煤气化技术通过热化学反应可将“脏的”煤炭转化为洁净的气体燃料，用于合成氨、合成甲醇、合成油、合成羰基化合物等化学品合成以及煤气化联合循环、燃料电池发电和氢能生产等。由于我国煤炭资源丰富，石油、天然气短缺，煤气化的意义变得尤为重要。煤气化技术推广应用的主要问题是技术先进性、可靠性和经济合理性，或者说投资运行上的优势和环境特性上的优势。在已发展的气化技术中，流化床气化在理论原则上和技术上有此特点，即适中的温度使设备投资降低，氧耗低使运行成本降低。灰熔聚选择性分离技术的采用使可用煤种拓宽，特别是干法进出料使其对高灰高灰熔点煤也能适用，操作温区使其能采用炉内石灰石脱硫，从而能降低煤气净化成本，目前主要的问题是解决加压下流态化气化的反应器参数和炉内脱硫工艺参数的优化。因此，本论文重点研究了加压下的水蒸气气化反应、流化床气化特性及反应和流动的匹配、CaO-H2S在H2O或H2O-H2中反应机理和炉内脱硫工艺优化等。　　 通过模型、过程分析和实验研究，得到了以下主要研究结果：　　 1.煤焦(石油焦)水蒸气气化特性研究指出：在适应流化床气化的温度下，常压水蒸气气化反应是受反应表面气体分子吸附控制的化学过程。通过煤质结构与水蒸气分压影响关系研究，发现低活性原料(无烟煤、石油焦)气化时，气化速率与水蒸气分压几乎成线性增长关系；水蒸气表观反应级数(指数)随着原料反应性降低而增大。在加压气化过程中，反应进入过渡区，扩散阻力增大，水蒸气气化反应转变为颗粒内扩散和化学反应共同控制的化学物理过程，因而水蒸气的表观反应级数减小。　　 2.在内径为200mm的连续加压流化床气化试验装置上进行了0.5MPa～1.4MPa(表压)压力下的空气/水蒸气鼓风气化研究，发现高活性的府谷煤气化能力随压力的0.55-0.76次方成正比，而低活性的石油焦气化能力随压力的0.87次方成正比，与气化动力学规律一致。加压流态化气化时，表观操作气速需保证一定床层膨胀比(如≥2)，床内气固流动在湍动流态化区域，可以保证反应和流态化的协调。　　 3.通过对流化床气化过程的简化，在热力学和动力学基础上建立了水蒸气消耗预测的热力学平衡模型和全混流模型，描述了反应器尺寸、床料特性、反应速率常数和压力等与水蒸气消耗量之间的定量关系。根据模型计算考察了反应速率常数(煤种)对水蒸气耗量的影响，指出了对不同反应性煤种的压力影响范围。　　 4.流化床气化炉内石灰石高温脱硫中，实际脱硫组分为CaO。本文系统地研究了在N2-H2O、N2-H2-H2O气氛中CaO脱除气体H2S的正反应和逆反应特性，发现CaO脱除H2S过程中H2存在对脱硫有重要影响，在高温下可以显著提高脱硫效率。水蒸气浓度增加降低脱硫精度，最佳脱硫效率由CaO+H2S=CaS+H2O反应的热力学平衡决定。逆反应CaS-H2O反应在850℃以上发生多个反应，反应产物为CaO，H2S和SO2，SO2浓度大于H2S浓度。CaS-H2O高温反应可用缩核反应模型描述。　　 CaS+3H2O→CaO+SO2+3H2当系统中H2浓度低于一定值时可进行，提高温度和水蒸气体积分数有利于反应的进行，该反应可应用于CaS的再生，可行的工艺方法是加入少量空气(或氧)，使H2燃烧，使反应向右进行，得到单一高浓度SO2，并使吸热反应变为放热反应。　　 5.灰熔聚流化床气化炉炉内脱硫试验结果表明，即使在空气/水蒸气鼓风气化时的低氢浓度下(11％-15％)，炉内脱硫效率仍能达到69-80％。减小石灰石粒径可提高脱硫效率。排灰中硫形态80％以上是硫酸盐，灰分离器中的含氧气氛和合适温度保证了排灰中CaS有效氧化为CaSO4。　　 6.流化床炉内脱硫的优化途径包括：提高气化压力，缩小气化温度与最佳脱硫温度的温差；降低系统水蒸气耗量或煤气中水蒸气浓度，使得煤气中H2S平衡浓度降低；减小石灰石粒径，加大细粉循环脱硫，减小氧化区的影响，提高石灰石的原子利用率。硫化石灰石(CaS)稳定化的有效途径为：粉状CaS随细焦粉一起送入循环流化床燃烧处理转化为CaSO4。