煤炭氣化技術(shù)是潔凈、高效利用煤炭的重要技術(shù)之一，巴陵石化尿素裝置“煤代油”技改工程作為中國(guó)石化與殼牌在煤氣化領(lǐng)域的首個(gè)合作項(xiàng)目備受關(guān)注。本文簡(jiǎn)要介紹了岳陽(yáng)中石化殼牌煤氣化有限公司煤氣化工藝，及西門子在線分析儀和預(yù)處理系統(tǒng)在Shell煤氣化工藝的應(yīng)用。
項(xiàng)目簡(jiǎn)介
岳陽(yáng)中石化殼牌煤氣化有限公司于2001年11月由中國(guó)石油化工股份公司與殼牌公司合資建立，中外雙方各占50%的股份。該公司董事會(huì)于2003 年6月20日通過(guò)了最終的投資決定，項(xiàng)目投資總額為11.33億元人民幣。該項(xiàng)目利用殼牌公司煤氣化技術(shù)將煤轉(zhuǎn)換為合成氣，替代中國(guó)石化股份公司巴陵分公司化肥裝置目前的生產(chǎn)原料——石腦油，日處理煤炭能力為2000t，該項(xiàng)目的煤氣化裝置如圖1所示。


圖1 岳陽(yáng)中石化殼牌煤氣化裝置圖
該項(xiàng)目使用西門子OXYMAT 6F測(cè)量樣氣中氧的含量，使用西門子ULTRAMAT 6F紅外分析儀測(cè)量合成氣中CO的含量，使用MAXUM Ⅱ測(cè)量爐氣組成。
控制系統(tǒng)構(gòu)成


圖2 在線分析系統(tǒng)組成圖
在線分析系統(tǒng)包括采樣系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、標(biāo)定系統(tǒng)、在線分析儀、分析小屋或分機(jī)柜及其公用工程，如圖2所示。
為了保證現(xiàn)場(chǎng)工藝要求，同時(shí)滿足分析儀表對(duì)樣品氣體的要求，采樣系統(tǒng)要求所取樣品是有代表性的樣品；樣品預(yù)處理系統(tǒng)要除去樣品中對(duì)分析儀有害的成分，并提供穩(wěn)定流量和壓力的樣品，確保分析儀長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行、分析準(zhǔn)確；分析小屋有別于土建分析室，小屋提供有儀器工作所需的載氣、樣品氣、標(biāo)準(zhǔn)氣、儀表空氣、供電、信號(hào)電纜和預(yù)處理系統(tǒng)等公用工程，并采用防震、防靜電、防塵、屏蔽、抗干擾等措施，還可根據(jù)需要安裝聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)，為儀表提供了良好的操作運(yùn)行環(huán)境，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，確保儀表的安全正常運(yùn)行。
系統(tǒng)完成的功能
Shell煤氣化工藝簡(jiǎn)介


