改進的煤氣化分析處理裝置的設計分析

馮 璐

(同煤廣發化學工業有限公司，山西 大同 037000)

引 言

對同煤廣發化學工業有限公司來說，在2014年5月份進行開工生產的年產量達到60萬t 對應的甲醇項目，此項目的原料是煤，對原料煤氣化制得的H跟CO相應合成形成甲醇。相應的裝置有一臺對應的殼牌氣化爐，原料采用的是水煤漿、氧氣，使用了水煤漿相應的氣化技術進行生產。在使用在線的分析預處理系統的時候，有把其中相應的雜質及水分不能處理合格方面的問題，致使取樣管理堵塞，損壞相應的設備等。針對此種技術相應的特點以及處理過程中出現的問題，公司對近兩年相應的經驗及技術進行總結，對此采用新的應用方案進行處理，能夠有效保障對應的分析系統實現安全、可靠的正常運行。

1 煤氣化合成氣工藝流程

對于水煤漿和氧氣來說，對應的條件是在1 400 ℃、6.5 MPa(G)左右，在對應的爐內反應，生成相應的粗合成氣，在洗滌冷卻后輸送到氨合成的裝備中。采用相應的在線質譜、紅外線對應的分析儀，對出口相應的合成氣進行深入分析，相應的樣品對應的處理系統，使用的是經過高壓冷卻洗滌后的取樣部分，有效結合相應的雙級減壓、以及二次過濾和渦流制冷等對樣品進行處理。對于煤氣化合成氣來說，是相應的高溫、高壓、含水及相應的粉塵含量作為介質，相應的壓力定為6.3 MPa、溫度定為240 ℃。此樣品對應的特點具體是：具有較大的壓力、較高的溫度、較大的含水量及含粉塵量，相應的組分比較復雜。所以，對應的煤氣化合成氣樣品的處理系統一定要進行樣品的降溫、減壓、除去液態水、粉塵等相應的副產物，保證對應的樣品滿足在線分析儀表對應的要求[1]。

2 煤氣化合成氣樣品處理系統的特點

對于煤氣化合成氣來說，其相應的在線分析的取樣點對應的位置，通常在洗滌塔相應的出口，對于在線分析儀表來說，具有較高的樣品要求，不能有較高的壓力、溫度，也不能有相應的液態水及粉塵。此預處理系統通常分成了兩級：一二級處理系統分別安裝在對應的取樣點的旁邊和對應的分析室相應的處理柜中。對于一級預處理系統來說，主要工作目的是對樣品減壓、降低溫度，同時除去了相應的液態水以及粉塵；對于二級預處理系統，主要工作目的是對水汽及粉塵進行二次去除，對樣品對應的露點溫度及壓力、流量進行嚴格控制[2-3]。

最常見的相應問題都是有：一級的預處理系統對應較差的除水及除塵能力，不能把相應的冷卻水及時排放干凈，致使分析儀中發生相應的進水及粉塵的問題。此系統采用的是旋風渦流進行制冷，致使不穩定的溫度控制，導致相應的減壓閥出問題，具有不穩定的樣品壓力。因為煤氣化相應的合成氣具有較復雜的組分及副產物，導致在二級處理的過程中有結晶及管路堵塞的問題發生。

