36、有机材料慢速热解的自动控制与产品气生产系统

有机材料慢速热解的自动控制与产品气生产系统

1. 受控热解模型与方法

在沿着再循环线的反应器入口处，木材的能量释放和自分解区域将会启动，该区域与氧化过程区域相重合，氧化过程是由于二氧化碳（$CO_2$）和水（$H_2O$）中的氧发生反应并将其还原为一氧化碳（$CO$）和氢气（$H_2$）而发生的。若能量不足且需要提高产品气的温度，可以在反应器出口处供应必要量的氧化剂（空气）。

1.1 控制对象模型

根据所提出的方案（图14.2）组织的不使用空气的有机物质热化学分解过程可归为热解。而根据图14.1的方案组织的过程则属于燃烧。通常，不同的模型用于描述这些过程。然而，按照图14.2的方案，除了热解外，在供应氧化剂时也可组织燃烧，并且这些过程可以平稳地相互转变。因此，需要使用统一的模型，以相同的可靠性描述热解和燃烧过程，该模型以文献[8]中提出的模型为基础，不同之处在于能够考虑源物质（木材）中液态水的存在。

假设反应产物处于气态或凝聚态（碳残渣），若过程处于平衡状态，这种假设是成立的。根据物质守恒定律，可基于初始物质的总化学式确定反应产物中的元素列表及其数量，初始物质可能包括水（湿木材），在使用氧化剂时还包括空气。基于初始物质组成中可能包含的有限数量的基本化学元素（碳C、氢H、氧O、氮N），可确定反应产物中包含的基本物质列表，该列表基于初步计算和已知实验数据确定，包括：
$H_2O$、$CO_2$、$CO$、$CH_4$、$H_2$、$N_2$、$CU$ (14.1)
其中，$CU$ 为碳残渣。当将反应产物送入反应器入口（图14.2）时，此条件同样满足。反应平衡区域的温度根据能量守恒定律确定，表现为初始产物和反应产物的焓相等。