气流床气化炉内多相反应流动规律和气化系统的过程模拟是气化炉和气化装置设计的基础。本文对气流床气化炉内的单相流动、多相流动和湍流反应流动规律进行了实验研究和数值模拟，同时对气流床煤气化过程系统进行了模拟与分析。 气流床气化炉内流动和反应规律研究对常见气流床气化炉(炉体直径相同)内气体停留时间进行实验研究，结果表明对短停留时间部分的物流(如小于1秒)，多喷嘴对置气化炉明显小于其它气化炉炉型。 提出了一种非接触式气流床气化炉内颗粒停留时间的测量方法并建立实验装置。实验表明颗粒停留时间规律不同于气相。对多喷嘴对置气化炉，喷嘴气速增大，颗粒平均停留时间增大；颗粒粒径越小，颗粒平均停留时间越长。对多喷嘴对置气化炉与单喷嘴顶置气化炉，二者颗粒平均停留时间基本相等，但颗粒最短停留时间前者约是后者的3倍。气相和颗粒停留时间规律均表明多喷嘴对置气化炉有更好的气化性能。 分别对气化炉内气相(冷态)、气固两相(冷态)、均相湍流反应流和多相湍流反应流进行了数值模拟。对多喷嘴对置气化炉，颗粒在撞击区富集；气流速度越大，颗粒的分散度越高。以多喷嘴对置粉煤中试气化炉和Texaco水煤浆气化炉为例进行了数值模拟计算，气化炉出口温度和气体组成与工程数据基本吻合，说明了气化模型的可靠性。 对多喷嘴对置粉煤气化炉，在氧煤比可行操作范围内，撞击流股的温度在1800～2000K，氧煤比每升高0.01Nm3/kg煤，气化温度大约升高30～40℃；当“喷嘴上部空间总高度/气化炉直径”从1.67降为1.11时，气化炉封头内向上撞击流股的速度约增大50％，气化炉拱顶温度从1511K上升到1573K，增加～60℃。喷嘴上部空间高度对多喷嘴对置气化炉拱顶内速度分布和温度分布的影响得到了实际工业装置耐火砖寿命的验证。 气流床气化系统过程研究基于Aspen Plus软件建立了多喷嘴对置式气流床煤气化过程的系统数学模型，得到了Cl-、NH4+等离子液相浓度分布等详细信息。对物性模型，气化炉采用PR-BM模型，对含有气体的设备采用ELECNRTL+Henry模型，对液固两相的设备采用STEAMNBS模型。多喷嘴对置粉煤气化中试炉和多喷嘴对置水煤浆气化示范装置的模拟结果与试验数据或装置运行数据基本吻合。 以制备100,000Nm3/h H2为基准，以山东北宿煤和贵州煤，分别采用(Ⅰ)水煤浆气化、(Ⅱ)粉煤气化(激冷)、(Ⅲ)粉煤气化(废锅)流程以及后续变换工序对煤制氢的能耗进行了分析。水煤浆气化的冷煤气效率较粉煤气化低7～9个百分点，总热效率低2～5个百分点； 对粉煤气化，山东北宿煤的冷煤气效率和总热效率均高于贵州煤～2个百分点。研究表明煤质和气化工艺对煤制氢的能耗影响显著。通过对气化炉及其工艺的模拟分析，提出了固态排灰气流床气化技术、水部分激冷技术以及煤基直接还原炼铁工艺，模拟表明在技术和能耗上都是可行的。