馮 璐

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

引 言

對同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司來說，在2014年5月份進(jìn)行開工生產(chǎn)的年產(chǎn)量達(dá)到60萬t 對應(yīng)的甲醇項目，此項目的原料是煤，對原料煤氣化制得的H跟CO相應(yīng)合成形成甲醇。相應(yīng)的裝置有一臺對應(yīng)的殼牌氣化爐，原料采用的是水煤漿、氧氣，使用了水煤漿相應(yīng)的氣化技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。在使用在線的分析預(yù)處理系統(tǒng)的時候，有把其中相應(yīng)的雜質(zhì)及水分不能處理合格方面的問題，致使取樣管理堵塞，損壞相應(yīng)的設(shè)備等。針對此種技術(shù)相應(yīng)的特點以及處理過程中出現(xiàn)的問題，公司對近兩年相應(yīng)的經(jīng)驗及技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，對此采用新的應(yīng)用方案進(jìn)行處理，能夠有效保障對應(yīng)的分析系統(tǒng)實現(xiàn)安全、可靠的正常運行。

1 煤氣化合成氣工藝流程

對于水煤漿和氧氣來說，對應(yīng)的條件是在1 400 ℃、6.5 MPa(G)左右，在對應(yīng)的爐內(nèi)反應(yīng)，生成相應(yīng)的粗合成氣，在洗滌冷卻后輸送到氨合成的裝備中。采用相應(yīng)的在線質(zhì)譜、紅外線對應(yīng)的分析儀，對出口相應(yīng)的合成氣進(jìn)行深入分析，相應(yīng)的樣品對應(yīng)的處理系統(tǒng)，使用的是經(jīng)過高壓冷卻洗滌后的取樣部分，有效結(jié)合相應(yīng)的雙級減壓、以及二次過濾和渦流制冷等對樣品進(jìn)行處理。對于煤氣化合成氣來說，是相應(yīng)的高溫、高壓、含水及相應(yīng)的粉塵含量作為介質(zhì)，相應(yīng)的壓力定為6.3 MPa、溫度定為240 ℃。此樣品對應(yīng)的特點具體是：具有較大的壓力、較高的溫度、較大的含水量及含粉塵量，相應(yīng)的組分比較復(fù)雜。所以，對應(yīng)的煤氣化合成氣樣品的處理系統(tǒng)一定要進(jìn)行樣品的降溫、減壓、除去液態(tài)水、粉塵等相應(yīng)的副產(chǎn)物，保證對應(yīng)的樣品滿足在線分析儀表對應(yīng)的要求[1]。

2 煤氣化合成氣樣品處理系統(tǒng)的特點

對于煤氣化合成氣來說，其相應(yīng)的在線分析的取樣點對應(yīng)的位置，通常在洗滌塔相應(yīng)的出口，對于在線分析儀表來說，具有較高的樣品要求，不能有較高的壓力、溫度，也不能有相應(yīng)的液態(tài)水及粉塵。此預(yù)處理系統(tǒng)通常分成了兩級：一二級處理系統(tǒng)分別安裝在對應(yīng)的取樣點的旁邊和對應(yīng)的分析室相應(yīng)的處理柜中。對于一級預(yù)處理系統(tǒng)來說，主要工作目的是對樣品減壓、降低溫度，同時除去了相應(yīng)的液態(tài)水以及粉塵；對于二級預(yù)處理系統(tǒng)，主要工作目的是對水汽及粉塵進(jìn)行二次去除，對樣品對應(yīng)的露點溫度及壓力、流量進(jìn)行嚴(yán)格控制[2-3]。

最常見的相應(yīng)問題都是有：一級的預(yù)處理系統(tǒng)對應(yīng)較差的除水及除塵能力，不能把相應(yīng)的冷卻水及時排放干凈，致使分析儀中發(fā)生相應(yīng)的進(jìn)水及粉塵的問題。此系統(tǒng)采用的是旋風(fēng)渦流進(jìn)行制冷，致使不穩(wěn)定的溫度控制，導(dǎo)致相應(yīng)的減壓閥出問題，具有不穩(wěn)定的樣品壓力。因為煤氣化相應(yīng)的合成氣具有較復(fù)雜的組分及副產(chǎn)物，導(dǎo)致在二級處理的過程中有結(jié)晶及管路堵塞的問題發(fā)生。

