随着化石资源的过度消耗以及环境污染,以可再生资源代替化石资源成为人类社会面临生存发展需要解决的主要问题,生物质能作为新型的可再生洁净能源受到更多关注,而催化热解液化技术是生物质高效利用与能源化利用的重要方式,但由于催化转化过程中目标产物比较低、催化剂易于结焦失活,限制了其应用,因此本文以林业废弃物为原料制备大宗的化学品---苯、甲苯和二甲苯,从基础研究以及技术工艺研究着手,从生物质原料、供氢助剂以及改性催化剂角度出发,着重探讨催化转化机理及性能调控机制,有效氢碳比的提高路径以及原料预处理结构变化,进而提高目标产物(苯、甲苯以及二甲苯),改善生物油的品质,具体研究内容如下:(1)利用Py-GC/MS考察了云南松的催化热解工艺,探讨了工艺条件(热解温度、催化温度、催化剂的用量以及添加方法、催化剂的硅铝比)对产物的组成、分布以及催化热解机理的影响,结果表明:云南松催化转化的最佳工艺条件为热解温度450℃,催化温度500℃,氮气流速为150ml/min,催化剂的硅铝比为25,催化剂用量为1:2时,单环芳烃和残余质量的产率分别达到69%和28.95%,热值达到31.74 MJ/Kg,催化剂的添加可以明显的促进初始阶段的脱水反应,加速残炭的分解,致使残碳量降低,加大了木粉的转化,使转化率从70.39%增加至94.07%;而且,有效的降低活化能以及空间位阻效应,使反应速率加快;催化热解重整,脱氧效果最好,气体产率以及芳烃的含量高,苯、甲苯等单环芳烃的选择性比较高,混合热解,其生物油产率较高,C10+稠环芳烃的选择性比较好;高温有利于脱烷基化反应,使非取代的芳烃随之热解温度的增加而增加,而低温致使烷基化反应程度加大,使其取代的芳烃的选择性增加;随着硅铝比的增加,催化剂的孔容、平均孔径增加,分子筛的总酸量逐渐降低;催化活性减弱;生物油的产率增加,气体产率下降,热值以及含水量下降;单环芳烃(BTXE)含量明显降低、稠环芳烃含量增加,苯、甲苯、二甲苯的选择性明显降低,而萘以及甲基萘的选择性则与之相反,取代的芳烃随着SAR的增加而增加,而非取代的芳烃随之SAR的增加而降低。(2)采用热重分析以及Py-GC/MS对云南松三组分进行了热解特性、动力学以及产物分布进行了研究,分析云南松及其组分的产物组成、分布变化规律,探讨其催化热解机理,结果表明:纤维素的热稳定较高,热解温度范围比较窄,热解后固体残余质量较高,半纤维素热稳定性最差,而木质素由于结构的复杂性,致使热稳定性最高,热解温度范围广,固体残余量最大,催化热解后,各自的转化率增加,转化率的顺序为:木质素<纤维素<云南松<木聚糖;热解后纤维素、半纤维以及木质素的平均活化能为176.30KJ/mol、156.26 KJ/mol、249.20 KJ/mol,而 HZSM-5 催化剂的添加可以有效的提高反应活性,使反应活化能明显的降低,但由于催化剂表面的结焦失活等致使活化能下降的不明显;其中,下降顺序为:木聚糖(31.40%)<云南松(14.91%)<木质素(7.57%)<纤维素(6.65%);纤维素热解产生液体含量最高,左旋葡萄糖含量最大,固体含量最低,半纤维素产生的气体含量最高,糠醛等呋喃类化合物最多,而木质素产生的固体含量最高、酚类化合物产量最大;催化热解后,半纤维素产生的单环芳烃最高,为76.40%,而木质素产生稠环的含量最大,半纤维素对苯以及甲苯的选择性最高,纤维素对二甲苯以及萘的选择性较好,而木质素提高了萘族产物(甲基萘以及二甲基萘)的选择性,使C10+稠环芳烃选择性明显增加,催化热解有效的改善了生物油的特性,使其燃料性能提高。(3)采用金属浸渍改性、脱硅处理以及二元催化改性HZSM-5催化剂,同时采用X-射线衍射仪(XRD)、比表面积和孔径分布仪(BET)、化学吸附仪(NH3-TPD)、X-射线光电子能谱(XPS)等对其表征,用于云南松的催化热解。