近日，華陸工程科技有限責任公司、陜西奧維乾元化工有限公司、陜西精益化工有限公司聯合完成的“合成氣大型高效低溫脫硫脫碳關鍵技術開發及工程應用”獲得了陜西省科技獎科學技術進步獎二等獎。該技術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準排放同時并存的技術難題，既提高了單套裝置的設計產能和規模，又降低了設備投資和能耗，填補了我國低溫脫硫脫碳技術在復雜工況或特大型化合成氣應用領域的空白。
核心技術打破國外壟斷
脫硫脫碳技術是化工行業氣體凈化關鍵技術，但這項核心技術此前一直被國外所壟斷。同時，我國的脫硫脫碳技術一直存在合成氣凈化不徹底、溶劑損失嚴重等問題，且工況適配性較差，單套裝置產能低、能耗高，難以適應合成氣超高硫含量深度脫除和排放尾氣硫含量高標準排放等應用場景。
為解決上述問題，2011年，華陸公司組建了由該公司研發中心技術總監鄔慧雄領銜的項目團隊。項目團隊針對合成氣低溫脫硫脫碳在臨氫和強極性環境下的熱力學、氣液平衡等關鍵難點進行攻關，形成了在臨氫、超臨界條件和強極性環境下的多溫區非線性多段熱力學模型，掌握了合成氣在多種復雜工況下的溶解規律并進行準確預測。
在對工業運行數據進行分析的基礎上，項目團隊結合計算機流體力學(CFD)與全流程模擬優化和能量集成，構建了一種酸性氣體、主要惰性氣體和溶劑在臨氫、超臨界條件和強極性環境下的完整熱力學體系，開發了一種大型多適應性的多維空間高效低溫脫硫脫碳氣體凈化系統，掌握了合成氣凈化裝置尾氣深度脫除一氧化碳的關鍵裝備技術。
2023年4月，該技術通過了陜西省化工學會組織的科技成果鑒定，整體技術達到國際先進水平。
適應復雜工況量體裁衣
鄔慧雄告訴記者，他們通過研究低溫脫硫脫碳過程中硫、碳元素的分布和吸收特點，聯合陜西奧維乾元化工有限公司和陜西精益化工有限公司，開發了多適應性的多維空間高效低溫脫硫脫碳凈化系統。該系統包含多種復雜工況和應用場景的硫、碳協同處理體系，具有原料氣多適應性。2008年，該技術在陜西奧維乾元化工有限公司30萬噸/年合成氨聯產20萬噸/年甲醇項目實現工程化應用。
隨后，華陸公司不斷優化設計，為各類復雜工況量身定制特殊的應用場景。
隨著化工裝置設計產能和規模不斷擴大，高壓吸收塔等大型設備受公路運輸尺寸限制。華陸公司項目團隊基于高壓吸收塔負荷變化的規律，開發了“下塔分流/上塔消冗”和“多點采氣及配氣”的大型多維空間高通量氣體凈化工藝，降低設備整體投資和能耗，提高單套裝置的設計產能和規模。同時，在塔身和塔頂采用多點靈活采氣與配氣，可同時為下游2到8種產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80萬噸/年醋酸項目，在國內首次采用以半焦為原料的固定床氣化技術。該氣化爐反應溫度達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%。針對這種“雙低”特殊應用場景，華陸公司項目團隊開發了兩級雙液高壓吸收+中壓回收+三級變壓、氣提和變溫的全新低溫溶劑吸收與解吸工藝，解決了低傳質推動力對溶劑吸收酸性氣的不利影響。目前，該項目正在設備安裝施工中，預計今年年底建成投產。
巧妙設計助力節能環保
合成氣中二氧化碳、硫化氫等酸性氣體的脫除，一般是在低溫環境中進行，即低溫吸收、高溫再生，而且溫度越低越節能。“我們通過技術和設備創新設計，開發的合成氣高效低溫脫硫脫碳技術不但可適應各種合成氣來源和復雜工況，而且系統工藝溫度可低至-85℃的極限值。”鄔慧雄說。
在“雙碳”目標下，行業面臨合成氣超高硫含量深度脫除和排放尾氣硫含量高標準排放同時并存的技術難題，尤其是高硫渣油、石油焦等原料氣化產生的合成氣硫含量特別高，為常規指標的5至10倍以上，對腐蝕設備和達標排放帶來挑戰。
對此，華陸公司項目團隊在開發合成氣高效低溫脫硫脫碳技術過程中，開展硫分布規律和吸收、解吸模型研究，采用多級自擾動與溫控等方法，巧妙設計脫硫段無硫富溶劑需求量自調節的高、低壓雙級吸收系統。他們還開發了專有的深度脫除一氧化碳設備，形成了合成氣凈化裝置尾氣深度脫除一氧化碳關鍵裝備技術。2022年，該技術在中國石油廣東石化公司2000噸/年重油加工項目成功應用，為全球首套長周期穩定運行的高硫渣油加工裝置，目前實現滿負荷穩定運行。該裝置有效合成氣處理量為每小時45萬標準立方米，在甲醇消耗不增加的情況下，凈化后產品氣和尾氣中硫化氫含量分別僅為0.1ppm、2.0ppm，優于環保指標值和安全職業衛生要求。
近年來，通過技術合作或轉讓，合成氣高效低溫脫硫脫碳技術已在國內15個大型裝置實現工業化應用。這些裝置的合成氣來源于水煤漿、石油焦、粉煤及半焦為原料的不同氣化爐型，下游產品涉及合成氨、尿素等，做到“頭尾兼顧”，實現了長周期、滿負荷、低能耗、安全環保穩定運行。
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