煤化工过程及纳米材料制备是近年来化工领域发展很快的新型化工过程，利用气固流化床反应器对颗粒材料的强大处理能力，流化床反应器不仅在煤气化过程、流化床甲醇制烯烃、流化床甲醇制丙烯(FMTP)流化床甲醇制芳烃等技术方面取得了很大的进步，并形成了工业装置或工业示范装置。同时在利用流化床处理纳米材料方面，由于流化床所具有的良好传热、传质能力及颗粒流动性质，使得纳米聚团流态化研究与应用取得了巨大的进步，并可实现碳纳米管的批量生产。无论是煤化工过程不是碳纳米管生产，均是在处理碳氢化合物的化学转化问题，而碳-碳共价键是目前化学键中最强的，这也是自然界选择碳氢化合物作为化石能源的储存介质之一，另外以碳纤维及碳纳米管为代表的超强材料也采用了碳-碳SP2杂化为核心的结合结构形成目前最强的人造材料。在石油化工、煤化工及碳纳米材料制备过程中均以碳-碳共价键的重新组合为核心，在这样一个化学变换过程中，均会伴随着大量的吸热、放热过程。同时在这上述过程的化学转化过程中，不仅要求在高温、准确的浓度、温度控制及导热性很差的多孔催化剂及气体进料条件等。化工过程中涉及物质在原子尺度上的重组，而煤制化学品等化学变换需将所有碳原子间的键打开、重组，更涉及到过程传递与反应、失活等的耦合控制问题，流化床由于通过浓相颗粒的对流，可使导热很差的气体及多孔颗粒，其传热、传质能力提高3-6个数量级，从而使得大型反应器内进行化学转化的工程问题得以很好的解决。利用流化床技术对目前石油化工、煤化工及纳米材料制备过程的工程与工艺结合，清华大学反应工程研究室提出了气固并流下行床重油催化裂化、流化床甲醇制丙烯、流化床甲醇制芳烃及纳米聚团床大批量制备碳纳米管等新工艺及技术，并发展了顺重力场流态化、多层湍动流化床及纳米聚团流态化等流化新概念。本文就清华大学绿色反应工程与工艺实验室近年来在煤化工领域利用新型流化床反应器所进行了一些研究工作为基础，介绍多级湍动流化床、分区流化床反应-再生系统等几个新型的气固流化床反应器在煤化工及纳米材料化工过程中的应用。