煤炭资源的清洁、高效转化和利用是缓解石油资源短缺、保障我国能源安全的关键。热等离子体煤裂解一步法制乙炔工艺具有流程短、水耗少、碳排放低等特点,是一条极具前景的煤直接转化路线。该过程在超高温下实现煤粉的毫秒级转化,目前国际上尚未实现工业化。该研究实验和理论并重,研究了等离子体反应器内煤粉的裂解特性及复杂的气固流动和反应行为。该研究自主设计、开发了等离子体煤裂解实验装置,考察了典型煤种的超高温裂解特性。实验结果表明了过程的煤质依赖性,为工业过程的煤种筛选提供了科学方法和实验依据。通过对不同升温速率下的煤粉热解情况的考察比较,全面认识了煤的热解特性,为快速热解选煤实验平台提供了理论基础。基于大量热解实验数据改进了煤粉脱挥发分动力学模型,使其具有良好的煤种适用性和预测精度;进而建立了耦合煤质分子结构、颗粒内部传热、颗粒—流体间传热—反应等要素的跨尺度气固反应流动模型,实现了对2 MW和5 MW工业反应器内煤粉裂解行为的三维复杂热态模拟,与工业反应器的运行数据符合良好,准确地揭示了反应器的放大效应和过程的颗粒尺寸依赖性。