热等离子体裂解煤制乙炔过程为煤的直接化工利用提供了一条有前景的、清洁转化途径。该过程是高温毫秒级超短接触反应过程,但目前的检测手段还无法探测等离子体下毫秒级的条件下颗粒的反应行为,使得煤的毫秒级超高温裂解过程的基础研究极为匮乏。另一方面,由于该过程还未成功大规模工业化,对这一过程的经济性分析也比较欠缺。本文主要在煤常规物理及热解特性、煤高温裂解过程中颗粒尺度传递和反应行为模拟以及技术经济分析三个方面开展了工作。通过对原煤、常规热解后残渣和等离子体裂解后残渣的对比,发现煤粉在等离子体中裂解首先经历了与常规热解类似的脱挥发分过程,但这一过程持续时间非常短,在超过2000 K的环境流体作用下,煤中更多的有机物质参与了裂解反应,提高了气相产物中C、H元素的比例,有利于生成更多的目标产物乙炔。这说明煤粉经历的温度范围及脱挥发分过程直接决定了反应器的乙炔产率。结合该过程超高温、超短接触的特征,通过建立描述单颗粒煤粉高温快速裂解过程的机理模型,分别考察了在恒温环境流体和气固传热耦合条件下的颗粒尺度传递和反应行为,指出颗粒自身有限导热及挥发分逸出所产生的两种传热阻力对煤脱挥发分过程的模型和模拟中都是不可忽略的。研究表明,针对毫秒级煤裂解过程,大于100μm的煤粉,平均温度低于2000 K的等离子体气体,过高或过小的煤/氢进料比难于实现满意的脱挥发分行为。基于元素守恒原则,对中试系统进行物料和能量衡算,指出反应器性能主要取决于气固混合效率、煤/氢进料比及反应停留时间。若进一步实施能量综合利用方案,系统的能量利用效率会大幅提高。在此基础上,对煤制乙炔过程进行了乙炔生产成本核算,原料煤价格和电价是制约乙炔成本中最主要的部分,通过进一步改善反应器性能,提高气相产品总流量和乙炔浓度都将降低乙炔生产成本。