項目背景

合作背景

在我國推動煤炭清潔高效利用和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化轉(zhuǎn)型的背景下，煤基合成油作為煤炭轉(zhuǎn)化的重要路徑，其生產(chǎn)過程的精細化監(jiān)控與能效提升已成為行業(yè)關(guān)注焦點。山西作為產(chǎn)煤大省，依托資源優(yōu)勢積極布局煤化工產(chǎn)業(yè)，著力推進煤制油等現(xiàn)代煤化工項目提質(zhì)增效。特別是對于采用魯奇爐氣化技術(shù)的合成油裝置，出口氣體成分的實時準確監(jiān)測直接關(guān)系到氣化效率、合成油收率與裝置安全穩(wěn)定運行。

魯奇爐氣化過程中產(chǎn)生的粗合成氣具有高溫、高壓、高焦油、高粉塵、高濕等特征，尤其是焦油含量顯著高于其他氣化技術(shù)，對在線氣體分析系統(tǒng)構(gòu)成嚴峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)分析設(shè)備面臨采樣管路堵塞、傳感器污染、測量原理受干擾等技術(shù)瓶頸，導致監(jiān)測數(shù)據(jù)滯后、準確性不足，甚至因設(shè)備頻繁故障影響生產(chǎn)連續(xù)性。因此，突破惡劣工況下氣體在線監(jiān)測的技術(shù)壁壘，實現(xiàn)合成氣組分的實時、準確、連續(xù)分析，已成為提升煤基合成油裝置運行水平、保障安全生產(chǎn)、降低物耗能耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

項目介紹

該項目用戶為山西一家大型國有煤化工企業(yè)，核心產(chǎn)品涵蓋煤制油、尿素、液氨等。其魯奇爐氣化裝置以碎煤為原料，經(jīng)蒸汽與氧氣氣化生成富含一氧化碳和氫氣的粗合成氣，作為后續(xù)費托合成制油的關(guān)鍵原料氣。該裝置運行十余年來，受限于高焦油、高溫、高壓等惡劣工況，一直未能建立有效的在線氣體分析系統(tǒng)，主要依賴人工取樣與離線分析，數(shù)據(jù)滯后嚴重，無法實時指導工藝調(diào)整。

前期用戶曾試用多家分析設(shè)備廠商的方案，均因無法適應現(xiàn)場工況而未能長期穩(wěn)定運行。為解決上述難題，用戶啟動了過程氣體監(jiān)測系統(tǒng)升級項目，經(jīng)過多方調(diào)研與技術(shù)對比，最終選定四方儀器的原位激光拉曼光譜分析方案。值得強調(diào)的是，本項目成功投運的LRGA-3200EX是我國煤化工行業(yè)首套實現(xiàn)工程化應用的原位激光拉曼光譜氣體分析儀，在魯奇爐出口安裝投用后，實現(xiàn)了對合成氣多種氣體組分的連續(xù)、自動、同步在線監(jiān)測，標志著國產(chǎn)氣體分析儀器在復雜煤化工工況應用方面取得重要突破。

產(chǎn)品原型

原位激光拉曼光譜氣體分析儀LRGA-3200EX

主要參數(shù)

項目實施

技術(shù)方案

我司為該項目所提供的原位激光拉曼光譜氣體分析儀，專為高溫、高壓、高焦油等復雜工況設(shè)計，能精準測量合成氣中的多種組分，且不受背景氣體中水分的干擾。其核心優(yōu)勢在于強大的可擴展性，支持靈活的“一拖多"配置。一套分析主機可同時連接多個前置拉曼探頭，實現(xiàn)對生產(chǎn)流程中幾個關(guān)鍵點位的分布式同步監(jiān)測，為未來實現(xiàn)全裝置、全流程的覆蓋性氣體監(jiān)控提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。本項目根據(jù)用戶需求配置了“一拖二"模式。

系統(tǒng)由取樣單元、預處理單元、控制單元、分析單元四部分構(gòu)成，自動完成管路取樣等操作，實現(xiàn)24小時無人值守，在顯著減少人工負荷的同時，保證了系統(tǒng)的長期穩(wěn)定、準確與連續(xù)運行。

作為成功應用在煤化工行業(yè)的原位激光拉曼光譜氣體分析儀，其采用的原位測量方式可對多種氣體組分進行連續(xù)、在線、無損分析。通過將拉曼探頭前置，儀表無需直接接觸樣氣，不僅減少了取樣裝置和分析儀表的維護工作量，還極大提升了響應速度。針對魯奇爐合成氣焦油含量高、易凝結(jié)的難題，探頭取樣單元創(chuàng)新性地采用水冷降溫與蒸汽吹掃相結(jié)合的設(shè)計，有效防止了焦油附著與管路堵塞。預處理單元則配備多級過濾與減壓穩(wěn)壓裝置，在維持樣氣原始組成的前提下，高效去除粉塵、液態(tài)水與銨鹽結(jié)晶物，確保進入分析儀的氣體潔凈、穩(wěn)定。

項目現(xiàn)場工況要求監(jiān)測系統(tǒng)在200℃高溫、4MPa高壓條件下穩(wěn)定運行，需精確測量包括H2、O2、CO、CO2、CH4、H2S、N2在內(nèi)的關(guān)鍵組分。與傳統(tǒng)氣相色譜技術(shù)相比，激光拉曼分析儀無需載氣與頻繁標定，響應速度快（T90≤10秒），能夠?qū)崟r捕捉工藝波動，為氣化爐氧蒸汽比調(diào)整與費托合成反應器調(diào)控提供即時數(shù)據(jù)支撐。該方案的成功應用，開創(chuàng)了國產(chǎn)原位激光拉曼技術(shù)在煤化工領(lǐng)域工程化應用的先河，為行業(yè)提供了可復制的國產(chǎn)化監(jiān)測路徑。

方案價值

該技術(shù)方案的實施使煤基合成油的工藝過程得到了更為有效地管理和調(diào)整，從而實現(xiàn)安全把控和經(jīng)濟效益提升。

在安全監(jiān)控方面，通過實時監(jiān)測O2濃度，能夠及時發(fā)現(xiàn)氣化爐富氧風險，防止安全事故發(fā)生；同時對H2S等有害氣體的連續(xù)監(jiān)測，為環(huán)境與人員安全提供了保障。

在工藝優(yōu)化和提質(zhì)增效方面，通過實時監(jiān)測H2、CO、CO2、CH4等關(guān)鍵組分的濃度變化，操作人員能夠及時調(diào)整氣化爐原料氣配比、控制反應溫度，優(yōu)化費托合成條件，從而提升碳轉(zhuǎn)化率與油品收率。據(jù)用戶反饋，系統(tǒng)投運后原料煤耗顯著降低，設(shè)備平均運行時間超過30天，運維成本大幅下降。

本項目的成功實施，不僅解決了惡劣工況下氣體在線監(jiān)測的行業(yè)難題，更作為在煤化工行業(yè)成功投用的原位激光拉曼分析系統(tǒng)，對推動行業(yè)技術(shù)升級與國產(chǎn)化替代進程具有里程碑意義。

項目現(xiàn)場