我国新型煤化工产业蓬勃发展,发展了以烯烃、甲醇、天然气等为代表的化学品与能源产品,但是煤等化石燃料的消耗会带来一系列的环境问题,其中发展经济与保护环境的矛盾比较突出。此外,煤化工还面临资源效率低下,系统集成度较低等问题。因此,对煤化工系统进行能量集成是必要的。本研究是在课题组已有研究的基础上,将研究工作延伸到换热网络合成与蒸汽动力系统集成领域。本文主要有两个创新方面:首先,本文提出了一种以能量回收最大为局部优化策略的自适应遗传算法优化求解方法,并对工业实例进行了研究,其目标是提高装置能量集成度,寻找到年度总费用最低的换热网络结构;其次,本文针对现有煤制气厂建立了蒸汽动力系统集成模型,并针对当前蒸汽动力系统运行现状,开发了单一工况和多工况下的蒸汽动力系统混合整数非线性规划（MINLP）运行优化模型,其目标是选择恰当的操作参数使厂内发电量得到合理控制,且运行费用最低。在换热网络方面,通过对文献两个典型案例的验证,采用本文提出的新的换热网络求解方法能明显降低公用工程费用,且能求得年度总费用最低的换热网络结构。本文进一步利用该方法对甲烷化单元和甲醇装置这两个典型工业案例进行了研究。结果表明,经过优化后的甲烷化单元和甲醇装置年度总费用分别降低了16.7%和50%。在蒸汽动力系统方面,利用集成模型对现有煤制气厂的5个实际工况进行模拟验证,模拟结果表明相对误差在可接受范围之内（≤5%）。此外,单一工况与多工况蒸汽动力系统的MINLP运行优化结果表明,在满足化工区生产需求的情况下,合理调整蒸汽动力系统的操作参数,能使厂内发电量得到合理的控制,且优化后的全周期总运行费用比优化前减少了629万元,取得的经济效益显著。目前以煤为主体的能源化工已成为我国现在乃至未来相当长一段时期的资源结构和基本特征。很有必要统筹好换热网络、蒸汽动力系统与反应分离过程的关系,做到系统间的同步综合优化,进一步降低能源消耗,提升企业利润,增强企业的竞争力。