氢气是炼油厂中进行油品加氢,提高油品质量的重要原料气。煤气化法制氢是目前炼厂中较成熟、较普遍的制氢方法,该工艺制得的转换气中H₂含量约41 mol%,CO₂约30 mol%。传统工艺使用变压吸附（PSA）、深冷分离、膜分离等手段实现氢气提纯,但前两者普遍存在操作复杂、投资及能耗大的问题。并且,研究表明,不同分离技术有各自不同的适宜操作的纯度范围和操作条件,工业上常设计多技术联用工艺来提高流程经济性。因此,针对煤制氢转换气的组成和氢气产品分离要求,提出多级膜分离工艺及膜-PSA联用工艺来实现氢气提纯,并将该氢气提纯流程与蜡油加氢流程进行产氢-用氢耦合,在Unisim Design中对流程进行了模拟和优化。建立了两级氢膜串联流程和两级碳膜-两级氢膜联用流程进行氢气提纯。首先,建立了两级氢膜串联流程,优化了不同压比下膜两侧气体流量、膜面积、尾气中氢气纯度等多个参数,发现此流程在保证氢气纯度的情况下,回收率很低。然后,在此基础上建立了两级碳膜-两级氢膜联用流程,研究了不同压比下膜面积对压缩机功率、产品纯度及回收率等参数的影响,并通过经济评价确定了合适的操作条件。结果表明,该流程能够替代传统PSA提氢流程,技术上可行,但操作费用过高,导致经济性较差。建立了碳膜-PSA联用流程,先利用碳膜和压缩冷凝将CO₂脱除,副产CO₂的同时提高了原料气中氢气的纯度,脱除CO₂后的原料气进入PSA提纯,得到高纯H₂。对膜面积、冷凝压力及温度、膜两侧气体流量及组成、产品纯度及回收率等参数进行优化,确定了最优的操作参数,并将流程投资及能耗与传统VPSA-PSA提氢流程进行了对比。结果表明,碳膜-PSA联用流程能够简化传统操作,且投资及能耗均优于传统流程。蜡油加氢过程中,为了避免反应器中CO、CO₂、甲烷等轻组分的积累,需外排部分循环氢,并采用PSA等分离技术进行提纯。将以上提出的转换气多级膜联用工艺和膜-PSA联用工艺分别与蜡油加氢过程耦合,从而可将外排循环氢引入制氢装置氢气提纯单元,无需再单独设立循环氢提纯装置,简化了流程。对两级碳膜-两级氢膜联用耦合蜡油加氢流程中新氢纯度的优化表明,由于引入循环氢,提高了氢膜的入口原料气浓度,所以两级碳膜-一级氢膜就可以满足生产需要;于是改进了该多级膜流程,但是经济评价结果表明该流程经济性依然较差。而碳膜-PSA联用耦合蜡油加氢流程则具有较好的经济性,相比传统流程,耦合流程总投资降低了19,499万元,年操作费用降低了5,097万元/年,年总费用降低了约14.2%。