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煤的洁净、高效利用对我国经济发展、环境保护具有重要意义。煤气化技术是煤炭高效利用与洁净煤技术的基础。福建煤炭中98％为挥发份低、灰熔点低、着火点高、燃烧性差、粉碎性强的高变质程度无烟煤，不宜采用常规高温气化的方法以获得高煤气产率。使用催化剂可以增大反应速度，或者可以降低反应的温度。碱类催化剂，特别是钠盐来源广泛、价格便宜、催化作用显著、可用工业废碱(粘胶废液、纸浆废液等)代替，很有应用前景;为此，本文开展了福建高变质程度无烟煤催化气化反应动力学的研究，将为气化条件优化、反应器选型和工程放大设计等提供重要的理论依据，为进一步开展的工业废碱与煤共气化的绿色工程新模式具有重要的指导意义。
对四种高变质程度无烟煤(永安丰筛煤、永安加筛煤、上京煤、永定煤，挥发份含量Vad=2.69％-4.35％)进行了催化气化反应动力学研究。催化剂有碳酸钠、碳酸钾、纸浆黑液。气化剂有二氧化碳、纯水蒸汽、水蒸汽与空气的混合气。反应器有热天平与固定床。考察了消除内外扩散影响的化学反应控制实验条件，测定了煤的转化率与时间的关系，得出反应速率常数、反应的活化能和指前因子。有以下共同结果：
(1)反应速率常数根据实验结果直接拟合得出，其决定着煤种的活性大小。
(2)本文所研究高变质程度无烟煤的催化气化反应活化能的大小顺序与指前因子的是一致的，表明高变质程度无烟煤的催化气化反应中存在动力学补偿效应的结果。
(3)对于CO2气化和H2O气化，不加催化剂与加碳酸钠催化剂的比较，活化能和指前因子都更大。说明加催化剂后加快反应速率主要是降低了活化能。可能是在升温至708℃过程中在煤焦的催化作用下，部分碳酸钠发生分解生成了CO2和氧化钠。在748℃碳酸钠或氧化钠与煤焦反应生成了金属钠和CO。因此生成由碱金属、氧化钠、碳酸钠构成的熔融混合物，即形成含有过量金属的非计量的氧化物熔融层。熔融层里的碱金属盐发生了Jalan和Rao的电极反应和Wood电子传递作用，根据Wood机理熔融薄膜中的金属钠使气体氧化物还原，生成钠离子和O2-，进而与煤焦芳香缩合环反应生成酚盐型化合物，更容易分解生成CO，因此降低了活化能。活化能降低的同时，指前因子也减少，一方面对反应速率常数有补偿效应，另一方面也可能催化剂占据部分的反应面和煤的内孔，使加催化剂后的有效碰撞减少。
以碳酸钠为催化剂，用等温热重法在美国Cahn TG2151热天平中研究了常压二氧化碳催化气化反应动力学。对温度为750℃-950℃四种无烟煤的转化率与时间的关系用缩芯模型、均相模型以及修正模型进行了拟合关联，得出四种高变质程度无烟煤二氧化碳催化气化反应的活化能、指前因子和反应速率常数，其活性大小顺序为：上京＞永安加筛＞永安丰筛＞永定，活化能区间范围：122.27-214.72kJ/mol，与文献给出的高活性煤种催化气化活化能范围相一致。
在内径18mm的固定床反应器中研究了二氧化碳催化气化反应动力学。在温度750℃-907℃条件下，以碳酸钠为催化剂分别测定了永安丰筛、永安加筛和永定煤的转化率与时间的关系；以碳酸钾及纸浆黑液为催化剂测定了永定煤的转化率与时间的关系。据此，采用均相一级反应模型及未反应缩芯模型进行拟合关联，得出气化反应速率常数、反应活化能和指前因子，与热天平的实验结果进行比较，固定床不仅反应速率常数明显更大，而且活化能和指前因子也大，可能是由于固定床中有较高的二氧化碳到煤粒表面的传递速率和较高的升温速率所致。
