焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化裝置中在線分析系統(tǒng)的應(yīng)用

劉偉

（華陸工程科技有限責(zé)任公司，西安710065）

1 引言

焦?fàn)t氣是煉焦的主要副產(chǎn)物之一，其主要組分有H2、CH4、CO、CO2、O2等。焦?fàn)t氣只有一部分返回?zé)捊範(fàn)t燃燒或者供給居民作為燃料氣，大部分直接送至火炬燃燒后排放到大氣，浪費資源的同時也加劇了環(huán)境污染[1]。近年來，我國已成為世界上最大的焦炭生產(chǎn)國之一，副產(chǎn)焦?fàn)t氣量巨大，焦?fàn)t氣的綜合利用成為工業(yè)化利用的研究熱點[2]。利用焦?fàn)t氣制乙二醇是目前焦?fàn)t氣綜合利用中最具增值效果的，其中又以非催化轉(zhuǎn)化工藝路線具有較強的經(jīng)濟效益[3，4]。

采用非催化部分氧化技術(shù)的焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化裝置是焦?fàn)t氣制乙二醇所需合成氣制備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，非催化部分氧化工藝操作溫度、操作壓力均較高，反應(yīng)迅速且復(fù)雜，裝置的操作運行有一定的危險性。對焦?fàn)t氣中氧含量及焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化后H2、CO、CO2、CH4濃度的快速準確測量能夠反映焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化裝置是否安全平穩(wěn)運行。對分析儀表合理選型才能夠保證焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化裝置安全平穩(wěn)運行。目前，對焦?fàn)t氣相關(guān)分析儀的工程應(yīng)用及研究主要集中在煉焦、冶金行業(yè)中[5～7]，焦?fàn)t氣非催化部分氧化等焦?fàn)t氣深度利用轉(zhuǎn)化裝置中分析儀的工程應(yīng)用介紹較少。

本文以某焦?fàn)t氣制乙二醇項目的焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化裝置為背景，結(jié)合非催化部分氧化工藝特點、在線分析理論及實際工程應(yīng)用闡述了焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化裝置在線分析系統(tǒng)的選型設(shè)置、應(yīng)用等，對今后同類裝置在線分析系統(tǒng)選型設(shè)置提供一定參考。

2 在線分析系統(tǒng)在焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化裝置中的應(yīng)用

某焦?fàn)t氣制乙二醇項目為煉焦廠配套項目，采用非催化部分氧化工藝轉(zhuǎn)化焦?fàn)t氣制取合成氣、間接法合成乙二醇。間接法合成乙二醇需要CO和H2等原料氣。氣柜儲存的焦?fàn)t氣經(jīng)壓縮、預(yù)熱后與O2按一定比例送至轉(zhuǎn)化爐，經(jīng)反應(yīng)將焦?fàn)t氣中的CH4等轉(zhuǎn)化為合成氣（含CO和H2等），廢熱鍋爐回收反應(yīng)熱后再經(jīng)水洗塔凈化得到合成氣，最后經(jīng)氣體分離得到滿足乙二醇合成所需的CO和H2。

2.1 激光分析儀的應(yīng)用

焦?fàn)t氣中氧含量超標時會有燃燒甚至爆炸的危險，為保證氣柜及后續(xù)裝置的安全需在氣柜進口、出口設(shè)置用于檢測進出氣柜焦?fàn)t氣氧含量的分析儀。

激光分析儀具有原位測量、不需取樣及樣品預(yù)處理；測量不受過程氣體中粉塵影響等優(yōu)勢。氧氣的近紅外波長為0.76μm，激光分析儀對氧氣的測量下限為1.0×10-4mg/L。因此，激光分析儀適用于含有粉塵、微量焦油等的焦?fàn)t氣氧含量測量。為最大限度降低焦?fàn)t氣中粉塵、焦油等雜質(zhì)對分析儀測量的影響，采用工業(yè)純氮（≥99.99%）對分析儀的發(fā)射和接收單元視窗進行吹掃，避免視窗污染影響測量結(jié)果。

