我国煤炭占据一次能源主导地位的情势短时间内不会改变,且随着全球对于CO2排放的关注日益增加,煤的清洁高效利用研究具有重要意义。钙循环内在碳捕集气化工艺在煤气化过程中利用CaO吸收煤气中CO2强化制氢,得到富H2合成气。因受CaO吸收CO2温度窗口限制,气化炉内整体温度维持在650～800℃中温范围内,则可能会影响气化反应速率。以新疆准东煤为代表的高碱煤储量丰富,其中的碱金属可催化气化提高气化反应速率,同时较低的气化温度也有望降低气化过程中碱金属的挥发,缓解高碱煤燃烧过程中带来的粘结、腐蚀等问题。因此,本文基于钙循环内在碳捕集气化工艺,开展了准东煤气化反应动力学以及产气特性的研究,并针对CaO在循环气化过程中的失活问题,开展了钙基吸收剂改性实验研究。具体工作如下:1、碱金属赋存形态对准东煤气化反应动力学的影响对准东煤进行水洗或酸洗处理萃取不同赋存形态的碱金属,获得准东煤中不同赋存形态碱金属含量,并通过加压热重分析仪开展准东煤原煤、水洗煤和酸洗煤的气化反应动力学实验研究,明确了不同赋存形态碱金属对煤气化反应动力学特性的影响规律。分别利用缩核模型、均相模型和修正体积模型对实验数据进行拟合对比,结果表明修正体积模型能更好地适应准东煤气化反应速率随时间先增大后减小的趋势,并获得了准东煤中温(700～750℃)水蒸气气化反应动力学数据。2、添加CaO对准东煤气化反应动力学的影响采用加压热重分析仪,开展了添加CaO的准东煤水蒸气气化反应动力学特性研究,分析了气化反应温度、水蒸气分压、Ca/C等反应条件的影响。实验结果表明,CaO与准东煤中碱金属存在协同催化气化作用,且该协同催化作用与气化温度有关,即在735℃以上协同催化气化效果明显。利用修正体积模型对添加CaO的准东煤中温气化进行动力学拟合计算,得到相关参数,结果表明CaO通过增加煤焦活性中心点位的方式与碱金属协同催化气化。结合实验与计算结果,从Ca对C(O)中间产物生成的影响角度进一步分析了协同催化气化机理。3、基于钙循环内在碳捕集气化工艺的准东煤产气特性研究利用鼓泡床实验装置,基于钙循环内在碳捕集气化工艺开展了准东煤的气化产气特性研究,获得了温度、压力等条件对准东煤气化产气特性的影响规律。结果表明,CaO与准东煤中碱金属协同催化有效增加了气体产量和气化转化率,同时促进了碳酸化反应,其中水洗煤的气化反应速率和有效产气量最优。降低气化温度有利于碳酸化反应从而提高产气中的H2含量,但温度过低会影响气化速率,而升高气化温度可明显提高有效产气量与煤焦气化转化率,综合产气组分与产气速率,确定了较优的气化温度为700～750℃。气化压力提高有利于CaO吸收C02进而强化制氢过程,提高煤气中H2含量,降低CO2和CO含量。循环实验研究表明随着循环次数增大,CaO活性逐渐降低,产气中H2含量逐渐减小,CO2含量逐渐增大,循环至第七次时,CaO因烧结严重对强化制氢已无明显效果。4、钙基吸收剂改性及循环性能研究为了提高CaO的循环稳定性,利用花生壳灰作为添加剂制备了复合钙基吸收剂,获得了相关制备参数。当水合时间为12 h,添加的灰中Si02与CaO摩尔比为0.07时制备得到的复合钙基吸收剂循环稳定性最优,其在相同碳酸化/煅烧反应条件下循环22次后碳酸化转化率为纯CaO的2.4倍。并利用修正的半经验公式对改性的复合吸收剂的转化率进行拟合,预测得出该吸收剂循环100次后的碳酸化转化率可保持在0.35左右。此外,开展了水蒸气气氛、煅烧温度及水蒸气活化对改性吸收剂循环性能的影响研究。结果表明,在碳酸化反应过程中添加水蒸气可以有效改善吸收剂在多次碳酸化/煅烧循环反应中的孔隙结构,在快速反应阶段提供更大的比表面积,减小产物层扩散阻力,促进吸收剂在过渡反应阶段的吸收能力,有效减弱煅烧温度升高对吸收剂带来的烧结影响。对多次循环吸收的改性吸收剂开展了350℃下的水蒸气活化实验研究,结果表明水蒸气活化能有效改善吸收剂孔隙结构,使得吸收剂反应活性得到充分恢复,并优化了350℃条件下的水蒸气活化时间,水蒸气活化10 min已足够使吸收剂吸收能力得到充分恢复。