超低浓度煤层气广泛存在于矿井通风中，通常其甲烷体积浓度不超过2%，热值很低，利用难度较大。我国是煤炭开采和使用大国，伴生的煤层气资源十分丰富，超低浓度煤层气通常不作处理而直接排出，既造成了能源的浪费，也加剧了温室效应。因此，研究如何有效利用超低浓度煤层气对煤矿安全生产、节约资源、保护环境都具有深远的意义。流化床燃烧技术具有燃料适应性强、燃烧污染物排放量低、燃烧效率高等优势，适用于低热值气体燃料的燃烧，目前国内外对于超低浓度煤层气的催化燃烧研究大多采用贵金属催化剂，采用过渡金属催化剂应用于流化床内的催化研究很少。贵金属催化剂使用成本高，且在流化床内由于磨损而造成的质量损失较大，不适合工业规模化使用，因此，研究过渡金属催化剂在流化床内催化燃烧超低浓度煤层气具有重要的工业实用价值和学术意义。针对这一现状，本文采用自制的过渡金属10wt.%Cu/γ-Al₂O₃催化剂颗粒作为床料，采用实验研究和理论分析相结合的方法，研究了超低浓度煤层气在甲烷浓度低于2vol.%在流化床中催化燃烧特性，并对实验结果进行了理论分析。研究了流化床内气固两相流动及其对超低浓度煤层气催化燃烧特性的影响，对Cu/γ-Al₂O₃热稳定性、机械性能进行了评估；实验研究了操作条件对甲烷转化的影响，对催化燃烧动力学特性进行了分析；根据本实验得出的数据，引用贵金属催化剂相关实验数据，对比分析了Cu/γ-Al₂O₃催化剂和贵金属催化剂对超低浓度煤层气的催化燃烧特性以及动力学特性。研究表明，随着流化风速的增加，超低浓度煤层气通过床层的时间减少，甲烷的转化率减小，反应向床层上部移动；实验显示出了催化剂颗粒良好的热稳定性和机械稳定性；增加床层温度和降低进气甲烷浓度都会使甲烷的转化率提高，反应向床层下部移动；在催化剂的动力学特性实验中，温度低于480℃时，反应受到本征动力学控制，当温度超过480℃时，扩散作用开始影响反应，反应进入了动力学与扩散共同控制区；通过对比Cu基催化剂和贵金属催化剂，发现Cu基催化剂在床层温度大于600℃时表现出良好的催化活性；从经济实用性角度看，Cu基催化剂成本优势明显，且具有催化效果较良好、热稳定性好、机械强度高等特点，更适用于流化床内低热值气体燃料的催化燃烧。本文的研究丰富了气体燃料在流化床内燃烧利用的研究成果，推进了低热值气体燃料在流化床内催化燃烧的深入研究，在一定程度上为低热值气体在流化床内燃烧利用提供实验基础和理论依据。