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当今最有产业化前景的生物质制氢路线有两条,一是生物质催化气化制氢,二是生物质两步法制氢,即先将生物质快速热裂解后冷凝制取生物油,再将生物油催化重整制氢。为从根本上降低重整催化剂的积碳速率并降低能耗,我们提出了生物质快速热裂解挥发份不经冷凝直接水蒸气催化重整再变压吸附提纯一体化制氢工艺路线。本论文的研究主体共分五部分：氧气和水蒸气气氛下生物质热转化焦油的生成机理,生物质快速热裂解、水蒸气催化重整一体化制取富氢气体,镍钻双金属重整催化剂的开发及催化机理探讨,木炭的催化活性及稳定性研究,变压吸附提纯工艺优化及模型建立。焦油的生成与SOR(水蒸气和氧气的摩尔比)关系密切,当SOR较高时,焦油主要形成于生物质的裂解,并且焦油的组成复杂,主要以含氧化合物为主；随着SOR的降低,含氧化合物裂解程度加深,带支链的苯环结构裂解为少支链的苯环结构；当SOR降低到一定程度,少支链的苯环结构还会大量缩合缩聚为少支链的多环芳烃。它说明生物质在高温条件下生成的焦油组分确实比低温下稳定得多,这为生物质快速热裂解、水蒸气催化重整一体化制氢提供了理论支持。在生物质快速热裂解、水蒸气催化重整优化的工艺条件下获得61.77%的氢气浓度和88.84%的氢气产率,富氢气体中不含CH4,含少量的C0(约1.2%),整个催化过程没发现催化剂积碳,说明低温下生成的焦油直接在催化剂的作用下能降低碳的生成,同时也说明生物质热裂解挥发份冷凝过程中发生的不可逆缩合缩聚反应导致了生物油的再挥发困难,因此生物质快速热裂解、水蒸气催化重整一体化制取富氢气体工艺是较好的制氢技术。实验室制备了Ni-Co/γ-Al2O3,Ni/γ-Al2O3,Co/γ-Al2O3,Ni/γ-Al2O3和Co/γ机械混合催化剂(本论文中机械混合催化剂以-Al2O3表示)。通过制氢性能的比较发现：在优化的实验条件下,以Ni/γ-Al2O3|Co/γ-Al2O3为催化剂时,氢气的选择性为94.83%,一氧化碳的选择性为3.21%,甲烷的选择性为1.96%,氢气产率为Ni-Co/γ-Al2O3比以120.81g/kg biomass,,为催化剂时,氢气选择性和氢产率分别高出了4.76%和14.22%、6.90%和24.13%、9.05%和31.06%。通过更换载体和改变Co/γ-Al2O3、Ni/γ-Al2O3|Co/γ-Al2O3、Ni/γ-Al2O3质量含量的研究发现3Ni-9Co/Ce-Zr-O催化剂可获得最大的氢气收率和最小的积碳速率,稳定性高于工业镍基催化剂。实验还以甲醇和丙酮作为生物质快速热裂解挥发份的模拟物研究了其在6Ni-6Co/Ce-Zr-O催化剂上的重整机理,结果表明甲醇在6Ni-6Co/Ce-Zr-O催化剂上的反应机理为甲醇首先被6Ni-6Co/Ce-Zr-O催化剂上的Ce原子吸附形成甲氧基,甲氧基脱氢形成甲酸盐,部分甲酸基从Ce原子上脱离后与吸附态的H原子结合生成甲酸,其余的甲酸基经进一步的脱氢形成了吸附态的二氧化碳。丙酮在6Ni-6Co/Ce-Zr-O催化剂上的反应机理为吸附态的水分子在载体和金属的共同作用下断裂为·OH和H·,·OH被Ce3‘吸附,H·被金属Ni吸附,然后是丙酮发生断裂吸附,同时释放氢气,丙酮的·CH3,被Ni原子吸附,：C0被与Ce连接的·OH吸附,接着与Ce连接的0原子发生断裂释放出C02,再接着部分甲基从相邻Ni原子上脱附聚合生成乙烷,其余的甲基经历重整后以C02和H：的形式产出。通过对木炭的催化活性和稳定性研究发现当催化重整温度低于700℃时,出口干气中生物油的含量相当高,不适合进一步在金属催化剂上催化重整。只有在温度大于等于800℃时,木炭才表现出较强的活性。生物油在800-900℃条件下转化的一级反应动力学常数活化能(Ea)为56.98 kJ/mol,指前因子(k0)为1.58x101s-1。优化条件下木炭催化剂表现出优良的的活性(生物油的去除率高于99.6%),出口干气中的生物油含量低于1.89 g/Nm3,利于进一步在金属催化剂上重整。生物油催化重整总的积碳-消碳动力学模型为通过对变压吸附工艺的研究发现以沸石分子筛为吸附剂时得到的氢气回收率明显高于活性炭,但是沸石分子筛难于解吸附再生,活性炭虽容易再生,但其氢气回收率太低(约60%)。根据生物质快速热裂解、水蒸气催化重整一体化制取的富氢气中不含甲烷的特点,我们提出先用醇胺吸收法脱除二氧化碳后,再用沸石分子筛变压吸附脱除一氧化碳的工艺路线以维持高的氢气回收率。通过对变压吸附工艺的研究还发现当吸附压力<0.5MPa时,随着压力的升高氢气回收率增大,当吸附压力>0.5MPa时,随着压力的增大氢气回收率又随之减小；当吸附剂床层高度<0.4m时,随床层高度的增加氢气回收率迅速增大,而在床层高度>0.4m后,增加变得缓慢；氢气回收率随着体积流量的增大而减少。在优化的工艺条件：压力：0.5MPa；吸附剂床层高度：0.4m；进气流量：250ml/min时,氢气的回收率为97.86%。