焦化废水处理技术和焦炭气化技术一直是煤炭清洁利用的研究热点,也是我国煤化工行业实现“碳达峰”和“碳中和”的重要基础之一。本研究提出的工艺路线采用焦化废水与炽热气化焦炭进行热化学反应,不仅有效利用炽热焦炭的热量,降解了废水中的污染物,还可以产生合成气以制备高附加值的化工产品,由此可以实现焦化废水的资源化利用。目前,关于焦化废水或水中有机物与焦炭热化学反应的研究不够系统和深入,无法从理论角度指导该工艺路线的设计、运行和发展。因此,研究焦化废水与气化焦热化学反应的特性以及焦炭热化学反应机制显得尤其重要。同时,本研究还可以为工艺的优化设计、实际应用和稳定运行提供基础数据和理论参考。本研究选用岳华气煤和某焦化厂的焦化废水作为实验原料。在焦炭粒径为2 mm～3 mm、水样流量为1.5 m L/min的条件下,采用常压固定床热化学反应器系统研究了焦化废水与气化焦的热化学反应特性以及焦化废水的降解效率,揭示了焦化废水中主要有机污染物（苯酚）对气化焦热化学反应的促进作用。在此基础上,进一步深入考察水中苯酚浓度和反应温度对气化焦热化学反应的影响,并进行了反应动力学的研究。最后,通过XRD、N2物理吸附仪、SEM-EDS、Raman光谱等表征和分析方法,深入分析了在热化学反应过程中气化焦物理化学结构的演变,揭示了水中苯酚能促进气化焦热化学反应的原因,在水蒸气与焦炭气化反应机制的基础上拓展了能合理描述苯酚水与气化焦热化学反应的机制——有机活性中间体机制。本文的主要内容和结果如下:（1）在反应温度为1000℃时,对比研究了纯净水和焦化废水分别与气化焦热化学反应的差异,并采用气相色谱仪、气质联用仪、SEM、压汞仪等手段,分析了焦化废水与气化焦的热化学反应特性,取得了一些新的发现和认识:相比于纯净水,焦化废水与气化焦的热化学反应对产品气（H2、CO、CO2和CH4）的产率和低位热值等方面均有明显的提高和促进作用;焦化废水比纯净水更有利于焦炭热化学反应的进行。此外,焦炭热化学反应能够显著降解焦化废水中的污染物,CODCr的降解率为87%,苯酚、2-甲基苯酚和对甲酚的降解率分别为75%、83%和78%。（2）通过提出假设和实验验证的方法揭示了焦化废水中的苯酚对焦炭热化学反应起主要促进作用。在此基础上,系统研究了水中苯酚浓度、反应温度对焦炭热化学反应的影响以及焦炭热化学反应动力学。研究结果表明,提高水中苯酚浓度有利于产品气的生成以及提高焦炭的热化学反应活性,并且水中苯酚和CODCr的降解率分别达到96%和92%以上。升高反应温度也可以促进焦炭的热化学反应,且升高反应温度比提高苯酚水浓度更有利于焦炭热化学反应性的进行。在均相模型、收缩未反应芯模型和随机孔模型中,随机孔模型是模拟热化学反应较合适的动力学模型,提高水中苯酚浓度可以有效降低焦炭热化学反应的表观活化能;采用等转化法可以更真实地反映出反应过程中表观活化能的增加趋势,且验证了随机孔模型的可靠性。（3）采用XRD、Raman光谱、SEM-EDS等表征方法,分析了苯酚水与气化焦热化学反应过程中焦炭的结构演变行为以及灰分相形态和组成的变化规律,进而揭示苯酚水与气化焦的热化学反应机制。XRD的研究结果表明,纯净水和苯酚水分别与焦炭反应后,焦炭的碳微晶结构均向有序化逐渐发展;然而焦炭与苯酚水反应后,焦炭的碳微晶结构直径明显比与纯净水反应的大。Raman光谱分析表明在热化学反应中,苯酚水优先与无定形碳或小芳环结构反应,并且苯酚水可以促进焦炭中大环化学结构的解聚,最后逐步深入到碳基质中进行反应。FT-IR分析显示,与苯酚水反应的焦炭中有机官能团的种类和数量比与纯净水反应的多。N2低温物理吸附分析表明,提高水中苯酚浓度有利于焦炭孔隙结构的发展,增加焦炭微孔孔容,从而增加活性位点的数量。SEM-EDS的分析表明,与纯净水反应的焦炭中灰分相呈鳞片状结构,其表面存在Al2O3、Si O2和Ca2Al2Si O7,它们会使灰分相更容易的发生烧结和团聚现象,阻碍水蒸汽进一步与焦炭反应;而苯酚水可以有效改善焦炭中灰分相的烧结并形成分散性较好的小球状灰分相。此外,在现有水蒸气与焦炭气化反应中间体机制的基础上,初步推断出能合理描述苯酚水与气化焦热化学反应的机制—有机活性中间体机制,并得到了实验验证;此机制主要引入了苯酚水可以改变灰分相的形态或结构,进而转化成负载有机基团灰分相的理论,合理的解释了苯酚水能促进气化焦热化学反应的原因。