煤炭部分气化分级转化技术是实现煤炭高效清洁利用的方案之一。浙江大学提出的煤炭部分气化联产半焦煤气焦油工艺,通过将煤炭在单个流化床反应器内部分气化获得半焦、焦油和煤气。所产半焦可用于生产替代小规模工业或民用散煤的清洁燃料,焦油可通过后续深加工制取液体燃料等,煤气则可依据其品质进行灵活利用。本文基于煤炭部分气化分级转化联产半焦煤气焦油工艺过程,在小型常压流化床实验台上开展了在空气气氛下煤炭部分气化特性的实验研究,为下一步工业装置的设计开发及运行提供依据。小型流化床实验台由流化床气化炉、给气装置、给煤装置、气固分离装置、引风机及DCS控制系统等组成,其中,气化炉炉膛底端内径80mm,上部内径120mm,炉膛高度2600mm,炉管配置电加热功能。首先,采用部分气化所得半焦为床料,开展以典型烟煤为原料在反应温度低于800℃条件下的部分气化实验,验证了将煤炭部分气化联产半焦煤气及焦油工艺的可行性。在此基础上,开展不同反应条件影响煤炭部分气化特性的实验研究。以石英砂为床料,在气化温度625℃至762℃范围内,考察了不同空气当量比（0.06、0.08、0.10、0.11、0.13,分别对应气化温度625℃、643℃、695℃、736℃、762℃）、不同原煤粒径（0.3-0.9mm、0.9-2mm）和不同煤炭种类（甘肃华亭烟煤、新疆哈密长焰煤）对煤炭部分气化产物产率和各产物特性的影响。（1）不同空气当量比条件下的实验结果表明,当空气当量比由0.06提高至0.13,煤炭氧化反应份额增加,部分气化过程放热量上升,导致气化温度由625℃逐渐上升至762℃,煤气低位热值最高可达6.14MJ/Nm~3。半焦产率随温度的提高而持续下降,半焦的热重和比表面积分析结果表明气化温度由625℃增加至762℃时,部分气化生成半焦的孔隙结构更丰富,但是半焦着火后的燃烧速率下降。拉曼光谱以及傅里叶红外光谱测试结果表明,在气化温度不高于640℃时,提高温度会促进煤炭颗粒中的含氧官能团及芳香族化合物的生成,半焦无序性上升。焦油产率在气化温度736℃左右达到最大值,焦油柱层析结果表明部分气化所得焦油中沥青质与非烃占焦油总量的77.33-87.81%,导致焦油加工难度较大。（2）分析了不同粒径（0.3-0.9mm和0.9-2mm）甘肃华亭煤在625℃、695℃、736℃和762℃下的部分气化实验结果。研究发现温度对不同粒径华亭煤部分气化产物产率的影响规律类似。相较于0.3-0.9mm华亭煤,0.9-2mm华亭煤部分气化所得煤气总产率略低,而煤气低位发热量较高,最高可达6.70MJ/Nm~3。大粒径华亭煤产物半焦产率较高,且固定碳含量较高,反应前期大粒径原煤产物半焦的挥发分含量较多,随温度提高,挥发分含量下降明显。傅里叶红外分析结果表明0.9-2mm原煤产物半焦中芳环缩聚程度更高,而羧基裂解程度低,使煤气中CO2生成量较低。通过半焦的燃烧特性分析,大粒径原煤产物半焦着火后具有较高燃烧速率。焦油产率均在气化温度736℃附近达到最大值,对比0.9-2mm原煤,各工况下小粒径原煤反应所得焦油产率较高;焦油柱层析结果表明,原煤粒径对部分气化产物焦油各组分的分布情况影响不明显,但提高温度对0.3-0.9mm粒径的原煤产物焦油中重质组分裂解的促进作用更明显,归因于0.9-2mm原煤与气化剂接触较不充分,不利于焦油裂解。（3）考察了不同煤种（甘肃华亭烟煤、新疆哈密长焰煤）在反应温度625℃、643℃、695℃、736℃和762℃下,部分气化所得煤气、半焦和焦油分布特性,测定了半焦组分、结构特性和燃烧特性,以及焦油各组分分布情况。提高气化温度,煤气各组分产率变化趋势类似,但哈密煤产物煤气中可燃组分较高,煤气低位发热量最高可达9.45MJ/Nm~3。两类煤炭的半焦产率均随气化温度的提高而逐渐下降,对比华能煤,哈密煤固定碳含量较高,而挥发分较少,并且产物半焦比表面积较大。半焦的热重分析结果表明,哈密煤产物半焦的燃烧性能更好,说明半焦的燃烧性能不仅取决于半焦组分,与其孔隙结构也密切相关。哈密煤部分气化所得焦油产率在695℃下高达11.99%,各温度下的焦油产率高于华亭煤,并且不同煤种部分气化所得焦油组分分布存在一定差异,与华亭煤相比,哈密煤产物焦油中轻质组分较多,占比35.93-42.86%。综上,通过煤炭流化床部分气化实验研究,验证了煤炭部分气化联产半焦煤气焦油技术路线的可行性,同时获得了反应温度625-762℃下,煤炭部分气化产物半焦、煤气、焦油的产率、半焦特性（组分、结构特性、燃烧特性等）以及焦油各组分分布的结果。研究了空气当量比及气化温度、原煤粒径、煤种对煤炭部分气化产物的分布及特性影响差异,为实际的工艺设计提供了理论依据。