低阶煤的清洁高效利用,是当前我国能源发展的重要方向。美国的Liquid-From-Coal(LFC)低阶煤热解提质技术,是目前最大规模商业化的技术。LFC工艺成熟、可靠,但投资大,能耗高,不能加工粒径小于6mm的粉煤。针对这些不足,我们课题组经过多年努力,对其核心设备和工艺流程进行了改进,研制出新型旋转卧式反应器,引入干熄焦方法,在LFC工艺的基础上开发了低阶煤提质联产油CCCO工艺(Cogeneration of Clean Coal and Oil)。本文对旋转卧式反应器进行了数值模拟,并通过实验验证了旋转卧式反应器的性能,利用Aspen软件对CCCO工艺流程进行模拟,对CCCO工艺流程进行了(?)分析。选取蒙东褐煤和神木长焰煤为实验煤种,进行管式炉实验和热重分析。利用管式炉实验考察了不同条件下褐煤和长焰煤的热解情况。发现随着粒径的增大,半焦和煤气的产率增大,焦油的产率减小。随着温度的升高,半焦产率逐渐变小,煤气产率逐渐变大,焦油的产率先变大后变小。褐煤在520℃时焦油产率最高,达到6.82%,半焦的产率为52.36%。长焰煤在550℃时焦油产率最高,达到6.51%,半焦的产率为72.42%。通过热重实验研究了原料煤的热解机理。在分析卧式反应器特点及传热规律的基础上,建立一维卧式反应器的数学模型,编写程序利用Matlab软件对模型进行求解,计算卧式反应器内部的温度分布、热量传递情况,研究操作参数对反应器性能的影响,并利用工艺实验值对模型进行了验证。结果表明反应器内壁构件与原料煤的温差很小,没有热量的积累或损失,其主要起传递热量的作用,增加反应器内壁面可以加强传热效率。讨论了热载气温度、热载气流量及停留时间对旋转卧式反应器性能的影响。提高进气温度、增加进气量可以提升反应器的热解效果,进气温度和进气量的确定需要综合考虑,才能使能量使用效率最高。建立CCCO实验装置,用褐煤和长焰煤进行热解提质实验,考察卧式反应器的性能。通过冷态实验发现,停留时间主要和卧式反应器的转速有关,进料速率的影响不大。CCCO工艺实验分两部分:一段热解提质和二段热解提质工艺实验。一段工艺实验原料煤为长焰煤,考察卧式反应器进气口温度为560℃、650℃和750℃,不同反应器转速对产品产率和性质的影响。发现进气口温度越高,转速越慢,热解程度越深,焦油和煤气产品收率越高。焦油的产率在4~9%之间,芳香族的含量在50%左右,脂肪族的含量超过20%。半焦的产率在60~71%之间,半焦中S含量相比原煤中降低了一半,发热量约为2.90×10~4kJ/kg左右,可以做很好的清洁煤。二段工艺提质实验的原料煤为长焰煤和褐煤。在干燥阶段,热载气温度为300℃,得到的两种干煤水分均小于3%。在热解阶段,热载气温度为650℃,长焰煤和褐煤半焦收率分别是62.95%和45.18%,焦油收率分别7.41%和3.34%。CCCO二段工艺提质实验的结果和LFC工业数据相比,半焦收率更低,具有更低的挥发分、更高的固定碳和更高的热值;焦油产率偏低(由于干燥阶段发生热解造成的);煤气产率相当,说明CCCO工艺的热解效果能够达到或超过LFC工艺。实验采用粉煤进料,原料煤中粒径为0~6mm组分的质量含量超过50%,实验中通过旋风分离器得到的粉煤收率均不超过1.4%,实验顺畅,表明粉煤都热解转化,旋转卧式反应器有很好的粉煤处理能力。卧式反应器是一种通用反应器,还具有造价低,操控方便的优点。CCCO工艺克服了LFC的不足之处,表明利用卧式反应器替代箅式反应器是一个重大进步,提质低阶煤是可行的。在Aspen模拟平台上对CCCO和LFC工艺进行了模拟,利用LFC工艺的工业运行数据验证了模型的可靠性。通过计算得到,在CCCO工艺中,当原煤处理量为1000.00kg/h时,需要空气总量为1849.02kg/h,甲烷总量为21.32kg/h。在LFC工艺中,需要补充甲烷为25.12kg/h,空气2115.23kg/h。CCCO与LFC工艺相比增加了干熄焦流程,回收了热量,提高了工艺热量的自给程度,减少了对外部能量需求,节能效果明显。从(?)分析的角度研究了CCCO工艺各操作单元的(?)效率,探讨了进一步完善提高CCCO工艺的方法。计算了CCCO和LFC工艺各单元的(?)效率,分析了(?)损失产生的原因。CCCO工艺系统的(?)效率为66.92%,高于LFC工艺的63.02%,表明CCCO工艺能量使用效率更高。CCCO工艺中干熄焦方法可以减少(?)损失,同时提高燃烧供热单元的(?)效率,从而提高系统的总(?)效率。提出了进一步提高系统(?)效率的方法,即通过工艺需要的空气与从热解器出来的高温混合气进行换热,回收一部分热量,可以把CCCO工艺的总(?)效率提高至70.53%,为CCCO工艺的进一步完善提供帮助。