本文以煤的分級利用為背景,以超臨界C02 (SCCO2)與挾帶劑混合對煤進行萃取改質,研究了萃取過程中超臨界CO2與有機溶劑的作用機理,考察了萃取物、萃余煤的物理化學特性以及萃余煤的氣化性能；在半連續超臨界萃取裝置中使用超臨界CO2與煤焦油-N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合溶劑共改質褐煤,研究了溫度、壓力、溶劑配比、粒徑等對液相抽提物組成和改質煤理化特性的影響,對比了原煤和改質煤在元素組成、表面結構、氣化活性等方面的差異；分別使用超臨界CO2與N-甲基毗咯烷酮(NMP)混合溶劑和超臨界CO2-酒精混合溶劑,對煤和石油焦進行改質,研究了溫度、壓力、溶劑等對改質煤理化特性的影響,考察了原煤和改質煤在元素組成、官能團結構、氣化活性等方面的差異；構建了褐煤改質氣化工藝系統,進行了工藝系統模擬。主要內容如下：(1)采用超臨界CO2與有機溶劑混合對煤進行萃取,研究了挾帶劑和超臨界CO2混合溶劑的作用機理,考察了煤種、溫度、壓力和溶劑配比對萃取率的影響,研究了SCCO2-NMP混合溶劑條件下萃取物和萃余煤的理化特性,對比了原煤和萃余煤氣化活性的差異。結果表明,實驗范圍內,混合溶劑的萃取率大于超臨界CO2或NMP純溶劑的萃取率,混合溶劑體積比達到1：1時,萃取率最大；萃取率隨著壓力升高而增加,但壓力超過11MPa后,其影響逐漸減弱；萃取率隨溫度升高而增加,但溫度超過150℃后其影響也逐漸減弱；褐煤和煙煤在SCCO2-NMP混合溶劑中的萃取率隨碳含量增加有先增大后減少的趨勢,碳含量達到85.12%(無水無灰基)時萃取率達到最大；萃取物中富含羥基及脂、酚、酮類等含氧官能團,超臨界CO2的加入增強了溶劑對富含羥基官能團的低分子化合物的萃取效果,減弱了對芳環結構和酚類、醚類等物質的萃取能力；萃取物蒸發后的固體中有類似于原煤的微晶結構,但幾乎不含有礦物質,“石墨化”程度小于原煤；與原煤相比,萃余煤的表面會變得松散破碎,孔隙結構發生變化,比表面積減小,平均孔徑增大,煤微晶結構堆垛高度減小；不同煤種在混合溶劑條件下得到的萃余煤氣化活性都有不同程度改善,萃取率越大,萃余煤的氣化活性越高。(2)采用超臨界CO2與煤焦油-NMP混合溶劑對云南小龍潭褐煤進行改質,結果表明,改質后煤樣的BET比表面積和BJH吸附孔容均增大約2倍,吸附平均孔徑減小約20%；改質褐煤的成漿性提高,最大成漿濃度從46%提高到56%,流變指數從0.66變化到0.55附近,煤漿的假塑性流體趨勢增強,觸變環面積增加了4.5倍,改質后的褐煤水煤漿穩定性良好；改質后煤樣的氣化活性指數增加了1倍,溫度和壓力的提高,促使改質煤的活性指數增大,氣化特性得以改善。(3)采用超臨界CO2與NMP或酒精溶劑對煤和石油焦進行改質,結果表明,超臨界C02單一溶劑或混合溶劑萃取有著脫灰脫硫的作用,灰分降低5-10%,硫含量降低0.2-0.4個百分點；改質后的煤和石油焦的氣化活性得到了較好的改善,金陵石油焦氣化活性的改善程度比印度石油焦高,且超臨界CO2-NMP溶劑比超臨界C02-乙醇溶劑改質效果好；相比于石油焦,混合溶劑改質對煤的氣化活性改善效果更為明顯,且超臨界CO2-NMP溶劑比超臨界C02-乙醇溶劑改質效果好。(4)構建了褐煤改質氣化工藝系統,基于小龍潭褐煤改質結果,以多噴嘴對置式水煤漿氣化爐為基礎,進行了工藝系統模擬,比較了原煤與改質煤氣化結果的差異,考察了操作條件對氣化結果的影響。結果顯示,與原煤相比,改質煤氣化的比煤耗降低了26%,比氧耗降低了41%,隨著改質煤成漿濃度的提高,比煤耗和比氧耗下降趨勢趨于平緩；每千克煤的有效氣(CO+H2)產量增加26%,合成氣中CO的濃度從26.32%提升到34.38%,H2的濃度從33.68%提升到37.56%,CO2的濃度從38.44%降低到26.61%。
