煤的催化气化是一种温和的气化技术，其能耗低、反应产率高、煤气成分可控，具有广阔的应用前景。煤炭的气化分为原煤的热解和热解焦的气化两个过程，热解的操作条件直接影响后续煤焦的气化反应性。在煤焦气化过程中，煤阶、温度、压力、灰分以及催化剂等多种因素对气化反应性均有重要的影响。因此，掌握不同煤种在不同条件下的热解与气化反应特性，探索煤催化热解和气化反应机理以及煤焦的结构演变对于煤炭的清洁高效利用具有十分重要的意义。　　本文以不同煤阶的煤（遵义无烟煤、神府烟煤、云南褐煤）为研究对象，使用不同催化剂(K2CO3、Ca(OH)2、Fe2O3)，在不同气化剂（水蒸气、H2、CO2）及不同操作条件下考察煤的催化/非催化热解、气化反应特性;基于原位拉曼光谱仪在线研究煤焦在热解及气化过程中的焦结构变化，进而对反应机理进行探讨，建立催化气化机理模型。主要内容包括:　　(1)基于固定床反应器研究K2CO3催化煤焦热解及水蒸气气化，在650-800℃范围内研究催化剂添加方式对煤焦气化反应性的影响，并通过SEM/EDX分析K的迁移流动性。在不同温度下催化剂添加方式对煤焦气化反应性的影响有显著差别，高温下由于K的流动性较强，两种添加方式对气化反应性的影响差别很小。通过程序控温及控制水蒸气的通入，将煤焦-水蒸气气化过程分成两部分:高温下K的还原及低温下K的氧化。结果证实K在气化过程中经历氧化还原循环。活性中间体形式的不同解释了气化过程中K2CO3的转变及气体摩尔比H2/(2CO2+CO)在气化过程中的变化。　　(2)研究了K2CO3催化不同煤阶的煤（遵义无烟煤、神府烟煤、云南褐煤）加氢气化反应特性，分析了煤阶和催化剂添加量对合成气生成速率及组分的影响。使用FT-IR和SEM分析了煤和气化残渣的官能团及表观结构变化。低阶煤具有更高的气化反应性，低阶煤的甲烷释放曲线分为两个阶段而高阶煤只有一个阶段;加入催化剂后不同煤样在催化剂和灰分的综合作用下表现不同的气化反应性。催化剂的加入使得煤中脂肪结构吸收峰明显加强，有利于气化反应的进行。不同煤阶的煤表面形貌相差较大，高阶煤颗粒表面更加光滑，结构致密，反应性也越差。　　(3)研究了生物质焦和灰对煤加氢气化的催化作用。随着温度的升高，小麦秸秆焦和木屑焦与煤的协同作用提高，而马尾藻焦则结果相反。在较高压力下，加入生物质焦可以提高煤加氢气化的反应性;在低压下，三种生物质焦均起到明显的抑制作用。生物质灰化温度影响其催化性能，当灰化温度为600℃，生物质灰表现出较强的催化性能。生物质灰催化作用的不同主要与其中的碱金属及碱土金属(AAEM)、硅(Si)、铝(Al)和氯(Cl)元素的含量有关。Cl的存在加强了碱金属尤其是K的挥发，而Si和Al则会与碱金属反应生成非水溶性硅铝酸盐，从而造成催化剂的失活。具有较高含量的AAEM、较低含量的Si、Al和Cl的生物质灰更适合用来作为催化剂。　　(4)基于原位拉曼光谱系统研究了催化热解过程中煤焦的结构变化，基于固定床测定了煤催化热解的气体释放特性。煤的热解明显分为两个阶段，催化剂的加入促进了煤的热解。样品的拉曼光谱通过分峰拟合分成4个洛伦兹峰（D1、D2，D4和G）和1个高斯峰(D3)，使用峰位、峰的半高宽(FWHM)以及积分面积比来表征煤焦结构的变化。原位拉曼结果显示煤热解过程中煤焦的有序性降低，不同催化剂对煤焦结构的影响不同，三种催化剂的活性依次为K2CO3＞Ca(OH)2＞Fe2O3。采用热重分析仪测定了不同煤焦的气化反应活性，结果发现拉曼光谱参数IG/IAll与气化反应活性成反比关系，随着IG/IAll的提高，煤焦的气化反应活性降低。　　(5)基于原位拉曼光谱系统研究了煤焦气化过程中焦结构的变化，并使用固定床反应器考察了气体释放特性。升温过程中，脱灰煤焦与催化剂发生反应，伴随着气体生成;释放的CO2量与煤焦中的含氧量有关，高含氧量的云南煤焦释放出更多的CO2。原位拉曼结果表明，反应过程生成的活性中间体破坏煤焦结构的有序性，表现为ID1/IG比值的升高。通过原位拉曼光谱和离线拉曼光谱对比可发现，高温下煤焦结构与常温下不同，高温下煤焦与催化剂反应产生的活性中间体导致了煤焦无序化的发展，活性中间体并不存在于常温。