由于能源价格上涨和燃料化石枯竭等原因,各国正转向使用可再生和可持续能源。目前有许多可替代能源新技术,而生物质气化是其中一种重要的技术。生物质气化制氢被认为是一种理想的可再生能源,在未来的氢能源经济中将占有举足轻重的地位。生物质中木质素和纤维素具有不同的化学反应活性,因此不同组分的生物质在气化过程具有不同的反应特性。气化过程中伴随产生二氧化碳,二氧化碳是一种导致全球变暖的温室气体。在气化过程中加入固碳吸收剂（如CaO）,二氧化碳可被固体吸收剂吸收,生产富氢合成气并捕集二氧化碳。论文开展生物质不同组分（纤维素和木质素）对气化产物以及CaO催化剂性能的影响,并对生物质富氢气化过程中钙基吸附剂的性能进行改性和评价,对生物质清洁利用具有重要意义。论文基于钙基二氧化碳吸收剂,研究了生物质富氢气化特性;根据生物质富含木质素和纤维素的特点,研究了纤维素、木质素、模拟生物质以及富含纤维素和富含木质素的实际生物质在钙基吸收剂条件下的气化特性和气体产物分布规律;明确了木质素和纤维素对CaO催化活性的影响规律;研究了ZrO2和CeO2改性Fe/CaO对生物质富氢气化的影响规律;并基于纤维素和木质素组成对生物质气化产品气分布特性的影响进行了统计学建模。得到如下主要结论:在600-800℃范围内,研究了温度和CaO负载量对纤维素和木质素气化特性的影响,并对实际和模拟生物质的气化特性进行了实验研究。结果表明,将CaO/纤维素质量比由0提高到1.5有利于H2的生成;而CaO/木质素质量比大于1时,H2产量略有下降。对于纤维素和木质素,其最佳气化温度均为650℃,此时,H2浓度最高。此外,实际生物质和模拟生物质的气体产物分布与木质素或纤维素的气化产物分布特征相同。基于纤维素、木质素和纤维素含量较高的玉米秸秆、木质素含量较高的核桃壳,研究了生物质组分（纤维素和木质素）在气化过程中对CaO催化剂的影响特性。结果表明,纤维素气化产生焦油较多,而木质素气化产物中的CO2产量较多。纤维素气化中的焦油形成导致焦炭生成,减小了催化剂的比表面积,降低了催化剂的活性。XRD结果表明,玉米秸秆气化固体残留物中CaO的衍射峰较强,而核桃壳气化固体残留物中CaCO3的衍射峰较强。核桃壳气化过程中中较高的CO2产量提高了CaO的碳酸化率,从而促进了CaCO3的形成。而玉米秸秆气化固体残留物中较低的CaCO3的衍射峰可能是由于焦炭阻塞CaO孔道,导致CO2捕集能力的降低。为了提高生物质碳转化率和H2产率,使用浸渍法制备了ZrO2和CeO2改性的Fe/CaO催化剂,并基于木质素气化研究了改性对Fe/CaO催化剂性能的影响。首先研究了Fe/ZrO2和Fe/CeO2负载量对催化剂性能的影响,然后将Zr-Fe/CaO、Ce-Fe/CaO与Fe/CaO催化剂的催化性能进行了对比分析。考虑生物质碳转化率和H2产率,三种催化剂性能由高到低依次为Zr-Fe/CaO＞5Fe/CaO＞Ce-Fe/CaO。在ZrO2添加剂提高了气化产物产量、碳转化率、循环性能,并且与其他进行试验的催化剂相比残炭含量更低,H2产量更高;CeO2改性Fe/CaO催化剂的催化性能较差。使用XRD、SEM、EDX和TGA对反应后的催化剂进行了表征,结果表明,ZrO2添加剂可大幅提高Fe/CaO催化剂抗烧结能力,并降低固体残留物中的焦炭量;且ZrO2有利于Ca2Fe2O5催化剂的稳定性。在稳定性测试中,Zr-Fe/CaO催化剂表现出了较好的催化活性,在10次循环过程中H2产量几乎保持不变,表明该催化剂具有优异的稳定性。通过有关纤维素、木质素、富含纤维素和富含木质素的生物质气化文献查阅,并基于元素组成、合成气成分和产物分布的数据,用PCA（Principal Component Analysis）方法进行了统计学建模。建模过程中,分别为元素组成和产物分布创建了数据集（SET1和SET2）。SET1包含碳含量（C）、氢含量（H）、氧含量（O）、挥发分（VM）、固定碳含量（FC）等五个变量,SET2包含合成气成分和产品分布,包括H2、CO2、CO、CH4等气体、液体和固体产物。通过数据集的分析,获得生物质元素组成的变化,热化学转化过程中合成气的成分和产物分布,并找出哪些元素组成对气化产物分布具有更大的影响。针对SET1数据集的PCA结果表明,纤维素和木质素的元素组成分别与富含纤维素和富含木质素的生物质相似;不同种类的生物质原料在碳含量、氧含量、挥发性物质含量和固定碳含量等方面有着显著差异。SET2数据集的PCA结果显示,H2,CO2,CO和CH4等气体组分间的分布及其比例关系与甲烷重整及水气变换反应紧密相关。纤维素中较高的挥发分含量导致其较高的液体产物量;而木质素中较高的固定碳含量导致其较高的固体产物量。富含纤维素和富含木质素的生物质也获得了类似的结果,表明富纤维素和富含木质素的生物质量分别适用于液体（生物油）和固体（生物炭）生产。