3 在線分析預處理系統的設計

3.1 取樣探頭選擇

取樣探頭屬于高壓水冷水洗過濾對應的裝置，“回流取樣”是其相應的基本設計思路。就是依據冷卻法，將對應的合成氣冷卻，對應的冷卻液返回對應的工藝管道，對樣品中相應的粉塵及雜質進行洗滌，進而保證系統能夠自動清洗，進而凈化樣品氣。因為合成氣中具有大量的含水量，其冷卻的水能夠形成相應的反沖壓力，對樣品及相應的過濾器進行反洗。通過工藝管線輸送過來相應的高溫、含水、高壓的帶有相應雜質的合成氣需要進行過濾段的處理，部分粉塵及顆粒被過濾掉，在回到相應的工藝管線里邊。高壓水冷水洗過濾裝置具體的示意圖，如圖1所示。詳細的工藝流程為：工藝管線相應的冷卻水輸送到冷卻器，依據冷卻水循環法實現制冷，進而使用列管式換熱器對樣品進行冷卻，保證合成氣中相應的雜質冷凝成相應的液體，在回到相應的工藝管線中去。被冷卻的相應氣體樣品經過最頂部相應的電動閥輸送給樣品管線。為了控制樣品中具有較多相應的雜質及水，樣品的出口處對應的溫度由相應的溫控開關進行控制，如果溫度不滿足設定值時，對應的電動閥就會自動關閉，切斷樣品。對于樣品氣出口來說，一般的溫度都是在45 ℃～55 ℃，溫度只要在整個溫度范圍內，相應的樣品氣才被允許輸送到樣品管線中[4]。

圖1 高壓水冷水洗過濾裝置示意圖

對于高壓水冷水洗過濾取樣探頭來說，屬于煤氣化相應的預處理系統中一個最重要的部分，所以，對應的設計以及應用的過程中，需要注意的要求如下。

1) 對于水冷器來說，具有較低的冷卻能力，所以，設計時需要保證其具有足夠大的容量，保證相應的冷卻水溫不超過35 ℃，具有足夠大的冷卻水循環進出對應的水壓。這樣才能實現樣品氣對應的出口溫度在45 ℃～55 ℃范圍內。

2) 很難構建系統的平衡溫度，這需要經過長時間的探索才能找到相應的規律。對于過濾冷卻段來說，其溫度受三個主要因素影響，分別是樣品對應的流量、對應的循環冷卻水量以及相關應對額環境溫度，其中對于樣氣流量以及循環冷卻水量來說，保持不變，變化的環境溫度是其最主要的影響因素。在北方溫度具有較大變化的地方，應該注重相應的伴熱以及保溫方面的處理[5]。

3) 其合成工藝對應的介質極為復雜，對于樣品氣來說，其中含有相應的雜質及煤焦油。在使用的過程中，發現煤焦油出現在過濾段對應的上下部。所以，對此建議半年進行一次檢修，檢修過程中采用150 ℃左右的蒸汽對樣品沖洗1h(在沖洗時對樣品相應的出口閥進行關閉)，溶解清除相應的雜質。

3.2 一級預處理箱設計

一級預處理系統示意圖,如圖2所示。對于一級預處理系統來說，其相應的設置在取樣頭旁邊安裝，相應的精細過濾器以及樣氣對應的額減壓閥構成。設計的水洗罐在系統的最前端的環節，采用了水洗相應的原理，對樣品氣中相應的雜質進行去除。在正常的運行過程中，經過取樣頭相應的樣品氣中，仍舊含有少量的雜質，其中具有極微量的副產物銨鹽，其會在二級的處理系統上形成結晶，造成管路堵塞。設計水洗罐的目的有兩個，一方面能夠預防銨鹽形成結晶、造成管路堵塞，另一方面對精細過濾器相應的維修頻率進行了降低。對于樣氣相應的減壓力來說，始終控制在0.1 MPa，如果比0.1 MPa 低，就可能影響分析儀上具有較小的進樣流量，導致分析結果不準；如果超過0.1 MPa，導致其中含有較多粉塵及水，致使分析儀中進入了粉塵或者水。因為減壓閥相應的前樣品對應的壓力是6.3 MPa，所以其選型是帶顯示壓力的雙級減壓閥，對其穩定輸出相應的壓力能夠較好的實現。也能預防粉塵造成的堵塞，致使不穩定的壓力出現，同時在減壓閥前面，增加了冗余的相應精細過濾器。

