化石能源燃烧释放出大量的CO₂，由此引起的“温室效应”等全球性问题已经为世界各国广泛关注。非混合燃烧改变了传统燃烧方式中燃料与空气直接混合的方式，代之以载氧体作为媒介在燃料和空气之间传递氧，从而达到释放能量的目的，同时在过程中实现了对CO₂的分离，在产物气体中可直接获得高浓度的CO₂，对CO₂的减排具有重要意义。本文针对非混合燃烧中的载氧体存在的一些问题，采用CaSO₄作为载氧体，并针对CaSO₄应用于非混合燃烧过程的可行性和与气体燃料的反应特性，CaSO₄反应活性的改善和载氧体的循环特性等方面进行了一些初步研究，同时对于非混合燃烧应用于焦炉煤气制氢过程开展了一些模拟工作。对于CaSO₄应用于非混合燃烧过程进行了热力学计算和模拟，从理论上分析了CaSO₄在此过程中作为载氧体的可行性，并对CaSO₄与气体燃料之间发生反应的温度和压力条件进行了分析。利用热重分析仪和固定床反应器，对CaSO₄和分别负载惰性载体、活性助剂后的CaSO₄与气体燃料发生反应的特性进行了实验研究。结果表明，单独使用CaSO₄时，其与气体燃料发生反应的起始温度较高，且反应活性较低，不适合直接应用于非混合燃烧中。通过向CaSO₄中添加惰性物质和活性助剂，均可以降低CaSO₄与气体燃料的起始反应温度。惰性物质在与CaSO₄混合时起到了结构支撑和传递热量的作用，其本身不参与反应。活性物质不仅自身参与反应，同时可以较大幅度地提高CaSO₄的反应活性，加快CaSO₄与气体燃料进行反应的速度。同时，借助X射线衍射、比表面积测量等手段，对于CaSO₄载氧体与气体燃料发生反应前后的状态进行了表征，初步分析了CaSO₄被气体燃料还原的产物成分和引起载氧体反应活性改善的原因。构建了基于非混合燃烧的焦炉煤气自热重整制氢过程，对该过程所涉及的部分主要热力学问题进行分析，研究了制氢反应的化学平衡特性。利用软件模拟运行，分析了系统的整体特性，并利用效率指标对系统进行了评价。