3 在線分析預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 取樣探頭選擇

取樣探頭屬于高壓水冷水洗過濾對應(yīng)的裝置，“回流取樣”是其相應(yīng)的基本設(shè)計思路。就是依據(jù)冷卻法，將對應(yīng)的合成氣冷卻，對應(yīng)的冷卻液返回對應(yīng)的工藝管道，對樣品中相應(yīng)的粉塵及雜質(zhì)進(jìn)行洗滌，進(jìn)而保證系統(tǒng)能夠自動清洗，進(jìn)而凈化樣品氣。因為合成氣中具有大量的含水量，其冷卻的水能夠形成相應(yīng)的反沖壓力，對樣品及相應(yīng)的過濾器進(jìn)行反洗。通過工藝管線輸送過來相應(yīng)的高溫、含水、高壓的帶有相應(yīng)雜質(zhì)的合成氣需要進(jìn)行過濾段的處理，部分粉塵及顆粒被過濾掉，在回到相應(yīng)的工藝管線里邊。高壓水冷水洗過濾裝置具體的示意圖，如圖1所示。詳細(xì)的工藝流程為：工藝管線相應(yīng)的冷卻水輸送到冷卻器，依據(jù)冷卻水循環(huán)法實現(xiàn)制冷，進(jìn)而使用列管式換熱器對樣品進(jìn)行冷卻，保證合成氣中相應(yīng)的雜質(zhì)冷凝成相應(yīng)的液體，在回到相應(yīng)的工藝管線中去。被冷卻的相應(yīng)氣體樣品經(jīng)過最頂部相應(yīng)的電動閥輸送給樣品管線。為了控制樣品中具有較多相應(yīng)的雜質(zhì)及水，樣品的出口處對應(yīng)的溫度由相應(yīng)的溫控開關(guān)進(jìn)行控制，如果溫度不滿足設(shè)定值時，對應(yīng)的電動閥就會自動關(guān)閉，切斷樣品。對于樣品氣出口來說，一般的溫度都是在45 ℃～55 ℃，溫度只要在整個溫度范圍內(nèi)，相應(yīng)的樣品氣才被允許輸送到樣品管線中[4]。

圖1 高壓水冷水洗過濾裝置示意圖

對于高壓水冷水洗過濾取樣探頭來說，屬于煤氣化相應(yīng)的預(yù)處理系統(tǒng)中一個最重要的部分，所以，對應(yīng)的設(shè)計以及應(yīng)用的過程中，需要注意的要求如下。

1) 對于水冷器來說，具有較低的冷卻能力，所以，設(shè)計時需要保證其具有足夠大的容量，保證相應(yīng)的冷卻水溫不超過35 ℃，具有足夠大的冷卻水循環(huán)進(jìn)出對應(yīng)的水壓。這樣才能實現(xiàn)樣品氣對應(yīng)的出口溫度在45 ℃～55 ℃范圍內(nèi)。

2) 很難構(gòu)建系統(tǒng)的平衡溫度，這需要經(jīng)過長時間的探索才能找到相應(yīng)的規(guī)律。對于過濾冷卻段來說，其溫度受三個主要因素影響，分別是樣品對應(yīng)的流量、對應(yīng)的循環(huán)冷卻水量以及相關(guān)應(yīng)對額環(huán)境溫度，其中對于樣氣流量以及循環(huán)冷卻水量來說，保持不變，變化的環(huán)境溫度是其最主要的影響因素。在北方溫度具有較大變化的地方，應(yīng)該注重相應(yīng)的伴熱以及保溫方面的處理[5]。

3) 其合成工藝對應(yīng)的介質(zhì)極為復(fù)雜，對于樣品氣來說，其中含有相應(yīng)的雜質(zhì)及煤焦油。在使用的過程中，發(fā)現(xiàn)煤焦油出現(xiàn)在過濾段對應(yīng)的上下部。所以，對此建議半年進(jìn)行一次檢修，檢修過程中采用150 ℃左右的蒸汽對樣品沖洗1h(在沖洗時對樣品相應(yīng)的出口閥進(jìn)行關(guān)閉)，溶解清除相應(yīng)的雜質(zhì)。

