煤的低温催化气化具有煤炭利用效率高，大气污染物排放少等优点，并可有针对性地生产所需产品，因此对它进行研究具有非常重要的意义。然而在气化过程中催化剂的失活极大约束了催化气化技术的应用。寻求新的廉价催化剂或者选用合适的添加剂抑制催化剂的失活是一条解决催化剂问题的技术途径。本文以低阶煤和高阶煤为研究对象考察碱金属和碱土金属在水蒸汽气化过程中的催化性能及机理。　　以低阶煤为研究对象:　　(1)不同的褐煤由于矿物质的组成和含量不同，表现出完全不周的气化活性。碱金属与碱土金属含量高的寻甸褐煤焦平均气化反应速率是几乎不含碱金属与碱土金属的玉溪褐煤焦的4.5倍。X射线近边吸收光谱(XANES)的检测结果显示具有高催化活性的寻甸和准东褐煤中的钙主要以有机钙形式存在，分别占煤中钙总量的84％和91％。褐煤中的含氧官能团以及负载在含氧官能团上的碱金属与碱土金属是低阶褐煤具有高气化活性的主要影响因素之一，能有效的提高煤焦的气化反应速率。　　(2)钾基催化剂与钙基催化剂在脱灰褐煤水蒸汽气化过程中表现出不同的催化特性。钾基催化剂的活性点/活性中间体随着反应的进行先增后减，而钙基催化剂的活性点/活性中间体则随着反应的进行持续减小。X射线衍射(XRD)和X射线近边吸收光谱法(XANES)分析了钙催化剂在不同气化阶段的形态变化。实验结果证实了钙基催化剂的催化活性部分是负载在含氧官能团上的有机钙。气化的过程中，负载在含氧官能团上的钙失活，生成了不同类型的钙类矿物质如CaCO3，CaO，CaS，CaSO4等，这是导致钙基催化剂在气化过程中失活的主要原因。　　以此为基础提出了新的能描述钙基催化剂在气化过程中失活的催化机理—新的活性点/活性中间体机理(ASIM)。　　(3)根据(2)提出的ASIM催化机理，推导出新的钙基催化剂水蒸汽催化气化动力学模型，并对已有的实验数据进行验证。拟合数据与实验数据的高度一致性表明新的催化动力学模型既能预测催化气化过程也能预测非催化气化过程。与缩核模型和随机孔模型比较，ASIM模型最显著的特征是可以描述由于气化反应的进行和催化剂的失活而造成的中间体浓度的变化情况。　　以高阶煤为研究对象时:　　(1)研究了碳酸钠与三种不同的烟煤和无烟煤中矿物质之间的相互作用以及氢氧化钙作为缓和剂对碳酸钠催化作用的影响。碳酸钠在三种高阶煤的气化过程中表现出不同程度的失活，其中钙含量高的煤样表现出更好的气化活性。在碳酸钠催化剂中添加一定量的Ca(OH)2作为缓和剂时能有效的提高煤焦的催化反应速率，然而硅铝酸盐含量高的煤样仍无法反应完全。　　(2)以脱灰高阶煤为对象研究第一主族的锂、钠和钾碳酸盐的催化特性时发现，当三种碱金属碳酸盐以相同的质量比添加时，其催化活性顺序为Li＞Na＞K;当以相同的摩尔比添加时，其催化活性变为K＞Li＞Na。添加一定量的Ca(OH)2研究锂、钠和钾三种碳酸盐与Ca(OH)2之间的协同作用发现只有K2CO3/Ca(OH)2表现出促进气化反应的协同作用。　　(3)选取硅铝酸盐含量高的晋优煤为研究对象考察锂、钠和钾三种碳酸盐与煤中矿物质在气化过程中的相互作用以及Ca(OH)2添加剂对三种碳酸盐失活作用的影响。实验结果发现三种碳酸盐中Li2CO3失活最严重，平均气化速率仅为0.21 mmol min-1。分别用5％和10％Ca(OH)2对实验煤样进行预处理后，Li2CO3催化剂的平均气化速率提高了3.3倍和5.6倍。在三种碳酸盐中，Ca(OH)2添加剂对K2CO3催化活性提高最明显。三种碱金属碳酸盐在气化过程中都与煤中的高岭土等矿物质反应生成了类似的化合物MAlSiO4(M=Li，Na，and K)。Ca(OH)2的加入有效的缓解了催化剂的失活，但是并不能完全阻止催化剂与高岭土等之间的反应。Ca(OH)2加入后，煤中内在矿物质与碳酸盐之间的反应变成了碳酸盐，Ca(OH)2和内在矿物质三者之间的相互作用。　　(4)以纯高岭土为研究对象考察碳酸盐催化剂与高岭土之间的相互作用以及钙类添加剂对催化剂失活缓解的机理。高岭土与Ca(OH)2的混合物在低温条件下的表面相互作用是Ca(OH)2对催化剂失活具有缓和作用的原因。使用浸渍法混合能有利于提高高岭土与Ca(OH)2之间的相互作用。钙类添加剂、高岭土以及碳酸盐之间的相互作用表明钙类添加剂对阻碍高岭土与碳酸钾之间的作用最显著。这是(3)中Ca(OH)2添加剂对碳酸钾催化活性提高的最明显的原因。