长久以来,煤炭利用高能耗、高污染的问题一直没有得到根本性解决,而为应对全球气候变化,煤炭更面临碳减排的挑战。发展低碳洁净煤技术是构建未来高效、清洁、低碳的多元供能体系面临的关键难题之一。煤气化技术是煤炭清洁低碳利用的关键过程,又是继燃烧之后燃料可用能损失最大的过程。本学位论文以碳氢组分解耦的煤炭分级气化过程为对象,通过烟平衡分析、图像(?)分析等方法研究煤气化过程中燃料化学能的转化与释放特性,开展煤分级气化方法研究与机理实验、研究煤分级气化关键反应过程的热力学与动力学特性,并开展煤基高效低碳能源系统的集成创新。在煤炭气化的机理分析层面,分别从煤气化反应(?)损失机理以及气化过程中燃料化学能转化与释放特性两方面进行深入研究。改进常规(?)平衡分析方法,分别计算化学能作功能力与物理能作功能力,提出了化学(?)平衡分析方法,将此方法应用于煤气化,揭示了煤气化反应中煤炭化学能的转化与释放规律。进一步将煤气化(?)损失模型与化学反应动力学相结合,提出求解煤气化过程单个化学反应(?)损失的方法,利用该方法分析了煤炭气化反应过程,揭示了煤气化反应的内部(?)损失生成机理,并提出了减小气化(?)损失的方案。结果表明,控制碳氧化反应(?)损失是提升气化(?)效率的最大潜力所在;改变气化剂可使气化(?)损失有效降低,利用CO2作为气化剂相比纯氧、水、蒸汽气化所造成(?)损失最小。针对碳氢组分解耦的煤炭分级气化方法,建立热力学平衡模型、分析分级气化相对于传统气化的节能机理、研究分级气化各单元化学能转化效率对气化冷煤气效率的影响规律、凝练影响分级气化冷煤气效率的决定性因素。分析结果表明,分级气化的冷煤气效率可达86%,而影响分级气化冷煤气效率的决定性因素为焦炭-C02气化单元的碳转化率。在煤炭分级气化实验研究层面,搭建碳氢组分解耦的煤炭分级气化机理实验平台,从煤种、焦化反应条件、焦炭性能、焦炭-CO2气化反应条件等方面研究分级气化的热力学与动力学特征,凝练分级气化技术各单元过程的设计原则,验证分级气化方法并为技术研发提供理论参考。实验结果表明,长焰煤是分级气化技术最适宜煤种,分级气化最优炼焦条件为900℃-3h建议焦炭-CO2气化温度高于1150℃;在此实验条件下焦炭-CO2气化单元碳转化率可达98.6%,冷煤气效率达到82.7%。在系统集成层面,围绕分级气化方法开展煤基能源系统集成创新,提出了煤制二甲醚分产、电力分产以及二甲醚-电联产系统。分析对比结果表明,采用分级气化的化工和动力分产流程与化工-动力多联产系统相比采用传统气化的分产流程与多联产系统能量利用效率均有提升,气化单元的(?)损失减小是性能提升的主要原因。化工-动力多联产系统普遍具有较高的CO2减排潜力,在相对分产流程减排45%CO2的情况下仍可表现出一定的节能效果;其中化工-动力串并联型联产系统发挥了分级气化碳氢组分解耦优势,其相对节能率达到7.1%,相比单纯串联型联产系统高出1个百分点。采用碳氢组分解耦的煤炭分级气化的化工-动力多联产系统具有燃料源头低能耗捕集CO2的显著优势,是未来低碳洁净煤技术发展的重要方向。