木质素是生物质原料的重要组分,通过热解液化可以将其转化为液体燃料。由于木质素结构和热解反应过程的复杂性,导致热解油含氧量高、品质差,无法直接用于液体燃料。而超临界甲醇加氢脱氧体系能够使用廉价金属催化剂、甲醇供氢体,对热解油进行加氢脱氧提质。本文针对木质素热解液化及热解油超临界甲醇加氢脱氧反应中存在的关键问题,研究了木质素结构与热解反应过程机理、添加剂对木质素热解特性的影响、超临界甲醇催化提质机制等,具体研究内容如下:首先,针对木质素结构的复杂性,利用热重分析仪和微型裂解器与气相色谱/质谱联用仪研究了小分子木质素（β-O-4,NPβ-O-4,5-5二聚体和三聚体）、大分子木质素（木质素脱氢聚合物和磨木木素）和原生木质素（20种生物质原料）结构与热解反应特性。结果表明,小分子木质素中C-O键早于C-C键断裂。木质素结构中分子量增加,可以增加C-O键的热解反应性,同时降低C-C键的反应性。大分子木质素在结构上与原生木质素结构类似,热解反应发生在200-800℃较宽温度区间,热解炭产率高于40%,热解油以愈创木酚类化合物组分为主。生物质原料中木质素含量与热解产物中酚类产物相关性系数为0.82。其次,针对热解反应过程复杂性,利用热重分析仪和原位红外研究了木质素热解机理。结果发现,木质素热解存在初始反应阶段和剧烈反应阶段,其中初始阶段发生在160-330°C之间,具有约20wt.%失重,而剧烈反应阶段发生在330-500°C之间,具有约30wt.%失重。木质素热解初始反应阶段,C-O-C基团减少,而-OH,C=C,C=O,CHn基团增加,反应生成H2O、CO2和CO。同时,木质素软化反应、聚合反应发生,微观形貌发生改变,形成大分子木质素碎片。木质素热解反应剧烈阶段主要以木质素大分子裂解反应和挥发分二次反应为主。随着温度升高（330-500°C）,木质素C-O-C和C-C键断裂,挥发分中形成较多轻质碎片,大量含氧官能团脱除,热解炭中CHn含量增加。进一步升高热解温度,挥发分二次反应发生导致挥发分中C=O和C=C含量增加。接着,利用固定床实验研究了Ca-Mg添加剂对木质素热解软化结块调控作用和热解产物生成特性的影响。结果发现,11种不同强度碱（KOH,Na OH,Mg（OH）2,Ca（OH）2,Al（OH）3,Fe（OH）3）、金属氧化物（Mg O,Al2O3）和金属盐类（Ca CO3,Ca（NO3）2,Ca Cl2）添加剂中,中强碱添加剂能有效抑制木质素热解团聚结块现象,获得颗粒状木质素焦炭。Mg（OH）2添加剂能促进热解气中CO2的生成,增加液体热解油中邻苯二酚的生成量;而Ca（OH）2添加剂能提高了热解气产率,同时增加了热解焦炭中-OH官能团含量,降低了热解油中愈创木酚类生成量。然后,通过引入超临界甲醇加氢脱氧反应,以Cu Al Mg Ox为催化剂,以甲醇为供氢体,对热解油进行加氢脱氧提质。通过水溶提取法将热解油分为轻质组分和重质组分。轻质热解油中酚、醇、酸、烃和酮类物质在超临界甲醇加氢脱氧反应中具有较高转化率。大多数轻质热解油组分在超临界甲醇反应中被转化为C2-C8醇类,少部分醇类物质被进一步脱氧转化为烃类。经过4h超临界甲醇加氢脱氧反应,重质热解组分中芳香环结构由64.3%下降到27.3%,氧含量由26.8%下降到9.7%。Cu Al Mg Ox催化剂加氢反应速率（142.0mol/g*h）约为Ru/C催化剂（78.8mol/g*h）的两倍。重质热解油中约50%的碳转化为提质油,其部分燃料性质达到高品位液体燃料要求,含氧量低于10%,高位发热量38.2MJ/kg与柴油热值42.6MJ/kg相当。最后,基于以上实验研究,利用Aspen Plus构建了100kg/h热解耦合超临界甲醇加氢脱氧系统模型,并从物质流、碳足迹、技术经济性和环保性等方面对系统进行全面评价。该系统有效碳转化率为33.3%,每小时能生产21.6kg C2-C8醇类和10.8kg高品位液体燃料。在技术经济性方面,该系统净现值为990万元,年收益率为11.3%,具有较高利润回报率和投资价值。在环保指标方面,该系统CO2直接排放量为10.8kg/h,间接温室气体排放强度为2.5g CO2-eq/MJ。