3.2 一級預(yù)處理箱設(shè)計

一級預(yù)處理系統(tǒng)示意圖,如圖2所示。對于一級預(yù)處理系統(tǒng)來說，其相應(yīng)的設(shè)置在取樣頭旁邊安裝，相應(yīng)的精細(xì)過濾器以及樣氣對應(yīng)的額減壓閥構(gòu)成。設(shè)計的水洗罐在系統(tǒng)的最前端的環(huán)節(jié)，采用了水洗相應(yīng)的原理，對樣品氣中相應(yīng)的雜質(zhì)進(jìn)行去除。在正常的運行過程中，經(jīng)過取樣頭相應(yīng)的樣品氣中，仍舊含有少量的雜質(zhì)，其中具有極微量的副產(chǎn)物銨鹽，其會在二級的處理系統(tǒng)上形成結(jié)晶，造成管路堵塞。設(shè)計水洗罐的目的有兩個，一方面能夠預(yù)防銨鹽形成結(jié)晶、造成管路堵塞，另一方面對精細(xì)過濾器相應(yīng)的維修頻率進(jìn)行了降低。對于樣氣相應(yīng)的減壓力來說，始終控制在0.1 MPa，如果比0.1 MPa 低，就可能影響分析儀上具有較小的進(jìn)樣流量，導(dǎo)致分析結(jié)果不準(zhǔn)；如果超過0.1 MPa，導(dǎo)致其中含有較多粉塵及水，致使分析儀中進(jìn)入了粉塵或者水。因為減壓閥相應(yīng)的前樣品對應(yīng)的壓力是6.3 MPa，所以其選型是帶顯示壓力的雙級減壓閥，對其穩(wěn)定輸出相應(yīng)的壓力能夠較好的實現(xiàn)。也能預(yù)防粉塵造成的堵塞，致使不穩(wěn)定的壓力出現(xiàn)，同時在減壓閥前面，增加了冗余的相應(yīng)精細(xì)過濾器。

圖2 一級預(yù)處理系統(tǒng)示意圖

對于一級預(yù)處理系統(tǒng)來說，其詳細(xì)的工作過程是：在前級中相應(yīng)的高壓水冷水洗進(jìn)行過濾的樣品氣，輸送到水洗罐，其中會有較少量的粉塵及副產(chǎn)物銨鹽溶在其中，在水洗罐相應(yīng)的頂部出口處引出來相應(yīng)的樣品氣基本上是干凈、清潔的。最后經(jīng)過三通閥輸送到精細(xì)的過濾器中，其具有雙重冗余配制，能夠?qū)崿F(xiàn)自由切換2個三通閥。如果此過濾器需要進(jìn)行清理維修，可以切換到另一個過濾器，這樣就能實現(xiàn)測量無擾動。當(dāng)樣品氣通過了精細(xì)過濾器以后，通過減壓閥，其輸入端設(shè)置有對應(yīng)的壓力顯示，便于操作以及排查故障，經(jīng)過了雙級減壓閥后，壓力被減到0.1 MPa左右，然后輸送到二級的預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行深入處理。對于一級預(yù)處理系統(tǒng)來說，在對其進(jìn)行設(shè)計以及相應(yīng)的應(yīng)用過程中，應(yīng)該注意以下3點。

1) 在通常的煤氣化相應(yīng)的預(yù)處理系統(tǒng)中，對應(yīng)的樣品減壓閥的選型，其設(shè)計使用的蒸汽減壓閥較多，但是在現(xiàn)實的應(yīng)用過程中，這種減壓閥極不穩(wěn)定，常常出現(xiàn)壓力波動較明顯。依據(jù)煤氣化工藝相應(yīng)的要求以及實際使用的經(jīng)驗，效果最佳的應(yīng)該是普通雙級減壓閥。

