项目名称干气制氢中变气脱碳提氢成套技术及产业化

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1、项目名称：项目名称：干气制氢中变气脱碳提氢成套技术及产业化 提名者：提名者：中国石油和化学工业联合会 提名意见：提名意见：加氢是实现油品升级、减少环境污染的重要途径，如何为其提供廉价的氢气具有十分重要的意义。一方面，炼油行业催化干气来源广泛，但乙烯含量和硫含量高易使转化催化剂中毒，不能直接作为制氢原料；另一方面，中变气提氢技术因 PSA 氢气纯度高，在世界范围内炼油加氢装置中得到广泛应用， 但是氢气回收率低是长期困扰炼油行业的共性问题；其三，PSA 尾气压力低，CO2不易回收，大量外排，污染环境。为此，完成单位合作开发了具有五项国家发明专利的干气制氢中变气脱碳提氢成套技术， 形成了具有自主知识

2、产权的成套技术体系。该项目已通过专家鉴定，鉴定意见为“总体技术达到国际先进水平，在氢气回收率方面达到国际领先水平” ， 并获武汉市、 中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖。 该项目在武汉分公司 1#和 2#装置上工业应用，PSA 氢气回收率显著提高，近三年创造经济效益达 1.39 亿元。脱碳-PSA 串联成套技术不仅适合干气制氢得到的中变气，同样适合其它原料制得的中变气， 适用范围广。 中国石化海南炼油化工有限公司因 PSA 能力不足拟采用该技术。该技术集节能和减排于一身，解决了 PSA 氢气回收率低这一长期困扰炼油行业的共性问题，首次开发了催化干气制氢、中变气脱碳-PSA 串联提氢、低含量

3、 CO2中变气提氢技术，并首家实现工业化，为汽、柴油降低硫含量提供了廉价氢气，同时回收了二氧化碳，减少了 CO2排放，具有显著的经济效益和社会效益。经我会组织，由舒兴田、陈丙珍、谭天伟等院士专家组审议，同意推荐该项目申请国家科学技术进步奖二等奖。 项目简介: 项目简介: 1.主要内容 加氢是实现油品升级的重要途径， 如何为其提供廉价的氢气具有十分重要的意义。 本项目首次开发了催化干气制氢、中变气脱碳-变压吸附（简称 PSA）串联提氢、低含量 CO2中变气提氢技术，获五项国家发明专利，形成了具有自主知识产权的成套技术体系。既实现了廉价催化干气制中变气， 又解决了长期困扰炼油行业 PSA 氢气回收

4、率低的共性问题， 同时提高了传统湿法脱碳的解吸压力，降低了 CO2压缩能耗。该技术实现了如下突破： 针对催化干气乙烯含量和硫含量高易使转化催化剂中毒， 不能直接作为制备中变气原料的问题，发明了“以催化干气为原料制取高纯度氢气的方法”一项专利。 针对 PSA 技术氢气回收率低这一长期困扰炼油行业的共性问题， 开展了 PSA 装置处理能力和氢气回收率与中变气杂质含量关系的研究， 并探索了 PSA 吸附剂比例与中变气各种杂质含量的关系，开发了“中变气脱除二氧化碳-PSA 串联”技术，发明了“中变气脱碳-变压吸附联合提取二氧化碳和氢气工艺”和“中变气脱碳-变压吸附联合提取二氧化碳和氢气的新工艺”两项专

5、利。 针对传统的湿法脱碳工艺中解吸压力低的问题，开展了不同温度和压力条件下 CO2在脱碳剂中溶解度和富液解吸的动力学研究，开发了一种在较低温度下吸收 CO2能力强、而在较高温度和压力下有较小溶解度且热解吸活化能低的脱碳剂，解吸压力由传统的 0.03Mpa提高到 0.150.24Mpa。 针对残留极性物质极易吸附所引起的 PSA 吸附剂中毒的问题， 开展了洗涤剂和吸附剂类型、工艺路线和条件优化的研究，发明了“中变气脱碳-洗涤-变压吸附联合提取二氧化碳和氢气工艺”和“中变气脱碳-固定床-变压吸附联合提取二氧化碳和氢气工艺”两项专利，避免了 PSA 吸附剂中毒，确保了氢气回收率。 2.技术指标 实现

