煤氣化過(guò)程在線監(jiān)測(cè)——魯奇爐加壓氣化工藝原位氣體精準(zhǔn)分析

魯奇爐氣體成分監(jiān)測(cè)是效率與安全的基石

在以煤為原料的制氣技術(shù)中，固定床、流化床、氣流床等工藝各具特點(diǎn)。其中，魯奇加壓氣化法作為歷史最悠久的固定床加壓氣化工藝之一，以其碎煤逆流氣化、副產(chǎn)焦油和甲烷含量高的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在煤制天然氣（SNG）、城市煤氣及化工合成氣領(lǐng)域持續(xù)發(fā)揮著重要作用。然而，其復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程與多元化的產(chǎn)物組成，對(duì)實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的氣體成分監(jiān)測(cè)提出了要求。掌握關(guān)鍵氣體組分?jǐn)?shù)據(jù)，是優(yōu)化工藝操作、保障安全生產(chǎn)、提升經(jīng)濟(jì)效益的核心前提。

氣體監(jiān)測(cè)的核心痛點(diǎn)

1、工藝簡(jiǎn)述：

碎煤自爐頂加入，氣化劑（氧氣+水蒸氣）由爐底逆流而上。煤料在爐內(nèi)經(jīng)歷從脫水熱解到深度氣化的完整反應(yīng)鏈：頂部低溫區(qū)完成干燥與干餾，析出揮發(fā)分；中部高溫區(qū)發(fā)生氣化反應(yīng)，生成以CO、H2、CH4為主的有效氣；底部燃燒區(qū)為氣化提供熱量，最終形成灰渣排出。

這一高度動(dòng)態(tài)且跨越多個(gè)溫區(qū)與反應(yīng)類型的非均相體系，不僅反應(yīng)過(guò)程復(fù)雜，其產(chǎn)物組成也具有多樣性，除目標(biāo)產(chǎn)物CH4外，還伴生重?zé)N、焦油、酚、氨、硫化物等多種組分。加之高溫、高壓、高粉塵、高焦油的嚴(yán)苛工況，使得對(duì)關(guān)鍵氣體成分（如CO、H2、CH4、CO2、O2及其他污染物）的實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，成為優(yōu)化工藝效率、保障安全運(yùn)行與提升經(jīng)濟(jì)效益的核心挑戰(zhàn)。

2、關(guān)鍵反應(yīng)過(guò)程的監(jiān)測(cè)意義：

• C+H2O→CO+H2

作為主要的吸熱氣化反應(yīng)，其產(chǎn)物H2與CO的濃度直接反映氣化效率，是過(guò)程監(jiān)控的核心指標(biāo)。

• C+2H2→CH4

該放熱反應(yīng)是魯奇爐生產(chǎn)高熱值CH4的特色路徑，因此監(jiān)測(cè)CH4濃度成為評(píng)估裝置經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的關(guān)鍵依據(jù)。

• CO+H2O→CO2+H2

這一可逆的水煤氣變換反應(yīng)深刻影響氣體組成，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CO、CO2及H2的濃度并關(guān)注其比例，對(duì)于理解反應(yīng)平衡和優(yōu)化工藝至關(guān)重要。

3、監(jiān)測(cè)難點(diǎn)：

• 全組分分析需求迫切：粗煤氣成分極其復(fù)雜，包含H2、CO、CO2、CH4、N2、O2（微量）、H2S、NH3，以及焦油蒸氣、粉塵等。需要同時(shí)、快速獲取關(guān)鍵組分濃度，以全面評(píng)估氣化狀態(tài)、熱值、工藝效率及安全風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)分析方法有所局限，如色譜檢測(cè)周期長(zhǎng)，傅里葉紅外無(wú)法測(cè)H2、N2、O2等雙原子分子且交叉干擾嚴(yán)重等。

• 甲烷與有效氣收率：需要精確、快速地監(jiān)測(cè)粗煤氣中CH4及高階烴CnHm濃度并準(zhǔn)確判斷其熱值，這是魯奇爐經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要體現(xiàn)。同時(shí)，H2和CO等有效氣的濃度也是優(yōu)化目標(biāo)。

• 復(fù)雜惡劣工況的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：在高溫、高壓、高焦油、高粉塵、含腐蝕性氣體（如H2S）的環(huán)境中連續(xù)作業(yè)，極易導(dǎo)致采樣系統(tǒng)堵塞、設(shè)備腐蝕失效；光學(xué)測(cè)量窗口污染、信號(hào)衰減失真；傳統(tǒng)預(yù)處理系統(tǒng)維護(hù)頻繁、可靠性低等結(jié)果。

• 安全風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控：系統(tǒng)置換所殘存的微量O2是爆炸隱患；H2S、COS等有毒有害氣體威脅人員健康與設(shè)備安全，需要高靈敏度、穩(wěn)定可靠的監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵氣體濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)位與核心需求

1、粗煤氣出口（最核心點(diǎn)位）：

監(jiān)測(cè)組分：H2、N2、O2、CO、CO2、H2S、NO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、i-C4H8、n-C4H8、i-C4H10、n-C4H10等全組分分析。

需求：多組分同步在線測(cè)量、快速響應(yīng)、高精度的抗焦油/粉塵/水汽干擾能力、耐高溫高壓腐蝕、低維護(hù)。此點(diǎn)位數(shù)據(jù)是工藝調(diào)控、效率計(jì)算（熱值、甲烷收率、碳轉(zhuǎn)化率）和安全監(jiān)控的核心依據(jù)。

