我国对煤制工业燃气需求量巨大,全年产量可达7560亿m3。现阶段,国内煤制工业燃气技术主要以单段和两段固定床煤气发生炉为主,其技术局限性在于使用优质块煤,对碎煤适应性差,原料成本高;生产规模小,放大困难;燃气中焦油含量高,后期燃气净化处理阶段易产生含酚废水造成二次污染。气流床气化工艺由于操作条件较为苛刻,生产成本高,不适合工业燃气生产的应用。以鼓泡流化床和循环流化床为代表的流化床气化技术具有热质传递效果好、处理强度大、放大容易、适合处理小粒径原料等特点,但仍面临着生成气体中焦油含量高、气体热值较低、转化率不高等挑战。中国科学院过程工程研究所提出了流化床热解耦合输送床气化的新型低焦油两段气化技术,采用低阶碎煤清洁生产工业燃气。流化床两段气化技术将煤炭气化过程解耦为煤热解和半焦气化两个子过程,并分别在流化床热解器和输送床气化炉内进行。原料首先在流化床热解器中发生干燥、热解和部分气化反应,生成的全部产物(热解气、半焦和焦油)进入到气化炉中,进行半焦气化,同时利用输送床气化炉内的高温有氧环境和半焦对焦油的催化重整作用脱除焦油,生产洁净工业燃气。利用实验室流化床装置和两段气化中试实验平台,本文对关键性反应参数和工艺可行性进行了系统研究和验证。主要的研究内容和结果整理归纳如下:(1)在实验室射流预氧化流化床反应装置上研究了小龙潭褐煤的热解行为,重点考察了反应温度、外部水蒸气气氛、物料含水量、含氧气氛等对煤样热解行为的影响,分别对热解产物分布、半焦气化活性、气体和焦油组成变化进行了分析。惰性气氛下随着反应温度的提高,气体收率逐渐增大,半焦和焦油的收率降低;半焦比表面积增大,气化活性提高,但过高的反应温度,如在900℃下,会引起半焦的晶格结构有序化程度增大,气化活性反而降低。活性气氛(氧、水蒸气)下能够进一步提高气体收率和半焦的气化活性;外部水蒸汽条件能够促使焦油轻质化,同时降低焦油整体收率;煤中固有含水一定程度上能够提高焦油中轻质组分的含量,但也会引起挥发分析出不完全,进而造成物料热解程度降低,因此物料的含水量需控制在一定的范围内;在同等水煤比条件下,外部通水蒸气较物料内部含水对气体收率的提高程度更大。氧气气氛下焦油中重质组分含量提高,焦油整体收率降低;综合考虑基础实验结果,流化床两段气化工艺上段流化床热解反应器内最佳的反应条件为:反应温度800℃、外部通水蒸汽情况下水煤质量为0.11、原料含水量水煤比小于0.11、过量空气系数为0.14。(2)基于100kg/h的自热式流化床两段气化中试实验平台,在典型操作条件下开展了内蒙胜利褐煤流化床两段气化实验,运行结果显示,随着热解器和气化炉操作温度的提高,热解气和气化气的有效气体组分提高,气体中的焦油含量明显降低。当热解器和气化炉的温度分别为840℃和1000℃时,气化炉出口处气体的热值达到1100kcal/Nm3,气化气中的焦油含量为365 mg/Nm3;热解气所含焦油组分中重质组分较高,经过气化炉内高温裂解和半焦床层催化裂解作用后,产品气中所含重质组分和焦油总量减少,轻质组分增多,有利于其进一步脱除;中试实验结果充分说明了流化床两段气化的工艺可行性和技术特点,为工艺进一步放大提供了良好的技术支撑。