以碳酸钠为催化剂，用程序升温法在美国Cahn TG2151热天平中研究了四种高变质程度无烟煤常压下二氧化碳催化气化反应动力学。测定了升温速率为5℃/min,10℃/min,15℃/min,20℃/min高变质程度无烟煤的转化率与时间的关系。并对这一关系用Achar-Brindley-Sharp微分法以及Coats-Redfern，Doyle，Ozawa积分法进行了拟合关联，得出这四种无烟煤二氧化碳催化气化反应的活化能，用Achar-Brindley-Sharp和Doyle法计算了指前因子，用Achar-Brindley-Sharp和Doyle法所得的活化能和指前因子计算反应速率常数。结果表明，除Ozawa法外的其他三种方法的活化能接近于等温法，只有Achar-Brindley-Sharp法的反应速率常数接近于等温法。
以碳酸钠为催化剂，在加压条件下用等温法在美国CahnTG2151热天平中研究了这四种高变质程度无烟煤二氧化碳催化气化反应动力学。考察了在压力0.101MPa～3Mpa下压力对二氧化碳催化气化反应的影响，压力大于2.0Mpa后，增大压力不再加快反应速率。测定了在压力2.0Mpa与温度为750℃-950℃时实验无烟煤的转化率与时间的关系，用缩芯模型进行较好地拟合关联，给出实验所用无烟煤的二氧化碳催化气化反应速率常数，反应的活化能和指前因子。煤样活性大小顺序为：永安丰筛＞永安加筛＞永定＞上京，其活化能范围为：157.21～185.89kJ/mol，要比相同煤种常压二氧化碳催化气化时具有更大的反应速率常数、活化能和指前因子。在850℃及较低压力0.101MPa～2.0Mpa范围内，给出了永安加筛煤气化动力学方程中的压力修正指数为0.34744，与文献报道一致。
以碳酸钠为催化剂，用等温法在德国NETZSCH热天平中研究了四种高变质程度无烟煤常压下纯水蒸汽催化气化反应动力学。在加和不加Na2CO3催化剂条件下，测定了温度为750℃-950℃高变质程度无烟煤的转化率与时间的关系，并用缩芯模型和修正体积模型进行了良好的拟合关联，得出这四种高变质程度无烟煤水蒸汽催化气化反应的反应速率常数、活化能、和指前因子，其反应活性大小顺序为：永安丰筛＞永安加筛＞上京＞永定，活化能区间范围：147.70kJ/mol～199.79 kJ/mol。与不加催化剂的实验结果相比，加碳酸钠的具有更小的活化能和指前因子，低温(750℃-850℃)时催化剂的催化效果更明显。
以纸浆黑液为催化剂，用等温法在德国NETZSCH热天平的研究了这四种高变质程度无烟煤常压下纯水蒸汽催化气化反应动力学。由于煤粒中催化剂浓度由外向内存在梯度分布，提出采用催化剂有效因子方法对传统的缩芯模型进行了修正。在加纸浆黑液中的钠含量与10％碳酸钠中钠含量相当的催化剂条件下，测定了温度为750℃-950℃反应控制时无烟煤转化率与时间的关系，并用修正缩芯模型和修正体积模型进行了较好的拟合关联，得出这四种高变质程度无烟煤水蒸汽催化气化反应的反应速率常数、活化能、和指前因子，其反应活性大小顺序为：永安丰筛＞永定＞上京＞永安加筛，活化能区间范围：112.838kJ/mol～204.566kJ/mol。纸浆黑液催化剂与碳酸钠催化剂相比，与加碳酸钠的相比，加纸浆黑液的除灰份最高的永安加筛煤的反应速率常数要低一些以外，其它三种煤都比加碳酸钠的更高，表明纸浆黑液作为煤气化的高效与廉价催化剂，既可变废为宝，又可充分利用。
以碳酸钠为催化剂，用等温法在德国NETZSCH热天平中研究了这四种高变质程度无烟煤常压下空气与水蒸汽的混合气催化气化反应动力学。在加和不加Na2CO3催化剂条件下，测定了温度为750℃-950℃高变质程度无烟煤的转化率与时间的关系，并用扩散控制的缩芯模型和修正体积模型进行了拟合关联，得出这四种高变质程度无烟煤混合气催化气化反应的反应速率常数、表观活化能和指前因子。由扩散控制的缩芯模型和修正体积模型所预测的反应速率常数、表观活化能和指前因子排列顺序均为：永安丰筛＞上京＞永安加筛＞永定。由修正缩芯模型计算的有无催化剂的反应速率常数比值，温度低时比值小，温度高时比值大，是由于催化气化反应在温度较高时才能使水蒸汽气化反应以一定量进行，导致总反应速率与催化效果的增加。