煤炭气化是煤炭高效与洁净转化的关键技术和重要源头,气化细渣黑水是煤气化过程的产物。气化细渣的有效脱水能够实现水资源的回收、降低滤饼处理成本并改善厂区环境,符合我国循环经济的政策要求。因此,开发高效率、低能耗的气化细渣脱水技术是亟需解决的科学问题,研究内容如下:（1）探究了气流床煤气化细渣独特的物理化学性质与水分的赋存模式的交互作用。发现气化细渣界面结构复杂,包括残碳和灰颗粒两部分且至少四种共存模式。气化细渣颗粒细小(d50值为48.5μm)、比表面积大（145 m2/g）、富含-CONH2（酰胺基团）和SiO2亲水位点及大孔丰富等特征是其持水能力强的重要因素。水分赋存模式的研究表明,气化细渣中存在两种不同类型的可冻结水,其中存在于颗粒之间及大孔中的自由水占据气化细渣滤饼总水分的86 wt.%左右,而剩余的水分则受小孔和亲水组分的控制,脱除不同类型的水分将需要不同形式/强度的脱水能量。同时,气化细渣水分主要以100-5000 nm的大孔尺寸形式存在,与其丰富的大孔结构密切相关。本文对气化细渣真空滤饼进行了空间三维重构分析,获得了残碳、灰和水的分布信息,水分的体积占据滤饼总体积的56%左右。基于对气化细渣水分赋存模式的深刻理解,提出了基于气化细渣水分阶段性高效去除的能量输配策略。（2）研究了真空力场作用下气化细渣脱水过程的影响机制及过程模拟。构建了新型真空高效脱水系统的脱水模型,实验值与模拟结果误差不超过5%,证实了模型的可靠性。脱水过程将真空力场作用下脱除的水命名为“通道水”,而剩余的水命名为“仓室水”,模拟结果表明脱水过程中有效真空度越大脱水效果越好。随着滤饼厚度的增加,“通道水”运移路径逐渐增长,需要更长的时间才能从滤饼体系中完全脱除,使得“通道水”脱除速率明显降低。此外,“仓室水”比例越高,水分的流动性越差,脱水难度越大。气化细渣等效当量直径越大脱水过程越容易完成,脱水效果越明显。与真空滤布脱水系统相比,本文提出的新型真空高效脱水系统电耗节约80%且滤饼水分多降低5%以上。（3）阐明了机械压力与振动力耦合能量场作用下气化细渣的脱水机理和能耗特征。发现颗粒间的惯性力差与振动频率呈正相关,在振动力场作用下气化细渣颗粒之间的滑动内摩擦角和摩擦力减小,从而实现了压力作用下气化细渣的进一步压实,强化了滤饼内部水分的运移。机械力场脱水过程不涉及汽化潜热的能量损失,在一定的脱水区间内,耦合的机械压力-振动力场脱水过程能耗仅为同等脱水效果时干燥过程所需能耗的40%左右,证实了耦合机械力场脱水过程的能耗优势,为工业上气化细渣的深度脱水过程提供理论和技术指导。（4）明晰了干燥过程中气化细渣水分时空迁移行为及氢键演变规律。研究了不同加热速率条件下气化细渣的干燥行为和水分尺寸的演变规律,表征了气化细渣脱水过程中氢键演变规律并结合量纲分析计算了脱水能量。水分中大约86%为自由水将在第一阶段干燥过程中首先被脱除,而剩余的水分将在更为严格的脱水条件下脱除,可通过二维生长动力学模型计算干燥过程表观活化能。干燥过程中气化细渣水分不断蒸发,占据大孔体积尺寸的水分逐渐演变为更小的尺寸,含水量与低场核磁测试信号强度/积分面积的关系可以通过数学函数来描述。在干燥初期与弱氢键相关的气化细渣水分首先被除去,而与强氢键相关的水分变化很小,随着强氢键的比例增加,氢键能值升高。85℃时的气化细渣氢键能值是80℃对应数值的两倍,这与85℃时强氢键比例骤升密切相关,从脱水能量角度分析可知,去除具有强氢键的水分至少需要40 k J/mol的有效脱水能量。