煤基化工动力多联产系统通过系统集成耦合和过程革新,在化工产品生产、热能动力提供以及资源环境保护的交叉层面实现了煤炭资源的清洁、高效利用,正在成为能源可持续开发利用的核心技术之一。本论文依托国家重点基础研究发展规划“973”计划项目及中国工程院重大咨询项目等,针对多联产系统集成和开拓的关键科学问题,开展了包括多联产系统集成优化、C02减排技术与多联产系统集成特性以及多联产系统3E综合评价三方面的研究。初步构建了多联产系统集成优化理论分析方法。通过建立能源化工动力系统综合评价指标和方法,创建了由单目标向多目标转移的系统性能集成优化模拟平台与方法,并以双气头煤基多联产系统为依托,进行系统工艺条件、操作参数、系统配置等条件的集成优化选择,进而实现系统在能量利用、元素利用、经济效益和CO2减排等综合性能方面达到系统工况整体最优化的目标,形成具有普适性的煤基化工-动力多联产系统整体集成优化理论分析方法。阐明双气头煤基多联产系统含碳组分转化、迁移和富集规律。着重分析了双气头煤基多联产系统中燃料在不同化工过程(如气化、重整、合成等过程)中伴随化学能转化、释放过程的含碳组分Cx生成、转化、迁移和富集规律,研究了化工过程与动力系统集成耦合工艺条件和操作参数对Cx的迁移影响,明确了Cx转化、迁移过程与C02减排内在关联,确定了CO2在多联产系统中分离、转化的最佳路线。在此基础上,提出CO2循环利用集成多联产系统,建立了CO2循环利用集成多联产系统CO2相对减排方程,研究表明,在生产相同单位甲醇时,新工艺系统可以减排C020.223mol.mol-1-CH3OH。这些研究是C02减排理论基础与具体工艺结合的桥梁。剖析双气头煤基多联产系统生产过程化学能与物理能梯级利用与集成机理。揭示了双气头煤基多联产系统集成理论中化学能梯级利用原理,分析了关键化学过程中化学能利用关系以及化学能利用过程中化学能品位变化规律。根据cx的迁移与富集规律,结合化学能与物理能综合集成利用原理,建立了表征C02循环利用集成多联产系统相对节能效率的特征方程。提出双气头煤基多联产—C02循环转化利用一体化集成系统。结合双气头煤基多联产系统中含碳组分转化、迁移和富集规律,以及目前C02捕集埋存存在的能耗高,成本高、地理风险高等问题,提出了C02作为气化剂循环利用以及重整原料气的双气头煤基多联产—CO：循环转化利用一体化集成系统。通过对新型系统的集成以及过程参数的优化处理,系统的能量效率达到55.5%,元素利用效率为69.4%,内部收益率为18.1%。新系统避免了传统的水煤气变换反应与CO2的捕集、运输和埋存等过程,减少了地理埋存风险,实现了系统能源资源利用最大化,CO2排放最小化,经济收益最大化的终极目标。此技术的提出对于新型CO2控制技术的发展和应用具有指导意义。评价了双气头煤基多联产系统全生命周期的3E综合性能。考虑从煤炭的开采、洗选、运输到工厂的加工转化利用,进一步延伸到产品的运输消费过程,从全生命周期的角度出发对多联产系统3E(能量、环境、经济)综合性能进行了评估分析；通过对比具有CO2减排功能的不同能源动力系统,分析了系统投资、碳税等关键因素对系统3E性能的影响,得到了包括双气头煤基多联产系统在内的不同能源动力系统的优势与不足,结合我国能源结构,对未来能源消费趋势提出实施发展多联产的相关改进措施和建议,以及IGCC/多联产系统(CCS)未来发展路线图。