煤气化是煤在高温条件下与气化剂反应,使煤中的可燃组分转变为煤气的过程。在实际的煤气化过程中,H₂O与CO₂同时存在于气化炉中并与煤焦发生气化反应。有研究表明,在固定床气化炉中,可将CO₂替代部分H₂O作为气化剂减少含酚废水的排放量;在流化床和气流床气化炉中,可将CO₂替代惰性气体作为传送煤粉的介质可以提高合成气中有效气体的产率。因此,研究煤焦与H₂O/CO₂共气化对实际的工业气化过程具有重要的理论指导意义。对于煤焦与H₂O/CO₂共气化反应机制,有共气化竞争效应、独立效应以及协同效应,不同效应的产生与煤中碱金属和碱土金属（AAEMs）的催化作用密切相关。气氛之间的交互作用带来的煤焦结构的演变对AAEMs发挥催化作用具有重要的影响。因此,研究煤焦与H₂O/CO₂共气化过程中煤焦结构的演变规律、揭示共气化过程中的交互作用,对于认识不同效应产生的机制具有重要的意义。本文以伊宁（YN）长焰煤和片状石墨作为研究对象,通过交替气化方法研究H₂O和CO₂对样品结构演变规律的影响。交替气化过程如下:以CO₂-25%-H₂O-50%样品为例,其代表用CO₂做气化剂与样品反应至碳转化率达到25%,用Ar吹扫至炉内无气化剂存在,切换相同浓度的H₂O反应至碳转化率达到50%。通过对交替气化所得到的系列焦样进行氮气吸附、扫描电镜、拉曼光谱、红外光谱等系列表征,获得了不同气氛下煤焦和石墨样品结构的演变规律,以及共气化过程中H₂O和CO₂之间的交互作用。研究表明:（1）CO₂气化过程中:反应主要发生在煤焦的表面,并在焦中产生孔径小于2nm的微孔结构,使气化残焦的平均孔径较新鲜焦样降低7%。CO₂在消耗焦中3⁵环芳香结构的同时可打开大于六环的芳香结构,使煤焦中的含氧官能团官能团种类更加丰富。（2）H₂O气化过程中:H₂O分子会扩散进入煤焦的孔隙结构内部发生反应,扩大原有孔隙的孔径。矿物质的存在对煤气化过程焦孔隙结构的类型有重要影响:对于原煤,气化过程中焦中主要产生介孔;对于脱灰煤,气化过程中主要产生微孔。水蒸气气化过程中,样品中小于六环的芳香结构被优先消耗,焦的芳香度增加。（3）在共气氛气化过程中:气化反应同时发生在煤焦的外表面和孔隙内部,在产生新的孔隙的同时,原有孔隙的孔径被扩大。当共气化过程中出现协同效应时,CO₂制造的微孔为H₂O气化提供更多的反应表面积和反应活性位点,并且在H₂O气化后,样品的孔径被进一步扩大,使CO₂可以扩散进入半焦基质中反应产生更多新孔隙。CO₂将大于六环的芳香结构打开,导致煤焦中3⁵环芳香结构更加丰富,使H₂O气化反应更易进行。当共气化过程出现竞争效应时,CO₂分子会与H₂O分子竞争相同的反应活性位点。（4）以片状石墨作为模型化合物进行气化实验,结果表明:CO₂气化过程中,–CH₂以及芳香环中的C=C消失,出现–CH₃、C–O以及–O–等官能团,说明在气化过程中CO₂可以打开芳香环结构;H₂O气化过程中,–O–、–CH₂等官能团消失,出现=CH₂以及C–O等官能团。在共气化过程中,芳环中的C=C消失,出现了=CH₂、–CH₃、C–O以及–O–等官能团,使石墨中的官能团种类更加丰富。