随着全球对能源和环境问题的日益关注，合理开发和利用可再生能源已成为当前紧迫的研究课题。在已知可再生能源中，生物质能因其分布广，资源量大，开发潜力巨大的特点受到人们的广泛重视。以绿色环保、可再生的农林废弃物生物质制备合成气，不仅可以减轻能源和环境的双重压力，减少煤、石油等化石燃料的使用，还能对农林废弃物进行资源化利用。本文以木质生物质为原料，初步探索了生物质热解和气化过程的反应机理，开展了生物质热化学催化转化制备合成气的应用基础研究。首先，以松木锯屑为实验原料，在小型固定床反应器上对生物质热解过程中反应温度和反应时间的影响进行了较深入探讨。实验结果表明：600℃热解，生物质只发生初级热解，温度大于700℃热解过程中CO、H₂和CH₄含量会出现二次增长，即出现二次热解反应。并且反应温度的上升，会加快初级裂解反应速度显著。另外，反应温度对最终热解产物也有显著影响。研究结果表明随着热解温度的升高，气体产物的量随之增多，液体和固体产物的量则明显减少；气体产物中CO和H₂含量显著提高，CH₄和CO₂含量则显著下降；最终热解气体产物的合成气含量、H₂与CO比例、碳转化率、干气产率和热值都有明显的提高。其次，在小型固定床上对生物质水蒸气气化过程进行了研究。在石英管反应器中通过改变反应温度（700-900℃）、水蒸气与生物质比值（S/B:0.2-0.8w/w），研究了它们对生物质水蒸气气化反应过程的影响。实验结果发现：反应温度上升会导致H₂量大幅增长10-20%和重碳氢化合物减少3-5%，同时CO浓度有小幅上涨。反应温度为800℃时，最佳S/B值为0.8w/w左右，在此S/B时，气体产物具有更高的气体产量、碳转化率且气体组成中合成气含量和H₂/CO更高。当反应温度不到850℃时，水煤气转换反应表现出主导作用；反应温度在850-900℃时，水煤气反应和还原反应则为主要反应。以上影响因素升高同样有利于获得更高的合成气量、碳转化率。随着反应时间的延长，生物质水蒸气气化过程可以明显的分为生物质初级热解阶段、二次反应阶段和水煤气反应阶段。在对生物质快速热解过程和气化过程及规律有了较全面的了解后，本文利用自行研发的双螺旋进料固定床反应器系统对生物质热解进行了详细研究。首先通过冷态实验确定了实验系统的输料量、生物质在热解床中的流速和固相停留时间的计算公式。然后重点探讨了热解温度和固相停留时间对松木锯屑热解的影响。实验证明随着热解温度的升高，固体产物和液体产物的产量会快速降低，而气体产物产量则快速增加；CO、CH₄和CO₂含量随温度提高而下降，H₂和合成气的浓度则始终随温度的上升而升高。对于气体产物特性而言，H₂/CO比值、干气产率和碳转化率也随热解温度的增加而上涨，相应气体产物热值在850℃有最大值13.43MJ/Nm³。在相同实验条件下，固相停留时间越长，越有利于生物质的二次裂解，从而使生物质热解反应转化产物中固相和液相产物越少，气相产物量越大。最后，通过制备煅烧白云石和负载型纳米NiO/Al₂O₃催化剂，在两段式固定床反应器系统上进行了催化热解试验，以评估并比较它们的催化活性。实验结果表明，煅烧白云石和负载型纳米NiO/Al₂O₃催化剂对焦油去除和热解气品质提升都有显著帮助。但是两者就去除焦油和提高合成气产率而言，负载型纳米NiO/Al₂O₃催化剂的催化活性优于锻烧白云石。