在今后比较长的时期内,煤炭仍然我们国家的主要能源来源。随着高阶煤煤炭资源的开采,中低阶煤高效转化和清洁利用的问题越来越突出。同时,解决该问题也是确保本国能源安全的一个重要举措。本文依托国家重点基础研究发展计划(973计划2011CB201306)的资助,开展低阶煤基化学品与清洁燃料分级联产系统的碳氢转化规律与能量利用原理的创新研究。主要研究内容如下：阐述了化学品分级联产系统的物质转化与能量利用原理。从低阶煤及其附属化学品的热物性、化学平衡和碳排放的角度,描述了煤转化过程中碳氢化合物基化学品生产过程的物质转化原理。针对于纯化工多联产系统的特征,提出了化学品分级联产系统的新认识,以及该系统评价方法和核心指标,并以此揭示化学品分级联产系统的物质转化原理与能量利用规律。同时,针对煤转化工艺流程结构的复杂性,本研究提出了分层次热集成的方法,以提高热集成方案的可行性。集成多个参数指标,揭示了低阶煤基煤气、半焦和轻质油联产工艺的能量利用特征。联立煤的低温热解工艺和煤焦油的常减压蒸馏工艺,构建了低阶煤基联产煤气、半焦和轻质油的工艺系统,并开展模型化研究。计算表明,湿度约为40%的褐煤经热解后,半焦、煤气和轻质油的产率分别可达到42.30%、8.47%和4.10%。集成了产品产率-能耗/(?)损-过程单元三个参数,分析联产系统中物质转化规律和能量利用情况。在完成上述工艺条件和物质转化的目标下,联产工艺中能耗和(?)失最大的为干燥单元的,其次是热解单元。本文通过集成物流品位、公用工程温度和过程单元三个参数,阐述联产系统中的能量匹配与转化原理。联产工艺中各单元的能耗与(?)损按照工艺顺序逐渐降低,部分产品的品位随着过程的进行逐渐升高。另外,干煤和焦油等化学品品位相对于原煤品位的上升是以单元过程消耗能量和支付(?)损为代价的。不同单元所需要的热冷公用工程的品位不同,各单元产出物流的化学品品位也不同。利用分层次热集成的方法开展了热解联产系统的热集成研究。通过上述联产系统的能量分析可以发现,低阶煤基热解联产系统具有较大的节能潜力。按照分层次热集成的方法,对低阶煤基热解联产系统进行了四个层次的分层次热集成。按照分层次热集成的判据,选择第三层次热集成的方案作为低阶煤热解联产系统的热集成方案,此时系统的总能耗为382.8kW,节能率为39.8%。该案例的研究表明,分层次热集成的方法适用于工艺结构比较复杂的系统,它从技术上较为全面的解决了传统热集成方法获得的节能方案在实际生产中可行性较低的问题。研究了炉气蒸汽重整的化学反应机理,并探讨工艺参数对目标要求的影响。在联产系统中,将氧热法电石炉气和热解气混合后进行蒸汽重整,根据独立反应方程的热力学特征提出了炉气蒸汽重整制氢的化学反应机理,体系中的平衡组成由四个独立反应的正逆反应共同决定。结合反应机理分别分析了温度、压力和水汽比对CO和CH4转化率、H2选择性和反应能耗的影响。通过集成四幅二维图描述了H2产量、水汽比、压力、温度、反应能耗和产物中H2/CO摩尔比之间的关系。通过该方法可以基于后期电石炉气利用方案所要求的不同H2/CO的摩尔比确定电石炉气蒸汽重整制氢的工艺参数。基于化学品分级联产的新认识和构建原则,研究了较优的炉气分级联产方案。通过对比炉气基化学品的生产工艺特征和技术成熟性,确定了炉气联产系统的目标产品。综合考虑目标产品的生产流程特征,构建了四种炉气基甲醇、二甲醚和燃料油分级联产方案。按照纯化工分级联产系统的构建原则和以及系统的评价方法,对比分析了各方案的核心指标特性。初步认为方案一和四的流程结构要优于单产方案和其他联产方案的结构。最后,结合之前的研究构建了低阶煤基化学品分级联产系统的工艺流程,并进一步确定了炉气联产方案。着重分析了该系统的物质转化与能量利用规律,包括有效原子收率、能耗分布、碳排放和污染物。炉气利用方案对分级联产系统的碳氢转化与能量利用特征的影响较大,后期应考虑炉气利用子系统的优化工作。