項目背景

合作背景

在我國推動煤炭清潔高效利用和能源結構優(yōu)化轉型的背景下，煤基合成油作為煤炭轉化的重要路徑，其生產(chǎn)過程的精細化監(jiān)控與能效提升已成為行業(yè)關注焦點。山西作為產(chǎn)煤大省，依托資源優(yōu)勢積極布局煤化工產(chǎn)業(yè)，著力推進煤制油等現(xiàn)代煤化工項目提質增效。特別是對于采用魯奇爐氣化技術的合成油裝置，出口氣體成分的實時準確監(jiān)測直接關系到氣化效率、合成油收率與裝置安全穩(wěn)定運行。

魯奇爐氣化過程中產(chǎn)生的粗合成氣具有高溫、高壓、高焦油、高粉塵、高濕等特征，尤其是焦油含量顯著高于其他氣化技術，對在線氣體分析系統(tǒng)構成嚴峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)分析設備面臨采樣管路堵塞、傳感器污染、測量原理受干擾等技術瓶頸，導致監(jiān)測數(shù)據(jù)滯后、準確性不足，甚至因設備頻繁故障影響生產(chǎn)連續(xù)性。因此，突破惡劣工況下氣體在線監(jiān)測的技術壁壘，實現(xiàn)合成氣組分的實時、準確、連續(xù)分析，已成為提升煤基合成油裝置運行水平、保障安全生產(chǎn)、降低物耗能耗的關鍵環(huán)節(jié)。

項目介紹

該項目用戶為山西一家大型國有煤化工企業(yè)，核心產(chǎn)品涵蓋煤制油、尿素、液氨等。其魯奇爐氣化裝置以碎煤為原料，經(jīng)蒸汽與氧氣氣化生成富含一氧化碳和氫氣的粗合成氣，作為后續(xù)費托合成制油的關鍵原料氣。該裝置運行十余年來，受限于高焦油、高溫、高壓等惡劣工況，一直未能建立有效的在線氣體分析系統(tǒng)，主要依賴人工取樣與離線分析，數(shù)據(jù)滯后嚴重，無法實時指導工藝調(diào)整。

前期用戶曾試用多家分析設備廠商的方案，均因無法適應現(xiàn)場工況而未能長期穩(wěn)定運行。為解決上述難題，用戶啟動了過程氣體監(jiān)測系統(tǒng)升級項目，經(jīng)過多方調(diào)研與技術對比，最終選定四方儀器的原位激光拉曼光譜分析方案。值得強調(diào)的是，本項目成功投運的LRGA-3200EX是我國煤化工行業(yè)首套實現(xiàn)工程化應用的原位激光拉曼光譜氣體分析儀，在魯奇爐出口安裝投用后，實現(xiàn)了對合成氣多種氣體組分的連續(xù)、自動、同步在線監(jiān)測，標志著國產(chǎn)氣體分析儀器在復雜煤化工工況應用方面取得重要突破。

產(chǎn)品原型

原位激光拉曼光譜氣體分析儀LRGA-3200EX

主要參數(shù)

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。其核心優(yōu)勢在于強大的可擴展性，支持靈活的“一拖多"配置。一套分析主機可同時連接多個前置拉曼探頭，實現(xiàn)對生產(chǎn)流程中幾個關鍵點位的分布式同步監(jiān)測，為未來實現(xiàn)全裝置、全流程的覆蓋性氣體監(jiān)控提供了堅實的技術基礎。本項目根據(jù)用戶需求配置了“一拖二"模式。

系統(tǒng)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，實現(xiàn)24小時無人值守，在顯著減少人工負荷的同時，保證了系統(tǒng)的長期穩(wěn)定、準確與連續(xù)運行。

作為成功應用在煤化工行業(yè)的原位激光拉曼光譜氣體分析儀，其采用的原位測量方式可對多種氣體組分進行連續(xù)、在線、無損分析。通過將拉曼探頭前置，儀表無需直接接觸樣氣，不僅減少了取樣裝置和分析儀表的維護工作量，還極大提升了響應速度。針對魯奇爐合成氣焦油含量高、易凝結的難題，探頭取樣單元創(chuàng)新性地采用水冷降溫與蒸汽吹掃相結合的設計，有效防止了焦油附著與管路堵塞。預處理單元則配備多級過濾與減壓穩(wěn)壓裝置，在維持樣氣原始組成的前提下，高效去除粉塵、液態(tài)水與銨鹽結晶物，確保進入分析儀的氣體潔凈、穩(wěn)定。

項目現(xiàn)場工況要求監(jiān)測系統(tǒng)在200℃高溫、4MPa高壓條件下穩(wěn)定運行，需精確測量包括H2、O2、CO、CO2、CH4、H2S、N2在內(nèi)的關鍵組分。與傳統(tǒng)氣相色譜技術相比，激光拉曼分析儀無需載氣與頻繁標定，響應速度快（T90≤10秒），能夠實時捕捉工藝波動，為氣化爐氧蒸汽比調(diào)整與費托合成反應器調(diào)控提供即時數(shù)據(jù)支撐。該方案的成功應用，開創(chuàng)了國產(chǎn)原位激光拉曼技術在煤化工領域工程化應用的先河，為行業(yè)提供了可復制的國產(chǎn)化監(jiān)測路徑。

方案價值

該技術方案的實施使煤基合成油的工藝過程得到了更為有效地管理和調(diào)整，從而實現(xiàn)安全把控和經(jīng)濟效益提升。

在安全監(jiān)控方面，通過實時監(jiān)測O2濃度，能夠及時發(fā)現(xiàn)氣化爐富氧風險，防止安全事故發(fā)生；同時對H2S等有害氣體的連續(xù)監(jiān)測，為環(huán)境與人員安全提供了保障。

在工藝優(yōu)化和提質增效方面，通過實時監(jiān)測H2、CO、CO2、CH4等關鍵組分的濃度變化，操作人員能夠及時調(diào)整氣化爐原料氣配比、控制反應溫度，優(yōu)化費托合成條件，從而提升碳轉化率與油品收率。據(jù)用戶反饋，系統(tǒng)投運后原料煤耗顯著降低，設備平均運行時間超過30天，運維成本大幅下降。

本項目的成功實施，不僅解決了惡劣工況下氣體在線監(jiān)測的行業(yè)難題，更作為在煤化工行業(yè)成功投用的原位激光拉曼分析系統(tǒng)，對推動行業(yè)技術升級與國產(chǎn)化替代進程具有里程碑意義。

項目現(xiàn)場