生物质气化是生物质热化学高值化利用的有效途径之一。然而,一方面生物质是有机大分子结构,气化产生的焦油含量较高,需要增设净化装置脱除焦油,另一方面,生物质自身含水量高,传统工艺中需要先将其干燥,再采用外部通入的水蒸汽作为气化介质进行反应,整体的设备庞大,工艺复杂,导致经济性较低。本文针对这些问题,提出了采用生物质自身含水（简称:自水）作为气化介质,通过载氧体原位降解焦油,制取富氢低焦油合成气的研究思路,探究了反应过程中生物质自水的扩散规律,研究了焦油在载氧体条件下的转化方式,探索了载氧体的价态演变规律。设计并搭建了热解与气化耦联装置,验证了制取富氢低焦油合成气的可行性,为生物质化学链气化技术的大规模应用提供了基础。本文首先研究了生物质自水对气化过程的影响,比较了自水与外部通入的水蒸汽（简称:外加水分）在反应过程中的区别,探索了载氧体对自水气化的促进作用。结果表明,等量的外加水分与自水对反应产生了不同的影响,这是由于自水与外加水分的扩散方向相反而导致的:自水的扩散方向由内而外,而外加水分的扩散方向则是由外而内。随着温度的上升,生物质自水的影响逐渐加强,促进了挥发分的重整反应,改善了反应的状况。自水作为气化介质有利于节约能耗,提升反应效率,其反应后的气体产率提升幅度达到14.11%,自水与载氧体共同作用后,反应所得的气体产率提升幅度达到36.47%。采用萘作为焦油模型化合物,具体探究了载氧体中金属与晶格氧的不同转化作用,获得了焦油在载氧体条件下的转化路径与反应机理。结果表明,不同活性的载氧体（CuO、NiO、Fe₂O₃）在相似价态下对萘的转化效果相同:金属态时,萘的转化率为40-50%,氧化态时,萘的转化率大于90%。同一种载氧体,萘的转化率与晶格氧的含量存在映射关系:随着载氧体中晶格氧含量的下降,萘的氧化趋于困难,使得产物中CO₂明显下降。萘与载氧体分别经历了完全氧化、部分氧化与脱氢积炭三个反应阶段,热力学计算可知,在晶格氧供给非常充足时（当量比>80）,产物中没有CO与H₂生成;而在晶格氧供给不足时（当量比<20）,产物中的CO₂与H₂O急剧下降,导致整个反应不充分。在自行研制的实时称重固定床反应装置上,具体探索了载氧体深度还原对合成气H₂/CO提升的促进作用,获得了载氧体的价态演变规律及还原深度调控机制。研究表明,反应先经历生物质热解阶段,再发生焦炭与载氧体的氧化还原反应阶段,铁基载氧体还原深度由大至小的顺序依次为:氧化铁、红泥、铁矿石,其中,氧化铁反应速率最快,铁矿石最慢。调控载氧体还原深度对应的两个关键点数值分别是:CO/CO₂=0.97,2.61,此时,铁基载氧体的价态变化分别为Fe^8/3+→Fe²⁺与Fe²⁺→Fe⁰。三种铁基载氧体均能够还原至金属Fe,但反应前后铁基载氧体所表现的烧结特性有所差异。利用铁基载氧体的链式还原/氧化循环反应,设计并搭建了热解与气化耦联装置,在反应温度为790-880oC,水蒸汽与生物质质量比（S/B）为1.0-2.0 kg/kg的工况中,验证了制取富氢低焦油合成气的可行性,评价了综合反应的能量利用效率。结果表明,增加合成气中的H₂比例主要由六个反应进行控制,随着反应温度的升高,水-汽变换反应和铁-水制氢反应的ΔG趋于0,使得这两个反应生成H₂的自发性下降。在燃料反应器中,反应转化强度可达135.64 kg/（m² h）,出口气体以CO₂为主,含量在60-80%之间;在气化反应器中,合成气H₂比例最高可达到71.97%。通过系统的综合能效评价可知,LHV可通过调控提升13.34%,冷煤气效率最高为60.57%。产生的焦油主要是芳烃及其衍生物,以苯环或萘环为基础单元,焦油产率的变化范围在5-13 g/Nm³之间,与其它技术相比,热解与气化耦联的主要优势是在较低的温度区间与较小的S/B下制备高H₂/CO的合成气,H₂/CO达到3.47mol/mol。