煤炭资源的清洁利用是当前国民经济与社会发展的必然选择,煤气化是诸如IGCC、化学链燃烧及煤气化技术等煤炭清洁利用技术的限制性环节。我国西南地区的煤炭资源具有高灰、高灰熔点、高硫分等特点（俗称:“三高”）,导致煤的反应活性较差,煤转化率低,煤气有效成份少等问题。针对上述问题,本课题以三种典型“三高”煤为研究对象,对煤气化过程中煤的热解和焦气化过程分别进行研究。主要考察温度、颗粒大小、去灰分对焦-CO₂气化反应特性的影响,随后对煤气化过程中微观结构演变进行研究,研究成果可为“三高”煤的高效清洁利用提供理论基础和技术支撑。首先,采用了均相反应模型,未反应收缩核模型和随机孔模型对#1煤焦-CO₂气化反应进行描述。研究表明随机孔模型对#1煤焦-CO₂气化反应拟合效果最佳,随后采用随机孔模型对#2和#3两种不同煤阶的高灰煤焦-CO₂气化反应进行了描述,研究结果发现随机孔模型不能描述出#2和#3煤气化反应速率的先增加后降低的趋势,可以描述出#2和#3脱灰煤气化反应速率的先增加后降低的趋势。因此,本研究在随机孔模型的基础上引入灰分作为煤焦-CO₂气化反应的限制性参数,实验证明,修正的随机孔模型很好的描述#2和#3煤在各个温度下的焦-CO₂气化反应过程。然后,研究了不同温度下煤焦物化结构的演变,采用SEM、Raman、FTIR、XRD等对热解后煤焦的微观结构进行了表征。研究结果表明:煤经950℃热解后,煤的石墨化程度略有降低,但随着热解温度的升高,煤的石墨化程度持续降低,微晶结构向无序化发展,缺陷程度增加,有助于气化反应的进行;热解温度到1000℃后,随着热解温度的提高,煤的微晶结构变化较小,对气化反应提升较小。同时研究了煤热解颗粒大小对其比表面积和孔径分布的影响。研究结果表明,随着焦炭颗粒粒径的增大,比表面积和孔体积减小,平均孔径增加,说明更小粒径的煤热解有利于较小介孔的形成和比表面积的增加。这可能是因为较小颗粒煤在热解时挥发分更加快速的溢出使焦颗粒孔结构更多、孔径更小。通过氮气吸附脱附曲线和微分积分孔体积孔径分布图可以推断:较小粒径的焦炭孔隙有利于微孔的生成和较小中孔的生长。最后,研究了去灰分对煤气化反应特性的影响,采用SEM、BET、Raman、FTIR、XRD分别对原煤、原煤焦、去灰分煤和去灰分煤焦的微观结构进行表征。研究结果表明:#3煤中石墨结构含量较低,脱灰处理能促进大分子缺陷结构芳香族官能团的形成,石墨片层结构生长,不利于煤焦孔结构的发展,此时化学反应是气化过程的限制性环节,脱灰后的煤焦有更多的活性组分暴露在焦颗粒表面,有利于气化反应的进行。#2煤石墨化程度较高,脱灰处理同样会有更多的碳结构暴露在表面,但石墨本身反应活性很低,加上灰分对气化反应有一定的促进作用,所以去灰分对#2煤气化反应影响较小。