准东煤储量丰富,具有硫含量低和反应活性高等特点,作为一种典型高钠煤,呈现独特的热解及气化性能,其中碱金属和碱土金属的迁移转化是难点所在;温室气体减排关系到人类生存环境的未来命运,以CO2为气化剂的煤气化过程在实现碳的资源化利用同时,比通常的碳捕获技术更具经济效益,其传递特性直接影响到反应过程及产物组成。本论文比较系统地研究了准东煤热解和气化特性,从化学键断裂角度考察了 NaCl、CaCl2和FeCl3对准东煤热解过程的催化特性;探究了 N2和CO2热解气氛对准东煤焦结构形貌特征和气化活性的影响规律;通过对碱金属和碱土金属催化气化过程进行动力学分析,揭示了 Na2C03催化煤焦气化过程中活性中间体存在性及其反应特性;通过对比快速热解焦和慢速热解焦的理化性能,探讨了准东煤焦气化过程中的传质和反应过程特性,旨在为准东煤气化技术的研发提供相关理论依据和基础数据。采用热重分析仪和固定床反应器研究了 NaCl、CaCl2和FeCl3对准东煤催化热解过程,采用扫描电镜、X射线衍射仪和物理吸附仪表征热解煤焦的结构特征,从化学键断裂角度分析了准东煤热解机理。结果表明三种金属氯化物促进CH4和H2生成的能力依次为:NaCl>FeCl3>CaCl2,而三种氯化物对CO生成具有一定的抑制作用。添加金属氯化物导致煤焦表面粗糙,石墨化程度降低,其中添加FeCl3样品比添加NaCl或CaCl2样品具有更发达的孔隙结构,归因于FeCl3向Fe2O3转化过程中气体释放,同时FeCl3转化为Fe2O3后能促进自由基形成,而Na/Ca通过与煤基质之间反复联结和断裂来促进热解。通过对不同气氛下固定床反应器内所制备准东煤焦样品结构特征和气化活性研究,发现CO2气氛获得的煤焦产量低于N2气氛,原因是CO2与焦油和煤焦发生了非均相反应。CO2气氛制备的煤焦表面粗糙、孔隙较多,比N2气氛煤焦具有更高的比表面积。CO2气氛制备煤焦具有较低的石墨化程度以及较高的小芳香环结构与大芳香环结构之比,呈现出较高的气化反应活性。在热解过程中,CO2与热解气体、焦油和煤焦发生均相和非均相反应,CO2通过参与煤焦表面反应改变了煤焦的形态特征,从而提高气化反应活性。采用热重分析仪研究了碱金属和碱土金属(AAEMs)对准东煤焦气化反应的影响行为,利用X射线荧光光谱仪和扫描电镜对煤焦结构进行表征。结果表明0.1 mol/L硫酸溶液可以去除准东煤焦中的大部分AAEMs,准东煤焦和酸洗煤焦的碳转化率随气化温度升高均呈现增加趋势,且准东煤焦具有更高的气化活性,说明AAEMs对准东煤焦CO2气化过程具有一定催化作用。进而,比较了均相反应模型、未反应收缩核模型和随机孔模型对煤焦气化反应的适用性,发现均相反应模型可以较好地预测本章所研究粒径小于40 μm煤焦的气化特征,且准东煤焦及其酸洗焦气化均表现出动力学补偿效应,对应的补偿规律分别为lnk0=0.10EA-1.77和lnk0=0.10EA-2.85,表明AAEMs可以改变气化过程中反应路径。采用热重-质谱联用仪研究了 Na2CO3催化准东煤焦CO2气化过程,获得了惰性气氛下石墨和准东煤焦分别负载Na2CO3的失重行为和气体产物释放规律,探索了催化前驱体的迁移转化过程。结果表明Na2CO3对准东煤焦气化反应有促进作用,其原因可能是Na2C03加速了煤焦向无定形碳结构转变降低了煤焦有序化程度。煤焦中含O官能团的存在影响Na2CO3与碳相互作用,含O官能团有利于Na固定在煤焦表面,促进了活性络合物形成,而且Na2CO3与煤焦表面反应形成了对CO2气化反应有促进作用的含O和Na络合物。采用热重分析仪研究了 850℃-1000℃下不同粒径准东煤焦CO2气化过程的传质及反应特性,气化过程中煤焦结构的演变行为由扫描电镜和物理吸附仪进行表征。结果表明尺度效应会对煤热解过程中的传热传质、挥发分和孔隙结构产生一定的影响。煤焦初始气化速率随着颗粒尺度的增加而降低,颗粒尺度越大或反应温度越高,扩散传质对煤焦气化影响越显著。计算效率因子可以评价内扩散对煤焦初始气化速率的影响,但不适用于描述整个气化过程。准东煤快速热解焦CO2气化反应活性高于慢速热解焦,气化活性越高越容易受到内扩散阻力影响。