6、催化干气制中变气，制氢能力由 6800 标方/小时提高到 12000 标方/小时，PSA氢气回收率由 84.8%提高到 93.6%。 解吸压力由传统湿法脱碳的 0.03MPa 左右提高到 0.15MPa 以上，降低 CO2压缩能耗。 3.技术水平 该项目中试成果 2005 年通过中石化组织的鉴定，鉴定意见为“国内外首创” ，工业化成果 2010 年通过武汉市科技局组织的鉴定，鉴定意见为“总体技术达到国际先进水平，在氢气回收率方面达到国际领先水平” ， 2011 年获武汉市科技进步一等奖， 2015 年获中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖。 4.推广应用情况 该技术 2009 年首次在中国石

7、化武汉分公司 1#制氢装置上工业应用， 运行情况良好。 2017年，又在 2#制氢装置上工业应用，该项目近三年创造经济效益 13991.77 万元。中国石化海南炼油化工有限公司因 PSA 能力不足拟采用该技术。 客观评价： 客观评价： “干气制氢中变气联合提取 CO2和 H2工艺研究” 2005 年通过中国石油化工股份有限公司科技开发部组织的中试鉴定，专家认为该技术能显著降低中变气中 CO2含量，提高 H2回收率。中型试验结果表明，采用适宜的工艺条件，适当提高解吸气压力，中变气中 CO2含量由15%18%（V）降至 2%（V）以下，H2回收率可从不到 80%（V）提高到 90%（V）以上。该技

8、术属国内外首创。 “干气制氢中变气脱碳提氢技术及产业化” 已通过中国专利信息中心检索处查新检索，并通过武汉市科技局组织的鉴定，鉴定结果为：项目有显著的经济效益和环保效益，技术具有自主知识产权，总体技术达到国际先进水平，在氢气回收率方面达到国际领先水平。该项目 2011 年获武汉市科技进步一等奖，2015 年获得中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖。 “以催化干气为原料制取高纯度氢气的方法” 已获国家发明专利， 专利号： ZL01134423.7。 “中变气脱碳-变压吸附联合提取二氧化碳和氢气工艺”已获国家发明专利，专利号：ZL200410056808.8。 “中变气脱碳-洗涤-变压吸附联合提

9、取二氧化碳和氢气工艺”已获国家发明专利，专利号：ZL201210140448.4。 “中变气脱碳-固定床-变压吸附联合提取二氧化碳和氢气工艺” 已获国家发明专利，专利号：ZL201210140327.X。 “中变气脱碳-变压吸附联合提取二氧化碳和氢气的新工艺” 已获国家发明专利，专利号：ZL201210140326.5。 “干气制氢中变气脱碳提氢技术产业化及其相关基础研究”已在中国工程院化工、冶金与材料工程学部第八届学术会议上宣读。 相关基础研究培养徐霖、杨文则两名研究生，硕士论文分别为“CO2在胺溶液中气液平衡的研究”和“有机胺富液热蒸发动力学的研究” 。 相关基础研究论文 “中变气脱碳-变

10、压吸附联合提取H2和CO2工艺中CO2溶解度的测定”石油化工 2010 年第 39 卷第 3 期上发表。 推广应用情况：推广应用情况： （1） 该技术自 2009 年 10 月在中国石化武汉分公司首次进行工业化应用， 运行情况良好。具体情况如下： 实现了廉价催化干气制中变气，氢气产能由 6800 标方/小时提高到 12000 标方/小时，满足了 80 万吨/年乙烯工程配套的油品质量升级炼油改造项目的需要。 在不增加原料消耗的条件下，PSA 氢气的纯度达到 99.8%（V%）以上，回收率由 84.8%提高到 93.6%；中变气 CO2体积百分比由 14.44%下降到 0.64%；减少了 CO2在

11、转化炉中的吸热，使转化炉中瓦斯消耗降低了一半，减少了烟气量，节能降耗效果显著。 CO2回收率大于 90%，年均回收 CO24 万吨，减少了 CO2排放。 （2）由于该成套技术在 12000 标方/小时的装置上运行情况良好，2017 年该技术又在 2#制氢（80000 标方/小时）装置上进行工业应用，因脱碳能力不足少部分中变气未进脱碳装置，脱碳和未脱碳的混合气进入 PSA，氢气回收率由 88.71%增加到 93.45%，燃料气单耗从1.07 下降到 1.05。由于 2#制氢装置有天然气，由此可以看出脱碳-PSA 串联成套技术不仅适合干气制氢得到的中变气同样适合其它原料制得的中变气，适用范围广。

