节能减碳是目前人类面临能源紧缺和环境危机的困境下呼吁的口号。全球的主要碳排放来源于化石能源的开发利用,如何高效的开发和利用化石能源一直是全球关注的焦点。针对中国特有的以煤为主体的能源结构体系,化石能源的高效开发和利用对应到中国则具体体现在煤炭的高效清洁利用。　　 整体煤气化联合循环(Integrated gasification combined cycle,IGCC)作为煤炭高效清洁利用技术之一,使用燃气轮机和蒸汽轮机联合循环,实现了能量的梯级利用,在系统效率上有较为明显的优势。国内目前已经从理论研究发展到工程示范阶段,因此本文基于Aspen Plus的流程模拟平台,构建了IGCC的系统模型。模型主要包括了:煤粉制备系统、空分制氧系统、气化净化系统、燃气轮机系统、余热锅炉和蒸汽轮机系统,诣在为IGCC示范工程提供部分参考。IGCC技术在具备较高的发电效率的同时,面临的主要难题是系统造价高,对燃气轮机的技术要求高,考虑到市场经济性,与超超临界发电机组相比,并没有明显的优越性。为提高系统的市场竞争力,本文将IGCC与多联产系统进行了关联,主要研究了煤基乙二醇联产发电系统和煤基化学链燃烧联合循环系统动力学特性。　　 IGCC发电系统研究结果表明:汇集了部分整体化空分、Shell气化工艺,干法除尘脱硫,F级燃气轮机和三压再热余热式锅炉的IGCC系统净效率可达43.96％。综合考虑系统效率和变工况的可调控性,50％的空分集成度比较适合IGCC发电系统；燃机级别的不同对IGCC系统效率影响较为显著,目前普遍应用的F级燃气轮机对应的IGCC系统效率较高；气化炉技术中,Shell气化炉对应的系统效率要比Texaco高出约两个百分点,但是目前Texaco技术已经基本达到了国产化,在应用经验上要比Shell有优势。　　 煤基乙二醇联产发电系统的研究结果显示:由GSP气化炉技术及草酸酯合成法等技术集成的煤制乙二醇化工系统的比煤耗为1.62原料煤／乙二醇(不考虑动力煤消耗),按照市场乙二醇单价选7000元／t的参考价格,吨煤产乙二醇的效益回收将达到4329.31元,与现有的高水平超超临界发电机组相比,具有明显的经济效益优越性。煤基乙二醇联产发电系统中,当燃机侧合成气量与乙二醇侧合成气量比例为1:1的时候,联合循环粗略标煤耗约为287.05g／kWh。系统每吨原料煤的联合循环发电量为1337.17kWh,生产乙二醇0.31t,总价值合计约2659.98元,经济效益较好。当燃机侧合成气量与乙二醇侧合成气量比例为1:2的时候,联合循环粗略标煤耗约为289.33g／kWh。系统每吨原料煤的联合循环发电量为771.14kWh,生产乙二醇0.41t,总价值合计约3163.03元,经济效益再次提升。　　 煤基化学链燃烧联合循环系统动力学特性研究结果显示:化学链燃烧制氢是联合循环系统中的主要核心技术。选用Coats-Redfen单升温速率积分法、Ozawa组合升温速率法和Inln恒温分析法对其进行了相应的动力学实验研究,实验结果数据计算表明:在CO(5％)+N2(95％)气氛下,载氧体的还原反应属于一级反应,在750℃～900℃温度段时反应活化能约为112 kJ／mol；在CO(42.9％)+CO2(14.3％)+N2(42.8％)气氛下,载氧体的还原反应可用Jander扩散模型描述,在750℃～950℃温度段时反应活化能约为49.83 kJ／mol；经Ozawa法验证,加入CO2后的还原反应活化能明显降低。铁与水蒸汽的氧化反应接近二维核生长模型,反应活化能较低,约为55.58kJ／mol,且随着温度升高,反应速率常数增大。