采用激光分析儀可以快速準確地對焦?fàn)t氣中氧含量進行檢測，分析儀響應(yīng)速度快，原位測量沒有取樣及樣品排放，降低了分析過程中對環(huán)境的污染。

2.2 熱導(dǎo)分析儀及紅外分析儀的應(yīng)用

轉(zhuǎn)化爐產(chǎn)生的合成氣各主要組分摩爾分數(shù)為28.25（CO）、65.62（H2）、2.38（CO2）、0.21（CH4）。水洗塔出口合成氣的組成能夠反映轉(zhuǎn)化爐內(nèi)反應(yīng)是否正常進行，需設(shè)置合成氣組分分析儀（主要分析CO、H2、CO2、CH4）。

H2熱導(dǎo)率及相對熱導(dǎo)率較合成氣中其他組分相差較大，采用熱導(dǎo)分析儀是測量合成氣中氫氣含量的有效方法。

CO、CO2、CH43種氣體對紅外線的吸收較強，紅外分析儀具有良好的選擇性，尤其適合混合氣體中某一組分的測量，且測量不受其他組分變化的影響。因此，選用紅外分析儀對合成氣中的CO、CO2、CH43種組分濃度進行測量。

經(jīng)水洗塔洗滌后的合成氣會夾帶一部分水分、少量未洗凈的灰塵等雜質(zhì)，水分如果凝成液滴將會在熱導(dǎo)池內(nèi)蒸發(fā)吸收熱量，極大地影響測量結(jié)果，同時水分蒸發(fā)也會吸收紅外輻射，因此，水分及雜質(zhì)的存在會大大降低熱導(dǎo)分析儀和紅外分析儀的測量精度，需要采取前處理、預(yù)處理等措施去除樣品中水分及灰塵等雜質(zhì)。

熱導(dǎo)分析儀和紅外分析儀均不能采用原位式安裝，需要前處理及預(yù)處理裝置等將樣品氣除水、除塵、減溫減壓后再送至分析儀。合成氣樣品在前處理箱內(nèi)完成過濾除塵、減壓后由一體化電伴熱管纜輸送至預(yù)處理箱經(jīng)冷凝除水后分別送至相應(yīng)分析儀進行組分分析。本項目合成氣操作溫度為37℃、操作壓力為3.6MPa（G），操作溫度不高，對樣品氣需進行除水、除塵和減壓。采用自限溫一體化電伴熱管纜輸送樣品氣，避免樣品氣在輸送過程中結(jié)露，在樣品氣送至預(yù)處理箱后經(jīng)過渦旋制冷器除去水分，減少水分對分析儀測量結(jié)果的影響。設(shè)置快速回路以加快自取樣點至分析儀的樣品氣輸送，縮短取樣管路的滯后時間，保證分析結(jié)果的實時性?？焖倩芈泛桶踩y出口管線匯總后接至火炬管網(wǎng)，將快速回路中的樣品氣送至火炬燃燒，最大限度地降低快速回路排放對環(huán)境的影響。

3 結(jié)語

焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化裝置的運行平穩(wěn)與否直接影響乙二醇裝置的原料穩(wěn)定，焦?fàn)t氣中氧含量關(guān)系到裝置的運行安全，采用在線分析系統(tǒng)對相關(guān)組分進行在線監(jiān)測能夠為焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化裝置安全平穩(wěn)運行提供有力保障，同時有利于其他相關(guān)裝置的安全運行。在線分析系統(tǒng)是焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化裝置儀表設(shè)計的重點，本文對焦?fàn)t氣制乙二醇項目中焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化裝置采用的在線分析儀及在線分析系統(tǒng)應(yīng)用進行了介紹，為今后同類項目在線分析系統(tǒng)的工程設(shè)計提供了一定參考。