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(fèi)資源的同時(shí)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(diǎn)[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(qiáng)的經(jīng)濟(jì)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(yùn)行有一定的危險(xiǎn)性。對(duì)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(zhǔn)確測(cè)量能夠反映焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化裝置是否安全平穩(wěn)運(yùn)行。對(duì)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(yùn)行。目前，對(duì)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(xiàng)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(diǎn)、在線分析理論及實(shí)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(duì)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(xiàng)目為煉焦廠配套項(xiàng)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(chǔ)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(biāo)時(shí)會(huì)有燃燒甚至爆炸的危險(xiǎn)，為保證氣柜及后續(xù)裝置的安全需在氣柜進(jìn)口、出口設(shè)置用于檢測(cè)進(jìn)出氣柜焦?fàn)t氣氧含量的分析儀。

激光分析儀具有原位測(cè)量、不需取樣及樣品預(yù)處理；測(cè)量不受過程氣體中粉塵影響等優(yōu)勢(shì)。氧氣的近紅外波長(zhǎng)為0.76μm，激光分析儀對(duì)氧氣的測(cè)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(cè)量。為最大限度降低焦?fàn)t氣中粉塵、焦油等雜質(zhì)對(duì)分析儀測(cè)量的影響，采用工業(yè)純氮（≥99.99%）對(duì)分析儀的發(fā)射和接收單元視窗進(jìn)行吹掃，避免視窗污染影響測(cè)量結(jié)果。

采用激光分析儀可以快速準(zhǔn)確地對(duì)焦?fàn)t氣中氧含量進(jìn)行檢測(cè)，分析儀響應(yīng)速度快，原位測(cè)量沒有取樣及樣品排放，降低了分析過程中對(duì)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?jǐn)?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(jìn)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(duì)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(cè)量合成氣中氫氣含量的有效方法。

CO、CO2、CH43種氣體對(duì)紅外線的吸收較強(qiáng)，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(cè)量，且測(cè)量不受其他組分變化的影響。因此，選用紅外分析儀對(duì)合成氣中的CO、CO2、CH43種組分濃度進(jìn)行測(cè)量。

經(jīng)水洗塔洗滌后的合成氣會(huì)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(huì)在熱導(dǎo)池內(nèi)蒸發(fā)吸收熱量，極大地影響測(cè)量結(jié)果，同時(shí)水分蒸發(fā)也會(huì)吸收紅外輻射，因此，水分及雜質(zhì)的存在會(huì)大大降低熱導(dǎo)分析儀和紅外分析儀的測(cè)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(jìn)行組分分析。本項(xiàng)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(duì)樣品氣需進(jìn)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(duì)分析儀測(cè)量結(jié)果的影響。設(shè)置快速回路以加快自取樣點(diǎn)至分析儀的樣品氣輸送，縮短取樣管路的滯后時(shí)間，保證分析結(jié)果的實(shí)時(shí)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(duì)環(huán)境的影響。

3 結(jié)語

焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化裝置的運(yùn)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(yùn)行安全，采用在線分析系統(tǒng)對(duì)相關(guān)組分進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)能夠?yàn)榻範(fàn)t氣轉(zhuǎn)化裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行提供有力保障，同時(shí)有利于其他相關(guān)裝置的安全運(yùn)行。在線分析系統(tǒng)是焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化裝置儀表設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，本文對(duì)焦?fàn)t氣制乙二醇項(xiàng)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(jìn)行了介紹，為今后同類項(xiàng)目在線分析系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)提供了一定參考。