氢气即可作为化工原料，也可作为燃料电池、固定和分散电站的燃料；净化煤气经组分调整，通过各种反应可合成甲醇、二甲醚、醋酸等燃料及化工品；系统内部的反应／分离过程放热、未反应物流、各种尾气等多种品位的能量可得到充分利用，以电、热、冷的形式加以回收；通过动力、氢气、甲醇等化工品联产和系统集成，达到降低生产成本的目的；此外，得到的产品甲醇，即是重要的基础化工原料，也是载能体，可制取氢，且由于常温常压下甲醇为液体，便于储存和携带，可作为车用燃料电池燃料。这样可按能源利用效率、产品价值、市场需求等各方面，使煤的化学能利用得到最佳的综合效益，实现煤气化、氢能、发电、一碳化工、精细化工为一体的新世纪能源综合利用系统。

　　考虑氢的制备和利用，本文设计了一种甲醇、动力、氢联产流程，如图1所示。该系统中，煤首先气化，得到的粗煤气经除尘后，首先进人高温变换环节，部分CO被转化为CO2，同时调节H2/CO，达到2:l，满足甲醇合成新鲜气氢碳比的要求；变化后气体部分进人甲醇合成单元，其余部分进入低变换环节，剩余的CO全部变换为CO2；低温变换气脱除CO2后，可得到氢气；甲醇合成过程排出的弛放气，氢体积比占80％（气相甲醇合成），部分可进人低温变换部分，用于生产氧，其余部分进人动力单元；部分产品甲醇也可进人动力单元；动力单元的燃料还包括氢；这里动力单元是各种发电方式的总合，包括PEMFC，SOFC，各种先进燃气轮机联合循环等。这个系统的特点是:CO向CO2的变换环节部分包括在甲醇生产中，降低了制氢的成本；气相甲醇合成过程排出的弛放气，氢体积比占80％，气体温度较低，进行变换生产氢气的难度小，还可增加氢气的产量；脱除的CO2还可作为控制CO2排放系统的循环工质，例如半闭式CO2/O2循环，该循环以H2为燃料，可见实现了煤多联产与半闭式CO2／O2循环的集成。 
二、控制CO2排放

　　造成温室效应的原因一半以上来自世界能源体系，含碳化石燃料提供的能量约占全世界能源的4/5，而且它的用量每年持续增长3％，二氧化碳排放量也以这个速度增长，预计到2020年几乎增加两倍，2025年将达3倍。虽然在温室气体中（CO2、CH4、CFC、N2O等），CO2温室效应最弱，但由于排放量最大，温室效应60％是由CO2引起的。因此全世界要求减排CO2的呼声日渐高涨。近零排放对燃煤发电系统尤为重要，因为煤燃烧产生更多的CO2/kwh；煤是利用最广泛，储量最丰富的化石燃料；火电站的主要燃料是煤，燃煤电站是CO2最大生产者。

　　由于发电系统的燃烧产物流量大，待分离气体中大量的N2使CO2稀释，不利于吸收塔运行，导致大量、甚至无法承受的能耗。而采用燃烧前除去 CO2（fuel decarbonization），例如煤气化制氢，首先将燃料转化为CO2、H2、H2O的合成气，再采用吸收法或膜分离法除去CO2，由于合成气流量大大小于燃烧产物，且没有大量N2掺混（或很少），CO2具有较高浓度，所以便于使用吸收法。可同时实现获取氢和燃烧前除去CO2的目的。

　　图2为一种近年排放整体煤气化发电系统示意图。该系统采用煤气化、水煤气转化和化学吸收法得到H2，采用H2--O2燃烧，以高温蒸汽透平发电。HPC和LPC出口温度分为700℃和1500℃。系统分析得到：采用干粉给料、余热锅炉回收粗煤气显热的气化方式，系统供电效率可达50％，净输出功率377MW，而更简化的系统可采用水煤浆给料、激冷方式，效率为47．5％，净输出功率383MW。

　　美国阿贡国家实验室提出的 IGCC＋CO2回收系统，供电效率较从排烟中分离CO2的系统提高1－2个百分点。但由于增加了燃料重整等环节，总燃料化学能转换效率降低6－7个百分点。另一种系统概念设计是：利用陶瓷质子膜，将净化后的煤气的含碳组分与氢气定向转移，H2与O2（自空分）组成H2－O2联合循环，含碳组分（CO，CO2，CH4）在纯氧中燃烧生成CO2，以其为工质膨胀作功。

　　可见，氢制取为燃烧前除去CO2提供了有效途径。
　　三、煤、天然气燃料联产系统

　　煤和天然气是目前甲醇生产中普遍采用的两种原料。甲醇生产要求新鲜气的H2/CO约为2：1。但煤气化得到的合成气H2/CO＜2，而NG水蒸气重整得到的合成气H2/CO＞2。都需要对合成气成分调比以达到原料气要求。NG重整还可由CO2实现，产物是CO和H2，如果用CO2代替部分H2O进行天然气重整，可使重整气直接调整出要求，省去甲醇生产中现有的调比这一环节，从而简化系统，降低能耗。如果考虑氢制取，正好可利用从变换气中分离出的CO2。实现了产品联产和CO2循环利用。系统如图3所示。

　　四、结论

　　从上面的分析可见，采用氢能制备和利用技术，可改进已有的洁净煤技术，实现流程创新，起到提高转化效率、降低成本、控制CO2排放、减少转化环节的目的。