本文以含钒页岩脱碳装置为主要研究对象，为了满足脱碳要求，提出了多床流化床脱碳技术和脱碳系统工艺方案。首先，利用同步热重分析仪及沉降炉等设备对含钒页岩的燃烧特性进行了实验研究及动力学分析。结果表明：含钒页岩的着火点约为500℃，1000℃时燃尽率最高达到86.7%，其燃烧反应机理函数为抛物线法则—一维扩散模型。其次，为了确定含钒页岩的临界流化风速设计并建造了流化床实验平台，在该实验平台上对布风板及不同粒径、不同厚度的含钒页岩料层的阻力特性等进行了实验研究。结果表明：φ4mm×8孔的布风板布风均匀，满足布风要求；3~5mm和1~3mm含钒页岩颗粒的临界流化风速分别在0.8~0.9m/s之间和0.5~0.7m/s之间；随着物料料层厚度的增加临界流化风速基本不变，但料层阻力增大。另外，提出了对称多叶片式风量调节阀并设计了多床流化床脱碳装置，利用CFX软件对其流场、颗粒场等进行了数值模拟。结果表明：对称多叶片式风量调节阀的流场没有偏流现象、流场比较均匀，较蝶阀局部磨损小；在实测临界流化风速的基础上选定的流化风速，能够使0~5mm的含钒页岩颗粒流化。最后，提出了含钒页岩脱碳系统的工艺设计方案，确定了脱碳装置的结构及工艺运行参数；并进行了热平衡计算，确定了液化石油气用量。