生物质的高效利用一直是广大科研工作者所关注的科学问题。生物质热解气化的主要目的以生产高品质的燃气为主,然而在热解气化过程中,焦油和半焦的产生是不可避免的。焦油的产生一方面会对气化系统造成严重的影响及环境污染问题；另一方面焦油还含有一部分的能量,不加以充分的利用将会导致生物质热解气化效率的降低。而生物质半焦作为一种具有发达孔结构的物质,不仅是一种良好的吸附材料,同时还是一种良好的催化剂载体,具有经济环保性。本文采用松木锯末作为热解原料,松木锯末半焦作为催化剂载体制备半焦基载Fe-Ni催化剂,对生物质催化热解过程中的工艺条件如：催化反应温度、金属物质负载量、气相停留时间等对气体产物特性、气体成分的影响展开了相关研究,同时还考察了催化剂的稳定性。利用表征手段(BET、 XRD、 SEM、 XPS)对催化剂在催化热解反应前后进行了具体的分析,更进一步的解释半焦基催化剂对生物质催化热解的机理；另外还考察了不同催化剂对焦油化学组分的影响。围绕以上内容,本文研究工作如下：(1)选用木材加工厂的松木锯末作为热解原料,以课题组中试基地用松木锯末气化反应产生的半焦作为催化剂载体,通过对这两种物质进行元素分析和工业分析以及热值的计算,结果表明：松木锯末具有很高的挥发分,半焦具有很高的固定碳；两种原料中的主要元素组成均为C、H和O；气化出来的半焦具有相当发达的孔结构,其表面积达到252.13m2/g；另外,这两种原料的低位热值分别为16.52MJ/kg和25.92MJ/kg。(2)通过热分析方法对热解原料进行了热解特性和动力学研究,其结果表明：锯末的热解可分为三个阶段：第一阶段主要为水分的失去和轻质挥发分的析出；第二阶段为主要热解阶段,挥发分大量的脱除,失重速率高；第三阶段主要为残炭的微弱分解和无机化合物的分解。在动力学研究上,先建立单步反应模型,将得到的动力学参数进一步用于多步反应之一的分布活化能模型(Distributed Activation Energy Model, DAEM)进行最小二乘法计算迭代初值,其结果表明：在0.02-0.98的转化率区间内,松木锯末的平均活化能为179.23kJ/mol较好的符合D3扩散模型。等转化率方法MKAS能够较好地与实验数据吻合,但由于属于单步反应而不可避免地忽略了生物质热解复杂性问题。分布活化能模型(DAEM)能够避免单步反应模型中热解机理复杂性的问题,通过离散化多个平行一级反应(200个一级反应),模拟结果在TG和DTG曲线上均与实验数据很好吻合。(3)以松木锯末半焦做为载体,利用浸渍法,制备12种半焦基催化剂,同时利用BET、 XRD、 SEM-EDS、 XPS等表征手段对最优条件下的催化剂进行研究分析,其结果表明：负载前的生物质半焦比表面积为252.13m2/g,经过负载Fe、Ni后,所对应的比表面积减小、孔容和吸附平均孔径减小。SEM的分析对其进行了佐证。同时利用XRD和XPS证明在通过负载后,在催化剂中有铁镍物质的存在。(4)利用实验室搭建的两段式生物质催化热解反应装置进行了催化剂对松木锯末催化热解特性的研究,考察了催化炉的温度、不同金属负载量以及不同气相停留时间对气体产物特性、成分的影响。并利用BET、XRD、 SEM、 XPS等表征手段对最优条件下的催化剂反应前后特性进行了分析。结果表明,通过BET和SEM的分析表明,催化剂在经过催化热解反应后,使得催化剂表面的孔道有所减少,降低了其吸附性能；通过XRD和XPS的分析表明,反应后在不同负载金属催化剂上均出现了单质态的金属；随着温度升高,气体产量增加,而焦油和半焦的产量下降,H2、CO的含量增加,Co2、 CH4气体的含量降低；金属负载量从0增加到8wt%时,气体的产量表现出先增加后缓慢降低的趋势,焦油和半焦的含量呈现出下降的趋势,气体成分中H2随负载量的增加而增加、但CO的含量在6wt%时出现峰值；实验中金属最佳负载量为6wt%,而且Ni/char表现出相对较好的催化活性。随着气体停留时间的增加,气体产物呈增加的趋势,但焦油的产量在0.5s出现了峰值。H2的含量在0.5s时也表现出了峰值,CO的含量呈现着缓慢的增加。利用最佳条件下的催化剂进行了8小时的寿命评价,在不同催化剂反应条件下H2和CO的含量还能维持在较高的水平,对焦油的去除率依次为Fe-6/char:78.5%、 Fe-6-Ni-6/char:85.67%、 Ni-6/char:87.15%。(5)在催化炉反应温度为800℃、气体停留时间为0.5s、考察了不同催化剂(char、 Fe-6/char、Fe-6-Ni-6/char、 Ni-6/char)对焦油成分的影响。利用元素分析、FTIR、 GC/MS对焦油进行了具体的分析,结果表明焦油中的主要元素为C和O,含有极少量的S,经过不同的催化剂(char、 Fe-6/char、 Ni-6-Fe-6/char、 Ni-6/char)对焦油的催化后,焦油中的C含量逐渐的增加,而氧的含量逐渐的减少；FTIR的结果表明经过催化后带有O-H官能团的含氧化合物大量的减少,690-900cm-1之间代表芳香化合物的特征峰有一定的加强,1500-1700cm-1处表示为PAHs的峰在焦油催化后都有所减弱,经过Ni-6/char催化剂催化降解后,FTIR谱图上的峰数有着明显的减少；通过GC/MS分析,经过催化分解后,单环芳烃的相对含量增加,含氧化合物、多环芳烃以及杂环的含量有所降低。