热解可将生物质高效转化为液体燃料,是替代化石燃料的有效选择,从而受到广泛的关注。然而生物质含氧量高,热解液体产物成分复杂,包括：醚、酯、醛、酮、酚、有机酸、醇和多环芳烃等易挥发、不易挥发的有机物和粘性低聚物,从属于数个化学类别,几乎包括了所有种类的含氧有机物,从而造成生物油酸性强、含水和含氧量高以及热值低等缺点,制约了生物油作为化工产品原料和动力燃料的应用。基于此,本文针对生物油各成分利用价值的不同,根据生物质热解气的冷凝过程及其液体产物在不同冷凝温度下的分布规律,对生物质热解气的分级冷凝进行了实验研究和理论分析,该研究对生物油高质化利用有很重要的意义。本研究首先采用分级蒸馏方式,根据生物油中各成分沸点的不同,探讨在慢速热解和快速热解条件下得到的液体产物的有机物种类和分布特性,确定在热解过程中轻质组分、中质组分和重质组分的冷凝温度范围；接着探索了不同热解方式和不同冷凝温度条件下液体产物高附加值组分的富集特性,从而达到生物油从源头分离的目的；最后以得到的具有高能量密度的中质馏分为原料混合焦炭制备生物油浆,探讨生物油浆的热解和气化特性。该研究对生物质的高效转化和有效利用有很积极的意义。首先选取典型的生物质棉杆快速热解油和通过木材干馏得到的木焦油为研究对象,利用蒸馏和溶剂萃取两种方式,将成分复杂的生物油分级初步分离以得到较完整的成分分析。将具有不同特性的两种热解油在不同蒸馏温度下(110℃,110～140℃, 140～170℃,170～200℃,200～250℃和250～300℃)进行分级分离,成功将生物油分成六个馏分。对各馏分的性质进行深入分析,发现蒸馏170℃以下的轻质馏分具有含水率高、酸性强、粘度和热值低以及稳定性差的特点,主要由沸点较低的有机酸(甲酸、乙酸和丁酸)、酮类(羟基丙酮和环戊烯酮)以及醛类等化合物组成,且对生物油酸性贡献最大的羧酸几乎全部富集在此馏分中；170～2500C馏分作为中质组分的产率相对较低,含水量小,流动性差,主要以苯酚和愈创木酚及其衍生物为主；250℃以上的馏分作为重质组分在常温下呈沥青类物质的固态,不含水且流动性差,以萘、芴和蒽等大分子量的芳香化合物为主。根据有机物的分类,将各级馏分的化学组成成分归类,探讨蒸馏温度与物质本身沸点的内在联系和影响因素,评价蒸馏在生物油分离方面的作用,为后续的分级冷凝提供理论指导。其次根据不同的利用价值,采用四级冷凝系统(300℃、100℃、0℃和-20℃)对生物质热解气进行分级冷凝实验研究,探讨冷凝温度对各组分的影响。结果表明成分复杂的各类有机物基本按照沸点的顺序有规律的分类富集。0℃冷凝时得到的生物油产率最大,超过液体总量的50%,主要是水和有机羧酸；其次是100℃时的冷凝产物,以杂酚类物质为主：300℃冷凝得到的产物不含水,状似固体碳,没有流动性和粘度,理论上收集的是沸点高于300℃的沥青类物质。分级冷凝能够很好的将水分和有机酸成分从生物油中分离出来,几乎所有的有机酸和超过80%的水分都富集在0℃和-20℃冷凝组分中。接着考察了分级冷凝生物油的储存稳定性,利用GC/MS、核磁共振和凝胶色谱等分析手段对生物油各组分的稳定性进行分析,最后结合文献分析了生物油的老化机理。生物油中的有机酸、醛和酮是较活泼的物质,他们之间发生的酯化反应、聚合和缩合反应是生物油不稳定的主要原因,同时大多数的化学反应需在酸性条件下进行,本实验通过分级冷凝将酸性物质富集在轻质组分中对生物油的稳定性有明显的积极作用。最后将能量密度较高的中质馏分分别混合焦炭和生物质颗粒制备生物油浆,对成浆性和流变特性进行研究,并采用固定床对其热解/气化特性进行深入探讨。结果表明,在水蒸气的气化作用下生物油浆的最佳重整制氢温度为800℃,此时H2的体积分数约为65%,CO的体积分数约为17%,以生物油浆为原料制备合成气在经济和技术方面都具有巨大的应用前景,且可作为实现生物质大规模高效利用的重要途径。