生物质在世界上分布广泛且含量丰富,经加工可生产燃料、化工原料等,既能降低人类对化石能源的依赖,也能减少大气污染,是一种发展潜力巨大的新能源。生物质在流化床中的快速热解是一种将生物质向高附加值生物油转化的新工艺。然而此种工艺中涉及惰性氮气、生物质与沙砾等气固多相,气固多相流动、混合与传热过程会极大地影响产物的收率。因此,全面认识气固多相的流动、混合及反应对生物质快速热解工艺的工业应用意义重大。首先基于欧拉方法,针对气体-生物质-沙砾建立了气-固-固多相流动模型,并验证了模型的准确性,分析了颗粒性质对床层内气泡分布特性及二元颗粒混合特性的影响。结果表明,二元颗粒的性质越接近,气泡越容易以大小气泡共存的形式存在,且在流化床内的分布范围增加,有利于床层内各位置处二元颗粒的混合。二元颗粒性质相差越大,其混合效果也越差。操作气速的增大以及颗粒性质差异的减小有利于流化床内二元颗粒的良好混合,进而有利于生物质颗粒的均匀分散。其次,通过耦合多相流动模型与适宜的生物质热解反应动力学模型,建立了描述流化床内生物质热解过程的流动-反应综合数学模型,并验证了模型的准确性,分析了反应器内的流动和生物质热解反应特性。结果表明,生物质颗粒进入反应器后,受底部载气和床层内砂砾的共同作用,生物质在床层内与砂砾混合并向上运动,生物质颗粒受热迅速升温并发生热解反应,产生焦油与不凝气,焦油的二次转化会降低其收率。在生物质向上运动过程中,其粒径逐渐缩小。最后,采用上述流动-反应综合数学模型,对流化床内生物质热解过程进行了优化分析。考察了多种条件下生物质热解产物的分布规律。结果表明,生物质中纤维素热解得到的焦油收率最高,木质素的固体产物(木炭)的收率最高。生物质热解获得最大焦油收率的适宜温度为773K,温度过低时焦油收率降低,温度过高时焦油二次转化明显,都不利于焦油收率的最大化。当生物质中的木质素含量增加时,焦油收率最大化所需要的最佳操作气速减小。流化床内砂砾初始堆积量的增加会增加生物质在床层内的停留时间,且使得床层内气速增加,进而可以增加焦油收率。