结果表明:HZSM-5催化剂改性后并没有改变晶体的结构,但使比表面积以及孔容增加,孔径发生变化,结晶度下降,M-ZSM-5催化剂可以明显增加气体产率,但是液体产率下降,抑制催化剂积碳,同时,催化剂的添加可以显著提升生物油的性能,使其C和H的含量都有增加,含氧量下降,热值增加,不同负载金属脱氧顺序为:Ga-ZSM-5>Zn-ZSM-5>Ni-ZSM-5>Co-ZSM-5>Mg-ZSM-5>Cu-ZSM-5>H-ZSM-5,M-ZSM-5 催化剂可以明显提高单环以及双环芳烃含量,Zn-ZSM-5催化剂制备的单环芳烃含量最高,为90.28%,而Ni-ZSM-5催化剂制备的稠环芳烃含量最高为31.36%,其中,甲苯的顺序为:Zn>H>Ga>Cu>Ni>Mg>Co,苯的顺序为:H>Ni～Zn>Ga,而对于二甲苯而言,选择性顺序为Zn>Mg>Ga>H,Co,Cu>Ni,Co对于茚(C9)的选择性比较高,而Ni-ZSM-5可以明显提高C10+以上稠环芳烃选择性;K2C03预处理能够有效的脱出HZSM-5催化剂骨架上的硅,产生介孔结构,颗粒粒径更加均匀,随着浓度的增加,比表面积、孔容介孔体积及孔径逐渐增大,总酸量降低,改性HZSM-5催化剂可以有效的提高木质素及其来源的生物质原料的芳烃的产率以及降低焦炭的生成,使BTXE的选择性增加,当浓度过高致使脱硅、脱铝程度加大,提高了生物质催化热解过程中萘族产物(甲基萘以及二甲基萘)的选择性;断键催化剂CaO的添加改变了生物质的热解特性,存在明显的协同效应,转化率大小顺序为:ZSM-5>CaO+ZSM-5>CaO>生物质,残炭率以及特性参数明显增加,反应速率降低,同时增加气体以及BTXE的含量。(4)为了提高目标产物的产率采用高有效氢碳比化合物进行共催化热解,共催化热解过程中,芳烃的产率以及选择性发生了明显的变化,芳烃的产率以及选择性随着生物质与供氢试剂共催化热解时有效氢碳比的增加而显著增加,二者之间存在协同效应,生物油脂、低密度聚乙烯(LDPE)以及甲醇能够提供氢源,促进生物质催化,向目标产物转化,而且,生物质在热解过程中产生的含氧化合物也能够促进油脂大分子的断裂,二者之间发生Diels-Alder反应,提高供氢试剂的利用效率;其中橡胶籽油(RSO)和甲醇共热解单环芳烃的产率最高,而LDPE热解则产生的而稠环芳烃含量比较高,油脂热解产生的甲苯的选择性最高,LDPE由于自身C-C的存在,产生的苯的选择性比较好,而甲醇热解产生更多的二甲苯;同时,研究发现,LDPE催化热解后,产物从常规石蜡转变为轻质芳烃,HZSM-5对含氧小分子化合物醛、酮、酸等具有较好的脱氧效果产生芳烃,而对于木质素的脱氧效果比较差,产生的芳烃的产率比较低,大部分的芳烃是由于苯丙烷结构中侧链的断裂产生,小部分来源于酚类化合物的脱氧;(5)采用烘焙预处理技术对云南松进行预处理,探讨烘焙温度对生物炭结构、性能以及生物油的组成、分布的影响,揭示烘焙工艺与催化剂的催化热解积碳以及目标产物的关系,结果表明:烘焙破坏了纤维素以及半纤维素的结构,使其C-O官能团以及O-H官能团的吸收峰明显降低,使取代苯以及烯烃对应的C=C官能团强度增加,有机官能团逐渐简化,表面破坏严重,木质素含量增加,热解后液体产率下降,酚类的相对含量显著升高,酸类、糖类以及呋喃类等含氧化合物明显降低,表明,糖类、酸类等主要来源于纤维素以及半纤维的分解,而酚类以及焦炭则主要来源于木质素,催化热解后,以牺牲生物油的产率为代价,增加了 BTXE的选择性。当烘焙温度为230℃时,BTXE达到最大值,芳烃增加了 11.38%,增加烘焙温度,由于木质素的炭化以及交联反应加剧,使芳烃含量降低明显。总之,改性HZSM-5催化剂在线催化热解重整生物质及其组分,改善了生物油的品质,提高了目标的产物,减少了催化剂的结焦失活,而且生物质与供氢试剂共催化的热重过程以及催化热解发现,二者之间存在明显的耦合协同作用,相互作用的机制与有效氢碳比相关,实现了以目标为导向的生物质催化转化制备高附加值液体燃料以及化学品的目的。