温室气体的大量排放是造成全球气候变暖的一个重要原因,已经严重威胁到了人类自身的生存与发展。CO2作为排放量最多、危害性最大的温室气体,如何实现对其有效分离和收集是全世界共同的目标和发展方向。作为能源与环境领域一个先进的发展方向,基于化学链技术的能量转换系统有望成为一种(近)零排放的能量利用方式,具有广阔的发展前景。本文利用Aspen Plus软件对基于化学链的能量转换系统进行了过程模拟方面的系统性研究。为了验证Aspen Plus软件在对复杂能量转换系统进行模拟时方法的正确性、结果的可用性,本文首先对湖南某电厂300MW燃煤机组进行了过程模拟,建立了各个子系统的模型,实现了对该系统的热力学仿真。将仿真获得的结果与该电厂的实际性能测试数据相比之后发现,最大误差仅为1.13%,完全满足工程应用的要求。同时在对该热力系统进行火用分析之后发现,系统中锅炉产生的火用损失I最大,占到了系统总火用损失的85.68%,系统总的火用效率只有41.33%左右,因此提升锅炉的火用效率将会大幅度改进整个系统的火用利用程度。在此基础上,本文在Aspen Plus中构建了CH4和煤的化学链燃烧系统和常规燃烧系统的仿真模型,对各种系统进行了详细地模拟计算和热力学分析,并得到了各系统优化的运行条件和模拟结果。对上述系统进行比较和分析之后发现,与常规的燃烧方式相比,化学链燃烧技术具有明显的优势,主要有:一、较低的燃烧温度,低于1500℃,无热力型和快速型NOx产生;二、有利于实现CO2的分离和收集,燃料反应器的出口气体经冷凝分离出其中的H2O后可得到高浓度的CO2,其浓度可达98%以上;三、燃料不与空气直接接触,没有燃料型NOx生成;四、具有更高的系统热效率和C捕捉率,其热效率较常规燃烧方式高出3%～4%左右,其C捕捉率ηc更是可高达99%以上。利用化学链概念进行重整和制氢是一个比较新颖的概念,本文以CH4为燃料,以化学链技术为核心,分别构建了三种不同的制氢系统,在此基础上以Aspen Plus软件为平台,对所构建的系统进行了过程模拟和热力性能分析,确定了各系统优化的运行条件,在对三种制氢系统进行比较和评价之后得出如下结论:Ni基CH4自热化学链重整制氢系统中循环氧载体的质量流量和体积流量最低,分别为0.12624271 kg/mol CH4和1.9701×10-5 m3/mol CH4,所消耗的传输能量最少,其所产生的重整气具有最高的低位发热量,为11376.04 kJ/Nm3;Ni基CH4蒸汽重整化学链燃烧制氢系统具有最高的冷煤气效率,达82.78%,所产生的重整气具有最高的高位发热量,为12771.29 kJ/Nm3;Fe基CH4化学链制氢系统产生的裂解气中H2的含量最高,为97.84%,且具有最高的CH4转化率,达100%。三种制氢系统各具其独特的优势,在实际选用时可按照相应的需要进行选择。