圖3 Shell 煤氣化工藝流程
目前，Shell 煤氣化裝置從示范裝置到大型工業(yè)化裝置均采用廢鍋流程，簡(jiǎn)略流程如圖3所示。原煤先行破碎研磨成煤粉及干燥處理，再用氮?dú)馑腿胭A罐，貯罐內(nèi)的煤粉與氧氣和蒸汽一起送進(jìn)氣化爐的燃燒器。上述過(guò)程所用的氧氣和氮?dú)?，均由一套低漏空氣分離裝置產(chǎn)生。噴入煤粉、氧氣和蒸汽的混合體，使氣化爐維持在1 400～1 600℃的溫度范圍內(nèi)運(yùn)作。這個(gè)運(yùn)行溫度使煤炭所含的灰份熔化并漏到氣化爐底部，變成一種玻璃狀不可漏濾的爐渣而排出，這個(gè)溫度亦防止形成不合需要的有毒熱解副產(chǎn)物，例如苯酚和多環(huán)芳香烴。
煤炭與氧氣發(fā)生反應(yīng)，按下列一般化學(xué)方程式合成氣：2CH+O2→2CO+H2，產(chǎn)生的合成氣，用循環(huán)氣體驟冷作局部冷卻，然后進(jìn)入一個(gè)合成氣冷卻器作進(jìn)一步冷卻，同時(shí)產(chǎn)生高壓蒸汽。從氣化爐出來(lái)的合成氣流中所攜帶的少量灰份顆粒，在一個(gè)旋風(fēng)分離器或陶瓷過(guò)濾器中分離除去，并再循環(huán)返回氣化爐，以確保碳轉(zhuǎn)化率達(dá)到99%以上。離開(kāi)氣化工藝的合成氣含有80%～83%的原煤能量它被成為冷煤氣效率，由氣化爐和合成氣冷卻器產(chǎn)生的蒸汽，含有另外的14%～16%的能量。相比之下，以水煤漿為原料的氣化工藝的煤氣效率大約為74%～77%。煤炭中所含的硫、鹵素及氮化合物，再氣化過(guò)程中生成氣態(tài)的硫化物、鹵素、分子態(tài)氮，以及氨及氰化氨、氰化氫及硫化羰（COS）被催化轉(zhuǎn)化為氮及硫化氫、鹵素和氨經(jīng)水洗去除。水洗過(guò)的合成氣中所含的剩余硫化物，在一個(gè)克勞斯（Claus）裝置中，由酸鹽溶劑吸收并轉(zhuǎn)化為元素硫。該克勞斯裝置能夠回收95%的硫，然后再經(jīng)過(guò)殼牌克勞斯尾氣處理裝置作進(jìn)一步處理的克勞斯尾氣，實(shí)際上能達(dá)到完全回收硫的效果（超過(guò)99%） 。
Shell煤氣化工藝在線分析系統(tǒng)
結(jié)合Shell煤氣化工藝的特點(diǎn)和測(cè)量要求，在線分析儀測(cè)量點(diǎn)主要集中在三個(gè)工段：磨煤和干燥，除灰，濕洗。
1．磨煤和干燥
在Shell磨煤和干燥階段，由于煤粉有爆炸的危險(xiǎn)，所以整個(gè)過(guò)程用氮?dú)饷芊夂洼斔?。同時(shí)要求用氧分析儀監(jiān)測(cè)氮?dú)庵械难鯕夂?，用紅外分析儀監(jiān)測(cè)氮?dú)庵械腃O含量。該測(cè)量點(diǎn)的樣品氣壓力較低，溫度較高，并含有大量的粉塵和水分，對(duì)在線分析系統(tǒng)的要求較高。西門子公司針對(duì)樣氣的特點(diǎn)，采用水洗方案處理樣品氣，此方案既可以提供動(dòng)力源，可以降溫并除去樣品氣中的氣態(tài)水和粉塵，大大節(jié)省預(yù)處理系統(tǒng)投資。西門子OXYMAT 6氧分析儀在此處具有非常好的應(yīng)用，OXYMAT 6采用磁壓式原理，這種分析儀最大優(yōu)點(diǎn)是樣氣和檢測(cè)器沒(méi)有接觸，即使樣品預(yù)處理系統(tǒng)發(fā)生故障，分析儀檢測(cè)器也不會(huì)被損壞。而傳統(tǒng)的氧分析儀采用磁力機(jī)械式原理，樣氣直接與檢測(cè)器接觸，檢測(cè)器長(zhǎng)期受到樣氣的腐蝕和污染，從而造成檢測(cè)器損壞，儀表無(wú)法正常使用。此外，西門子公司ULTRAMAT 6紅外分析儀采用非分光紅外原理，樣氣室和檢測(cè)器分開(kāi)，檢測(cè)器沒(méi)有麥克風(fēng)效應(yīng)，大大提高了分析儀的精度，更好的滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的要求。
2．除灰
除灰裝置采樣點(diǎn)的樣氣具有溫度高，壓力低的特點(diǎn)。結(jié)合該特點(diǎn)，西門子公司在樣品預(yù)處理系統(tǒng)采用水冷器降溫，利用采樣泵提供動(dòng)力。由于采樣點(diǎn)需要分析樣品氣中的微量CO，對(duì)紅外分析儀的精度要求很高。在該采樣點(diǎn)選用西門子ULTRAMAT 6紅外分析儀可以得到理想的測(cè)量結(jié)果，這是因?yàn)閁LTRAMAT 6型紅外分析儀檢測(cè)器是雙層結(jié)構(gòu)，并配有光學(xué)耦合器，可以最大程度的提高分析儀的精度。
3．濕洗
濕洗裝置采樣點(diǎn)樣品氣溫度高，壓力高，含水量大。本項(xiàng)目中，若采用傳統(tǒng)工業(yè)在線色譜，其只有一個(gè)檢測(cè)器，所有的組分都通過(guò)一個(gè)檢測(cè)器，這樣應(yīng)用分析周期會(huì)很長(zhǎng)，并且當(dāng)被測(cè)樣品較為復(fù)雜時(shí)，傳統(tǒng)的色譜可能無(wú)法完成檢測(cè)任務(wù)。西門子預(yù)處理方案在該處設(shè)置了前處理減壓裝置，大大減少了樣品氣的滯后時(shí)間，從前處理裝置出來(lái)的樣品氣經(jīng)過(guò)蒸汽伴熱送入預(yù)處理系統(tǒng)，降溫除水后進(jìn)入分析儀表。濕洗裝置采樣點(diǎn)，需要用色譜分析爐氣的組分，西門子MAXUM II型色譜采用多通道TCD檢測(cè)器，利用柱切和反吹技術(shù)，大大縮短了樣品的分析周期，可以完成較為復(fù)雜的檢測(cè)任務(wù)。
總結(jié)
目前，岳陽(yáng)中石化殼牌的煤氣化裝置已開(kāi)車運(yùn)行約一年，樣品預(yù)處理系統(tǒng)能夠提供穩(wěn)定流量和壓力的樣品氣體，西門子氧分析儀、紅外分析儀和色譜運(yùn)行正常，氧和紅外分析儀測(cè)量值穩(wěn)定性非常好，色譜分析的重復(fù)性非常高，達(dá)到±0.5%，受到極大的好評(píng)。同時(shí)，岳陽(yáng)中石化殼牌公司的儀表維護(hù)人員也反映西門子分析儀表操作簡(jiǎn)單，儀表的穩(wěn)定性好，系統(tǒng)的維護(hù)工作量小。
西門子公司針對(duì)Shell煤氣化工藝，充分考慮了煤氣化裝置樣品氣的特點(diǎn)（溫度高、含有大量水分和粉塵），采用水洗方案，保證穩(wěn)定流量、壓力干凈的氣體進(jìn)入分析儀表。成功的解決了煤氣化裝置在線分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難題。