无烟煤煤化程度高,杂质含量少,是理想的气化原料,然而其气化活性差一直是难以解决的问题,针对无烟煤半焦理化结构与反应活性的研究有助于无烟煤在气化领域的应用,对煤炭清洁高效利用具有重大的意义。本文以无烟煤为研究对象,利用HCl-HF酸洗煤样得到脱除矿物质煤样,并且检测酸洗前后煤样理化性质差异和反应活性变化,在酸洗脱除矿物质的基础上考察Ca/Fe催化剂对脱除矿物质煤热解过程中半焦理化结构热演变以及CO₂气化反应活性的影响,通过实验数据拟合建立适用于催化气化反应的动力学模型,为无烟煤工业催化气化技术提供理论依据和数据支持。主要研究如下:采用HCl-HF酸洗制备脱矿物质煤样。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）、拉曼光谱仪（Raman）和热重分析仪（TGA）分析脱除矿物质过程对煤样物理化学性质的影响。结果表明,酸洗脱除矿物质过程使煤样干基灰分由19.76%降低至0.21%,煤颗粒中位径由67.02um降低至54.75um,煤颗粒表面粗糙。此外,酸洗脱除矿物质增加煤样的-OH基团含量。同时,脱矿物质后煤样芳香层堆积高度由3.133nm降低至3.033nm,芳香度由73.25%增加至73.59%,对煤样石墨化程度基本无影响,碳骨架有序化程度略有降低。酸洗脱除矿物质煤热解失重速率高于原煤,且整体失重量增大。虽然脱矿物质煤在气化反应前期反应速率低于原煤,但是总体上反应速率与原煤相近。采用浸渍法在脱矿物质煤中添加Ca和Fe单一催化剂和Ca-Fe相互配比的复合催化剂,利用TGA分析催化剂添加量和种类对脱除矿物质煤热解性能的影响,此外,通过XRD、FT-IR和SEM来表征不同催化剂在不同热解温度下对半焦物理化学结构的影响。结果表明,添加Ca催化剂促进半焦缩合,Fe催化剂比同等添加量Ca催化效果更优秀;Ca-Fe复合催化剂对热解过程较为复杂,整体上在3%Ca-2%Fe的配比下热分解程度最大。Ca、Fe和Ca-Fe复合催化剂都可以促进半焦微晶堆垛高度降低,抑制微晶直径尺寸增加,复合催化剂的效果要优于单组分催化剂。Ca催化剂有助于不饱和官能团的保留,而Fe催化剂则促进其不饱和官能团的分解,Ca-Fe复合催化剂的促进C-O的分解效果要高于单一催化剂。Ca主要促进表面侵蚀,Fe主要发展表面孔隙结构,Ca-Fe复合催化剂对表面侵蚀和孔隙发展都有促进作用。在TGA中进行恒温CO₂反应,探究气化温度和催化剂负载种类以及催化剂含量对脱除矿物质煤热解产生的半焦的反应活性。结果表明,Ca催化剂的对半焦CO₂气化速率催化效果随着添加量的增加而增大,反应指数随着温度升高差值在减小。Fe催化剂的催化性能与Ca催化剂相似。Ca-Fe复合催化剂对半焦CO₂气化速率提升要高于单一纯组分的催化剂,3%Ca-2%Fe复合催化剂协同效果最好。采用经典动力学模型拟合催化气化实验数据时拟合系数较低。修正随机孔模型孔隙结构参数可以提高曲线拟合的相关系数,修正系数α越大对应的催化剂的催化能力越强。相对于未添加催化剂的半焦气化反应活化能,添加5%Ca催化剂的活化能降低64%,添加5%Fe催化剂的活化能降低44%,添加3%Ca-2%Fe催化剂的活化能降低78%。图[43]表[20]参[129]