2) 對于北方來說，具有較大的氣溫變化，為了實現(xiàn)穩(wěn)定的預(yù)處理系統(tǒng)，一級的預(yù)處理系統(tǒng)相應(yīng)的部件需要集中到其箱體內(nèi)，然后進(jìn)行保溫伴熱，處理處理箱外，其他的都樣品管線都進(jìn)行全程伴熱。

3) 應(yīng)該對此定期進(jìn)行維修清理，每2個月清理水洗罐一次，保證內(nèi)部沒有積垢，這樣能夠保證樣品氣相應(yīng)的質(zhì)量；每4個月對精細(xì)過濾器進(jìn)行1次切換，對濾芯進(jìn)行更換新的；同時建議在半年左右進(jìn)行檢修，對其中相應(yīng)的減壓部件進(jìn)行清洗、檢查。

3.3 二級預(yù)處理箱設(shè)計

二級預(yù)處理系統(tǒng)示意圖,如圖3所示。其安裝在分析室相應(yīng)的預(yù)處理柜中，具體構(gòu)成是氣液相應(yīng)的分離器、精細(xì)過濾器安全閥以及旁路對應(yīng)的防空流量計等。設(shè)計的安全閥在對應(yīng)的進(jìn)口處，這樣能夠預(yù)防上一級處理后具有較高的壓力，對分析儀表造成損壞。對于氣液分離器來說，是分離其中的氣態(tài)水，依據(jù)相應(yīng)的冷凝情況，進(jìn)行定期排放。在二級系統(tǒng)中，設(shè)計相應(yīng)的冗余過濾器，防止前級的過濾失效，導(dǎo)致雜質(zhì)進(jìn)入分析儀中，對系統(tǒng)安全具有很大幫助。對于渦流制冷器來說，制冷法是儀表風(fēng)渦旋管進(jìn)行制冷，具有簡單結(jié)構(gòu)、便于維護(hù)等，比較實用。

對于二級預(yù)處理系統(tǒng)來說，具體工作過程是：在一級預(yù)處理系統(tǒng)處理后的樣品氣，通過相應(yīng)的氣液分離器，脫離氣態(tài)水，一部分樣品經(jīng)過旁路對應(yīng)的防空流量計，輸送到火炬氣管線進(jìn)行防空，降低分析相應(yīng)的滯后時間；另一部分，經(jīng)過過濾器輸送到渦流制冷器，溫度控制在2 ℃～5 ℃，不能有變化，最后把樣氣通過在線分析儀表。其在實際的設(shè)計以及整個應(yīng)用過程中，應(yīng)對下面兩點關(guān)注一下。

圖3 二級預(yù)處理系統(tǒng)示意圖

1) 對于渦流制冷器來說，其使用應(yīng)該能夠提高相應(yīng)的潔凈儀表壓縮空氣，對于實際應(yīng)用時，其樣氣溫度不能太低，如果不到0 ℃，出現(xiàn)的結(jié)晶就會造成管道堵塞。通常把溫度設(shè)置在2 ℃～5 ℃，相應(yīng)的樣氣中對應(yīng)的含水量降到0.6%～0.8%這個范圍就行。

2) 對于渦流制冷器的流量來說，其旁路對應(yīng)的放空流量應(yīng)在控制在1 L/min，這樣就能較好的對整個系統(tǒng)相應(yīng)的樣品氣的流量進(jìn)行控制，促使前級對應(yīng)的高壓水冷裝置實現(xiàn)最好的冷卻效果。

4 結(jié)語

對于我公司來說，經(jīng)過兩年多進(jìn)行的在線分析預(yù)處理系統(tǒng)相應(yīng)的摸索及整改，總結(jié)了相應(yīng)的經(jīng)營，設(shè)計了相應(yīng)的新方案。新系統(tǒng)能夠有效的應(yīng)對北方惡劣條件，對洗滌塔中相應(yīng)的合成氣對應(yīng)的復(fù)雜、惡劣的樣品實現(xiàn)的高效的解決，同時顯著降低了系統(tǒng)維護(hù)量，保證合成氣樣品不失真，滿足分析儀相應(yīng)的要求，進(jìn)而實在線分析儀能夠安全、可靠、長期的正常運行。