深部煤炭地下气化制氢先进能效分析

深部煤炭地下气化制氢不仅可以利用我国丰富的深部煤炭资源,将传统采煤方法难以开采或开采不经济的深部煤层转化为氢气,而且有望成为一种理想的煤基低成本制氢路线.基于位于加拿大天鹅山的世界上唯一千米级深部煤炭地下气化试验数据,结合Aspen Plus过程模拟,以先进㶲为先进能效指标,对深部煤炭地下气化制氢能量利用情况进行分析.与商业化的Lurgi地面煤气化制氢路线作对比,以产出单位质量氢气的积累㶲消耗为指标,比较了 2种制氢路线的能量消耗水平.结果表明,在氢气生产能力为 12亿Nm3/a情形下,深部煤炭地下气化制氢从原料到产品的总㶲损失为 451.79 MW.先进㶲分析可以有效量化气化过程可以避免的㶲损失,其中 39.9%为不可避免㶲损失.甲烷重整单元的内部可避免㶲损EAV,ENdest,k和外部可避免㶲损EAV,EXdest,k分别为 96.63和81.58 MW,具有最大能效提升空间,如能利用转化气、烟道气的热量副产蒸汽,可将其内部可避免㶲损失减少 38.5%.地下气化单元的EAV,ENdest,k和EAV,EXdest,k分别为 4.38和 62.73 MW,表明降低其㶲损失的重点应放在提高其他单元的能量效率,从而降低外部可避免㶲损.其余单元改进空间均比较小可不予考虑.以积累㶲消耗量为标准衡量能量消耗水平时,产出 1kg氢气,深部煤炭地下气化制氢的积累㶲消耗为 376.1 MJ,仅为Lurgi地面煤气化制氢的 83.6%,表明深部煤炭地下气化制氢能够显著降低能量消耗水平.敏感性分析显示,2者积累㶲消耗的差距随着生产规模的扩大而增加.研究结果可为深部煤炭地下气化制氢的过程优化及技术可行性定量化提供科学依据.