碳中和背景下的未来20-30年,我国将有大量燃煤电站面临亟需升级改造的难题。考虑到我国富煤贫油少气的资源禀赋,本文提出了利用煤基多联产技术将燃煤电站改造为多联产系统使之实现电力、液体燃料、燃气、化学品多联产的改造思路,以期改造在实现节能减排目标的同时改造后系统产品能很好弥补我国油气资源相对不足的问题。基于这一出发点,本文以浙江大学研发的煤炭分级利用清洁发电多联产技术为基础,研究了以下两个方面的内容。第一是针对多联产系统焦油组分提质研究不足的问题进行深入研究,主要研究了焦油轻组分制备煤基喷气燃料和焦油重组分沥青制备先进炭材料两部分;第二是基于多联产技术对300 MWth燃煤电站改造的工程实践,应用生命周期评估方法量化评估了燃煤电站向多联产系统改造的节能减排潜力,为我国燃煤电站升级转型提供可信的方案和有益的借鉴。在多联产系统焦油轻组分制备煤基喷气燃料的研究中,本文提出了“孔-金属-活性态”联合调控优化煤焦油加氢提质催化剂设计的思路。综合比较系列催化剂的加氢饱和、加氢脱硫、加氢脱氮和加氢脱氧表现来分析,研究选出了硫化态作为高效催化活性态及大孔载体负载20%金属为最佳孔结构-金属负载组合。其中,本文提出、证明并应用了催化活性相体积的概念以量化评估孔结构-金属负载耦合作用对催化提质效果的影响。以联合调控优化结果为基础,本文进一步提出了“加氢精制-加氢饱和-深度加氢饱和”的焦油催化加氢制取喷气燃料的路线指导实际生产。对这一路线的油品成分分析表明,其喷气燃料的理想组分占比达73.4%（其中全饱和环烷烃占比为45.4%,氢化芳烃占比为8.1%,C8-C16异构及正构烷烃占比为19.8%）;油品馏程分布及收率分析表明,油品馏程除终馏点略高于国标3#喷气燃料之外馏程分布均满足国标规范,以180-280℃馏出物计算喷气燃料收率表明当前提质路线的喷气燃料收率为66%,远高于石油工业6.5%的喷气燃料收率,具备明显的收率优势;对提质油品的杂原子脱除表现分析表明,上述这一路线的脱硫率为97.86%（油品S含量为63.9 ppm,远低于国标要求2000ppm）,脱氮率为99.89%（油品N含量为3.4 ppm）,脱氧率为99.97%（油品O含量为11 ppm）,这也说明优化提质路线具备良好的加氢精制能力;对油品H/C比,密度及热值进行组合分析发现这一提质路线产出油品的H/C比可达1.779,密度可由原料的967.5 kg/m~3降至848.0 kg/m~3,而同时油品净热值可提高至42.88MJ/kg（第三方权威机构检测值为42.43 MJ/kg）,基本达到或超过国标3#喷气燃料42.8 MJ/kg的热值要求。在多联产系统焦油重组分沥青制备先进炭材料的研究中,本文构建了利用数学建模方法结合方差分析量化多因素耦合作用机制效果的方法以指导炭材料相关性质调控研究。我们以沥青制备富微孔活性炭吸附CO2研究为例,探究了制备条件（活化温度,活化时间,活化剂添加量）耦合作用对多孔炭产率及活性炭在不同吸附温度下CO2吸附量的影响规律。研究表明,活化温度占到了制备条件-活性炭产率作用方程总方差的77.37%,这表明活化温度对于活性炭产率的影响最大,而活化时间和活化剂添加量在活化温度作用的基础上对产率产生影响。通过量化分析影响不同吸附温度（25℃、50℃及75℃）下活性炭CO2吸附量的主要影响因素,研究发现在25℃下控制活性炭CO2吸附量的主要因素为活化剂添加量（方差占比为77.8%）;在50℃下控制CO2吸附量的主要因素仍然是活化剂添加量,占总方差的比例为42.7%,此外,活化温度和活化温度-活化剂添加量耦合分别占到总方差的24.7%及12.4%;而在75℃下对CO2吸附量影响最大的制备条件为活化温度,占总方差的比例为44.7%,此外,活化温度-活化剂添加耦合和活化温度-活化时间耦合分别占到总方差的23.2%和19.2%。随着吸附温度的提高,决定活性炭CO2吸附量的关键制备因素逐渐从活化剂添加量转变为活化温度及活化温度与其他因素的耦合作用。制备条件及其耦合作用影响了活化过程中的造孔作用与扩孔作用的竞争关系进而决定了炭材料的孔结构,而孔结构决定了炭材料的CO2吸附量,从这一角度分析,上述关键制备条件及耦合作用机制易于得到很好的解释。本部分研究为基于明晰多因素耦合作用机制对炭材料相关性质进行量化调控提供了有益的借鉴。在燃煤电站向多联产系统改造的评估研究中,本文第一次基于大型示范工程对这一改造思路进行生命周期评估研究,研究量化了改造的生命周期环境效益提升表现。研究针对300 MWth亚临界燃煤机组提出了两种改造方法,即部分改造（部分给入煤炭实现多联产,当前实际实施）和完全改造（给入煤炭全部实现多联产,未来进一步改造方向）,并引入两种先进的煤电生产技术（IGCC技术与超超临界煤电技术）作为对比场景来评估改造后的单位能量基生命周期环境效益。生命周期评估研究发现,与改造之前的电力单产场景对比,部分改造与完全改造均可以显著提升生命周期环境效益,且完全改造的提升效果要全面优于部分改造。其中,相对于电力单产场景,完全改造可以降低36.5%的气候变暖潜力,降低83.2%的酸化潜力,降低55%的富营养化潜力,降低47.3%的光化学臭氧生成潜力和21.1%的臭氧破坏潜力并降低27.1%的非生物资源减少潜力。与两种对比场景相比,除臭氧破坏潜力略高外,完全改造场景的生命周期环境表现均优于对比场景。其中,改造对于酸化潜力和富营养化潜力的优化作用非常明显,这与煤炭入炉燃烧前先经过热解这一具体改造方式直接相关。部分及完全改造后,生产净效率会由原来的33.13%分别提升至42.25%与48.84%。而单位kw能量生产初始投资分析也表明改造会显著降低单位能量生产所需的初始投资;经完全改造后,单位kw能量生产的初始投资与超超临界发电方式（已在我国实现商业化运行）接近,说明这一改造思路具备很好的落地价值。本部分研究能为碳中和背景下我国大量亟需转型的燃煤电站提供升级改造的新思路与有益的参考。