中国是以煤为主要能源的国家,煤约占中国能源消耗的70%。在中国,煤炭的80%以上直接用于工业和民用燃料,其效率低下,且给环境带来严重的污染。与此同时,中国的石油、天然气资源严重匮乏,日益依赖进口。为了高效地综合利用煤炭资源和缓解中国石油进口压力,中国科学院过程工程研究所提出了“煤拔头”工艺的概念。该工艺在下行床热解装置与循环流化床燃烧室集成的系统中实现。煤粉从下行床的顶部加入,与来自燃烧室的循环热灰强烈混合升温,在常压、较低温度(550～700℃)、无氢气和催化剂存在的情况下实现快速热解。生成的气相产品在下行床的底部通过快速分离器分离后,进入急冷器进行快速冷却,得到液体中烃。分离下来的半焦返回循环流化床中燃烧,可以供热和发电,从而实现“油、煤气、热、电”多联产。本文通过研究煤的慢速热解和快速热解过程,了解拔头工艺煤的热解特性,探索煤拔头工艺合适的工艺参数,以获得尽可能多的液体燃料和精细化学品。首先采用热重-傅立叶红外光谱仪联用技术研究了鹤岗烟煤在升温速率为30℃/s,终温为900℃的条件下的热解过程,重点考察了热解气体(包括气态焦油)的析出规律。研究表明,鹤岗烟煤在430～650℃区间发生剧烈分解,生成大量CH4、CO2、CO以及其它气态产物,在700℃以上仍然有大量CO2和CO产生。然后在喷动载流床反应装置上进行鹤岗烟煤的快速热解实验(升温速率为103K/s数量级,给料率约为4g/min),考察了热解温度对煤的快速热解产物分布的影响。实验发现,鹤岗烟煤在550～700℃温度范围内快速热解时,固体产物产率随热解温度递减,而气体和液体产物产率随热解温度递增,气体产物主要成分为无机气体(如H2、CO、CO2)和有机气体(如CH4、C2H6、C2H4等气态烃类)。在700℃时,液体产物的产率达到22%(干燥基煤),总挥发分与工业分析挥发分之比达到1.14。通过热重分析方法研究了热解半焦的燃烧反应特性,随着热解温度增加,半焦的燃烧特性呈现下降趋势。建立了喷动床内煤粉颗粒快速热解模型,从计算结果可以看出,平均升温速率随床温的升高而增加;煤粉热解速率随床温的升高而更迅速到达最大值,热解所需要的时间随床温升高而迅速减少。最后在下行床煤拔头工艺装置中进行了拔头烟煤的快速热解实验,获得了在给料率为1.5kg/h、热解温度为558℃下的热解产物分布,为装置的放大试验提供了基本的实验数据。