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煤制甲烷对清洁转化利用煤炭、优化终端能源结构具有重要意义。本论文研究煤、水蒸气、CO2吸收剂的气化反应体系,集成反应和分离、吸热和放热于一个反应器,直接制取甲烷,开展了热力学分析、定容实验、固定床实验和定压连续流化床实验,具体工作如下：1、煤直接制甲烷热力学平衡分析通过热力学平衡计算,研究了反应温度、反应压力、Ca/C摩尔比和H2O/C摩尔比等对煤直接制甲烷的影响,确定了反应条件范围；从煤直接制甲烷反应器与CaO再生反应器的自热平衡出发,获得了所需的气化最高碳转化率。2、煤直接制甲烷的定容实验研究以定容实验为手段,研究了反应停留时间、反应温度、反应压力、Ca/C摩尔比和H2O/C摩尔比等反应条件的影响。实验结果与热力学平衡计算一致,典型工况CH4含量超过62%,CO和C02含量均低于0.1%。延长反应停留时间对CH4产率促进作用明显；提高反应压力和降低反应温度提高CH4产率；CaO吸收C02,使CH4浓度比加氢气化提升44%。3、煤直接制甲烷的固定床实验研究CH4产率受CaO和水蒸气共同作用影响明显。煤热解、蒸汽气化和煤+CaO热解反应的CH4产率小,煤与CaO分层时气体产率大幅下降；加压条件CH4产率峰值出现在550℃-600℃,且压力的提升对CH4产率提升明显;反应温度升高对CH4产率的提升不如对H2效果明显：水蒸气在低温时参与反应对H2和CH4产率促进明显,而C2和C3由于发生蒸汽重整反应而受到较强抑制。4、煤直接制甲烷的流化床连续实验研究与分析通过流化床连续实验研究不同水蒸气分压和Ca/C的作用。过量水蒸气通过促进甲烷重整反应抑制甲烷产生,水蒸气分压为3.3MPa时CH4和H2产率最高；Ca/C为0.5时CH4平均产率最高,CaO再增加有利于煤直接制氢的反应而对制甲烷反应有所抑制。流化床反应器的CH4和H2产率接近平衡模拟结果,碳转化率接近再生自热平衡所需的碳转化率。