煤气化技术是一种煤清洁、高效利用的重要方式。低阶煤中通常含有较高含量的碱金属及碱土金属元素(AAEMs)，这些元素可以在气化过程中会产生明显的催化作用。在AAEMs中，有机态的钙(Ca)因为具有较高的含量、低挥发性、高分散性等特点，受到人们的广泛关注。国内外学者虽然针对Ca的催化作用做了大量的研究工作，取得了一定的进展。但是关于Ca的催化气化机理方面，尤其是对Ca的催化反应模式的研究，仍存在一定争议。此外，前人对于Ca与煤中其他矿物在气化过程中的交互作用机制的研究也并不完善。因此本文主要针对这些问题，开展一系列的研究工作，以深刻了解Ca在气化过程中的催化转化行为及其与煤中其他矿物的交互反应行为规律，这对于低阶煤气化技术的发展具有十分重要的意义。由于原煤中矿物成分和赋存形态的复杂性，本文采用先酸洗脱矿再负载的方式制备含特定元素的样品，然后在热重实验台架上进行等温气化实验。在不同的气氛、温度、热解条件下，研究了各矿物元素的交互作用及催化转化行为。相关的内容阐述如下：
　　首先，针对前人对于Ca在气化过程中的催化反应模式的争议，研究了Ca在水蒸气和CO2气化下的催化行为。实验结果表明，在这两种气氛下，Ca具有不同的催化反应模式。在水蒸气气氛下，焦中高分散的CaO颗粒的催化行为使得半焦中逐渐生成大量的孔道，反应遵循孔道反应模式。而在CO2气氛下，Ca转化为CaO和CaCO3的混合物，由于烧结作用逐渐形成一种Ca层，覆盖于焦的表面，反应遵循表面消退反应模式。这两种不同的催化反应模式与焦的气化反应性与孔结构具有非常重要的联系。
　　其次，探究了热解条件对于Ca的转化及气化过程中催化作用的影响。结果发现，不同热解程度的焦中，Ca的性质具有明显的差异性。但是，不同的热解条件并没有改变Ca在水蒸气和CO2气化下的催化反应模式。对于快速热解焦，CO2气化下会在半焦表面上形成一个更为致密的Ca层。升高温度能极大地提升气化反应性。在水蒸气气化下，半焦具有发达的孔隙结构。高温会使生成的CaO颗粒的粒径增加，降低Ca的分散性，这导致了气化反应速率并没有随反应温度的升高而明显增加。以上结果表明，针对含Ca量较高的样品，并不能使用长时间热解的焦的气化反应特性去代表高升温速率下的焦的气化反应特性。
　　基于以上所得到的Ca的催化机理及更为贴近实际气化反应过程的实验方法(快升温速率热解焦的等温原位气化)，开展了Ca与煤中其他矿物在气化反应过程中的交互作用及其对气化反应性的影响规律的研究。使用单一元素负载和共负载的方法，首先研究了Mg和Ca的协同催化反应行为。在CO2气化下，Mg的存在没有改变Ca的催化反应模式。但是两者共存时会产生正协同作用，在800℃下最明显。这是由于生成的MgO颗粒可以抑制CaCO3的烧结。在水蒸气气化下，Mg和Ca共存时会对气化反应速率产生负协同作用。Mg的存在降低了Ca-C的接触面积，阻碍了CaO在气化过程中的造孔行为。其次，研究了Na和Ca的协同催化反应行为。两种元素共同存在时，气化反应速率增加，但在CO2气化下更为明显。在CO2气化下，Na抑制了CaCO3的生成，使Ca更多的以CaO或Ca-Na低温共熔体的形式存在，反应遵循表面消退反应模式。在水蒸气气化下，800℃时，由于Na的存在导致了CaO颗粒的润湿特性发生改变，因而没有明显的孔道现象产生；在900℃时，Na大量挥发，析出的Ca颗粒粒径变大。焦具有更多的介孔和大孔，因此反应遵循孔道反应模式。
　　将高岭土或石英添加至样品中，以研究含Si、Al成分的矿物对于Ca和Na在气化过程中的转化及催化的影响。结果显示，两种矿物直接与Ca的反应程度很弱，只部分生成非晶态矿物颗粒。由于石英和高岭土缺乏和焦表面的Ca颗粒的接触，交互反应并不充分，因此对Ca的催化作用的抑制程度很低。当煤中同时含有Ca和Na时，高岭土和石英在气化过程中会对挥发的Na进行大量捕集。高岭土对Na的固定作用要略优于石英。捕集后，反应生成了大量的非晶态矿物颗粒。高岭土与Na反应生成的颗粒的熔融性相对较差，不利于其与焦表面的Ca颗粒进行接触和反应，因此对Ca、Na共催化气化的抑制作用相对较弱。对于石英，其与Na生成的非晶态矿物颗粒熔融性较强，可以充分地与焦表面的高分散的含Ca、Na的矿物颗粒产生交互作用。这一反应过程消耗了Ca和Na，导致了气化反应速率受到了明显的抑制。