三合一在线分析仪在煤制乙二醇装置中的应用

一、前言

安阳永金化工有限公司是以煤制一氧化碳、氢气为原料, 加入一定比例的氧气和甲醇, 通过羰化合成和酯加氢两步间接合成法制乙二醇的工艺技术。2010年初立项, 2010年8月正式开工建设, 2012年12月31日打通流程, 产出合格乙二醇。到目前为止, 已产出乙二醇近20万吨。在整个生产过程中, 尤其是经一次酯化到羰化反应的合成气 (CO、NO、N2、CH3OH、CH3ONO、O2) 组分和比例非常关键, 合成气中的NO过低, 会将多余的O2带入下一工序, 产生爆炸, CO和CH3ONO含量的多少又会对羰化反应的产物产生影响, 所以, 对合成气中的NO、CO、CH3ONO的要求非常严格。在项目开始初期, 我们通过对合成气现场取样, 到实验室进行手动分析, 但分析结果滞后, 不能及时反映组分的变化, 2013年6月安装一台单组份的红外气体分析仪, 只能检测介质中NO含量, 不能满足工艺生产调优的需要。鉴于此, 我公司与2014年6月新安装一台三组分的红外在线分析仪, 型号为SK-MN-25, 可同时检测NO、CO、CH3ONO三种组分, 为工艺人员提供极大的便利, 各种组分的变化一目了然, 为系统的安稳长优运行, 为产品的质量提供了有力保障。

二、三合一在线分析仪的原理及特点

1. 仪器原理

SKMN-25型三合一在线分析仪属于NDIR (不分光) 红外线气体分析仪, 可用于连续分析混合气体中NO、CO、CH3ONO气体组份的浓度。本仪器采用气体分析领域最为成熟和可靠的分析方法, 选用国际上最为先进的MEMS红外光源和双通道红外检测器。由两个吸收室组成, 两者互相气密, 光学上是串联的。

MEMS红外脉冲光源发射特定频率的辐射光, 辐射光通过气室被检测器接收。检测器的两个通道分别为分析检测通道和参比检测通道。当气室通入N2时, 红外光在气室内不被吸收, 分析检测通道输出信号最大。当气室通以待测组份时, 红外光在气室内产生特征吸收, 分析检测通道输出信号减小。分析检测通道输出信号随气室中待测组份的吸收而发生变化, 于是产生一个与待测组份浓度成比例的输出信号。参比检测通道的输出信号不受被测气体及其浓度影响, 用于反映和平衡光源光强的变化, 以补偿分析检测通道输出信号的变化, 从而有效提高仪器的稳定性。

2. 仪器特点

(1) 三组分测量, 同时监测CH3ONO/NO/CO的气体浓度;

(2) 机柜内设有电伴热和旋风制冷器, 高精度恒温控制, 降低了环境温度对仪器测量的影响;

(3) 彩色液晶屏显示, 显示信息清晰;

(4) 触摸屏或鼠标操作, 操作简便;

(5) 4-20m A电流输出标准信号, 易于连接到DCS或二次显示仪表进行显示;

(6) 内设可燃有毒检测器, 实时监测机柜内可燃气体和有毒气体的浓度, 浓度超标时通过继电器输出到机柜外声光报警器上, 给人们进行安全提醒;

(7) 仪器维护量小, 零点和量程标定简捷。

三、分析采样的组成

1. 取样探头

我装置区三合一在线分析仪取样的位置位于一次酯化到羰化反应器的合成气管线上, 工艺介质为CO、NO、N2、CH3ONO、CH3OH, 管子规格为DN1200, 材质304, 在线分析仪取样探头探针采用Φ6的不锈钢管, 探针底部为楔形, 楔面背对着流体的方向, 目的是防止介质中的杂物堵塞取样探头, 影响在线分析。探头长度为400mm, 插入管道的1/2~1/3处, 目的是能够取到管子中间的样气, 能更准确的反应介质的组分。探针垂直插入管道, 目的是防止样气中水气进入仪器。从取样探头到仪器的预处理系统安装两道阀门, 防止泄露, 方便检修。整个取样管线均采用Φ6的不锈钢管, 与仪器连接处采用Φ6卡套进行连接。

2. 分析仪机柜

分析柜规格:1500 (L) ×800 (W) ×2100 (H) mm, 为不锈钢板 (304SS) 焊接式结构, 墙板厚1.5mm墙板, 墙板内侧粘贴阻燃保温材料, 保温材料厚30mm, 门2扇, 前开门, 门与墙之间镶有橡胶密封条。前门上开有两个个防爆玻璃观察窗, 门外有锁及把手。分析柜的防尘等级为IP66, 柜内所有电器设备防爆等级不低于IICT4。

3. 预处理系统

预处理系统安装在分析柜内, 作用是过滤粉尘、去除水分, 用来净化样气、稳定样气压力的一套装置。主要由膜过滤器、减压阀、流量计、排液阀组成。

4. 分析仪器

分析仪器安装在分析柜内, 测量三种组分:NO、CO、CH3ONO, 根据工艺要求, 量程分别设置为NO:0-50%, CO:0-100%, CH3ONO:0-25%, 分析仪器旁有流量计, 可控制进入仪器的样气流量。

5. 公用工程

仪表空气:0.4-0.6Mpa, 用于旋风制冷器制冷;

氮气:0.4-0.6Mpa, 用于检修时仪器保护;

蒸汽:0.4Mpa, 用于冬季仪器伴热;

废液排放:排入废液地沟;

样气排放:排入系统用于再利用;

电源:220VAC, 50HZ, 从UPS接引;

信号电缆:ZR-ia-DJYVRP 3×2×1.5, 穿管敷设至分析柜外接线箱接口, 另一端引入DCS。

6. 采样分析过程

样气通过采样探头、流经取样管线进入预处理系统, 经预处理除尘除潮温压后, 干净的样气进入仪器内, 经过红外光源, 不同组分的物质吸收不同红外波长的光, 吸收程度与气体的浓度有关, 再经过电子元件转化成标准电信号, 得出正确的组分含量, 显示在彩色液晶屏上, 也可以通过信号电缆传输至DCS, 使工艺操作人员在控制室内能清楚的看到组分的含量及变化趋势。

小结

三合一在线红外气体分析仪功能完备、性能指标优越, 尤其是稳定性好、抗干扰能力强、受环境温度影响小且可靠性高, 在我装置区已连续运行三个月, 检测数据准确可靠, 标定方便, 基本上处于“免维修”状态, 运行状况十分良好。与以往的手动分析和单组份分析仪相比, 具有更高的温定性和测量的高精度性, 克服了手动分析的滞后性, 消除了单组份分析仪的单一性, 为煤制乙二醇装置的可靠运行提供了不可磨灭的贡献, 为企业创造了价值, 值得推广。

摘要：本文主要阐述了三合一在线红外分析仪的原理及特点, 仪器组成及各部分的作用, 在煤制乙二醇装置中发挥的作用

关键词：三合一在线分析仪,原理,特点,组成,作用