本文提出将煤热解焦油原位催化裂解与乙烷水蒸气重整过程耦合提高轻质焦油产率的新工艺,并针对该煤热解焦油原位提质工艺过程的催化剂及反应条件对焦油产率和组成的影响规律及机理进行研究。在常压固定床反应装置内,采用上层加煤、下层加催化剂,中间用石英棉隔开的形式,分别研究N₂和C₂H₆/H₂O混合气氛下催化剂种类、催化剂中Ni负载量、催化剂用量以及反应温度等对平朔煤热解过程焦油和气体产率的影响。结果表明,在650℃不加催化剂的乙烷和水蒸气气氛下的煤热解（CP-E&S）过程的焦油产率达到最高值18.8wt.%。使用的四种催化剂（Char,AC,Co/AC,Ni/AC）中Ni/AC对焦油轻质化效果最佳,轻质焦油含量达到71.5 wt.%,产率13.2 wt.%,相比提质前（不加催化剂）分别提高了55.4%和53.4%。此外,Ni/AC的金属负载量为10 wt.%且煤与催化剂质量比为0.2时提质效果最佳。为认识提质焦油的结构和组成的变化,利用模拟蒸馏、核磁共振（NMR）、气相色谱/质谱联用（GC/MS）等方法对焦油进行分析。结果表明,采用Ni/AC的耦合过程,焦油中轻油和酚油产率分别提高到提质前的2.5倍和1.9倍,焦油中的C1-C3烷基取代苯、酚类、C2-C3烷基取代萘以及非缩合芳烃等轻质组分含量明显提高,说明Ni/AC可显著改善煤焦油品质。对催化剂进行拉曼光谱、氮气吸脱附、XRD、SEM等表征,发现Ni/AC具有比表面积大、结构无序度高等特点,重复使用后仍具有较为稳定的活性。通过不同气氛下的定量实验以及同位素示踪实验,研究了耦合过程中煤热解焦油原位提质的机理。与N₂气氛下的煤热解焦油原位提质过程相比,乙烷水蒸气气氛下的焦油和轻质焦油产率分别提高38.1%和43.1%。¹H NMR和¹³C NMR的结果表明,乙烷水蒸气气氛下得到的焦油中位于芳环α位上CH,CH₂或CH₃的质子（H_α）和脂肪碳中甲基碳（CH₃）含量有所提高;GC/MS结果表明,焦油中C1-C3烷基取代苯、C1-C2烷基取代酚以及带有乙基的苯类和酚类的选择性均有所提高,均说明芳环的烷基长侧链断裂后与乙烷和水蒸气活化产生的活性自由基结合。同位素示踪实验与典型焦油组分的MS结果表明,焦油裂解和乙烷水蒸气重整耦合提质过程中D₂O和C₂D₆以?D,?CD_x,?C₂D_x等自由基的形式稳定了焦油裂解碎片,提高了轻质焦油产率,并推测了焦油提质过程的机理。