在線分析儀表在煤制甲醇生產中的應用

葛亮 馬靜 尹宗志

【摘要】隨著節能降耗、提高質量、治污減排和安全生產等標準的不斷提高，在線分析儀表在甲醇裝置中的重要性與日俱增。該文簡單介紹了甲醇生產工藝、在線分析儀表在甲醇裝置中的應用及生產中起到的重要作用。

【關鍵詞】甲醇 氣體 在線分析儀

兗州煤業榆林能化有限公司甲醇廠是采用水煤漿加壓氣化工藝進行煤制甲醇的企業，在水煤漿加壓氣化、低溫甲醇洗、甲醇合成、硫磺回收、熱電煙氣監測等工藝流程中使用了不少過程分析儀表，如CO、CO2、SO2、CH4氣體分析儀，質譜儀和色譜儀，H2S分析儀，煙氣監測系統等。下面介紹部分分析儀的應用情況。

1紅外CO分析儀

用于對燒嘴冷卻水盤管是否損壞的監測。水煤漿氣化爐的進料燒嘴在正常運行時，燒嘴冷卻水能為燒嘴提供足夠的冷卻和保護，若燒嘴冷卻水盤管出現泄漏或者損壞，將直接導致氣化裝置停車。燒嘴冷卻水有明顯的損壞時，通過對燒嘴冷卻水系統的分析就可以判斷是否需要緊急停車措施，因為燒嘴冷卻水系統的壓力遠低于氣化爐的操作壓力，若燒嘴冷卻水盤管出現輕微損壞時，僅有少量的合成氣泄漏進燒嘴冷卻水中，燒嘴冷卻水系統不能及時反映出燒嘴盤管是否已經出現損壞。為了能及時監測盤管內的冷卻水是否有泄漏的氣體，縮短泄漏到檢測的時間，采用向燒嘴冷卻回水分離器中通入少量的N2，并采用N2放空的方式，以加快氣體的流速，通過在燒嘴冷卻回水分離器N2放空管線上設置的CO分析儀，可以及時監測燒嘴盤管是否發生泄漏。

2質譜分析儀和紅外CH4分析儀

用于對洗滌塔出口合成氣組分濃度和甲烷濃度進行分析。水煤漿在制漿過程中的控制偏差，或者原料煤中的碳含量的偏差，都會導致水煤漿中的碳含量發生變化，這時按照原先設定的氧碳比來控制進料，會導致實際進料的氧碳比偏高或者偏低。發生偏差時，表現最明顯的就是氣化爐的溫度發生變化，通過氣化爐上熱電偶測得的溫度可以判斷氣化爐運行是否正常。但是氣化爐在正常生產時，熱電偶會遭受高溫融渣的磨損以及合成氣的氫蝕，使得熱電偶測量氣化爐溫度的準確性會大大降低。根據水煤漿氣化爐的實際運行經驗，合成氣中的甲烷含量與氣化爐的溫度有直接聯系。為了更準確判斷氣化爐溫度，設置甲烷分析儀，通過分析合成氣中的甲烷含量進行計算，可以間接得出氣化爐的操作溫度，這樣可以對熱電偶所測的氣化爐溫度進行確定，以便實時掌握氣化爐的運行狀況，保證氣化爐安全、穩定的運行。由于氣化爐出口粗合成氣中固體顆粒較多，經過洗滌塔洗滌后的合成氣已相對干凈，所以，將對合成氣進行在線分析的取樣點設在了洗滌塔出口測管線上。

3CO2和總硫分析儀

低溫甲醇洗主要是依據低溫狀態下的甲醇具有對H2S和CO2等酸性氣體的溶解吸收性大，而對H2和CO溶解性小的這種選擇性，來脫除粗變換氣中的H2S和CO2等酸性氣體，從而達到粗變換氣的目的，并產生富H2S酸性氣體作為克勞斯的原料氣。CO2和總硫分析儀就是用來檢測凈化的合成原料氣是否合格，能否為下一工段甲醇合成供應合成氣。CO2和硫化物對甲醇合成催化劑有很強的毒害，因此，在合成氣進入甲醇合成之前，需將CO2和硫化物脫除干凈，俗稱“脫硫脫碳”工藝。

4色譜分析儀

GC是以惰性氣體作為流動相，利用試樣中各組分在色譜柱中的氣相和固定相間的分配系數不同，當樣氣被載氣帶入色譜柱中運行時，組分就在其中的兩相間進行反復多次的分配（吸附－脫附－放出）由于固定相對各種組分的吸附能力不同（即保存作用不同），因此各組份在色譜柱中的運行速度就不同，經過一定的柱長后，便彼此分離，順序離開色譜柱進入檢測器，產生的離子流信號經放大后，在記錄器上描繪出各組分的色譜峰。

合成甲醇時氫與碳的分子比為2：1，這時可以得到甲醇最大的平衡濃度。而且在其他條件一定的情況下，可使甲醇合成的瞬間速度最大。由于合成器中還有小部分的CO2，CO2和H2合成甲醇的比例是1：3。在甲醇生產中，合理調整甲醇合成混合氣的成分是達到高產、低耗的重要手段和措施。利用色譜儀來測定合成氣中各組分的含量，從而控制合成新鮮氣的氫碳比為2.05－2.15，以此手段達到控制合成氣的目的。

5硫比值分析儀

克勞斯法是當今世界硫磺回收普遍采用的方法，它對于降低SO2等酸性氣體的排放和保護環境發揮著非常重要的作用。在該法中酸性氣（主要成分為H2S）與空氣配比極其重要，其配比直接關系到含硫酸性氣的轉化率、單質硫的回收率和硫化物的排放量，事實上硫比值的控制就是通過控制酸性氣與空氣配比（也稱燃燒氣）來實現的。由工藝原理可知，硫比值控制是硫磺回收中最重要的環節，當H2S、SO2的比值為2時，轉化率最高，脫硫最徹底，整個控制過程就是通過酸性氣和空氣配比的控制盒不斷修正來最終實現硫比值的最佳控制。

來自上游裝置的富H2S酸性氣體濃度變化較大，克勞斯裝置不能調節酸氣的進料量。因此，無法使用固定的配比進行調節，只能根據進料酸性氣的流量和濃度（或化學當量）實時調整其配風量，以實現克勞斯法硫比值最佳配比的控制要求。這就要求我們必須對這一過程予以控制，而解決這一問題的根本途徑和方法在于優化控制方案和應用在線硫比值分析儀。

6CEMS煙氣在線監測系統

CEMS是煙氣在線連續監測系統（ContinuousEmissionMonitoringSystems）的簡稱，是一種大型的在線分析成套系統。該裝置主要用于實時監測固定污染源中的SO2、NO、煙塵的排放濃度、折算排放濃度、排放量及其它有關參數，并能夠將測量數據、測量參數傳送到企業中控室和環保管理部門。分析儀采用非分散紅外技術來測量煙氣中SO2、NO的濃度。基于煙塵粒子的背向散射原理，用于對煙塵濃度進行在線連續測量。煙塵的測量由于傳感器采用插入式安裝，不需對氣樣進行預處理，因此測量實時、準確且維護量小。

目前，在線分析儀表在甲醇生產中只起到了參數監視的作用，極少的分析儀參與系統的控制。隨著在線分析儀表的不斷完善和改進以及應用先進的微機處理技術，將會逐步實現甲醇分析過程自動化和生產過程自動化。

參考文獻：

[1]郭玉興，張明飛等.在線分析技術在水泥行業的應用，水泥技術，2010-09.

[2]王森.在線分析儀器手冊，北京：化學工業出版社，2008.