煤的低温催化气化具有可以大幅降低气化温度,提高气化效率,得到富氢产品,减少后续变化工序,降低设备投资成本等优点,对它的研究具有十分重要的意义。本文选用碱金属催化煤焦气化,以产氢行为和催化剂性能为重点,研究碱金属对催化气化气体生成的选择性,以提高氢气并降低甲烷在产气中的组分；提出将煤热解和气化分开并在热解阶段添加钙基添加剂以抑制气化中失活的碱金属催化剂；选用不同的钙基添加剂,进一步研究添加剂对抑制催化剂失活的作用以及添加剂、催化剂和煤焦三者间的相互作用；选用不同的催化剂,研究添加剂量的变化对不同煤样气化的影响；研究不同的添加剂添加方式对气化的影响；对比了几种动力学模型对非催化气化和催化气化的拟合情况。主要内容如下：(1)选用固定床研究了碳酸钾在催化煤焦水蒸气气化过程中对反应速率和反应选择性的影响。通过实验发现水蒸气下煤焦催化气化在700-750℃即可明显反应,生成的气体富含氢气,仅有少量一氧化碳且几乎不含甲烷。提出煤焦水蒸气下催化气化氧传递和中间体杂合机理可以从动力学表现和反应选择性上解释实验结果。相比传统气化,催化气化在反应选择性上有诸多优势,如可以减少或者简化传统气化模式后期用于净化的甲烷重整和水汽变换等流程。(2)在碳酸钾催化煤焦水蒸气气化过程中,碳酸钾存在失活现象,为抑制这种失活,提出了在制焦阶段加入氢氧化钙的方法。通过实验发现,加入氢氧化钙的煤焦的气化反应性比原煤焦的更好。氢氧化钙起到了抑制碳酸钾和煤中酸性矿物质在气化过程中反应的作用,而且在焦表面促进了含氧活性中间体的生成。氧传递和中间杂化机理同样可以解释催化气化的反应速率和选择性。(3)考察三种钙基添加剂(氢氧化钙,醋酸钙和碳酸钙)对四种煤样催化气化的影响,以此进一步研究钙基添加剂对抑制钾失活的作用和钾,钙,焦三者之间的相互影响。结果表明,每种钙基添加剂都起到了抑制钾失活的作用并因此促进了催化气化,而这种促进作用发挥的程度要取决于煤和添加剂的种类。氢氧化钙和醋酸钙比碳酸钙抑制钾失活更有效。此外,钾和钙会表现出一种与矿物质无关的协同作用。在碳酸钾和氢氧化钙或醋酸钙混合时会形成一种双金属碳酸盐,K2Ca(CO3)2,它可能是协同作用的来源。(4)究了热解过程中不同Ca(OH)2添加量对不同煤样催化气化的影响：对矿物质较多的煤样,添加剂量增加,可以明显地起到保护催化剂的作用,但对矿物质较少的煤样,影响不明显；随后研究了不同催化剂(Li2CO3和K2CO3)对不同煤样的催化效果：对矿物质较多的煤样,Li2CO3更多的先于矿物质反应,气化速率反而相对较慢。通过X衍射也发现,在气化后的灰中Li与晋优煤中的酸性矿物质形成的LiAlSiO4的特征峰非常显著,相比之下,K的就没那么明显。在加入Ca(OH)2后,灰中Li除了以LiAlSiO4存在,还形成了Li2CaSi04,那么对于矿物质较多的煤,无论是否有添加剂,Li2CO3的催化作用都不及K2CO3;对矿物质较少的煤样,Li2CO3催化下的气化反应速率都比K2CO3快。(5)煤和氢氧化钙经过水热预处理后对气化的促进作用比物理和浸渍添加氢氧化钙更显著,这种现象在选用的无烟煤(晋优煤)和烟煤(淮北煤)气化实验中都得到体现。水热预处理的效果对因为含有较多矿物质成分而在气化中失活严重的无烟煤更为明显。水热预处理的条件越高气化速率越快。通过X衍射可以观察到煤中的高岭土和石英等矿物质在水热条件下生成了钙铝硅酸盐,这种盐在气化中不会与钾反应。这样就有更多的钾在气化中得以以可溶形态存在。另外在气化过程中还有更多的C-O-K出现。这是水热处理对催化气化促进的主要机理。(6)选用均相模型、缩核模型、混合模型、随机孔模型、体积修正模型和进一步修正体积模型等六种模型分别对非催化气化和催化气化数据进行拟合,均相模型、缩核模型、混合模型对非催化气化的拟合比催化气化的好；随机孔模型、体积修正模型和进一步修正体积模型对两种气化模式的拟合程度都较高。均相模型和缩核模型虽然在拟合上的偏差较大,但是所得活化能和随机孔模型的较为接近。混合模型虽然拟合上比均相和缩核模型好一些,但是所得活化能相差较远。