魯奇爐合成氣成分監測-新疆煤化工企業過程氣體激光拉曼原位監測項目

【資料簡介】

項目背景

合作背景

在全球能源轉型與國家“雙碳"戰略目標驅動下，中國現代煤化工產業正朝著多元化、低碳化方向加速發展。新疆作為國家重要的煤炭資源基地，依托豐富的煤炭資源，積極推動煤化工產業升級，打造現代煤化工示范區。政策層面，《現代煤化工產業創新發展布局方案》等文件明確鼓勵采用先進技術提升產業能效、安全環保水平和智能化程度。特別是對于煤制天然氣等關鍵項目，生產過程的實時、精準監控是保障裝置本質安全、優化運行效率、降低能耗物耗、實現清潔低碳生產的核心環節。傳統的人工取樣分析方式存在滯后性、工作量大、潛在安全風險高等弊端，難以滿足現代化工裝置對實時數據驅動決策和風險預警的迫切需求。因此，采用先進的在線過程分析技術實現對關鍵工藝參數的連續、自動、精準監測，已成為提升煤化工企業安全生產水平、實現智能化轉型和可持續發展的必然選擇。

 

項目介紹

該項目用戶為新疆一大型煤化工企業。該企業斥資百億打造了一座現代化工業園區，核心工藝是通過原煤裂解制取合成氣，并進一步提純生產天然氣。在天然氣生產領域，該企業年產能高達20億Nm³，其采用的是魯奇加壓氣化技術。氣化爐尾氣成分主要包括CO、CO2、CH4、H2等，具有壓力高、焦油及水含量大的特點。該裝置已投用十余年，受限于工藝工況，一直未能實現在線分析，主要依靠人工每兩小時取樣進行離線分析。然而，人工取樣不僅耗費大量人力物力，更關鍵的是，氣化爐生產過程若出現富氧工況，企業將面臨嚴重的安全風險。

2023年，該企業在尋求更高效、經濟的監測解決方案過程中，接觸到我司的激光拉曼產品方案。經過深入技術交流與現場考察，企業最終決定在氣化爐出口安裝我司的原位激光拉曼光譜分析儀，旨在實現對合成氣組分的連續、自動、在線監測，從而顯著提升生產過程的監控水平與數據準確性，保障裝置安全穩定運行。

 

產品原型

原位激光拉曼光譜氣體分析儀LRGA-3200EX

 

LRGA-3200EX基于激光拉曼散射原理，通過對被測氣體的特征拉曼散射光譜進行增強、收集、處理和識別，實現對多類氣體同時進行定性及定量分析。系統用于原位安裝測量，可同時對近20種組分進行連續在線的無損氣體分析。系統配備拉曼采樣探頭，采用正壓防爆設計，安全耐用。秒級響應，無需長久等待。

 

產品特性

1. 無損氣體分析，包括同核雙原子分析（H2、N2、O2）；

2. 可同時對多種氣體進行連續在線監測，一臺儀器解決工業過程氣體全流程監測；

3. 配備拉曼探頭，無需抽氣到儀表測量，也無需易耗品（色譜柱、閥門、氣泵等）；

4. 儀表正壓防爆，維護周期長，安全性高；

5. 智能化軟件設計，全觸屏界面，數據直觀顯示，可外接PC鍵盤。

 

 

主要參數

測量組分	H2、N2、O2、CO、CO2、CH4、H2S等
量程	H2：0~50%、N2： 0~5%、O2：0~1%、CO：0~30%、CO2：0~50%、CH4：0~20%、H2S：0~0.2%
精度	±1%F.S.
響應時間	T90≤10s
電源	AC220V±10%
環境溫度	-20~60℃，相對濕度95%RH
防爆防護等級	整機防爆，防爆等級等于或高于：Ex d ⅡC T4，防護等級：IP65
分析儀操作要求	1、全觸屏界面 2、具備標定功能 3、具有多組分氣體同時檢測分析功能 4、純中文操作界面 5、支持RS-232/485、4～20mA輸出，Modbus TCP協議通訊
材質要求	系統機柜、管線及所有金屬接頭使用316L不銹鋼防腐材質
機柜	集成正壓防爆機柜，機柜帶防爆空調保證設備運行溫度

 

項目實施

技術方案

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。系統由取樣單元、預處理單元、控制單元、分析單元四部分構成，自動完成管路取樣等操作，其主要目的是精確測量合成氣中各組分的濃度，實現24小時無人值守，大大減少了人工負荷，保證系統長期穩定、準確、連續自動在線運行。系統采用原位安裝測量方式，可同時對多種氣體組分進行連續在線的無損氣體分析。在此基礎上精確計算并監測天然氣的熱值，這對于優化生產流程、提高資源利用率具有不可替代的作用。

系統將拉曼探頭前置，使儀表不直接接觸樣氣，減少取樣裝置、分析儀表等部位的維護工作，并且極大地提高了儀表測量的響應時間。多點位耐高壓探頭同時測量，安全耐用。

四方儀器原位激光拉曼分析儀項目現場實測效果

 

傳統的合成氣組分分析主要使用在線色譜儀器，此次我司提供的原位激光拉曼分析儀在該領域的應用是一項重大突破，有效打破了進口分析儀器的技術壁壘，替代了進口設備。

據了解，項目現場監測部位含有大量粉塵，測量溫度要求185℃，壓力要求3.5Mpa，需要精確測量CO、CO2、H2、N2、CH4、O2、H2S等組分濃度。我司方案不僅能夠很好地適應此類惡劣測量工況，同時，經過對實際測試情況以及數據分析對比，我司激光拉曼分析儀在響應時間、耗材、運行載氣等方面還具備多項明顯優勢。特別是在熱值監測方面，我司設備能夠快速、準確地根據天然氣中各組分氣體濃度計算熱值，為生產決策提供可靠的依據。

對比項目	四方儀器激光拉曼分析儀	某進口色譜分析儀
響應時間	10s	10min
耗材	濾芯	色譜柱
運行載氣	不需要	需要
維護時間	30min	2天
樣氣溫度	0~300℃	常溫
樣氣壓力	0~2.75Mpa	常壓

 

在線色譜儀器響應時間長，維護成本高，尤其在背景氣工況惡劣條件下維護量極大。本次項目采用國產激光拉曼設備替代進口產品，一方面打破進口設備技術壁壘，給公司降低相應設備運行成本及后續維護成本，同時相較于色譜響應時間有極大提升，為現場安全生產提供極有利保障。

 

方案價值

該技術方案的實施使煤化工的工藝過程得到了更為有效的管理和調整，從而實現安全把控和經濟效益提升。

首先，在安全監控方面通過監測O2濃度，可以及時發現潛在的安全隱患，防止事故風險。其次，從工藝優化和提質增效上講，通過監測H2、CO、CO2、CH4等氣體組分的比例與對反應過程的實時監測，可以及時調整工藝參數，優化反應條件，整體提高生產率和產品質量。

 

項目現場