准东煤田储量丰富,是保障我国煤炭能源持续供应的重要来源。准东煤挥发分高、灰分低和硫分低,是优良的动力用煤。然而准东煤钠含量高,在燃用准东煤的锅炉受热面发生严重的结渣和沾污。但低阶煤中的钠同时又是一种高效的催化剂,可有效改善煤热解、燃烧和气化的性能。合理调控利用煤中富含的碱金属钠可以实现准东煤高效清洁利用。钠元素的释放特性和催化活性与其赋存形态有关,而煤热解过程中其赋存形态会发生改变,催化活性也会发生变化。本课题围绕钠的转化机制和催化作用,针对“准东煤热解过程中钠元素的释放和转化”、“钠对准东煤快速热解焦和固定床热解焦的催化作用”和“钠对准东煤固定床热解挥发分和焦油的影响”三个关键问题展开研究,为煤热解过程中钠的调控和利用提供理论支撑。选取五彩湾准东煤为原料,分析煤样中钠元素的赋存形态;在流化床/固定床反应器上,研究煤在500℃⁹00℃热解时钠元素的释放特性。结果表明,准东煤中超过80%的钠元素以水可溶的形式存在,水可溶钠主要的化学形式为NaCl、Na₂SO₄和NaHCO₃。原煤快速热解过程中钠的释放量随温度升高迅速增加,900℃时达到85%;而慢速热解过程中钠的释放量随温度升高则缓慢增加,900℃时仍小于10%。挥发分-焦炭相互作用增加了慢速热解焦内钠的释放量,但释放总量仍远低于快速热解条件下钠的释放。采用氧化石墨烯作为煤焦的模型化合物,与NaOH溶液反应后–COOH被转化为–COONa,从而得到有机形式的钠。加载钠的氧化石墨烯慢速热解过程中钠的释放率约为20%,且随热解温度的变化较小;与挥发分的相互作用使得钠的释放量增加,且高温下增幅更大。在固定床反应器上,研究水可溶钠和乙酸铵可溶钠加载煤样在300℃⁹00℃条件下热解后,煤中钠的释放和赋存形态转化。结果表明,原煤在固定床反应器上热解时钠的释放量远低于其他反应器;四种钠加载煤在低于600℃热解时钠的释放量均低于7%。揭示了准东煤热解过程中钠元素赋存形态转化的路径和机制:在400℃以下,水可溶钠通过和–COOH相互作用转化为乙酸铵可溶钠,而乙酸铵可溶钠可通过煤中羧酸盐结构的分解转化为水可溶钠,两种赋存形态钠相互转化的方向与乙酸铵可溶钠的含量有关;在400℃⁶00℃之间,主要发生了乙酸铵可溶钠向水可溶钠的转化;在温度高于600℃时,水可溶钠可与煤中矿物质或煤基质相互作用,转化为不可溶钠。通过浸渍将不同化学形式的水可溶钠盐加载在酸洗后的煤样上,以排除原煤中固有矿物质的影响;在沉降炉实验系统上,研究水可溶钠盐对快速热解焦炭特性的影响。研究表明,酸洗煤浆液中加入NaAc或Na₂CO₃后pH大幅升高,煤样中有大量–COONa结构生成。在煤快速热解过程中,钠盐加载煤中的钠（尤其是–COONa）使热解焦表面粗糙化,表面含氧官能团得到稳定,并使热解焦的石墨化进程得到抑制,交联密度和表面取代基增加。部分钠在快速热解后滞留在焦炭中,呈现出较好的催化作用。以上因素的共同作用,使得钠盐加载煤900℃快速热解焦的低温气化反应活性遵循以下顺序:H-char<Na₂SO₄-char^NaCl-char<NaNO₃-char<NaAc-char<Na₂CO₃-char。为进一步揭示钠的催化作用,在固定床反应器上500℃⁹00℃条件下,研究了水可溶钠和乙酸铵可溶钠对煤样热解过程的影响,并结合热解焦内钠元素的赋存形态对结果进行分析。研究表明,煤中加载的钠使热解焦表面粗糙化,且表面氧含量升高;水可溶钠对煤焦结构的影响可忽略不计,而乙酸铵可溶钠降低了煤焦结构的有序性。随热解温度由500℃升高至900℃,酸洗煤和二次酸洗煤热解焦的反应性均降低,但Na₂SO₄加载煤900℃热解生成的焦样呈现出最高的反应活性,而钠离子交换煤700℃热解生成的焦样呈现出最高的反应活性。钠的催化能力与焦炭内部钠元素的含量和赋存形态均有关,其中以炭包覆形式存在的不可溶钠显示出较高的催化活性。在水平固定床反应器上,研究了500℃⁹00℃范围内,钠和二次反应对挥发分和焦油的影响。结果表明,碱及碱土金属的脱除使得煤在700℃之前热解时挥发分的产量升高,且导致煤在700℃之后热解时焦油的产量升高。钠通过将焦油前驱体与焦炭基质连接在一起来促进其转化,主要是焦油中的多环芳烃类物质。颗粒间和气相中二次反应时间的增加对挥发分产量的影响较小,但均可降低焦油的产量,尤其是焦油中的多环芳烃类物质。提出了一种基于固定床热解的两段低温气化方法。