在今后相当长的一段时期内,煤炭仍将是我国的主要能源。西部开发是我国经济发展的重点,而煤炭又是西部地区的支柱产业,针对西部煤所具有的结构特征对其热化学转化特性进行研究,对于西部煤炭资源的开发利用具有重要的理论意义和现实意义。本文选取新疆哈密、宁夏灵武、神东三种西部煤作为研究对象,系统研究了这些惰质组分含量较高煤的结构特征以及热解、气化、燃烧反应性,并与强还原性的中部平朔煤进行了比较;还通过去离子水洗、单酸洗、混酸洗逐级脱除煤中的内在矿物质,考查了内在以及外加矿物质对煤热化学转化特性的影响。得到以下主要结论:1)三种西部煤具有弱还原性煤的特征,而中部平朔煤具有较强的还原性特征。弱还原性煤具有较高的惰质组分和O含量,较低的挥发份、灰分以及H/C原子比;弱还原性煤惰质组中的C含量高于镜质组,H/C以及O/C原子比低于镜质组;而强还原性煤惰质组中的C含量以及H/C原子比低于镜质组,O/C原子比高于镜质组。弱还原性煤灰分中含有较高的Fe2O3、CaO、MgO和Na2O,较低的SiO2和Al2O3;而强还原性煤中SiO2和Al2O3含量较高。西部煤大多属于不黏煤或弱黏煤,而平朔煤属于粘结性煤。随着煤中惰质组分含量的增加,芳碳率及平均缩合环数增加;惰质组中芳香微晶结构单元较大,芳香层片在空间的排列更加规整,相互定向程度也优于镜质组。随着热处理温度的升高,煤的微晶结构渐趋规整。2)提出了判断煤还原程度强弱的经验式k = I%×0.8 + O% + Rz - H%×10为定量判断煤还原程度的相对强弱提供了依据。3)煤中惰质组含量越高,其热解反应性越低。高温下弱还原性煤的二次热解反应性明显高于强还原性的平朔煤,促进了大量含氧气体的释放。弱还原性煤热解时生成的含氧气体较多,含氢气体较少,且煤中惰质组分越多,含氧气体的释放量就越多;弱还原性煤镜质组热解释放的含氧气体量也高于强还原性煤。煤热解过程中含氢以及含氧气体的释放量与煤中氢、氧元素的含量相一致。随热解温度的升高,气相产物中含氢、含氧气体的释放呈现出规律性的变化,存在一个释放温区,CO为300-900℃, CO2为200-800℃, H2为500-900℃, CH4为400-800℃, C2以上烃类气体为400-600℃.4)西部弱还原性煤焦的气化反应性高于强还原性的平朔煤焦;弱还原性煤惰质组分焦的气化反应性高于镜质组分焦,这与强还原性煤显微组分焦的气化反应性相反。煤焦的气化反应性与煤的亚显微结构密切相关,惰质组中,丝质组与半丝质组含量越高,焦的气化反应性越强;镜质组中,均质胶质体与基质胶质体含量越高,焦的气化反应性越弱。惰质组和镜质组之间存在协同作用,合适的惰质组分含量能够增加样品焦的气化反应性。与强还原性煤相比,西部煤气化反应能够生成大量的H2和CO,但CH4的生成量较少。未反应收缩核模型非常适于描述弱还原性煤焦的气化反应机理,由此得到的表观活化能基本能够反映煤焦的气化反应性。5)煤的燃烧反应性随煤中惰质组分含量的增加而增强。西部弱还原性煤的燃烧反应性高于强还原性的平朔煤。升温速率增大,煤的燃烧反应性增加;O/C质量比降低,煤的可燃性下降;实验用样量增多,最大燃烧速率温度和燃尽温度升高,最大燃烧速率下降,点火温度几乎不变;样品粒径减小,最大燃烧速率增大,但最终失重量变化不大;未反应收缩核模型也适于描述弱还原性煤的燃烧机理,由此得到的表观活化能基本能够反映煤的燃烧特性。6)硅铝酸盐阻碍煤的热解;碱土金属及过渡金属盐类促进弱还原性煤的热解,水溶性的部分盐类阻碍弱还原性煤的热解,后两类盐对强还原性平朔煤的热解作用不明显。碱土金属及过渡金属盐类促进煤热解产生含氧气体,阻碍弱还原性煤热解生成含氢气体,促进强还原性煤热解生成含氢气体;硅铝酸盐促进弱还原性煤热解生成含氧气体,阻碍生成含氢气体,而对于强还原性煤热解的作用正好相反。外加钙对煤的热解具有促进作用,主要促进煤热解生成H2、CO和CO2。外加钠对煤热解的作用与煤的种类以及钠的添加量有关。钠的加入,促进煤热解生成H2和CO2,阻碍西部煤热解生成CH4和CO,促进强还原性煤热解生成CO,对强还原性煤热解生成CH4的量影响不大。内在矿物质阻碍强还原性煤焦的气化和燃烧,而促进弱还原性煤焦的气化,对弱还原性煤燃烧的作用与煤种类有关。外加钠、钙,能够促进煤焦的气化与燃烧。由于钠的催化作用,使得弱还原性煤二次最大燃烧速率显著高于强还原性的平朔煤。