低阶煤作为一种低品位的能源，如何实现其高效转化是目前研究者关注的热点。超临界水(SCW)因其良好的溶剂性质，已在能源转化及环境方面得到了广泛的应用。利用超临界水处理低阶煤，不仅可以省去高昂的干燥脱水成本，而且能够获得高附加值的气液产品，同时避免了硫化物、氮氧化物及挥发性芳烃等对环境的污染，是一种非常有前景的低阶煤转化技术。然而，由于超临界水的高压需求及反应器材质的限制，超临界水中的反应温度不宜过高，导致过程中碳转化率偏低，如果半焦继续用作燃料燃烧，不利于过程的热效率和经济性的提高，阻碍了该技术的发展。若能通过调变反应参数或添加催化剂的方式，调控低阶煤在超临界水中转化得到的固相产物的结构与性质，获得高附加值的碳材料，将会推进该技术的应用步伐。本论文以低阶煤在超临界水中制备多孔碳材料为研究方向，在半连续超临界水反应器、间歇釜式反应器和管弹反应器等反应装置上，考察了低阶煤在SCW中不同反应阶段固相产物结构的变化及孔隙逐步形成的过程，分析了半焦结构、矿物质、反应温度和时间、催化剂等对孔结构的影响，分别建立炭素前驱体中不同碳微晶结构与微孔孔容、中孔孔容、比表面积的相关性以及转化率、气化率（烧失率）与比表面积之间的关系;分析了碱金属催化剂等对气液产物的影响，对催化剂进行回收，并且采用复合催化剂的方式实现催化剂的原位保护。主要得到以下结果:　　1.在半连续反应器中考察了升温过程和恒温过程对昭通褐煤产物收率及固相产物半焦结构变化的影响，结果表明:当温度低于374℃，反应体系中的水未达到超临界状态时，昭通褐煤中的羧基、脂肪支链及含氧桥键即开始逐渐断裂，生成的一次产物主要以液态形式被迅速带出。随着温度的升高，一次产物会发生二次分解产生小分子气体，同时固相半焦的芳香化程度逐渐提高，当温度达到550℃后，半焦内部和表面同时发生气化反应，生成大量H2和CO2。挥发分析出形成炭素前驱体（比表面积仅在5m2/g左右），炭素前驱体在气化过程中逐渐形成丰富的孔结构，半焦的比表面积随转化率的提高迅速增大，在转化率达到80％左右趋于平缓。在反应温度700℃，反应时间120min，比表面积可达426m2/g。除转化率外，比表面积及微孔、中孔孔容还与煤中矿物质有关，脱灰煤比原煤更容易形成富含微孔的多孔炭，原煤中的矿物质对中孔的形成有明显作用。　　2.针对炭素前驱体的影响，以乌兰察布褐煤为原料，通过调控炭化条件制备了不同结构的热解半焦，采用半连续反应器，借助拉曼光谱分析仪，考察了不同半焦在SCW活化前后的结构变化，剖析了活化过程中孔的形成机制。结果表明:在相同活化条件下(650℃，25MPa，60min)，高热解温度(≥600℃)下，半焦中的交联结构与活化产品的比表面积呈现正相关性，即交联结构越多，越容易形成较高比表面积的固相产物，此外半焦中的芳环层状结构对微孔的形成也有一定的作用。在SCW活化过程中，半焦中的含氧官能团、交联结构发生水解反应，芳环层状结构和芳环微晶发生气化反应，由于反应活性的差异，半焦中小的芳环微晶更容易气化形成中孔，而大的芳环层状结构气化则主要形成微孔。随着总转化率的提高，比表面积显著提高，在总转化率达到70％，其中气化率（烧失率）达到50％左右，比表面积达到了最大值为721 m2/g。　　3.针对煤中矿物质的影响，借助傅立叶红外光谱仪，在半连续反应器中考察了煤中矿物质在热解和SCW中的晶型转变及其对孔结构的影响。结果表明:煤中的碱金属元素能够促进热解过程中煤中氧的脱除，有利于形成更多的芳环结构，这些芳环结构和煤中的惰性矿物质（硅铝酸盐、二氧化硅）则会在活化过程中阻碍气化剂与活性位的接触，造成不均匀活化，形成较多中孔。煤焦中主要的矿物质晶型为CaSO4和SiO2，矿物质的晶粒大小在超临界水中受到温度和时间的影响，随着温度升高，时间延长，矿物质的晶粒呈现出先增大，后降低的趋势。在温度650℃，活化时间120min时，矿物质起到模板的作用，即活化后的固相产物经过酸洗后的孔容积和比表面积显著高于理论值（测得的酸洗前的固相产物的孔容和比表面积除以单位干燥无灰基的质量）。脱灰过程改变了煤表面官能团及脱除了矿物质，脱灰后的煤在热解中残留了较多氧杂离子，形成的半焦具有更好的交联结构，有利于形成更多的微孔。脱灰的半焦消除了矿物质的阻碍作用，具有更高的气化活性，但也易造成过度活化，导致形成更多的中孔。　　4.分析了催化剂对固相产物比表面积以及对气液产物的影响。结果表明添加催化剂前后，在低温下(≤550℃)，添加催化剂对转化率影响不大，此时固相产物的比表面积变化也不大;在高温下(＞550℃)，催化剂能显著提高转化率，特别是碳气化率，此时固相产物的比表面积显著增加。相同催化剂添加量下，温度700℃，反应30min，钾盐反应后的固相产物的比表面积高于钠盐。使用相同原料时，比表面积随转化率的提高而提高，添加催化剂提高了相同转化率下固相产物的比表面积。脱除灰分后的原煤在相同条件下活化形成的固相产物具有更高的比表面积。分析了催化剂对气相产物的催化作用及气体的生成机理。其中热解(≤550℃)产生的气体占总气体体积的50％，气体产物中86％的CH4和60％的CO2由热解产生。碱金属催化剂在SCW气化中不仅促进了气化反应和水煤气变换反应，同时也促进了碳加氢甲烷化反应。钾盐更有利于固体半焦的气化反应，形成小分子的气体;钠盐则是促进煤大分子结构的断键，提高液相产物的收率。　　5.考察了催化剂在产物中的分布形态及含量、分析了碱金属与煤中矿物质的反应过程，提出了催化剂回收方案。结果表明温度和催化剂的种类对碱金属在SCW中的分布基本没有影响。超临界水处理褐煤过程中，约有35％的碱金属会与煤中硅、铝反应生成硅铝酸盐，导致部分催化剂失活，利用Ca(OH)2消解的方法在240℃，Ca/K摩尔比1.5，时间3h条件下，钾回收率可达97％以上。采用Ca/K复合催化剂能够起到SCW中原位保护钾的作用，结果表明随着Ca添加量的增加，水溶性钾的量逐渐增加，当Ca/C摩尔比超过0.3时，水溶性钾的量可以达到72％。Ca的添加虽然会与矿物质反应生成硅铝酸钙，起到保护钾的作用，同时也会与体系中CO2反应生成碳酸钙，当Ca/C摩尔比超过0.3以上时，被保护的钾及过量钙离子的催化作用逐渐明显。