圖2 一級預處理系統示意圖

對于一級預處理系統來說，其詳細的工作過程是：在前級中相應的高壓水冷水洗進行過濾的樣品氣，輸送到水洗罐，其中會有較少量的粉塵及副產物銨鹽溶在其中，在水洗罐相應的頂部出口處引出來相應的樣品氣基本上是干凈、清潔的。最后經過三通閥輸送到精細的過濾器中，其具有雙重冗余配制，能夠實現自由切換2個三通閥。如果此過濾器需要進行清理維修，可以切換到另一個過濾器，這樣就能實現測量無擾動。當樣品氣通過了精細過濾器以后，通過減壓閥，其輸入端設置有對應的壓力顯示，便于操作以及排查故障，經過了雙級減壓閥后，壓力被減到0.1 MPa左右，然后輸送到二級的預處理系統進行深入處理。對于一級預處理系統來說，在對其進行設計以及相應的應用過程中，應該注意以下3點。

1) 在通常的煤氣化相應的預處理系統中，對應的樣品減壓閥的選型，其設計使用的蒸汽減壓閥較多，但是在現實的應用過程中，這種減壓閥極不穩定，常常出現壓力波動較明顯。依據煤氣化工藝相應的要求以及實際使用的經驗，效果最佳的應該是普通雙級減壓閥。

2) 對于北方來說，具有較大的氣溫變化，為了實現穩定的預處理系統，一級的預處理系統相應的部件需要集中到其箱體內，然后進行保溫伴熱，處理處理箱外，其他的都樣品管線都進行全程伴熱。

3) 應該對此定期進行維修清理，每2個月清理水洗罐一次，保證內部沒有積垢，這樣能夠保證樣品氣相應的質量；每4個月對精細過濾器進行1次切換，對濾芯進行更換新的；同時建議在半年左右進行檢修，對其中相應的減壓部件進行清洗、檢查。

3.3 二級預處理箱設計

二級預處理系統示意圖,如圖3所示。其安裝在分析室相應的預處理柜中，具體構成是氣液相應的分離器、精細過濾器安全閥以及旁路對應的防空流量計等。設計的安全閥在對應的進口處，這樣能夠預防上一級處理后具有較高的壓力，對分析儀表造成損壞。對于氣液分離器來說，是分離其中的氣態水，依據相應的冷凝情況，進行定期排放。在二級系統中，設計相應的冗余過濾器，防止前級的過濾失效，導致雜質進入分析儀中，對系統安全具有很大幫助。對于渦流制冷器來說，制冷法是儀表風渦旋管進行制冷，具有簡單結構、便于維護等，比較實用。

對于二級預處理系統來說，具體工作過程是：在一級預處理系統處理后的樣品氣，通過相應的氣液分離器，脫離氣態水，一部分樣品經過旁路對應的防空流量計，輸送到火炬氣管線進行防空，降低分析相應的滯后時間；另一部分，經過過濾器輸送到渦流制冷器，溫度控制在2 ℃～5 ℃，不能有變化，最后把樣氣通過在線分析儀表。其在實際的設計以及整個應用過程中，應對下面兩點關注一下。

圖3 二級預處理系統示意圖

1) 對于渦流制冷器來說，其使用應該能夠提高相應的潔凈儀表壓縮空氣，對于實際應用時，其樣氣溫度不能太低，如果不到0 ℃，出現的結晶就會造成管道堵塞。通常把溫度設置在2 ℃～5 ℃，相應的樣氣中對應的含水量降到0.6%～0.8%這個范圍就行。

2) 對于渦流制冷器的流量來說，其旁路對應的放空流量應在控制在1 L/min，這樣就能較好的對整個系統相應的樣品氣的流量進行控制，促使前級對應的高壓水冷裝置實現最好的冷卻效果。

4 結語

對于我公司來說，經過兩年多進行的在線分析預處理系統相應的摸索及整改，總結了相應的經營，設計了相應的新方案。新系統能夠有效的應對北方惡劣條件，對洗滌塔中相應的合成氣對應的復雜、惡劣的樣品實現的高效的解決，同時顯著降低了系統維護量，保證合成氣樣品不失真，滿足分析儀相應的要求，進而實在線分析儀能夠安全、可靠、長期的正常運行。