得到最大化。同時(shí)，通過(guò)多個(gè)階段的反應(yīng)條件控制，減少了副產(chǎn)物的生成，進(jìn)一步降低了后續(xù)分離步驟的復(fù)雜性。因此，本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)優(yōu)化熱解反應(yīng)條件，使得正構(gòu)烷烴的分離更加高效，且降低了能耗，這一技術(shù)極大地提升了工業(yè)生產(chǎn)的可行性。
36、本專(zhuān)利技術(shù)的另一顯著優(yōu)勢(shì)在于超臨界流體萃取技術(shù)的引入，通過(guò)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.煤基油制備正構(gòu)烷烴相變材料的高效分離方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如權(quán)利要求1所述的煤基油制備正構(gòu)烷烴相變材料的高效分離方法，其特征在于，通過(guò)求解如下方程，計(jì)算得到各種產(chǎn)物的濃度：
3.如權(quán)利要求2所述的煤基油制備正構(gòu)烷烴相變材料的高效分離方法，其特征在于，所述優(yōu)化模型為遺傳算法模型；所述遺傳算法模型在優(yōu)化分離塔的反應(yīng)溫度T和反應(yīng)壓力P時(shí)，其適應(yīng)度函數(shù)FGA(T，P)使用如下公式進(jìn)行表示：
4.如權(quán)利要求3所述的煤基油制備正構(gòu)烷烴相變材料的高效分離方法，其特征在于，通過(guò)朗格繆爾吸附模型計(jì)算第k種正構(gòu)烷烴產(chǎn)物在分子篩中的吸附率θk的公式為：
5.如權(quán)利要求4所述的煤基油制備正構(gòu)烷烴相變材料的高效分離方法，其特征在于，步驟3中的粒子群優(yōu)化算法模型的目標(biāo)函數(shù)定義為：
6.如權(quán)利要求5所述的煤基油制備正構(gòu)烷烴相變材料的高效分離方法，其特征在于，EPSO(Ts，Ps，S)為粒子群優(yōu)化算法模型的優(yōu)化函數(shù)，定義為：
7.如權(quán)利要求6所述的煤基油制備正構(gòu)烷烴相變材料的高效分離方法，其特征在于，所述方法還包括：步驟
8.如權(quán)利要求7所述的煤基油制備正構(gòu)烷烴相變材料的高效分離方法，其特征在于，壓縮因子通過(guò)如下公式計(jì)算得到：
9.如權(quán)利要求8所述的煤基油制備正構(gòu)烷烴相變材料的高效分離方法，其特征在于，通過(guò)如下公式，計(jì)算正構(gòu)烷烴作為相變材料的儲(chǔ)能效率：
...【技術(shù)特征摘要】
1.煤基油制備正構(gòu)烷烴相變材料的高效分離方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如權(quán)利要求1所述的煤基油制備正構(gòu)烷烴相變材料的高效分離方法，其特征在于，通過(guò)求解如下方程，計(jì)算得到各種產(chǎn)物的濃度：
3.如權(quán)利要求2所述的煤基油制備正構(gòu)烷烴相變材料的高效分離方法，其特征在于，所述優(yōu)化模型為遺傳算法模型；所述遺傳算法模型在優(yōu)化分離塔的反應(yīng)溫度t和反應(yīng)壓力p時(shí)，其適應(yīng)度函數(shù)fga(t，p)使用如下公式進(jìn)行表示：
4.如權(quán)利要求3所述的煤基油制備正構(gòu)烷烴相變材料的高效分離方法，其特征在于，通過(guò)朗格繆爾吸附模型計(jì)算第k種正構(gòu)烷烴產(chǎn)物在分子篩中的吸附率θk的公式為：
5.如權(quán)利要求4所述的煤基油制備正構(gòu)烷烴相變材料的高效分離方法，其特征在于，步驟3中的粒子群優(yōu)化算法模型的目標(biāo)函數(shù)定義為：
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：袁坡，郭伯琛，葛傳如，丁東輝，李明，劉躍軍，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：聊城市鑫盛達(dá)新能源科技有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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