12、（3）中国石化海南炼油化工有限公司因 PSA 能力不足拟采用该技术。 主要知识产权证明目录：主要知识产权证明目录： 1.沈喜洲，周炎清，瞿东蕙，张敬武，刘家海，严一民，余锋，夏青，李炎生，夏明桂.中变气脱碳-变压吸附联合提取二氧化碳和氢气工艺， 中国石油化工股份有限公司;武汉工程大学，国家发明专利 200410056808.8； 2.沈喜洲，刘家海，刘百强，后磊，谢承志，瞿东蕙，袁军，刘治田.中变气脱碳-洗涤-变压吸附联合提取二氧化碳和氢气工艺，中国石油化工股份有限公司;武汉工程大学，国家发明专利 ZL201210140448.4； 3.刘家海，沈喜洲，刘百强，后磊，谢承志，瞿东蕙，袁军，刘治

13、田.中变气脱碳-变压吸附联合提取二氧化碳和氢气的新工艺，中国石油化工股份有限公司;武汉工程大学，国家发明专利 ZL201210140326.5； 4.刘家海，沈喜洲，刘百强，后磊，谢承志，瞿东蕙，袁军，刘治田.中变气脱碳-固定床-变压吸附联合提取二氧化碳和氢气工艺，中国石油化工股份有限公司;武汉工程大学，国家发明专利 ZL201210140327.X； 5.方怡中;王青川;史继义;张春生.以催化干气为原料制取高纯度氢气的方法， 中国石化工程建设公司;中国石油化工股份有限公司武汉分公司，国家发明专利 ZL01134423.7。 主要完成人及及创新推广贡献（主要完成人及及创新推广贡献（姓名、排名、

14、行政职务、技术职称、工作单位、完成单位、对本项目贡献） ： ： 姓名 排名 行政 职务 技术 职称 工作 单位 完成 单位 对本项目贡献 沈喜 洲 1 二级 教授 武汉 工程 大学 武汉 工程 大学 1.两项发明专利：“中变气脱碳-变压吸附联合 提 取 二 氧 化 碳 和 氢 气 工 艺 ” （ZL200410056808.8）和“ 中变气脱碳-洗涤 -变压吸附联合提取二氧化碳和氢气工艺” (ZL201210140448.4)第一发明人， “中变气脱 碳-固定床-变压吸附联合提取二氧化碳和氢 气工艺” （ZL201210140327.X）和 “中变气脱 碳-变压吸附联合提取二氧化碳和氢气的工

15、艺” （专利号：ZL201210140326.5）第二发明 人，思路提出者。 2.中试技术开发项目主持 人。 3.主持相关基础研究工作，并进行了活 化 MDEA 脱碳剂开发，为本项目的产业化提供 基础设计数据和合适的脱碳剂。 4.干气制氢 中变气脱碳提氢技术及产业化项目负责人之 一。 刘家 海 2 总经 理 教授 级高 工 中国 石化 武汉 分公 司 中国 石化 武汉 分公 司 1. “中变气脱碳-固定床-变压吸附联合提取二 氧化碳和氢气工艺” （ZL201210140327.X）和 “中变气脱碳-变压吸附联合提取二氧化碳和 氢气的工艺” （专利号：ZL201210140326.5） 第一发明

16、人。 2.脱碳剂开发思路提出者和主 要完成人之一。 3.干气制氢中变气脱碳提氢 技术及产业化项目制定方案的主要完成人之 一。 4.审查可行性研究报告和制定工业化方 案。 刘百 强 3 副总 经理 教授 级高中国 石化中国 石化1.三项发明专利主要发明人之一。 2.参与武 汉分公司 1.2 万吨/年制氢装置扩能改造及中工 武汉 分公 司 武汉 分公 司 变气脱氮工艺的前期方案讨论和可行性分析。 3.在该装置改造完成后参与检查验收， 审核装 置试运方案和操作要点， 解决使用过程中技术 难点问题， 从而保证了该中变气脱氮装置的安 全长周期运行。 谢承 志 4 车间 主任 高级 工程 师 中国 石化 武汉 分公 司 中国 石化 武汉 分公 司 1.负责 1.2 万吨/年制氢扩能项目及中变气脱 碳的施工管理。 2.编制开工方案，并负责装 置试运行及验收标定。 后磊 5 主任 师 高级 工程 师 中国 石化 武汉 分公 司 中国 石化 武汉 分公 司 1.负责1.2万吨/年制氢扩能项目及中变气脱碳 的施工管理。 2.编制开