近日，華陸工程科技有限責(zé)任公司、陜西奧維乾元化工有限公司、陜西精益化工有限公司聯(lián)合完成的“合成氣大型高效低溫脫硫脫碳關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)及工程應(yīng)用”獲得了陜西省科技獎(jiǎng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。該技術(shù)成果從根本上克服了合成氣超高硫含量深度脫除和排放尾氣硫含量高標(biāo)準(zhǔn)排放同時(shí)并存的技術(shù)難題，既提高了單套裝置的設(shè)計(jì)產(chǎn)能和規(guī)模，又降低了設(shè)備投資和能耗，填補(bǔ)了我國(guó)低溫脫硫脫碳技術(shù)在復(fù)雜工況或特大型化合成氣應(yīng)用領(lǐng)域的空白。

　　核心技術(shù)打破國(guó)外壟斷

　　脫硫脫碳技術(shù)是化工行業(yè)氣體凈化關(guān)鍵技術(shù)，但這項(xiàng)核心技術(shù)此前一直被國(guó)外所壟斷。同時(shí)，我國(guó)的脫硫脫碳技術(shù)一直存在合成氣凈化不徹底、溶劑損失嚴(yán)重等問(wèn)題，且工況適配性較差，單套裝置產(chǎn)能低、能耗高，難以適應(yīng)合成氣超高硫含量深度脫除和排放尾氣硫含量高標(biāo)準(zhǔn)排放等應(yīng)用場(chǎng)景。

　　為解決上述問(wèn)題，2011年，華陸公司組建了由該公司研發(fā)中心技術(shù)總監(jiān)鄔慧雄領(lǐng)銜的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)針對(duì)合成氣低溫脫硫脫碳在臨氫和強(qiáng)極性環(huán)境下的熱力學(xué)、氣液平衡等關(guān)鍵難點(diǎn)進(jìn)行攻關(guān)，形成了在臨氫、超臨界條件和強(qiáng)極性環(huán)境下的多溫區(qū)非線性多段熱力學(xué)模型，掌握了合成氣在多種復(fù)雜工況下的溶解規(guī)律并進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

　　在對(duì)工業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)結(jié)合計(jì)算機(jī)流體力學(xué)(CFD)與全流程模擬優(yōu)化和能量集成，構(gòu)建了一種酸性氣體、主要惰性氣體和溶劑在臨氫、超臨界條件和強(qiáng)極性環(huán)境下的完整熱力學(xué)體系，開(kāi)發(fā)了一種大型多適應(yīng)性的多維空間高效低溫脫硫脫碳?xì)怏w凈化系統(tǒng)，掌握了合成氣凈化裝置尾氣深度脫除一氧化碳的關(guān)鍵裝備技術(shù)。

　　2023年4月，該技術(shù)通過(guò)了陜西省化工學(xué)會(huì)組織的科技成果鑒定，整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

　　適應(yīng)復(fù)雜工況量體裁衣

　　鄔慧雄告訴記者，他們通過(guò)研究低溫脫硫脫碳過(guò)程中硫、碳元素的分布和吸收特點(diǎn)，聯(lián)合陜西奧維乾元化工有限公司和陜西精益化工有限公司，開(kāi)發(fā)了多適應(yīng)性的多維空間高效低溫脫硫脫碳凈化系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含多種復(fù)雜工況和應(yīng)用場(chǎng)景的硫、碳協(xié)同處理體系，具有原料氣多適應(yīng)性。2008年，該技術(shù)在陜西奧維乾元化工有限公司30萬(wàn)噸/年合成氨聯(lián)產(chǎn)20萬(wàn)噸/年甲醇項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用。

　　隨后，華陸公司不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，為各類復(fù)雜工況量身定制特殊的應(yīng)用場(chǎng)景。

