气化炉煤气分析系统的设计

蔡东盛

（北京盛沃科技有限公司，北京 1 0 0 0 8 1）

气化炉煤气分析系统的设计

蔡东盛

（北京盛沃科技有限公司，北京 1 0 0 0 8 1）

介绍了气化炉煤气分析系统预处理系统的设计方案，解决了现有装置中由于预处理系统故障导致煤气分析系统不能运行的问题。

除尘；除水；减温；减压

气化炉是煤化工（合成氨，甲醇等）中产生原料气的重要设备，生产的原料气（煤气）的成分主要是H2、C O、C O2和CH4。原料气组分含量的参数对工艺生产十分重要，需要采用气体分析仪对煤气的组分进行分析。气化炉煤气分析系统主要由预处理系统和分析仪表组成。其中，气体分析仪可以采用两块常规分析仪来完成几个组分的分析。如采用一台热导分析仪分析 H2，采用一台红外分析仪分析C O、C O2、CH4等。也可以采用一台气相色谱完成所有组分分析。两种方法各有优缺点：色谱分析方法的优点是分析结果比较准确，没有由于组分之间的干扰引起的分析误差。缺点是色谱是周期分析，不是实时分析，分析结果滞后。色谱的运行需要载气，维护成本高。此外，色谱本身相对复杂，对现场维护人员的技术水平要求较高；常规分析仪具有响应时间快，维护成本低，对现场维护人员的要求不是很高的优点。不过，由于气化炉煤气组分比较复杂，采用热导分析仪分析H2时，其他气体组分对于H2分析有干扰。尤其是大量C O2的存在对H2分析会产生较大误差，通常利用C O2的分析结果对热导分析仪分析的H2进行修正。

不论是色谱还是常规分析仪，对进入仪表的样气条件如露点、粉尘含量、腐蚀性、温度、压力及流量等都有严格要求。通常工艺气体的条件不符合仪表对样气的要求。所以，需要采用预处理系统对样气进行处理，使进入分析仪表的样气条件满足仪表的要求。由于气化炉煤气为高温（约2 5 0℃），高压（约8MP a），高含水量（约6 0%）和高粉尘量，处理起来很困难。以往气化炉气体分析系统经常由于预处理系统有问题，导致系统堵塞，粉尘或水进入仪表造成仪表损坏。

仪表故障的原因很少是由于仪表本身的质量引起的，多数情况下是由于预处理系统失效导致仪表损坏。所以，预处理系统的好坏是分析系统长期稳定运行的关键。本文针对气化炉工艺条件的特点设计了一套预处理系统，经过长时间运行证明系统设计合理，维护量少，运行可靠稳定，满足了用户的要求。

1 方案设计

本预处理系统由两部分构成：一级预处理系统和二级预处理系统。一级预处理系统安装在取样点附近，图1为一级预处理系统的流程图。样气从工艺管道取出后先经节流减压器1减压后，进入水冷器冷却到4 0～6 0℃。这时，在样气中冷凝出大量的水。样气从冷却器出来后进入过滤器，大量的水和粉尘被样气携带着经由节流减压器2去到火炬排放；经过过滤后水和粉尘含量很少的样气再由减压阀减压后送到二级预处理系统处理。

通常分析仪表要求进入仪表的样气的露点温度低于环境温度5℃，从而保证在环境温度中的样气中没有饱和水生成。而经过一级预处理系统处理的样气的露点温度在4 0～6 0℃的范围，在样气进入仪表前还需要采用二级预处理系统对样气进一步处理。

二级预处理系统安装在仪表附近，流程如图2示。经过一级预处理系统处理的样气进入二级预处理系统后，先由过滤器1进行除水过滤，再由自动控温的冷凝器冷凝，使样气的露点温度控制在5℃左右。低露点的样气经过过滤器2进行最后一次精过滤后送给仪表进行分析。过滤器1、2及冷凝器产生的液体排放到水封排凝器中，当积液高于水封的设定高度，液体自动排放掉。

图1 一级预处理系统流程图

图2 二级预处理系统流程图

系统中采用的冷凝器为涡流制冷冷凝器。通过控制涡流制冷器的空气量控制冷凝器的温度即样气温度。

2 主要部件的作用与工作原理

2.1 节流减压器

气化炉煤气为高压气体，必须经过减压处理后才能使样气压力满足分析仪表的要求。由于气化炉煤气为高粉尘高水含量介质，如果采用普通减压阀进行减压，样气中的粉尘很容易使减压阀堵塞，导致系统不能运行。本方案针对这一问题，设计了专用的节流减压器。即解决了系统减压的要求又避免了系统堵塞的问题。

2.2 涡流制冷冷凝器

系统中的冷凝器为涡流制冷原理，不需要电力驱动，只需要提供压缩空气就可以实现样气的冷凝。冷凝器利用涡流管（VO R T E X TU B E）产生的冷气通过换热器对样气进行冷却。温度控制是通过一个温度传感器将样气温度信号送到温度控制器，温度控制器经过控制运算后控制电磁阀的开启来控制进入涡流管的空气量最终实现样气温度的控制。涡流管的工作原理如图3所示。

在涡流管内部有一个涡流发生器，压缩空气在进入涡流管的过程中形成一个绕轴旋转的涡流，产生冷空气和热空气。沿着管壁流向控制阀的高速旋转空气（约为1，0 0 0，0 0 0r p m）得到能量形成热空气（图中右侧）通过控制阀排出；剩下的在高速气流中间的低速气流在此过程中将能量传给外层高速旋转的空气给出能量形成冷空气（图中左侧），冷空气逆着热气流的方向从涡流管的另一端排出。涡流管的冷空气的温度可以比压缩空气源的温度低约3 8℃。

3 预处理系统操作要点与注意事项

1）经过一级预处理系统处理的样气的温度应该为4 0～6 0℃，可以通过调节冷却水的流量控制。

2）经过一级预处理系统处理的样气的压力应该为0.1～0.1 5MP a，可以通过调节一级预处理系统的P R V实现。

3）用于冷凝器制冷的压缩空气应该是无油、无尘的清洁空气，露点温度要小于－4 0℃。含油的空气会使油附着在冷凝器内部的换热器上，降低换热工效，不能有效降低样气的露点。

图3 涡流管的工作原理

4 结 论

经过改造的样气预处理系统投入使用后，已经连续稳定运行了1 2个月。没有出现过系统堵塞和样气中水不能除净的问题，表明系统的工作能够满足仪表的要求。

［1］ 陈菊枝，洪献春.煤炭气化技术［J］.化学工程与装备，2 0 1 1（4）

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1 0 0 5－8 3 7 0（2 0 1 2）0 4－1 8－0 3

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