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整体煤气化联合循环（Integrated Gasification Combined Cycle,IGCC）被认为是二十一世纪最具发展前途的煤基清洁发电技术,而由深冷空分系统提供纯氧的方法操作复杂、能耗大、成本高。化学链空分（Chemical looping air separation,CLAS）技术作为一种新型制氧技术,具有简单高效的优势,可以与IGCC系统相集成,以提高系统效率。同时高效的碳捕集方式是实现IGCC碳减排,从而减少温室气体排放的重要途径。因此,本文首先对适用于CLAS的具有发展前途的载氧体以及CLAS系统特性进行研究,然后将CLAS应用于IGCC系统,并与不同的碳捕集方式相耦合,研究各系统的运行特性。首先,采用热重实验研究了锰基载氧体的反应活性和循环稳定性,并通过动力学分析确定了吸氧和释氧过程的机理函数以及动力学参数。结果表明,Mn2O3/Zr O2具有较好的反应活性和循环稳定性,适用于CLAS过程。随着反应温度的升高,载氧体的还原速率显著增加,而氧化速率明显降低。通过对Mn2O3/Zr O2载氧体进行动力学分析,确定了还原反应的机理函数为随机成核和随后生长模型（A2）,表观活化能和指前因子分别为180 k J/mol和1.98×108 min-1。氧化反应的机理函数为缩核模型（R3）,表观活化能和指前因子分别为228 k J/mol和5.32×1011min-1。同时,发现了反应级数与氧化反应温度呈指数函数关系。其次,将得到的Mn2O3/Zr O2化学反应动力学模型与气固流体动力学模型相耦合,建立了一维CLAS串行流化床模型。其中,氧化反应器和还原反应器分别为快速流化床与鼓泡流化床。随后,研究了氧化反应温度、还原反应温度、空气体积流率以及CO2体积流率对生成的氧气摩尔分数和系统单位制氧能耗SPC的影响。结果表明,随着还原温度和空气体积流率的增加,氧气摩尔分数显著增加。随着还原温度和CO2体积流率的增加,SPC降低。氧化反应器和还原反应器的温度接近时,SPC会减小。当氧化温度和还原温度均为770°C,空气体积流率为50 Nm3/h,CO2体积流率为23 Nm3/h时,SPC为0.07555 k Wh/m3,远低于传统低温蒸馏空气分离的单位制氧能耗。再次,将CLAS应用于IGCC系统中,建立CLAS-IGCC系统模型,并对系统中主要模型进行了验证。随后,研究了主要运行参数氧煤质量比ROC、水煤质量比RSC和还原反应器温度TRR对粗合成气组成、冷煤气效率以及系统效率的影响,得出当气化温度、气化压力、ROC和RSC分别保持在1315 oC、24 bar、0.8和0.06时,粗合成气中H2+CO的摩尔分数最高。在ROC、RSC和TRR分别为0.75、0.06和770oC时,系统可获得最佳的冷煤气效率和系统效率,分别为81.79%和50.86%。最后,在CLAS-IGCC系统的基础上,分别构建了带有燃烧后一乙醇胺（MEA）法、燃烧前Selexol法、化学链燃烧（Chemical looping combustion,CLC）法以及钙基链过程（Calcium looping process,CLP）法碳捕集的CLAS-IGCC系统,研究了主要运行参数对各系统运行特性的影响,同时对系统进行了能量平衡和?平衡分析。结果表明,当ROC、RSC和TRR应分别保持在0.75、0.06和770 oC时,带有燃烧后MEA法碳捕集的CLAS-IGCC系统的能量效率和?效率分别为40.20%和37.70%;带有燃烧前Selexol法碳捕集的CLAS-IGCC系统的能量效率和?效率分别为43.65%和40.94%;CLAS-IGCC-CLC系统的能量效率和?效率分别为46.32%和43.44%;CLAS-IGCC-CLP系统的能量效率和?效率分别为45.04%和42.25%。采用CLC碳捕集的CLAS-IGCC系统具有高的能量效率和?效率,同时还具有高的碳捕获效率。对于带有燃烧后MEA法碳捕集的CLAS-IGCC系统,最大的能量损失和?损失分别发生在CO2捕集和燃气轮机子系统中,占系统总能量损失的41.64%和总?损失的42.58%。对于带有燃烧前Selexol法碳捕集的CLAS-IGCC系统,最大的能量损失和?损失分别发生在包含有燃烧前二氧化碳捕集的净化装置和燃气轮机子系统中,占系统总能量损失的31.95%和总?损失的43.09%。CLAS-IGCC-CLC系统最大的?损失在CLC单元中,占总?损失的31.50%。CLAS-IGCC-CLP系统最大的?损失发生在燃气轮机单元中,占总?损失的34.39%。研究结果为系统运行参数的进一步优化指明了方向。