高温散体热载体加热生物质的热裂解机理研究

生物质快速热裂解液化是生物质能综合利用中很有发展前景的技术之一。利用高温散体热载体与生物质颗粒之间的温差实现生物质颗粒的快速升温裂解是一种新型工艺，具有较高的传热效率和液体转化率。对该类工艺中的生物质热裂解规律进行研究有助于在理论上指导装置参数设计、提高系统效率。本研究结合实验手段，采用离散颗粒动力学理论和计算流体力学方法，进行热载体与生物质颗粒的混合流动规律研究，建立其混合流动的理论模型；采用多相传热传质理论和实验方法，进行高温散体热载体、生物质颗粒及裂解气之间的多相传热传质规律研究，建立其传热传质的理论模型；结合高升温速率下的生物质热裂解动力学理论模型，从颗粒流动、气固多相传热传质、生物质快速热裂解动力学等方面建立揭示高温散体热载体加热工艺条件下的生物质热裂解机理的综合理论。本研究对于生物质快速热裂解液化技术基础理论的完善及该领域高新技术的开发具有重要意义。

为了掌握高温散体热载体加热生物质快速热解液化制取生物油工艺的热裂解规律，本研究从颗粒流动、气固多相传热、闪速热裂解动力学等方面开展了生物质的热裂解机理研究。首先在最终挥发分实验测定的基础上，进行了高升温速率下生物质热裂解动力学研究，从而获得了生物质在闪速加热条件下的动力学模型。然后建立了下降管颗粒流动冷态模拟实验台，利用粒子图像测速仪（Particle Image Velocimetry, PIV）进行了模拟下降管反应器内生物质半焦与固体热载体颗粒流动特性的研究，分别获得了陶瓷球颗粒与生物质半焦粉体颗粒的浓度、速度分布规律，建立了描述下降管反应器颗粒混合流动规律的数学模型，并进行了数值模拟。建立了颗粒传热实验台，进行了颗粒直接接触换热及在下降管反应器内流动过程中的气固多相传热研究，获得了相间的传热规律。最后根据上述生物质热裂解动力学、颗粒流动及传热研究结果，建立了固体热载体加热生物质在下降管反应器内的热裂解总模型，并在建立的验证实验台上对模型进行了实验验证。本研究对固体热载体加热生物质热解反应器的设计及优化具有一定指导意义。