　　隨著化工裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)能和規(guī)模不斷擴(kuò)大，高壓吸收塔等大型設(shè)備受公路運(yùn)輸尺寸限制。華陸公司項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)基于高壓吸收塔負(fù)荷變化的規(guī)律，開(kāi)發(fā)了“下塔分流/上塔消冗”和“多點(diǎn)采氣及配氣”的大型多維空間高通量氣體凈化工藝，降低設(shè)備整體投資和能耗，提高單套裝置的設(shè)計(jì)產(chǎn)能和規(guī)模。同時(shí)，在塔身和塔頂采用多點(diǎn)靈活采氣與配氣，可同時(shí)為下游2到8種產(chǎn)品靈活提供滿足合成要求的原料氣。

　　建滔(河北)化工有限公司新建的80萬(wàn)噸/年醋酸項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)首次采用以半焦為原料的固定床氣化技術(shù)。該氣化爐反應(yīng)溫度達(dá)1600℃~2000℃，但合成氣壓力和二氧化碳含量較低，分別僅為2兆帕和2%。針對(duì)這種“雙低”特殊應(yīng)用場(chǎng)景，華陸公司項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了兩級(jí)雙液高壓吸收+中壓回收+三級(jí)變壓、氣提和變溫的全新低溫溶劑吸收與解吸工藝，解決了低傳質(zhì)推動(dòng)力對(duì)溶劑吸收酸性氣的不利影響。目前，該項(xiàng)目正在設(shè)備安裝施工中，預(yù)計(jì)今年年底建成投產(chǎn)。

　　巧妙設(shè)計(jì)助力節(jié)能環(huán)保

　　合成氣中二氧化碳、硫化氫等酸性氣體的脫除，一般是在低溫環(huán)境中進(jìn)行，即低溫吸收、高溫再生，而且溫度越低越節(jié)能。“我們通過(guò)技術(shù)和設(shè)備創(chuàng)新設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)的合成氣高效低溫脫硫脫碳技術(shù)不但可適應(yīng)各種合成氣來(lái)源和復(fù)雜工況，而且系統(tǒng)工藝溫度可低至-85℃的極限值。”鄔慧雄說(shuō)。

　　在“雙碳”目標(biāo)下，行業(yè)面臨合成氣超高硫含量深度脫除和排放尾氣硫含量高標(biāo)準(zhǔn)排放同時(shí)并存的技術(shù)難題，尤其是高硫渣油、石油焦等原料氣化產(chǎn)生的合成氣硫含量特別高，為常規(guī)指標(biāo)的5至10倍以上，對(duì)腐蝕設(shè)備和達(dá)標(biāo)排放帶來(lái)挑戰(zhàn)。

　　對(duì)此，華陸公司項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在開(kāi)發(fā)合成氣高效低溫脫硫脫碳技術(shù)過(guò)程中，開(kāi)展硫分布規(guī)律和吸收、解吸模型研究，采用多級(jí)自擾動(dòng)與溫控等方法，巧妙設(shè)計(jì)脫硫段無(wú)硫富溶劑需求量自調(diào)節(jié)的高、低壓雙級(jí)吸收系統(tǒng)。他們還開(kāi)發(fā)了專有的深度脫除一氧化碳設(shè)備，形成了合成氣凈化裝置尾氣深度脫除一氧化碳關(guān)鍵裝備技術(shù)。2022年，該技術(shù)在中國(guó)石油廣東石化公司2000噸/年重油加工項(xiàng)目成功應(yīng)用，為全球首套長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的高硫渣油加工裝置，目前實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。該裝置有效合成氣處理量為每小時(shí)45萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方米，在甲醇消耗不增加的情況下，凈化后產(chǎn)品氣和尾氣中硫化氫含量分別僅為0.1ppm、2.0ppm，優(yōu)于環(huán)保指標(biāo)值和安全職業(yè)衛(wèi)生要求。

　　近年來(lái)，通過(guò)技術(shù)合作或轉(zhuǎn)讓，合成氣高效低溫脫硫脫碳技術(shù)已在國(guó)內(nèi)15個(gè)大型裝置實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。這些裝置的合成氣來(lái)源于水煤漿、石油焦、粉煤及半焦為原料的不同氣化爐型，下游產(chǎn)品涉及合成氨、尿素等，做到“頭尾兼顧”，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷、低能耗、安全環(huán)保穩(wěn)定運(yùn)行。