煤制氢工艺简介及过程模拟系列（一）
工业选煤
氢气作为化工行业必需品之一，其需求量随着石油化工工业的迅猛发展不断攀升，世界范围内氢气年消耗量超5000万吨，其中，国内氢气年消耗量以超1000万吨的程度居世界首位。近年来，开采原油的重质化与劣质化现象日趋严重，而油品脱硫、脱氮等清洁性要求则逐步加强，油品氢处理过程使得氢气需求量进一步增加。以传统炼油厂为例，其氢气需求年增长率已达5%~7%。
我国作为一个“富煤贫油少气”的国家，决定了我国在较长一段时间内以煤作为能源结构中一大主体的局面难以发生变化。作为最常见的一次能源，约80%的煤炭资源在我国直接用于燃烧利用，导致了粉尘污染、硫氮化合物排放、废渣废水排放等一系列环境问题。煤炭资源的合理清洁化利用已成为当下能源利用的热点议题之一，其中，煤气化制氢工艺是符合清洁化煤炭利用目标的一个重要选择。
目前，世界范围内主流制氢方式主要是利用石油、天然气和煤等原料，辅助水蒸气在高温下进行转化反应得到粗氢气，后续进行分离提纯等相关操作得到目标氢气产品，也可利用部分氧化法得到氢气产品。
我国现有制氢工艺主要分为两大类别：一类是利用蒸汽转化制取氢气，原料来源为石油、天然气和煤等燃料能源，或者利用水电解等裂解工艺得到氢气产品。另一类是从已有含氢气源中进行分离提纯操作进而得到氢气产品，含氢气源主要包括焦炉气、催化裂化干气、精炼气等。
天然气转化制氢
利用天然气转化制氢的工业技术现主要由蒸汽转化法（SMR），部分氧化法（POM）与自热重整法（ATR）等构成。其中应用最为广泛的为烃类水蒸汽转化制氢法，由巴登苯胺公司首创，并由英国ICI公司首先实现此工艺大规模工业化。
天然气转化制氢流程
蒸汽转化法制氢工艺路线为：原料天然气进行压缩升压，之后为防止催化剂中毒现象的发生，需进行脱硫预处理至硫的质量分数小于1×10^-7，在800℃及特定催化剂存在条件下与蒸汽混合进行转化反应，利用天然气中烃类与水蒸气制取粗合成气，合成气经变换反应制取目标氢气产品，经酸性气脱除装置去除硫化氢与二氧化碳等酸性气，再经由甲烷化处理掉微量的碳氧化合物，得到的氢气纯度超过96%，最后依据产品需求判断是否进行变压吸附提纯（PSA），以得到纯度大于99.9%的高纯氢气。
甲醇蒸汽转化制氢
甲醇蒸汽转化制氢法是利用甲醇催化裂解与一氧化碳的变换等反应制取氢气的工艺，其主要流程路线为：预处理阶段，将甲醇与除盐水混合后升温至270℃左右汽化过热，于反应器内在催化剂（Cu-Zn-Al）或（Cu-Zn-Cr）的作用下, 使得甲醇催化裂解，同时进行CO变换反应，得到纯度约为75%的氢气，25%的二氧化碳及其少量杂质，反应气经过PSA提纯后可以得到纯度大于99%的氢气产品，同时解析气提浓后可得到高纯二氧化碳。上世纪90年代，甲醇蒸汽转化制氢工艺在我国开始工业化进程，目前全国投产装置约有30套。
甲醇蒸汽转化制氢工艺流程
水电解制氢
电解水制氢工艺产出的氢气目前占世界氢气总产量的5%，其技术成熟度较高，发展历程较长。来自加拿大的Stuart公司是世界范围内电解水制氢工艺与氢能汽车开发最富盛名的企业之一。
水电解制氢工艺主要是利用电解反应原理生产小规模高精氢气产品，其主要工艺操作为：在碱液中（电解液一般为20%~30%浓度的KOH水溶液）浸没两个近距离电极，通入适当电压的直流电进行水电解反应。电解产出的氢气从阴极逸出，氧气从阳极逸出，氢气纯度约为99.9%，氧气纯度约为99.5%。工艺流程主要设备中包含电解槽、分离器、碱水系统与电力系统等。
水电解制氢工艺流程
煤气化制氢
煤气化制氢技术是近年发展迅速的主流制氢方式之一，其工艺路线相对较为复杂。原料煤在备煤单元进行粉碎筛分，与空分单元来的氧气和原料水混合后进入气化炉，在高温高压下进行气化反应产出以一氧化碳与氢气为主的粗合成气，气体与蒸汽混合后在变换反应器中进行变换反应生成氢气与二氧化碳，粗产品气体于酸性气脱除装置中进行硫化氢等酸性气体的脱除，再由甲烷化单元去除少量碳氧化合物，最后可选择性经由PSA变压吸附得到产品氢气。
煤气化制氢工艺流程
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