微波快速热解可燃固体废弃物的多物理化学场耦合机理与不确定性量化

In the process of microwave fast pyrolysis to preparation stable and high value calorie liquid fuel, there are two key problems: (1) due to temperature increases cause the dielectric constant changes and lead to thermal runaway; (2) reaction parameters uncertainty cause product yield and components changes. We study multi-physics-chemistry field coupling mechanism of microwave fast pyrolysis of combustible solid waste, and quantify uncertainty. Experimental study of reaction parameters (eg: microwave frequency, heating rate, temperature, time, and particle size) influence law on the yield and composition, establish fast pyrolysis kinetic model; build electromagnetic, thermal and thermal decomposition reaction multi-physics-chemistry field coupling mathematical model to study the coupling mechanism, grasp the law of temperature & electromagnetic field, the product yield under different reaction parameters & elemental composition, molecular weight distribution of the product in the tar, and prevent thermal runaway phenomenon; study a random process of sensitive reaction parameters uncertainty spread to the electromagnetic field, temperature field and the product, quantify the uncertainty in the microwave fast pyrolysis process of combustible solid waste, to avoid the spread of uncertainty parameters lead to product yield and composition changed greatly. Research results will be efficient microwave fast pyrolysis liquid fuel technology to provide new ideas and theories.

针对微波快速热解可燃固体废弃物制取稳定和高值化液体燃料过程中，因温度升高引起介电常数的变化导致热失控和反应参数的不确定性引起产物产率及组分变化的两大关键难题，研究微波快速热解可燃固体废弃物的多物理化学场耦合机理，量化其不确定性。通过实验研究反应参数(如：微波频率、升温速率、温度、时间和粒径)对产物产率和组分的影响规律，建立快速热解反应动力学模型；构建电磁场、热场和热解反应的多物理化学场耦合数学模型，研究其耦合机理，掌握不同反应参数下电磁和温度场、产物产率及元素组成、产物中焦油分子量的分布规律，防止发生热失控现象；研究敏感反应参数的不确定性传播到电磁场、温度场和产物的随机过程，量化微波快速热解可燃固体废弃物过程的不确定性，避免不确定性参数传播导致产物产率和成分变化较大。研究成果将为高效微波快速热解制取液体燃料技术提供新思路和新理论。

针对微波快速热解可燃固体废弃物制取稳定和高值化液体燃料过程中，因温度升高引起介电常数的变化导致热失控和反应参数的不确定性引起产物产率及组分变化的两大关键难题，研究微波快速热解可燃固体废弃物的多物理化学场耦合机理，量化其不确定性。通过实验研究反应参数(如：微波频率、温度和时间)对产物产率和组分的影响规律，建立快速热解反应动力学模型，研究结果表明MSW热解可分为两个阶段，而PS分为三个阶段。混合物中随着PS比例的增加，热失重的峰值增加，初始热解温度从267.2℃至306.2℃。当PS的比例少于50%时，综合热解特征指标值D的混合表现出良好的热解性能。MSW的活化能的平均值高于PS，1:1时最小，KAS为95.70kJ / mol，FWO为111.56kJ / mol。构建电磁场、热场和热解反应的多物理化学场耦合数学模型，研究其耦合机理，掌握不同反应参数下电磁和温度场、产物产率及元素组成，研究结果表明液体产物主要是由脂肪类化合物、芳香类化合物和含氧化合物组成。实验结果表明固体废弃物热解油中脂肪类化合物占43%左右，芳香类化合物占18%左右，含氧化合物占13.6%左右，其他化合物占25%左右，计算值与实验结果较为吻合。研究敏感反应参数的不确定性传播到电磁场、温度场和产物的随机过程，量化微波快速热解可燃固体废弃物过程的不确定性，研究结果表明由频率、温度和时间引起的不确定性量化结果分别为20%、14%和26%。研究成果将为高效微波快速热解制取液体燃料技术提供新思路和新理论，也为气固两相数值计算模型应用于床层热解和燃烧的工程实践提供技术指导。