传统化石能源的储量有限、不可再生及其使用过程中带来的严重环境问题,使得发展环境友好、可再生替代能源变得尤为重要。而生物质能因其低硫、低氮、二氧化碳“零排放”、储量大等优点在众多可再生能源中倍受关注。其中,生物质通过快速热解制生物质热解油(简称为生物油)是最有潜力和希望的一种技术,它能高效转化生物质制备液体燃料,使生物质成为最有可能部分替代化石能源的可再生能源。但生物油组分复杂,化学性质不稳定,只能用做初级燃料,需要进一步改性提质,才有望转化为高品位液体燃料。目前,生物油改性提质方法主要包括：催化加氢、催化裂解、催化酯化、蒸汽重整和乳化技术等。其中催化加氢技术可以有效降低生物油的氧含量,提高热值、降低粘度、酸值和水分,从而提高生物油油品品质。但目前在提质过程中依然存在生物油易聚合结焦以及氢耗较高等问题。本文围绕生物油催化加氢提质过程中易聚合结焦和氢耗较高两大技术难题展开研究,并得到如下结果。1.首先对生物油物理化学性质进行了较为全面的分析,为后续生物油加氢提质研究提供数据参考。生物油主要物理化学性质如下：密度1.1-1.2 kgL-1,粘度19-25 cSt,水分含量20-30%,热值16-18 MJ kg-1,总酸100-120 mg KOH g-1,pH 2-3。以GPC为分析手段,考察了溶剂的添加对生物油热稳定性的影响。研究发现,相同实验条件下(150℃,8 h),添加30%的四氢化萘可以有效抑制生物油发生聚合反应,从而避免其分子量分布向高位移动,添加30%的柴油/异丙醇(2：1)可以达到相同的效果。但温度升高至180℃时,生物油分子量分布迅速到达100000。说明单独采用溶剂来提高生物油的热稳定性效果有限,需要在催化剂的作用下从本质上提高生物油品质。2.针对单一生物油提质技术难以实现生物油到碳氢液体燃料转化的局限性,以及生物油在催化提质过程中易发生聚合结焦的特性。本文对多个提质过程进行归并、耦合,实现整合创新。提出有机溶剂促进的两步加氢脱氧工艺(即温和加氢和深度加氢),成功实现了生物油到碳氢液体燃料的转化。在温和加氢脱氧过程中,向生物油中分别添加四氢化萘、十氢化萘、柴油和柴油/异丙醇有机溶剂,采用Ru/C催化剂在相对温和的反应条件下(300℃,10 MPa)促进生物油部分加氢脱氧,并抑制生物油聚合结焦。结果表明：温和加氢脱氧后,固相结焦率小于2%,氧含量降低至10%。生物油品质明显提高,热值从17 MJkg-1提高至40 MJ kg-1,总酸从118 mg KOHg-1降低至25mg KOHg-1,水分降低至1.5%。第二步加氢脱氧过程中,采用固定床反应器和NiMo/Al2O3催化剂,在相对苛刻的实验条件下(400℃,13 MPa),对温和加氢中间产物进行深度加氢脱氧。结果表明：深度加氢产物热值提高至46 MJ kg-1,氧含量小于0.5%；GC/MS分析表明深度加氢产物主要为C6-27脂肪烃和芳香烃化合物。3.为了更好的克服生物油聚合结焦,以及进一步研究溶剂在生物油提质过程中的作用。选择具有适度极性的正丁醇为有机溶剂和Ru/C为催化剂,在正丁醇的超临界条件下提质生物油。结果表明：与无溶剂添加的空白实验进行对比,积碳量从10%降低至0.2%,油相产物热值从28 MJ kg-1提高至32 MJ kg-1。与正丁醇非临界、亚临界条件下相比,油品品质得到进一步提高,热值从29 MJ kg-1提高至32 MJ kg-1,氧含量从24.7%降低至14.5%。GC/MS分析表明,其主要物质组分为酯类、醚类、醇类等稳定性化合物,酸类、醛类、酮类、呋喃类相对含量明显下降,提质油稳定性增强。另外,本文对溶剂在提质过程中的作用以及生物油物质组分反应历程做了深入研究。结果如下：溶剂作为反应介质,提供了均一的反应环境,减小了传质阻力,分散并稀释了含氧化合物,从而抑制了含氧化合物的聚合反应；作为反应物,正丁醇与生物油中的酸类和醛类反应生成酯类和醚类,降低了生物油的腐蚀性,提高生物油的稳定性。主要反应历程有酯化、醚化、缩醛反应、加氢饱和、加氢脱氧、开环反应、脱甲基和分子异构等。4.根据生物油中酸含量与水含量较高的特性,以及生物油催化加氢过程中氢耗较高的技术难题。以Pd/C和Ni基重整催化剂RZ409为催化剂,以糠醛和苯酚为生物油模型化合物,甲酸和乙酸为供氢源,进行原位加氢实验研究；进而考察生物油原位加氢的可能性。结果表明：在无外加氢源的情况下,以甲酸为供氢源,在Pd/C和RZ409催化剂催化下均可使糠醛和苯酚发生原位加氢反应,而以乙酸为供氢源,仅在RZ409催化剂催化下才可实现糠醛和苯酚原位加氢反应；无外加氢源情况下,Pd/C和RZ409催化剂催化下均可使生物油物质组分发生原位加氢反应,相比之下,RZ409催化剂具有更好原位加氢性能。