在线分析仪表在煤制甲醇生产中的应用

葛亮 马静 尹宗志

【摘要】随着节能降耗、提高质量、治污减排和安全生产等标准的不断提高，在线分析仪表在甲醇装置中的重要性与日俱增。该文简单介绍了甲醇生产工艺、在线分析仪表在甲醇装置中的应用及生产中起到的重要作用。

【关键词】甲醇 气体 在线分析仪

兖州煤业榆林能化有限公司甲醇厂是采用水煤浆加压气化工艺进行煤制甲醇的企业，在水煤浆加压气化、低温甲醇洗、甲醇合成、硫磺回收、热电烟气监测等工艺流程中使用了不少过程分析仪表，如CO、CO2、SO2、CH4气体分析仪，质谱仪和色谱仪，H2S分析仪，烟气监测系统等。下面介绍部分分析仪的应用情况。

1红外CO分析仪

用于对烧嘴冷却水盘管是否损坏的监测。水煤浆气化炉的进料烧嘴在正常运行时，烧嘴冷却水能为烧嘴提供足够的冷却和保护，若烧嘴冷却水盘管出现泄漏或者损坏，将直接导致气化装置停车。烧嘴冷却水有明显的损坏时，通过对烧嘴冷却水系统的分析就可以判断是否需要紧急停车措施，因为烧嘴冷却水系统的压力远低于气化炉的操作压力，若烧嘴冷却水盘管出现轻微损坏时，仅有少量的合成气泄漏进烧嘴冷却水中，烧嘴冷却水系统不能及时反映出烧嘴盘管是否已经出现损坏。为了能及时监测盘管内的冷却水是否有泄漏的气体，缩短泄漏到检测的时间，采用向烧嘴冷却回水分离器中通入少量的N2，并采用N2放空的方式，以加快气体的流速，通过在烧嘴冷却回水分离器N2放空管线上设置的CO分析仪，可以及时监测烧嘴盘管是否发生泄漏。

2质谱分析仪和红外CH4分析仪

用于对洗涤塔出口合成气组分浓度和甲烷浓度进行分析。水煤浆在制浆过程中的控制偏差，或者原料煤中的碳含量的偏差，都会导致水煤浆中的碳含量发生变化，这时按照原先设定的氧碳比来控制进料，会导致实际进料的氧碳比偏高或者偏低。发生偏差时，表现最明显的就是气化炉的温度发生变化，通过气化炉上热电偶测得的温度可以判断气化炉运行是否正常。但是气化炉在正常生产时，热电偶会遭受高温融渣的磨损以及合成气的氢蚀，使得热电偶测量气化炉温度的准确性会大大降低。根据水煤浆气化炉的实际运行经验，合成气中的甲烷含量与气化炉的温度有直接联系。为了更准确判断气化炉温度，设置甲烷分析仪，通过分析合成气中的甲烷含量进行计算，可以间接得出气化炉的操作温度，这样可以对热电偶所测的气化炉温度进行确定，以便实时掌握气化炉的运行状况，保证气化炉安全、稳定的运行。由于气化炉出口粗合成气中固体颗粒较多，经过洗涤塔洗涤后的合成气已相对干净，所以，将对合成气进行在线分析的取样点设在了洗涤塔出口测管线上。

3CO2和总硫分析仪

低温甲醇洗主要是依据低温状态下的甲醇具有对H2S和CO2等酸性气体的溶解吸收性大，而对H2和CO溶解性小的这种选择性，来脱除粗变换气中的H2S和CO2等酸性气体，从而达到粗变换气的目的，并产生富H2S酸性气体作为克劳斯的原料气。CO2和总硫分析仪就是用来检测净化的合成原料气是否合格，能否为下一工段甲醇合成供应合成气。CO2和硫化物对甲醇合成催化剂有很强的毒害，因此，在合成气进入甲醇合成之前，需将CO2和硫化物脱除干净，俗称“脱硫脱碳”工艺。

4色谱分析仪

GC是以惰性气体作为流动相，利用试样中各组分在色谱柱中的气相和固定相间的分配系数不同，当样气被载气带入色谱柱中运行时，组分就在其中的两相间进行反复多次的分配（吸附－脱附－放出）由于固定相对各种组分的吸附能力不同（即保存作用不同），因此各组份在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，便彼此分离，顺序离开色谱柱进入检测器，产生的离子流信号经放大后，在记录器上描绘出各组分的色谱峰。

合成甲醇时氢与碳的分子比为2：1，这时可以得到甲醇最大的平衡浓度。而且在其他条件一定的情况下，可使甲醇合成的瞬间速度最大。由于合成器中还有小部分的CO2，CO2和H2合成甲醇的比例是1：3。在甲醇生产中，合理调整甲醇合成混合气的成分是达到高产、低耗的重要手段和措施。利用色谱仪来测定合成气中各组分的含量，从而控制合成新鲜气的氢碳比为2.05－2.15，以此手段达到控制合成气的目的。

5硫比值分析仪

克劳斯法是当今世界硫磺回收普遍采用的方法，它对于降低SO2等酸性气体的排放和保护环境发挥着非常重要的作用。在该法中酸性气（主要成分为H2S）与空气配比极其重要，其配比直接关系到含硫酸性气的转化率、单质硫的回收率和硫化物的排放量，事实上硫比值的控制就是通过控制酸性气与空气配比（也称燃烧气）来实现的。由工艺原理可知，硫比值控制是硫磺回收中最重要的环节，当H2S、SO2的比值为2时，转化率最高，脱硫最彻底，整个控制过程就是通过酸性气和空气配比的控制盒不断修正来最终实现硫比值的最佳控制。

来自上游装置的富H2S酸性气体浓度变化较大，克劳斯装置不能调节酸气的进料量。因此，无法使用固定的配比进行调节，只能根据进料酸性气的流量和浓度（或化学当量）实时调整其配风量，以实现克劳斯法硫比值最佳配比的控制要求。这就要求我们必须对这一过程予以控制，而解决这一问题的根本途径和方法在于优化控制方案和应用在线硫比值分析仪。

6CEMS烟气在线监测系统

CEMS是烟气在线连续监测系统（ContinuousEmissionMonitoringSystems）的简称，是一种大型的在线分析成套系统。该装置主要用于实时监测固定污染源中的SO2、NO、烟尘的排放浓度、折算排放浓度、排放量及其它有关参数，并能够将测量数据、测量参数传送到企业中控室和环保管理部门。分析仪采用非分散红外技术来测量烟气中SO2、NO的浓度。基于烟尘粒子的背向散射原理，用于对烟尘浓度进行在线连续测量。烟尘的测量由于传感器采用插入式安装，不需对气样进行预处理，因此测量实时、准确且维护量小。

目前，在线分析仪表在甲醇生产中只起到了参数监视的作用，极少的分析仪参与系统的控制。随着在线分析仪表的不断完善和改进以及应用先进的微机处理技术，将会逐步实现甲醇分析过程自动化和生产过程自动化。

参考文献：

[1]郭玉兴，张明飞等.在线分析技术在水泥行业的应用，水泥技术，2010-09.

[2]王森.在线分析仪器手册，北京：化学工业出版社，2008.