生物质能因其分布广泛、储量巨大、CO2近零排放及可再生等优点,具有取代传统化石能源的潜力。对生物质能的利用成为解决全球日益严重能源问题的有效途径之一。生物质气化可充分发挥生物质低灰分、低硫、低氮等优势,被认为是最具前景的生物质热转化利用技术之一。生物质气化除了得到燃料气等目标产物之外,还不可避免的生成少量副产物,主要包括焦油、碱金属化合物、颗粒物、NOx、含硫、含氯污染物等。其中焦油对生物质气化系统的运行造成严重影响,是限制生物质气化技术发展的瓶颈问题之一,开发高效廉价的焦油脱除技术迫在眉睫。传统的生物质气化焦油处理方法主要是在气化炉内或气化炉下游焦油生成后对其进行脱除,本文提出加压烘焙-气化技术,通过加压烘焙预处理来减少气化时焦油的生成,同时又可以提高生物质燃料品质,从而提高气化效率。对比了生物质的常压烘焙、气压烘焙和机械压烘焙过程,然后对其烘焙半焦的热解、气化特性及反应动力学等方面做了较详细研究。通过三套烘焙实验系统,研究了温度(低温200℃、中温250℃和高温300℃)对两种典型生物质(稻草和松木锯末)常压、气压和机械压烘焙产物分布、C分布、O分布、半焦特性及能量损失等方面的影响。结果发现,在相同的温度下,气压烘焙的半焦产率较低,但对生物质的提质效果远强于其他两种方法,原因可能是生物质在气压烘焙时发生了液化和气化反应,从而促进了生物质的热分解及提质效果。中温气压烘焙是最佳的烘焙预处理方法,体现在：虽然两种生物质烘焙半焦的碳基收率仅为60%-65%,但其碳含量高达65%-68%,氧含量仅为25%-29%。生物质原料的氧碳比和氢碳比分别由0.65-0.69和1.28-1.42减至0.27-0.33和0.92-1.00,高位发热量由15.9-17.7 MJ/kg提升至24.7-26.2 MJ/kg,而能量损失仅为29%-30%,烘焙半焦燃料品质与褐煤相当。利用生物质烘焙-快速热解系统研究了稻草烘焙半焦的热解特性,结果发现烘焙半焦600℃快速热解的液体产率与半焦中挥发分含量正相关。常压烘焙和气压烘焙预处理分别将稻草原样中12%-70%和63%-83%的挥发分以液体和气体的形式提前脱除,从而降低了后续半焦快速热解过程的液体和气体产率。与常压烘焙相比,气压烘焙将更多的挥发分主要以生成水的方式提前脱除,使得气压烘焙半焦快速热解时产生的焦油含水率更低。采用热重分析仪研究了稻草原样和三种中温烘焙半焦的热解特性,并利用分布式活化能方法计算得到半焦的动力学参数,得到稻草中温常压、中温气压烘焙半焦和中温机械压烘焙半焦的热解活化能范围分别为169-249 kJ/mol、145-287 kJ/mol和152-395 kJ/mol,均高于稻草原样热解活化能143-181 kJ/mol。利用生物质烘焙-CO2气化系统,研究了不同烘焙预处理方式对稻草CO2气化特性的影响。结果表明三种烘焙预处理都能够提高气化的CO和H2产率,并降低焦油含量。烘焙半焦气化的CO和H2产率与其固定碳含量正相关,焦油含量与其挥发分含量正相关。因而,气压烘焙半焦气化效率最高,焦油含量最低,主要原因是：①气压烘焙对生物质的脱挥发分效果最佳；②气压烘焙半焦中能催化焦油裂解的K、Ca等矿物质含量最高；③气压烘焙通过促进交联反应把生物质中的一部分挥发分转化成固定碳。稻草中温气压烘焙半焦900℃气化的CO和H2产率分别是稻草原样气化的2.20倍和1.64倍,气态产物中焦油含量减少了73%。在不考虑利用烘焙气态和液态产物的前提下,稻草中温气压烘焙-CO2气化系统中,虽然烘焙半焦产率仅为43%,但稻草原料基的CO和H2产率分别为754.2 Nml/g和80.0 Nml/g,只略低于稻草直接气化。采用热重分析仪研究了稻草原样和常压、气压、机械压烘焙半焦的CO2气化特性。结果表明,稻草原样CO2气化活化能为143.3 kJ/mol,常压烘焙预处理对生物质气化活化能的影响较小,机械压烘焙预处理得到的生物质半焦的气化活化能高于生物质原样,而气压烘焙预处理能够降低生物质半焦的气化活化能。气压烘焙半焦中对生物质气化有催化作用的矿物质含量较高是导致其活化能低于生物质原样的最重要原因。综上所述,通过本文的研究发现,250℃左右的气压烘焙不仅可以很好地抑制生物质气化过程焦油的产生,还可以提高气体产率,改善气化特性。因此,生物质的加压烘焙-气化可能是一种有效的生物质气化途径。