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热解以及气化反应是煤等含碳物质气化过程中的两个主要步骤。热解不仅是产生高附加值的气体或液体产物、焦油以及焦炭的一种直接方法，也是对后续气化反应特性产生影响的主要因素。另外，气化反应是煤等含碳物质气化过程中的速率控制步骤，且受气化温度、气化剂、粒径等多种因素影响。因此，掌握煤等含碳物质的热解特性，建立适用于不同气氛与粒径的高温气化反应动力学模型，对煤等含碳物质的高效清洁利用具有十分重要的意义。 本文以不同的含碳物质（煤、生物质以及石油焦）以及工业气化装置气化残余物为研究对象，考察了煤等含碳物质的热解特性以及热解过程的气体释放特性，探究了影响气化反应的因素，研究了内扩散对气化反应的影响，建立了带内扩散的气化反应动力学模型，基于反应活性位的概念修正了Langmuir-Hinshelwood模型（L-H模型），探讨了气化残余物的气化反应特性。主要内容包括: (1)考察了升温速率对热解的影响以及不同褐煤和不同含碳物质热解过程中的主要气体释放特性。升温速率并不能改变煤等含碳物质的热解及热解过程的气体释放机理。不同含碳物质的O/C或H/C与其挥发分含量存在线性关系，挥发分含量随O/C或H/C的增大而逐渐增大。不同褐煤热解过程的气体释放特性较为相似，但不同含碳物质热解过程的气体释放特性则差异较大，原因均是由于物质本身不同的化学官能团组成所导致。含化学稳定性及热稳定性较高的复杂官能团较多的物质，其气体释放的温度也相对较高。 (2)研究了煤等含碳物质理化特性、粒径以及气化温度对气化反应性的影响，关联了气化反应性与各因素的关系，建立了带内扩散的气化反应速率方程，定量分析了煤等含碳物质在高温及大粒径的气化条件下，内扩散对气化反应的影响。提出了特征气化温度Tc及△T，量化了内扩散对水蒸气气化及CO2气化影响的差异。随着粒径逐渐增大、气化温度逐渐升高，内扩散对气化反应的影响逐渐明显。气化反应性较高的样品焦，其水蒸气/CO2气化反应受内扩散影响越严重。另外，在相同的气化条件下，相比CO2气化，水蒸气气化受内扩散影响更显著。 (3)研究了加压条件下煤焦-CO2反应特性，验证了L-H模型描述加压气化反应过程的可靠性。基于反应活性位的概念，提出了煤等含碳物质与水蒸气和CO2混合气气化过程中水蒸气与CO2共用部分反应活性位的假设，定义了量化反应活性位的无量纲参数a与b，修正了传统的L-H模型，能准确地描述煤等含碳物质在水蒸气和CO2混合气气化过程中两种气化剂的相互竞争。通过化学吸附的方法，验证了参数a与b的有效性，并进一步解释了参数a与b的物理意义。 (4)以工业气化装置原料煤、气化残余物及其混合物为研究对象，考察了其气化反应特性及孔隙结构特征。结果发现，原煤由于可燃物含量最高、比表面积最大、微孔最多、孔隙结构也最发达，从而气化反应性最高。滤饼和除沫器灰渣均经历高温气化过程，微孔的数量明显减少，且许多孔隙结构被熔融物堵塞，导致反应性远低于原煤。在原煤中添加一定比例的气化残余物，并且在高于灰熔点温度的条件下气化，不仅不会影响原煤的孔隙结构，而且不影响气化反应的进行，可有效提高气化残余物的利用价值。