随着全球经济迅速发展,能源消耗与日剧增。高硫含量的劣质油和重油的深度加工导致副产品高硫石油焦的产量持续增加。高硫石油焦气化制气是一种满足环保要求的高效利用方式。针对气化炉运行过程中,石油焦灰分中高浓度的钒、镍重金属组分引起的腐蚀、结渣问题,本文对石油焦气化过程中钒、镍迁移转化机理及气化灰中矿物质演变行为展开了系统的研究。本文在微型流化床气化装置上开展了不同来源地（海相、陆相）石油焦的水蒸气气化实验,并结合Tessier形态分析法,对钒、镍赋存形态及迁移规律展开了研究。结果表明:石油焦中的Ni具有丰富的赋存形态种类,V主要以有机物结合态和残渣态的形式存在;Ni的挥发性与气化温度和硫含量呈正相关;V的有机物结合态在气化初始阶段分解,并主要转化为残渣态;与其他形态相比,离子可交换态的V的形成受温度的影响更为明显。本文还采用FactSage软件对石油焦气化过程中钒、镍的具体化合物形态以及迁移特性进行了热力学平衡模拟。研究表明:随着气化温度的升高,Ni₃S₂与Ni、V₂O₃与FeV₂O₄之间会发生相互转换;Fe和S元素的存在对V化合物的转化有明显影响。最后,本文在高温固定床气化装置上开展了石油焦掺混合成灰的共气化实验,研究了石油焦灰中矿物质在气化条件下的演变特征行为。主要结论如下:石油焦气化灰中矿物质主要有钙长石（CaAl₂Si₂O₈）、铁尖晶石（FeAl₂O₄）、NiO、Ni、SiO₂、Ni₃S₂、FeV₂O₄、V₂O₃、Fe₃O₄;气化温度的升高有利于低熔点矿物CaAl₂Si₂O₈和FeAl₂O₄的生成;硅铝比的增加促进了FeV₂O₄向V₂O₃的转化;铁钙比的增加抑制了CaAl₂Si₂O₈的生成,有利于FeV₂O₄的生成;钒镍比的增加不会改变灰中矿物的种类。