生物质能源是一种来源丰富、清洁低碳的可再生能源,在生物质能源利用的技术中,化学链气化技术是利用载氧体中晶格氧的供氧能力,将燃料转化为以H2和CO为主的合成气,是国内外研究的热点。生物质中含有较多碱金属（主要是K、Na）和碱土金属（主要是Ca、Mg）,它们对生物质热化学转化有着重要的影响。在高温条件下碱（土）金属一方面容易造成结渣、团聚和腐蚀等现象,并在对热化学转化过程可能产生催化或抑制的作用。目前已有较多关于碱（土）金属影响机制的定性分析,但定量所欠缺,特别是在化学链气化方面,氧载体在反应过程中可能会与生物质内的碱（土）金属发生反应,使得碱（土）金属在生物质化学链气化过程中表现出更复杂的影响机制。基于此,本论文以稻壳为生物质原料,在去除内在碱（土）金属的基础上添加不同种类、含量的碱（土）金属,探究碱（土）金属对生物质化学链气化特性的定量影响关系。本文在小型固定床上开展了基于Fe基载氧体的稻壳CLG实验,探究了O/C、温度、停留时间和载氧体的制备方法对CLG过程的影响规律。当O/C从0.5增加到3.0时,产气量、H2/CO、CO2产率和碳转化率逐渐增加,H2、CO、CH4产率和LHV逐渐降低。O/C为1.5时,气化效率最高。高温有利于提高产气量、碳转化率和气化效率。但是,较高的温度更容易导致烧结,降低了载氧体的活性。研究表明,800℃为产气的最佳温度,其低位热值和转化率高,H2/CO良好,载氧体性能强。此外,较长的反应时间也有利于提高产气量、碳转化率和气化效率,但最佳反应停留时间为30min。在Si O2+Fe2O3法、机械混合法、浸渍法和共沉淀法中,共沉淀法的载氧体经CLG后可以转化形成Fe Al2O4晶体。同时,共沉淀法是获得最高CLG性能的最佳制备方法。在前期研究的基础上,在反应过程中添加水蒸气,研究了不同载氧体的制备方法、负载不同金属、负载不同Fe2O3含量、水蒸气量以及载氧体的使用寿命对生物质CLG反应的影响。采用共沉淀法,加入四种活性组分制备载氧体,结果表明,以Fe2O3为活性组分时,气体产量、碳转化率和气化效率均最高,分别为75.07%、51.56%和95.79%。在此基础上,Al:Fe（2:1）是载氧体中最佳的铁负载量,有利于提升氧化还原的稳定性和CLG反应性能。此外,通入水蒸气有利于提高H2的浓度。而3.5是本研究获得Fe2O3/Al2O3载氧体最佳性能,达到理想的LHV和效率的最佳S/B。此外,共沉淀法制备的Fe基载氧体经过连续10次氧化还原循环后,载氧体的结构、活性以及CLG反应性能保持稳定。在研究稻壳中碱（土）金属的最佳洗脱效果的基础上添加碱（土）金属,探究不同碱（土）金属种类和含量条件对生物质CLG反应特性的影响。结果表明,采用5%硝酸,按1:50的固液比,对稻壳洗涤3 h可获取最佳的综合洗脱效果。在CLG实验中,生物质CLG的综合性能均随碱（土）金属添加量的增加呈现先增后减的趋势,这说明添加一定量的碱（土）金属会促进CLG反应。而当CLG性能增加至最佳时,再添加碱（土）金属便不能提高反应性能。由气化效率的拟合曲线与原样的气化效率对比可知,原样中的K、Ca、Mg含量有利于生物质CLG反应的进行。而由于稻壳本身含Na元素较多,其含量不利于生物质CLG反应的进行。最后,对生物质CLG反应阶段内产气特性的演化规律反应动力学进行了研究。实验发现,在CLG反应的3 min-9 min是各气体浓度逐步上升的反应阶段。9 min之后各气体浓度逐渐趋于稳定。同时气体产率、碳转化率和气化效率均随着停留时间的增加而升高。碱金属K、Na和碱土金属Ca、Mg均能降低纤维素、半纤维素和木质素的活化能。随着碱（土）金属添加量的增加,达到最大失重速率的温度逐渐降低,这说明碱（土）金属在一定程度上能够提升生物质CLG的反应速率。但是碱（土）金属的添加会使生物质中可降解成分含量的降低,从而导致随着碱（土）金属添加量的增加,生物质的最大失重率逐渐变小。碱金属K和碱土金属Ca的添加均能在快速热解、缓慢热解和气化阶段的低浓度区间降低活化能,但是在高浓度区间,活化能会有较大的上升。在快速热解阶段,Na元素不利于活化能的降低,而在缓慢热解和气化阶段的低浓度区间能够降低反应的活化能。Mg元素则有利于快速热解阶段低浓度区间活化能的降低,不利于缓慢热解和气化阶段活化能的降低。