煤气化作为一种清洁高效的煤转化技术,是现代煤化工的龙头。目前,能量利用效率高、生产强度大的气流床气化技术发展迅速,是现代煤气化技术发展的主要方向之一。煤中的微量元素尽管含量极低,但在现代煤化工的煤炭利用规模下,其累积效应对工艺安全、人体健康、环境生态都可能产生一定的影响。然而,对煤中微量元素在气化过程、尤其是气流床煤粉气化过程中的研究非常之少。为了解、掌握气流床煤粉气化过程中煤中微量元素的转化形式与释放方向,需要研究煤中微量元素在气流床气化中的迁移与再分配行为,进而为煤中微量元素在现代煤气化条件下可能造成的环境生态污染的防治提供理论基础。煤中微量元素的赋存特点与煤加工转化过程的技术特点共同决定了煤中微量元素在现代煤气化过程中的行为特征。论文在完成深度煤质分析评价的基础上,结合煤中矿物质组成与含量、微量元素在煤中的分布与富集规律,研究现代气流床煤粉气化对典型微量元素释放、迁移、再分配等行为规律的影响,同时结合大型煤化工基地煤气化工艺现场样品的分析结果,研究微量元素在气流床煤粉气化过程中“量”的再分配行为,获得微量元素在煤气化过程中的迁移规律。论文采制内蒙古胜利褐煤、内蒙古乌兰图嘎褐煤、宁夏灵武烟煤、山西大同烟煤、云南干河贫煤和宁夏太西无烟煤等典型煤种煤样,将气流床气化过程解耦为快速升温热解阶段（⁹00℃）、高温热解阶段（1000¹500℃）与煤（焦）接触到气化剂后的气化阶段,利用搭建的高速升温热解装置与气流床气化试验系统,在接近气流床气化升温速度的工况下获取气流床气化过程不同阶段的固态产物（残渣）样品,采用X射线衍射技术分析样品中矿物质的组成,利用X射线荧光光谱技术定量分析样品的矿物质含量,使用傅里叶变换红外光谱技术解析样品表面含氧官能团的变化,通过气相色谱技术分析气化合成气组成的改变,运用汞分析仪、离子选择型电极、电感耦合等离子体质谱技术测定样品中微量元素的含量。论文开展的主要实验研究内容包括:（1）主要气化工艺参数（温度,氧煤比,水蒸气煤比,载气种类及流量）对不同煤种煤样气化过程的影响规律;（2）煤变质程度对煤样在快速升温热解阶段（⁹00℃）微量元素迁移、配分的影响及规律;（3）煤变质程度对煤样在高温热解阶段（1000¹500℃）微量元素的迁移、配分的影响及规律;（4）煤的变质程度对煤样在气流床气化阶段微量元素的迁移、配分的影响及规律。基于实验研究结果,论文获得了微量元素在气流床气化过程中的配分机制,采用气流床气化“灰箱模型”解释了气流床煤粉气化煤中微量元素的迁移与配分规律。论文研究得到的主要结果有:1、低变质程度的烟煤（如灵武烟煤、大同烟煤）的气化性能优于胜利褐煤、干河贫煤与太西无烟煤;升高气化温度可以显著促进气化效果;CO₂替代N₂作气化载气,可以有效提高合成气中CO与有效气（H₂+CO）的含量;试验系统工艺参数操作灵便、可较充分地模拟气流床气化工况。2、高硫低灰的乌兰图嘎褐煤中富集了As、Be、Ge、Sb、Hg等微量元素,在快速升温热解阶段（⁹00℃）,As、Be、Ga、Sb、U、W等元素富集于热解半焦中;Hg元素挥发非常明显,Se和Ge在热解后期也出现挥发行为。3、灵武烟煤是低灰分的优质气化用煤且大多数微量元素丰度不高,在快速升温热解阶段（⁹00℃）,热解半焦中绝大多数稀土元素都表现出含量增大的趋势,尤以Eu元素的增幅最大,其次为Gd和Er;与原煤中Eu和Ce负异常明显相对比的是热解半焦中Eu负异常已经不明显;热解半焦的稀土元素分布模式与原煤中的总体相似,但是原煤为Eu负异常的“V”型曲线,而热解半焦的分布模式中Eu异常不明显;随着热解温度的升高,轻稀土元素分布模式曲线上移明显,重稀土元素分布模式曲线上移幅度较小。4、高灰高硫的干河贫煤富集了As、F、Ga、Hg、Rb、Se和U等微量元素,在快速升温热解阶段（⁹00℃）,其热解半焦中Li、Be、U元素的含量高于原煤中的含量,As、Ga、Hg、Rb的含量低于原煤中的含量,F和Se在温度较低的反应初期含量较高,反应后期含量低于原煤中的含量。对干河煤及其热解半焦的矿物组分及含氧官能团的解析表明,硫铁矿的分解与Hg元素的释放,以及含氟矿物的消失与F元素含量的降低几乎同步,验证了矿物赋存形态对微量元素的迁移释放有重要影响。不同变质程度的煤在相同的快速升温热解条件下,Se、Hg、Be、U迁移规律有一定的共性,但是也有相当的元素展示出不同的行为特点。5、在高温热解（1000¹500℃）阶段,干河煤高温热解焦中V、Ga、U等元素的含量随着热解终温的升高会增大,Be、Cr、Ni、Sr等的含量则会降低,Pb、Cs先增大后降低,而Li先减小后增大;灵武煤高温热解焦中V、Cr、Ga、Ni、Li、Sr、Cs、U等元素含量随着热解终温的升高而升高,Be元素的含量则降低,Pb元素的含量在温度超过1100℃后逐渐减低。6、在气化阶段,干河煤和灵武煤气化渣中微量元素含量的变化受气化温度影响最大,受水通量的影响最小;干河煤气化渣中V、Be、Cr等微量元素的含量随气化温度的升高先升高后降低。干河煤与灵武煤中的U和Ni元素在气化过程中有相似的迁移行为,但是其它元素则行为不同。CO₂替代N₂作载气可以提高气化效果,但是仅对干河煤气化渣中微量元素的迁移有影响。7、运用分阶段解耦气流床煤粉气化的学术思想,在实验室完成快速升温热解阶段、高温热解阶段、气化反应阶段实验,所获元素迁移规律与现场样品中的元素含量变化趋势有较好的吻合,得到了气流床煤粉气化煤中微量元素不同反应阶段与时期的配分机制,用气流床气化“灰箱模型”解析了典型微量元素的迁移行为,认为汞等易挥发的元素在快速升温热解阶段已基本迁移到气相中,铅元素在热解阶段是富集在固相中,在气化阶段可能被飞灰带离气化粗渣,稀土元素等难挥发性元素则在固相产物中富集。