我国煤炭资源丰富,大量的煤炭消费使我国生态环境造成严重污染,因此实现煤炭绿色清洁利用已成为我国能源结构调整的重要环节。但是煤炭等碳材料在热解、气化后期会出现石墨化,使煤焦气化活性变差。有研究指出O₂对煤焦-H₂O气化起促进作用,但是还需对煤焦气化的反应机理还需做出深入的研究。基于此,本研究对低浓度O₂对煤焦-H₂O的气化反应的影响进行了探讨,并验证了煤焦-H₂O/O₂气化的竞争机制,按煤焦-H₂O/O₂气化宏观反应性分析、反应动力学分析以及物化结构表征三个方面展开了研究。利用流化床/固定床实验反应系统制备准东煤原焦,然后利用微型流化床实验系统研究不同O₂浓度、不同H₂O浓度以及不同温度下煤焦-H₂O的气化过程,实验结果表明,温度和O₂浓度对气化反应性影响明显,随着实验温度和O₂浓度的增加,煤焦-H₂O气化反应性增强,H₂O浓度对气化影响较小;发现在本论文中设置的工况下,随着O₂浓度的升高,促进了气化产气中CO和H₂的生成;并认为煤焦-H₂O/O₂协同气化过程中,H₂O和O₂之间竞争机制和促进机制是共存的。基于气化实验数据,选取缩核模型、随机孔模型和等转化率法进行煤焦-H₂O气化反应的动力学分析,发现利用缩核模型和随机孔模型计算的活化能与等转化率法的结果非常相近,证明了选择两种模型的合理性;并采用Langmuir-Hinshelwood（L-H）机理模型验证了煤焦与H₂O/O₂气化存在部分竞争活性位点,与实验结果一致。最后利用微型流化床实验系统制备不同O₂浓度以及不同转化程度下的气化焦,采用氮吸附、SEM、Raman以及FTIR对其孔隙、表面形貌、焦碳结构以及含氧官能团进行测试分析,结果表明,随着转化程度的增加,煤焦的有序结构增加,石墨化程度增强,对煤焦的孔隙结构影响较小。O₂的加入会抑制焦炭的石墨化进程,明显的促进了煤焦孔隙的发展,比表面积和孔容积增加,并促进煤焦中环羟基和自由OH的产生,促进C-C、C=C以及C-O-C结构的振荡断裂,使其向共轭的C=O结构和羧酸的C=O结构转变,增加煤焦表面活性位点数量。通过对煤焦物理结构和化学结构的分析,进一步解释了O₂对煤焦-H₂O气化反应的影响机制。