2、洗滌冷卻塔出口/凈化氣入口：

監(jiān)測(cè)組分：CO、CO2、CH4、H2S、H2、O2、N2等。

需求：此處氣體相對(duì)潔凈，但仍需穩(wěn)定可靠的多組分或關(guān)鍵組分濃度監(jiān)測(cè)，以評(píng)估洗滌、凈化效果，控制下游工段。如下圖所示，LRGA-3200EX對(duì)煤氣化裝置洗滌塔出口中粗煤氣樣品進(jìn)行拉曼光譜掃描分析得到的CO、CO2、CH4、H2S、H2、O2和N2等組分拉曼光譜具有可明顯區(qū)分的特征峰，通過(guò)計(jì)量特征峰峰高可同時(shí)測(cè)定各組分氣體的含量。

難點(diǎn)突破：四方儀器拉曼方案的原位分析優(yōu)勢(shì)

面對(duì)魯奇爐粗煤氣出口這一成分復(fù)雜、工況惡劣的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)需求，原位分析技術(shù)展現(xiàn)出不可替代的優(yōu)勢(shì)。四方儀器推薦的核心解決方案是：原位激光拉曼光譜氣體分析儀LRGA-3200EX。

技術(shù)原理簡(jiǎn)述：拉曼光譜基于光與分子相互作用產(chǎn)生的非彈性散射。不同分子具有獨(dú)特的“指紋”拉曼位移光譜，一臺(tái)儀器即可同時(shí)識(shí)別和定量多種氣體組分。

攻克核心難點(diǎn)：

• 多組分同步快速分析，一機(jī)掌控全局：單臺(tái)設(shè)備即可實(shí)時(shí)同步在線測(cè)量粗煤氣中多種關(guān)鍵組分（包括同核雙原子分子H2、O2、N2以及CH4、CO、CO2、H2S、COS、CnHm等），響應(yīng)速度達(dá)秒級(jí)。無(wú)需復(fù)雜預(yù)處理，無(wú)交叉干擾，提供最直接的工藝氣體實(shí)時(shí)全組分?jǐn)?shù)據(jù)。標(biāo)配4通道同步測(cè)量能力，輕松滿足多點(diǎn)位并行監(jiān)測(cè)需求。

• 氣體濃度與熱值同步顯示，決策零延遲：生產(chǎn)過(guò)程中氣體成分與熱值時(shí)刻處于動(dòng)態(tài)變化，四方儀器拉曼分析儀在精確監(jiān)測(cè)各組分濃度的同時(shí)，實(shí)時(shí)計(jì)算并同步顯示熱值，消除數(shù)據(jù)滯后，為工藝參數(shù)優(yōu)化提供及時(shí)且精準(zhǔn)的依據(jù)。

• 無(wú)懼惡劣工況，原位測(cè)量保真度高：此優(yōu)勢(shì)核心在于耐高溫高壓、防腐蝕的原位探頭設(shè)計(jì)。探頭直接插入工藝管道，原位獲取濃度信息并通過(guò)長(zhǎng)光纖高速回傳，有效規(guī)避了抽取方式因樣氣傳輸導(dǎo)致的組分失真、吸附、冷凝、焦油堵塞及維護(hù)頻繁等痛點(diǎn)。

• 雙重安全保障，護(hù)航生產(chǎn)與人員：高精度監(jiān)測(cè)微量O2，提前預(yù)警爆炸風(fēng)險(xiǎn)；實(shí)時(shí)鎖定H2S、COS等有毒氣體濃度，保障人員安全。儀器本體采用正壓防爆設(shè)計(jì)，配備≥50米可定制長(zhǎng)度光纖，確保分析單元始終遠(yuǎn)離高風(fēng)險(xiǎn)工藝區(qū)域，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全。

更多技術(shù)方案可選：

非分光紅外氣體分析儀（NDIR技術(shù)）：Gasboard-3500擁有0~100ppm超低濃度CO/CO2的高精度在線監(jiān)測(cè)能力，同時(shí)可精確測(cè)量CH4、熱值等關(guān)鍵參數(shù)。配備專業(yè)前置預(yù)處理系統(tǒng)，確保在高濕度、高粉塵等惡劣工況下穩(wěn)定運(yùn)行，防爆設(shè)計(jì)為工業(yè)安全保駕護(hù)航。

抽取式激光氣體分析系統(tǒng)（TDLAS技術(shù)）：GasTDL-3110針對(duì)樣氣中高粉塵的工況設(shè)計(jì)，由取樣探頭、預(yù)處理單元、控制單元、氣體分析單元四部分構(gòu)成，可實(shí)時(shí)連續(xù)反映被測(cè)氣體濃度。

結(jié)語(yǔ)

魯奇爐工藝的復(fù)雜氣體組成和嚴(yán)苛工況，使得可靠、精準(zhǔn)、全面的原位氣體成分監(jiān)測(cè)成為其高效安全運(yùn)行的命脈。四方儀器自主研發(fā)的激光拉曼光譜氣體分析技術(shù)，憑借其多組分同步原位測(cè)量的抗干擾能力、耐受惡劣工況及低維護(hù)的核心優(yōu)勢(shì)，成功解決了魯奇爐氣體監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，為客戶提供洞察工藝、優(yōu)化運(yùn)行、保障安全的強(qiáng)大數(shù)據(jù)支撐。選擇四方，為您的魯奇爐裝置賦予精準(zhǔn)可靠的“工藝之眼”與“安全之盾”。