与现有工艺相比,新的粉状原料氧热法生产电石工艺在能耗、资源利用率及污染物排放方面都具有很大优势,开发出与之匹配的反应器,有望形成一条煤分级转化联产化学品的高效利用利用资源的煤化工路线。本文通过模型化和冷模实验两种手段考察了下落床反应器的性能,并对复合床反应器进行了设计计算。首先,建立了描述下落床反应器预热区气固两相的运动和传热模型,考察预热区内原颗粒的运动状态和气固两相的温度分布,得到适用于下落床反应器的最小原料粒径,并以此来判断下落床反应器预热区设计参数的合理性；建立了反应区原料渣层的多孔介质传热模型,考察其对燃烧区向反应区传热过程的影响；利用高精度的热膜风速仪对搭建的小型下落床反应器内的气相流场进行考察。结果表明：(1)dp=28.2μm的焦炭颗粒和dp=20.7μm的氧化钙颗粒为能通过预热区的原料的最小颗粒。(2)在考察的原料粒径范围内,下落位移大于5m后,原料颗粒基本与气相达到了换热平衡,可以在保证预热效果的前提下降低预热区的高度,减少设备投资。(3)颗粒初速度对颗粒在预热区的运动和传热的影响不大。(4)反应区原料形成的渣层的热阻很小,不会阻碍燃烧区向反应区的传热过程。(5)实测下落床反应器内流场分布情况,表观气速对反应器内气流的分布情况影响不大,燃烧区气流有较大的径向速度,并且最大的速度位置在r/R=0.75处,变直径段并没有出现明显的回流现象,在靠近反应器出口处有回流现象；反应器内流场分布有利于反应区粉状原料和氧气的燃烧供热和预热区内气固两相的换热过程。对于提出的两种复合床反应器,建立了描述布料器上方密相区大颗粒移动床逆流换热过程的数学模型,得到解析解和数值解,为这类过程的提供设计依据；又建立了布料器下方以及不含布料器稀相区的气固两相反应和传热模型,求得气固两相的温度分布和气相中各组分的摩尔分率的分布。结果表明：(1)颗粒粒径较大时,颗粒内热阻成为气固两相换热过程的控制步骤,在综合考虑床层透气性和床层压降等制约条件下应优先选用较小的原料粒径。(2)带有布料器的复合床反应器中,用于燃烧供热的氧气和焦炭也能在布料器下方完成燃烧,副产的气体中一氧化碳的成分也很高。(3)对于不含布料器的复合床反应器,氧气与焦炭的燃烧反应都集中在氧气刚进入反应器的燃烧区完成,燃烧产物也主要是一氧化碳,燃烧反应也能够为电石合成反应提供足够高的温度,高温一氧化碳也能用于对原料颗粒的预热。(4)由于原料在反应器燃烧的不均匀性,可以考虑在原料造粒时将用于燃烧的那部分焦炭主要分布在颗粒的外侧。(5)得到了两种复合床反应器的初步设计尺寸,不含布料器的复合床反应器具有更小的尺寸,原料在高温区停留的时间也更长。