焦爐氣轉化裝置中在線分析系統(tǒng)的應用

劉偉

（華陸工程科技有限責任公司，西安710065）

1 引言

焦爐氣是煉焦的主要副產物之一，其主要組分有H2、CH4、CO、CO2、O2等。焦爐氣只有一部分返回煉焦爐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國之一，副產焦爐氣量巨大，焦爐氣的綜合利用成為工業(yè)化利用的研究熱點[2]。利用焦爐氣制乙二醇是目前焦爐氣綜合利用中最具增值效果的，其中又以非催化轉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的焦爐氣轉化裝置是焦爐氣制乙二醇所需合成氣制備的關鍵環(huán)節(jié)，非催化部分氧化工藝操作溫度、操作壓力均較高，反應迅速且復雜，裝置的操作運行有一定的危險性。對焦爐氣中氧含量及焦爐氣轉化后H2、CO、CO2、CH4濃度的快速準確測量能夠反映焦爐氣轉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爐氣轉化裝置安全平穩(wěn)運行。目前，對焦爐氣相關分析儀的工程應用及研究主要集中在煉焦、冶金行業(yè)中[5～7]，焦爐氣非催化部分氧化等焦爐氣深度利用轉化裝置中分析儀的工程應用介紹較少。

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

2 在線分析系統(tǒng)在焦爐氣轉化裝置中的應用

某焦爐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化焦爐氣制取合成氣、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。氣柜儲存的焦爐氣經(jīng)壓縮、預熱后與O2按一定比例送至轉化爐，經(jīng)反應將焦爐氣中的CH4等轉化為合成氣（含CO和H2等），廢熱鍋爐回收反應熱后再經(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 激光分析儀的應用

焦爐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、出口設置用于檢測進出氣柜焦爐氣氧含量的分析儀。

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、微量焦油等的焦爐氣氧含量測量。為最大限度降低焦爐氣中粉塵、焦油等雜質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果。

采用激光分析儀可以快速準確地對焦爐氣中氧含量進行檢測，分析儀響應速度快，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 熱導分析儀及紅外分析儀的應用

轉化爐產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化爐內反應是否正常進行，需設置合成氣組分分析儀（主要分析CO、H2、CO2、CH4）。

H2熱導率及相對熱導率較合成氣中其他組分相差較大，采用熱導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，水分如果凝成液滴將會在熱導池內蒸發(fā)吸收熱量，極大地影響測量結果，同時水分蒸發(fā)也會吸收紅外輻射，因此，水分及雜質的存在會大大降低熱導分析儀和紅外分析儀的測量精度，需要采取前處理、預處理等措施去除樣品中水分及灰塵等雜質。

熱導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完成過濾除塵、減壓后由一體化電伴熱管纜輸送至預處理箱經(jīng)冷凝除水后分別送至相應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露，在樣品氣送至預處理箱后經(jīng)過渦旋制冷器除去水分，減少水分對分析儀測量結果的影響。設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 結語

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