生物质储量大、可再生，通过气化方式制备合成气是生物质能源化利用的重要手段之一。化学链气化技术采用载氧体为气化过程供氧，避免了传统气化方式中纯氧制备过程的高耗能、高成本问题，同时载氧体的多样性也为燃料的高效转化、焦油的高效重整提供了可能。铁酸钙载氧体是一种新型的 Fe-Ca 复合载氧体，兼具了铁基和钙基载氧体的优点，有较好的应用前景。考虑到未来化学链技术的工业化应用趋势，本文利用预熔型炼钢造渣剂制备铁酸钙载氧体，依据热力学计算结果，对基于铁酸钙载氧体稻壳气化特性和焦油重整特性进行实验研究。
　　首先，通过HSC Chemistry 6.0对基于铁酸钙载氧体的生物质化学链气化及焦油重整反应进行热力学计算，研究不同反应条件对上述反应特性的影响规律，并利用热重表征、程序升温还原和固定床实验，分析了铁酸钙载氧体的相关反应特性，结果表明：铁酸钙中CaFe2O4和Ca2Fe2O5两种晶体结构均对CH4、H2的选择性低；Ca2Fe2O5的氧化性能弱于CaFe2O4，但其碳酸化反应性更强。在基于铁酸钙载氧体的稻壳气化过程中，当反应温度超过600℃时，CO、H2的产率明显上升，但碳酸化反应会减弱，综合考虑稻壳的转化率以及合成气的有效组分浓度等因素，750~850℃是较为合适的反应温度区间。铁酸钙载氧体的加入量会影响气化过程中氧化还原反应和碳酸化反应的竞争关系，对1 kmol稻壳而言，加入0.4~0.6kmol铁酸钙时合成气中有效组分的比例较高。温度升高有利于苯的重整进行，当温度超过700℃时，合成气的有效组分产率较高。热重表征、程序升温还原和固定床实验结果表明，当温度低于840℃时，铁酸钙载氧体可与CO2发生碳酸化反应，生成Fe2O3和CaCO3的固溶体。与Fe2O3相比，铁酸钙载氧体的还原峰会向高温区偏移，且因具有对焦油的催化裂解特性，铁酸钙载氧体更有利于促进稻壳的气化。
　　其次，利用批次固定床实验，以稻壳为生物质燃料，对基于铁酸钙载氧体的生物质化学链气化过程进行研究，考察了直接气化反应中，Fe2O3与铁酸钙载氧体的反应特性差异，铁酸钙载氧体与稻壳的质量比率mCF/mR、反应温度、循环反应以及水蒸气气化反应中反应温度、水蒸气流量对稻壳气化特性的影响，并利用X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）对载氧体进行表征，结果表明：在直接气化反应中，与 Fe2O3相比，铁酸钙的碳酸化特性和对焦油催化裂解特性使其生成的合成气热值更高。铁酸钙载氧体和稻壳的质量比率mCF/mR会影响合成气的品位，当mCF/mR＜0.73，mCF/mR的提高有助于提高气化过程中的碳转化效率和气化效率。反应温度的升高有助于稻壳挥发分的析出和焦油等大分子物质的裂解，反应温度超过840℃时，铁酸钙丧失碳酸化能力，800℃，mCF/mR=0.73为最佳反应工况。经过10次循环反应后，铁酸钙载氧体表面烧结产生的CaO失活导致其碳酸化反应性能下降。通过XRD表征可知，CaFe2O4晶体的循环再生能力良好，循环反应后并未形成硫酸化产物 CaSO4；Ca2Fe2O5的消失导致其氧化还原性能略有上升。水蒸气气化反应中，水蒸气流量和反应温度的升高均对H2的生成有促进作用，但过多的水蒸气会增加系统能耗并抑制反应进行，降低气化效率；当反应温度超过900℃，铁酸钙载氧体的氧化还原反应加强，合成气的低位发热量降低；当mCF/mR=0.73时，T=850℃、水蒸气流量为0.1g/min合成气品质较高。
　　最后，以苯为焦油模化物，在固定床反应器中开展了基于铁酸钙载氧体的焦油重整实验，考察了反应时间、反应温度、水蒸气流量、和循环反应次数对于焦油重整特性的影响，并通过热重、XRD、SEM、比表面积测定（BET）等手段对载氧体进行表征。结果表明：水蒸气重整过程相对稳定，加入铁酸钙载氧体后合成气产率和碳转化率明显提高。反应过程主要分为3个阶段，反应初期会出现较强的氧化还原反应；反应中期，合成气产率和碳转化率阶段性上升，反应后期，合成气产率和碳转化率逐渐下降，最佳重整时间为 70min。温度的上升有利于苯的重整反应的进行，温度＞900℃时，铁酸钙载氧体表现出较强的氧化性；随着水碳比（S/C）的增加，苯的重整效率和合成气产率先增后减，在S/C=12.9时达峰值。在前4次循环反应中，铁酸钙载氧体反应性能表现稳定，但在第5次反应中其催化、氧化性能出现下降。XRD图谱显示Ca2Fe2O5晶体的循环再生能力逐渐减弱，第5次循环反应后出现Fe2O3-Al2O3-CaO晶体峰结合。BET表征结果表明，经过循环反应，Al基熔融物的形成使得铁酸钙载氧体的孔径会变大，比表面积逐渐减小，但较低的数量级决定了该变化不是引起铁酸钙载氧体性能下降的主要原因。SEM-EDS的表征结果显示，伴随着循环反应，铁酸钙载氧体表面颗粒出现部分熔融，表面特征从珊瑚状向玛瑙状转变，并伴随着Ca元素的流失或迁移，是其性能下降的主要原因。