与加氢脱氧和催化裂化等方法相比,以稳定易燃含氧有机物为提质目标的生物油(生物质快速热裂解得到的生物油)超临界提质技术具有低H2消耗量、高液体产率等优点。然而,生物油超临界提质仍存在着反应机理不清晰、乙醇消耗量过大等问题。针对这些问题,本文首先对生物油超临界提质改性中的化学反应机理进行了研究,基于对化学反应机理的认识,对生物油超临界提质进行了优化。并进一步提出了生物油分级提质技术路线,在大幅降低乙醇消耗量的同时也实现了产物品质的进一步提升。首先以糠醛、乙酸和愈创木酚为生物油模型化合物,研究了它们在超临界乙醇中的反应,根据产物的GC-MS结果推测了它们的反应路径,并且分析了反应条件、催化剂对反应的影响,同时也探索了生物油典型分子之间的相互影响。基于模型化合物的研究结果,为降低乙醇消耗量,提出了加氢—超临界两步提质路线,并与超临界一步提质进行了对比。结果表明,两种提质方法对生物油均具有较好的提质效果,两步提质的乙醇消耗量低于一步提质的乙醇消耗量。分析了不同催化剂对超临界提质的影响。在活性炭负载贵金属催化剂作用下,经超临界提质后生物油中理想产物相对含量从58.89%上升至80%左右,生物油热值从21.45 MJ/kg上升至30 MJ/kg左右,pH值从3.13提高到5.5左右。Ru/HZSM-5催化作用下的提质效果比Ru/C时差。对溶剂进行了回收利用,结果表明,溶剂回收利用不仅可以将实际醇油比降低至1：1左右,同时理想产物的相对含量尤其是酯的相对含量有所上升。但另一方面,提质生物油中存在的大量与乙醇具有共沸作用的物质使乙醇的高效回收变得困难。此外,对生物油超临界中催化剂稳定性研究结果表明,随着催化剂利用次数的增加,提质油中理想产物的相对含量逐渐下降,催化剂失活的主要原因是积碳以及金属颗粒的烧结。为解决超临界提质中乙醇与提质产物难分离的问题,提出了醛、酚、酸加氢酯化的路线,即利用醛和酚加氢所得到的醇作为与乙酸酯化时所需要的醇。以乙酸、正丁醛和苯酚为模型化合物,分别通过分步反应和一步反应验证了本方法的可行性。在分步反应的加氢步骤中,正丁醛和苯酚在活性炭载体催化剂(Pt/C、Ru/C和Pd/C)作用下的转化率均达到100%。在酯化反应步骤中,在SO42-/ZrO2/SBA-15催化剂作用下,乙酸正丁酯和乙酸环己酯的收率分别为75.89%和30.97%。一步反应结果表明正丁醛和苯酚转化的理想产物的收率(醇和酯)均达到95%以上。这表明加氢酯化反应是一种将生物油中醛、酚和酸转化为理想的稳定易燃含氧有机物的有效方法。对于前人研究中较少涉及的生物油中分子量较大的酚类低聚物,本文采用2D1H-13C HSQC NMR和定量13C NMR进行了表征,并对其在Ru/TiO2的催化作用下的加氢反应进行了研究。加氢后酚类低聚物中羧基碳、羰基碳和芳香族碳含量有明显降低,而脂肪族碳含量则有明显上升。在加氢过程中,催化剂由于积碳而迅速失活,随着反应温度的升高,酚类低聚物的加氢程度有所增加,但同时催化剂的积碳情况也有所加剧。将酚类低聚物分离为高分子量酚类低聚物和低分子量酚类低聚物并分别进行加氢结果表明,高分子量酚类低聚物所得到的积碳量是低分子量酚类低聚物积碳量的两倍。基于以上结果,提出了生物油分级提质路线,通过加水后离心的方法使生物油分离成水相以及不溶于水的酚类低聚物。根据GC-MS结果,水相组分主要包括酸类、醇醚类、酯类、酮类、酚类以及脱水糖类。经过提质后,水相组分有明显的改变：醇醚类的相对含量有明显上升,达到85.30%,理想产物的相对含量达到了91.01%。对酚类低聚物进行了加氢—裂化提质,并利用Py-GCMS对酚类低聚物及其加氢产物进行裂化实验。未加氢的酚类低聚物经过Py后得到的主要产物为酚类,其占总峰面积的85%以上,加氢后酚类低聚物裂解产物中出现了大量的醇类,占总峰面积的55%左右。在HZSM-5催化作用下,芳香烃类的峰面积百分比达到80%以上；而在HY催化剂作用下,芳香烃的峰面积百分比达到67.9%,其余的为烷烃烯烃类。基于Aspenplus对生物质快速热裂解—生物油分级提质和生物质快速热裂解—气化合成制醇—超临界提质进行了模拟计算。结果表明,两条路线的能量效率相当,均为39%左右,但后者的系统更加复杂、反应条件更苛刻、需要更多的外功,而且其精炼油的品质劣于前一条路线的精炼油品质。