循环流化床煤部分气化技术温度低、压力低的较为温和的技术特点下,相对较多的焦油的产生是必然的。焦油的存在会引发诸多问题,因此对于合成气,焦油含量有着较为严格的规定。气化发电系统要求焦油含量为20-50 mg/Nm³、内燃机系统要求焦油含量低于10 mg/Nm³。当温度降低到一定程度,比如250℃,煤焦油中的重质组分将很快冷凝,很容易与水、焦粉和灰渣等物质粘结在一起,堵塞管道和阀门,腐蚀金属设备,引起下游脱硫脱硝等催化剂中毒,并带来酚水等二次污染问题,严重影响气化系统的稳定运行。同时,由于焦油不稳定且成分复杂,来源不同的焦油性质差异十分巨大,焦油成为制约工业发展的一个重要因素。本研究即是对循环流化床中流态化半焦的催化转化特性的试验研究。本研究在循环流化床中进行,采用焦油与半焦分别给入的研究方案,确保给入焦油含量的准确。主要研究内容为半焦催化性能的探索以及流态化半焦对焦油的催化转化特性研究。采用多种现代分析手段对气液固三相产品进行了综合分析,明确了焦油的催化转化特性,建立了操作条件、半焦结构、气体析出特性和焦油脱除特性之间的联系。现有关于焦油的催化脱除的研究大多数基于使用外部加热的小型固定床,缺乏流态化半焦和实际气化过程的实验数据。由于两级反应器的局限性,缺乏对不同焦油含量的催化裂解的研究。在本工作中,将真实焦油加入到循环流化床半焦气化炉的还原区中,使焦油在还原性气氛下发生催化转化反应。在本试验中,对真实焦油的热裂解和在半焦中的催化转化进行了研究,以探索半焦对焦油的催化转化特征。与焦油的催化转化相比,热裂解的有效气转化率较低,并且在此过程中无CO₂产生。当温度从850℃升高到950℃时,有效气转化率从60.84%提高到94.26%。焦油量的增加会加剧积碳的产生,积碳会覆盖半焦的活性位点并导致其催化活性下降。焦油的热裂解和催化转化反应路线差异很大,这种差异揭示了在催化转化中焦油裂解产生的积碳大幅度降低的原因。在950℃下,半焦的出现将有效气转化率从热裂解的42.00%提升至94.26%,表明流态化半焦可以抑制焦油的缩聚反应和碳沉积,从而改善有效气转化率,证明了利用半焦催化剂脱除焦油方案的可行性。对流态化半焦的催化转化特性进行了定量的试验研究,确定了在循环流化床煤气化过程中,不同反应条件（温度、半焦粒径、水蒸气）下流态化半焦对焦油的催化转化特性,并对气固液三相产物进行了详尽分析。（1）提高气化反应温度能够显著提高焦油转化率,从850℃提高至950℃时,焦油转化率从91.66%提高至97.92%。随着温度的上升,焦油转化率增量降低,这是由于半焦的催化性能在不同温度下发生了改变,使得焦油参与热裂解和异相重整的比例改变。同时导致温度从850℃到900℃时残余焦油中的重多环芳香烃含量下降;900℃到950℃时残余焦油中的重多环芳香烃含量上升。同时在试验条件下,半焦的催化转化性能对不同的焦油成分表现出一定的选择性。对温度敏感的成分包括茚和蒽,而对温度不敏感的成分包括萘和联苯烯。（2）流态化半焦的催化转化性能取决于粒径的改变对半焦结构的改变。对试验条件下的三种粒径流态化半焦而言,焦油转化率最高的是0.1-0.5 mm半焦,其焦油转化率达到98.89%。对焦油成分的分析可以看出,试验用的三种粒径的半焦均对重多环芳香烃有较为显著的转化效果。同时焦油中的各组分的转化率与半焦的粒径有关。0.1-0.5 mm工况下得到了最好的转化效果,能够显著降低焦油中的组分数量、多环芳香烃含量,使残余焦油向更轻的芳香转化;0-0.1 mm工况下转化效果最差。（3）给入水蒸气后,流态化半焦对焦油的催化转化效果显著提高。在试验条件下,900℃时,给入2 kg/h水蒸气后焦油转化率从96.70%提升至99.81%,同时煤气中的焦油含量从530 mg/Nm³降低至32 mg/Nm³。给入水蒸气后,半焦的孔结构明显发达,孔分布也得到改善。同时,半焦表面的活性金属含量也得到一定程度的提高,反映了半焦催化性能的提升。另一方面,给入水蒸气后,残余焦油中的轻芳香烃及其他含量升高,而多环芳香烃含量下降,且多种多环芳香烃得到了完全转化。