基于Aspen Plus的热解煤气制氢工艺模拟及分析

李开坤，王勤辉，张瑞月，朱 瑶，余春江，方梦祥

（浙江大学能源清洁利用国家重点实验室，浙江 杭州 310027）

中国是世界第一能源消费大国。2019年，中国一次能源消费总量占世界的24.3%，其中煤炭占比57.64%[1]。煤炭将在很长一段时间内仍然是中国一次能源的主力军，因此发展清洁高效的煤炭利用技术，对于以煤炭为支柱能源的中国来说是不可回避的重要课题，而煤的分级转化分质利用技术是实现我国煤炭清洁高效利用的重要途径之一。

浙江大学针对含有高富氢挥发分的低阶煤，提出了低阶煤双流化床热解分级转化联产焦油煤气半焦技术。在以煤热解为核心的煤炭分级分质利用系统中，焦油加氢过程需要大量氢气供应，目前通常采用外供氢源的方式进行加氢，主要的制氢手段包括天然气（甲烷）水蒸气重整（steam methane reforming，SMR）、煤气化制氢、水电解制氢、焦炉煤气制氢等，运输和储存成本较为昂贵。热解煤气与焦炉气成分相似，通过适当的转化，可以为多联产系统提供足够氢气，解决焦油加氢单元氢源问题。同时，氢气作为高能量密度的绿色能源，可广泛应用于其他不同场合。氢气热值为142 351 kJ/kg，是汽油的3倍，是除核燃料以外热值最大的燃料。

甲烷重整反应是整个制氢过程的核心步骤。甲烷水蒸气重整工艺是目前较为成熟的甲烷制氢方法，提供了世界工业制氢产量的70%[2]。水蒸气重整反应是强吸热反应，通常需要燃烧部分天然气原料提供热量，燃料成本高[3]。甲烷和水蒸气在750~900 ℃、0.35~4.0 MPa条件下发生重整反应，然后辅之以水煤气变换（water-gas shift，WGS）过程，用以提高产品气中的H2浓度。……