生物质热解制氢具有重要的应用前景,但是普通热解过程产气量低,且产生的大量焦油容易堵塞、腐蚀管道,给工业化带来困难。钾盐能够影响生物质组分内分子键的断键与重组,从而影响着生物质焦油的形成,提高氢气含量。因此,本文通过TGA、Py-GC/MS等分析手法研究了钾盐改性对生物质三组分以及木粉热解产物的影响及其变化规律,同时探究了 K2CO3与KCl对生物质不同的催化机制和浓度变化对其产物的影响。其次通过XRD等多种分析手段研究了 K2CO3改性木粉及水蒸气重整对提高合成气中H2含量和降低催化剂积碳的协同作用。主要分为以下三个方面:(1)采用K2CO3改性生物质三组(纤维素、木质素、半纤维素)的方法研究了750℃下分的热解特性及K2CO3对其产物的影响机制。研究结果发现,K2CO3能够显著影响纤维素的热解产物。在K2CO3浓度为7.5wt%时,气体产率由20%增至27%(H2产量达到2.43 mmol/g),而液体产率下降了 13%。此外,K2CO3对木质素也有一定的促进作用,在K2CO3浓度为7.5wt%时,气体产率增加了 7%,其中H2产量提高了一倍以上。对于半纤维素而言,在K2CO3浓度为7.5wt%时,H2产量达到2.5 mmol/g。K2CO3对生物质的催化作用主要体现于对纤维素的作用上,它极大地改变了纤维素的热解失重速率和焦炭产量,同时降低了纤维素的裂解温度。K2CO3促进了纤维素的开环反应,使纤维素热解产生的大量的脱水糖类发生进一步裂解,生成了更多的直链醛酮类及五元环醛酮类等小分子产物,其中羟基丙酮含量升高尤为明显。对木质素而言,K2CO3对其热解液体成分影响没有纤维素明显。它主要通过促进脱甲基和脱甲氧基来增加直链脂肪族含量及改变了单环酚类的种类。对于半纤维素而言,K2CO3对其解聚作用明显。它使半纤维素开环后促进了一次产物脱羰、脱羧及支链的断裂,而抑制了其缩合重构使羟基丙酮类产物增加而环戊烯酮类化合物减少。(2)采用固定床反应器研究了 K2CO3、KCl改性木粉的热解特性及其产物形成机理。K2CO3和KCl都能够对生物质热解产生影响,但其影响不同。在750℃时,K2CO3能够大幅增加生物质热解气体和固体焦炭产率(前者增加5%,后者增加8%),减少液体产物的产率(降低12%)。在气体产物中,H2和CO2在浓度为7.5wt%时产量较高,分别为2.5、3.5 mmol/g。与K2CO3不同,KCl使气体总产量下降幅度不超过4%,其中H2降低了 0.8 mmol/g。同时KCl对木粉热解的焦炭产率影响也并不明显,增加值不大于2%。木粉热解液体产率受KCl影响相对明显,液体产率上升4%.因此,KCl对木粉热解存在抑制作用。其次,K2CO3和KCl对木粉热解液体产物成分的影响机制不同。K2CO3和KC1均有利于木粉热解过程中的开环反应和分子碎片的芳构化反应。其中KCl主要促进吡喃的开环,生成更多的陕喃类和醛类产物。而K2CO3促进环裂后的中间产物进一步通过脱水和酮醇异构化等反应形成大量酮类、酯类等小分子化合物,同时促进生物质结构中支链的断裂以及脱羰、脱氢反应,生成更多的H2与与CO2。另外,随K2CO3浓度的升高,开环反应和支链的断裂更加剧烈,得到了更多的线性脂肪烃类物质而抑制了醛类物质的生成。不同浓度的KCl对焦油成分影响不大,其中高浓度的KCl可能会抑制挥发分的二次裂解,也会在一定程度上影响分子碎片的芳构化。此外,K2CO3在650℃时就达到了比较充分的热解,由于K2CO3的熔融,温度过高不会明显减少焦油组分。(3)采用固定床连续进料系统研究了 K2CO3和水蒸气的协同作用对生物质产物以及催化剂活性的影响。在750℃时,随着S/B的增加,气体中H2含量出现一个先增后减的趋势。当S/B的值为0.3时,合成气中H2含量最高,最高值为58%。通过对在750℃、S/B=0.3时,K2CO3浓度对木粉热解气体含量的研究发现,K2CO3浓度为7.5wt%时合成气中H2含量达到最高值64%,两者对氢气的含量有协同作用。另外,由于K2CO3促进低温热解,温度对木粉热解的影响变小,650℃时H2含量就能达到58%。通过对XRD和SEM的分析,K2CO3提高H2含量的同时,催化剂容易因积炭而失活,但是控制适宜S/B的水蒸气气化在很大程度上减少积碳的生成,两者在减少积碳问题呈现出协同作用。通过GC/MS分析可知,K2CO3和水蒸气的协同作用改变了焦油的裂解路径,减少了大分子组分的含量。