中国化学华陆公司挑战合成气净化复杂工况极限——记科学技术进步奖二等奖合成气大型高效低温脱硫脱碳关键技术开发及工程应用

近日，中国化学华陆工程科技有限责任公司、陕西奥维乾元化工有限公司、陕西精益化工有限公司联合完成的“合成气大型高效低温脱硫脱碳关键技术开发及工程应用”获得了陕西省科技奖科学技术进步奖二等奖。该技术成果从根本上克服了合成气超高硫含量深度脱除和排放尾气硫含量高标准排放同时并存的技术难题，既提高了单套装置的设计产能和规模，又降低了设备投资和能耗，填补了我国低温脱硫脱碳技术在复杂工况或特大型化合成气应用领域的空白。

核心技术打破国外垄断

脱硫脱碳技术是化工行业气体净化关键技术，但这项核心技术此前一直被国外所垄断。同时，我国的脱硫脱碳技术一直存在合成气净化不彻底、溶剂损失严重等问题，且工况适配性较差，单套装置产能低、能耗高，难以适应合成气超高硫含量深度脱除和排放尾气硫含量高标准排放等应用场景。

为解决上述问题， 2011 年，华陆公司组建了由该公司研发中心技术总监邬慧雄领衔的项目团队。项目团队针对合成气低温脱硫脱碳在临氢和强极性环境下的热力学、气液平衡等关键难点进行攻关，形成了在临氢、超临界条件和强极性环境下的多温区非线性多段热力学模型，掌握了合成气在多种复杂工况下的溶解规律并进行准确预测。在对工业运行数据进行分析的基础上，项目团队结合计算机流体力学（ CFD ）与全流程模拟优化和能量集成，构建了一种酸性气体、主要惰性气体和溶剂在临氢、超临界条件和强极性环境下的完整热力学体系，开发了一种大型多适应性的多维空间高效低温脱硫脱碳气体净化系统，掌握了合成气净化装置尾气深度脱除一氧化碳的关键装备技术。

2023 年 4 月，该技术通过了陕西省化工学会组织的科技成果鉴定，整体技术达到国际先进水平。

适应复杂工况量体裁衣

邬慧雄告诉记者，他们通过研究低温脱硫脱碳过程中硫、碳元素的分布和吸收特点，联合陕西奥维乾元化工有限公司和陕西精益化工有限公司，开发了多适应性的多维空间高效低温脱硫脱碳净化系统。该系统包含多种复杂工况和应用场景的硫、碳协同处 理 体 系 ，具 有 原 料 气 多 适 应性。2008 年，该技术在陕西奥维乾元化工有限公司 30 万吨 / 年合成氨联产 20 万吨 / 年甲醇项目实现工程化应用。

随后，华陆公司不断优化设计，为各类复杂工况量身定制特殊的应用场景。随着化工装置设计产能和规模不断扩大，高压吸收塔等大型设备受公路运输尺寸限制。华陆公司项目团队基于高压吸收塔负荷变化的规律，开发了“下塔分流 / 上塔消冗”和“多点采气及配气”的大型多维空间高通量气体净化工艺，降低设备整体投资和能耗，提高单套装置的设计产能和规模。同时，在塔身和塔顶采用多点灵活采气与配气，可同时为下游 2 到 8 种产品灵活提供满足合成要求的原料气。

建滔（河北）化工有限公司新建的 80 万吨 / 年醋酸项目，在国内首次采用以半焦为原料的固定床气化技术。该气化炉反应温度达 1600℃~2000℃ ，但 合 成 气 压力和二氧化碳含量较低，分别仅为 2 兆 帕 和 2% 。针 对 这 种“ 双低”特殊应用场景，华陆公司项目团队开发了两级双液高压吸收 +中压回收 + 三级变压、气提和变温的全新低温溶剂吸收与解吸工艺，解决了低传质推动力对溶剂吸收酸性气的不利影响。目前，该项目正在设备安装施工中，预计今年年底建成投产。

巧妙设计助力节能环保

合成气中二氧化碳、硫化氢等酸性气体的脱除，一般是在低温环境中进行，即低温吸收、高温再生，而且温度越低越节能。“我们通过技术和设备创新设计，开发的合成气高效低温脱硫脱碳技术不但可适应各种合成气来源和复杂工况，而且系统工艺温度可低 至 -85℃ 的 极 限 值 。”邬 慧 雄说。

在“双碳”目标下，行业面临合成气超高硫含量深度脱除和排放尾气硫含量高标准排放同时并存的技术难题，尤其是高硫渣油、石油焦等原料气化产生的合成气硫含量特别高，为常规指标的 5至 10 倍以上，对腐蚀设备和达标排放带来挑战。

对此，华陆公司项目团队在开发合成气高效低温脱硫脱碳技术过程中，开展硫分布规律和吸收、解吸模型研究，采用多级自扰动与温控等方法，巧妙设计脱硫段无硫富溶剂需求量自调节的高、低压双级吸收系统。他们还开发了专有的深度脱除一氧化碳设备，形成了合成气净化装置尾气深度脱除一氧化碳关键装备技术。2022 年，该技术在中国石油广东石化公司 2000 吨 / 年重油加工项目成功应用，为全球首套长周期稳定运行的高硫渣油加工装置，目前实现满负荷稳定运行。该装置有效合成气处理量为每小时 45 万标准立方米，在甲醇消耗不增加的情况下，净化后产品气和尾气中硫化氢含量分别仅为0.1ppm 、 2.0ppm ，优 于 环 保 指 标值和安全职业卫生要求。

近年来，通过技术合作或转让，合成气高效低温脱硫脱碳技术已在国内 15 个大型装置实现工业化应用。这些装置的合成气来源于水煤浆、石油焦、粉煤及半焦为原料的不同气化炉型，下游产品涉及合成氨、尿素等，做到“头尾兼顾”，实现了长周期、满负荷、低能耗、安全环保稳定运行。