焦油问题是生物质及煤气化面临的主要挑战之一。生物质及煤的热解/气化半焦以其廉价易得且可回收利用的特点，是一种极具工业化应用潜力的焦油裂解催化剂。挥发分与半焦的交互反应是现有气化技术中普遍存在的现象，它对气化过程的多个方面都会产生影响，包括碱/碱土金属的释放，半焦结构的演变以及半焦反应性的变化等。而半焦中的碱/碱土金属和半焦的结构都是影响半焦对焦油裂解反应性的潜在因素。　　基于国内外的研究现状，本文利用双层流化床/固定床反应器，系统性地研究挥发分与半焦的交互反应对焦油原位裂解的作用，重点考察半焦的结构特性，半焦中的金属化合物，挥发分的结构特性以及气化介质水蒸气等关键因素在挥发分与半焦的交互反应中对焦油原位裂解的影响以及相关反应路径。主要研究内容如下：　　选取稻草和水洗/酸洗稻草在850℃热解，并通过改变生物质的给料量而改变挥发分与半焦交互反应的强度。结果表明：在高温条件下（>800℃），增加挥发分与半焦交互反应的强度可以显著降低生物质热解过程中的焦油产率，其中半焦对焦油裂解的促进作用与半焦层厚度不成正比。通过对半焦的拉曼分析发现，半焦表面的含氧官能团是促进焦油裂解的一个重要因素。紫外荧光光谱和气相色谱-质谱联用的数据表明，焦油中较大的芳香环结构比较小的芳香环结构更容易发生裂解；焦油分子的官能团和环戊环等结构因素也会影响焦油分子在半焦表面的反应活性。　　分别设计了水蒸气在850℃从气相添加以及从气-固两相添加的两种不同反应模式，以考察在挥发分与半焦的交互反应过程中水蒸气对焦油裂解相关反应中所起的作用。结果表明：在气相反应中，水蒸气对于含有较大芳香环结构（如含有三个以上稠环）的焦油分子具有一定的重整作用，但其对于相对较小以及孤立的芳香环化合物的总体裂解效果并不明显。水蒸气与固相的半焦之间会发生一定程度的气化反应并在半焦表面生成额外的含氧官能团。在挥发分与半焦的交互反应过程中，水蒸气与半焦的相关反应会在半焦表面生成额外的活性位，包括含氧官能团以及半焦气化反应的中间产物/自由基，这些额外的活性位可以促进焦油在挥发分与半焦交互反应过程中的裂解/重整。　　在700-900℃将褐煤和稻草的热解挥发分分别与同一种热解原位半焦（稻草半焦）进行交互反应，重点考察挥发分（焦油）在芳香环结构特性方面的差异对焦油自身在挥发分与半焦的交互反应过程中裂解反应的影响。对紫外荧光光谱的分析结果表明焦油中的芳香环结构比非芳香环结构在高温条件（≥800℃）下更容易与半焦发生反应。在较低温度条件下（<800℃），褐煤焦油比稻草焦油在挥发分与半焦的交互反应过程中容易在半焦表面形成积炭。显然积炭是芳香化程度较高的焦油（如褐煤焦油）在较低温度（如700℃）与半焦反应的重要路径。在较高温度条件下（≥800℃），褐煤焦油与稻草焦油在半焦表面积炭均不明显，其中裂解和（或）重整反应是焦油在半焦表面的主要反应路径。并且，稻草焦油比褐煤焦油在半焦表面更容易发生水蒸气重整反应。　　选取了几种澳大利亚和中国的低阶煤（褐煤与次烟煤），以及生物质原料（稻草），将同一种挥发分（褐煤挥发分）分别与上述不同原料的热解原位半焦进行交互反应，并采用水蒸气活化的方法提高不同原料热解半焦对焦油裂解的活性。焦油产率和紫外荧光光谱的数据表明，半焦表面存在两类与焦油裂解相关的活性位：碳活性位和金属活性位。拉曼和ICP-OES的结果表明水蒸气对半焦的活化一方面可以提高半焦表面的含氧官能团（碳活性位）的含量，从而提高半焦自身对焦油的反应活性；另一方面可以提高具有催化性能的金属化合物（金属活性位）在半焦表面的浓度，从而促进焦油在半焦表面的催化裂解。除半焦的结构特性（如半焦表面的含氧官能团）外，半焦表面金属化合物的分布是影响半焦对焦油反应活性的另一个重要因素，且两方面的因素对焦油的裂解存在的一定关联。