生物油作为生物质热解液化的主要产物,有望能帮助缓解能源危机与气候危机,具有巨大的应用潜力。然而,因其高水分含量、低热值、低流动性、高温下易结焦和具有腐蚀性等缺点,始终未能实现大规模的市场化应用。采用分离与提质技术可对生物油部分缺陷进行改善,满足某些应用场景下的需求。但目前通过单一方法对生物油提质利用的经济性难以得到保证。因此需结合多种技术将其组分按特性与价值分别进行分离和转化,从而实现生物油全组分高值化利用。基于此,本文结合分级冷凝、蒸馏分离和电化学转化等技术,提出了一条生物油全组分高值化利用路径:即通过分级冷凝将生物油分为不同品级后,将富含高附加值化学品的生物油进行蒸馏转化,得到各级馏分与蒸馏残渣,各级馏分可制备零碳高附加值化学品,蒸馏残渣则可通过直接燃烧、或制备生物质炭和多孔炭材料等方式进行转化利用;而获得的利用价值较低的高水含量生物油可通过电化学转化制备高品位气体燃料,其固体产物后续可作为燃料或新型材料进行进一步利用。为对生物油全组分高值化利用路径进行探索与可行性研究,本文主要开展了以下工作:首先通过分析生物油的主要组分,基于物质类别、含量、利用价值和蒸馏过程中涉及的相互作用等因素,提出了生物油蒸馏过程中特征组分的六条选取原则,建立了生物油蒸馏模化物体系;采用Aspen plus基于生物油蒸馏小试装置构建了间歇蒸馏模型,在1.0 bar、0.7 bar、0.5 bar、0.35 bar和0.2 bar五个不同压力下对各特征组分的蒸馏特性进行模拟研究。结果表明,在不考虑各组分之间相互作用的情况下,在1.0 bar压力下模化物的总馏出率最高,达到了 88.6%;而在较低操作压力下,各组分的馏出温度显著下降,且有利于苯酚和愈创木酚等高附加值产物在高温馏分中富集。然后基于模拟实验结果,利用生物油精馏分离小试装置在1.0bar、0.7bar和0.5 bar三个压力下对生物油模化物进行了蒸馏实验验证,发现在减压环境下模化物的总馏出率有所提高,且塔釜中的蒸馏残渣产率下降。0.5 bar压力下乙酸、糠醛、苯酚和愈创木酚的馏出率分别提高了1 0.0%、8.3%、4.7%和9.8%,表明减压条件更有利于生物油中大部分高附加值组分的分离;对塔釜内的蒸馏残渣进行分析后发现,模化物蒸馏残渣的碳元素含量高达74.51%,且结构较为致密,没有可见的孔隙存在;红外分析结果表明在模化物蒸馏过程中发生了酚类与醛类的缩合反应,参与反应的组分包括糠醛、苯酚和愈创木酚等。随后对生物油原油的蒸馏特性进行了研究,选择乙酸、糠醛、甲基环戊烯酮、苯酚、4-乙基苯酚、愈创木酚、4-甲基愈创木酚和4-乙基愈创木酚等八种特征组分进行含量追踪。结果表明,生物油蒸馏过程可分为稳定阶段、快速增长阶段和结焦阶段:快速增长阶段是高附加值化学品馏出效率最高的阶段,且不会导致生物油膨胀结焦;而生物油在结焦阶段会迅速膨胀并结焦,极大地影响反应器的清理和实验的连续性,同时以糠醛和愈创木酚为代表的部分特征组分在此阶段馏出率增长速度放缓甚至开始下降,说明可能有部分高附加值化合物参与了结焦反应,导致其分离效率降低。此外,在生物油蒸馏过程中出现了类似于共沸的现象,包括乙酸、糠醛和酚类等大多数特征组分均存在一个共同的蒸馏温度临界点,可能是由于生物油中各组分形成了不同强度的分子作用力。蒸馏过程中不同馏分中如水和乙酸等组分还存在再分配现象,可通过对不同温度段的馏分分开收集与馏分分开保存的方法来避免。为对生物油蒸馏所得馏分的利用路径进行研究,通过钡离子沉淀法对生物油馏分中的酚类物质进行提取,并研究了加入NaOH浓度、反应温度与反应时间等因素对愈创木酚提取率的影响。结果表明钡离子沉淀法能够有效分离馏分中的酚类物质,对愈创木酚类物质分离效果更明显,且对低温水相馏分、低温油相馏分与高温馏分的提取率分别可达34.1%、33.8%和33.5%;钡离子与酚类物质所产生沉淀的结构并不稳定,在较高温度下会以极快的速度开始分解;综合物料消耗、反应速率和酚类物质的提取率考虑,在35℃下加入浓度为5.5mol/L的NaOH溶液并持续反应20min是最佳的分离操作参数。分析了蒸馏温度对蒸馏残渣的元素组成、宏观特性、微观结构、官能团构成和热解特性的影响,总结了不同蒸馏温度获得的蒸馏残渣的主要特点,研究了其可行的利用路径。结果表明:120℃下获得的蒸馏残渣因其低热值、富含高附加值组分,可进行组分再分离后利用;140至220℃的蒸馏残渣则更适宜用来与煤或生物质原料进行共热解;240-300℃的蒸馏残渣热值较高,可作为燃料直接利用,也可用于制备多孔生物质炭（高性能炭材料）进行高值化利用。本文还通过H型电解池,采用恒流法对以碳酸铵增强导电性的生物油进行了电化学转化实验。利用元素分析、GC-TCD/FID、GC/MS、1H NMR、FTIR、TG-FTIR和Py-GC/MS等方式对气液固三类产物的理化特性进行分析表征,推导并总结了生物油电化学转化过程中的主要反应,包括酚类、醛类、木质素低聚物的共聚反应、以及不饱和脂肪酸的脱羰脱羧反应和水的裂解反应等。其中共聚反应生成了固体产物,而不饱和脂肪酸的脱羰脱羧反应与水的裂解反应生成了一氧化碳、二氧化碳、氢气和部分烯烃等气体产物。气体产物中可燃性气体总含量为79.24%,表明在作为气体燃料应用方面具有巨大潜力。而固体产物可能主要来源于酚类、醛类、木质素低聚物共聚等,后续可作为制备新型材料的原料进行利用。