我国的能源分布十分不均衡,并且长期处于一种“富煤、贫油、少气”的能源结构中。煤炭是我国可靠的能源来源,也是冶金、化学工业的重要原料,主要用于燃烧、炼焦、气化、低温干馏、加氢液化等领域。然而,煤炭资源的大量消耗势必会造成碳排放的急剧增加,甚至造成不可逆转的环境污染。2020年9月22日,习近平总书记在第七十五届联合国大会上提出:“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。在这样的大背景下,综合、合理、有效开发利用煤炭资源,并着重把煤转变为洁净燃料,实现煤炭清洁高效转化,保障能源安全,促进生态文明,成为了煤化工领域亟须解决的重要课题。基于研究现状,本文提出了一种以分子动力学（Molecular Dynamics,MD）模拟为主要手段,并与实验、稳态模拟和动态模拟相结合的方法,对煤化学链气化（Coal Chemical Looping Gasification,CCLG）过程进行了全面的研究。在CCLG工艺的基础上进行了下游产品的设计,在将减少碳排放作为首要目标的同时,通过过程最优化方法,保证了产品的质量。首先,采用基于ReaxFF力场的MD模拟的方法,研究了在不同温度和载氧体质量下CCLG过程所产生的合成气的纯度。结果表明,最佳的反应温度为850℃,最佳的C/O质量比为1:1.5。为了与模拟结果相互印证,采用与模拟相同的反应温度和载氧体质量设计了一系列的以氧化铜为载氧体的CCLG实验,之后将MD模拟的结果与实验数据进行对照,并从分子层面分析了反应的特点。同时,经过对比,发现MD模拟和实验的结果中合成气含量随温度和C/O比的变化的趋势十分吻合,也证明了MD模拟在化学链气化领域的发展潜力。之后,对CCLG过程进行了稳态模拟,并针对CCLG过程产生的高质量合成气,从当前国家的国情出发,从对外依存度、国内产能等多个方面考虑,最终选择甲基丙烯酸甲酯（Methyl Methacrylate,MMA）和乙二醇（ethylene glycol,EG）作为下游产品,从清洁生产的角度进行了产品设计。对设计的工艺分别进行稳态模拟,以验证工艺的可行性。结果表明,CCLG-MMA工艺中,直接排放的CO2的量为0.0001 kg-CO2/kg-MMA;CCLG-EG工艺中,直接排放的CO2的量为0.0003kg-CO2/kg-EG。因此,CCLG-MMA工艺和CCLG-EG工艺都具有低CO2排放、原子利用率高等优点。并且,针对最后的生产过程制定了一套控制方案,用动态模拟的方法加入扰动,验证了控制方案的稳定性,实现了装置的安全平稳运行。最后通过灵敏度分析对CCLG-MMA和CCLG-EG工艺进行了操作条件的优化,通过夹点分析和换热网络优化技术将过程的热公用工程能耗降低了38.5%,冷公用工程能耗降低了37.2%,总费用节省了35.2%。