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”技改工程作為中國石化與殼牌在煤氣化領(lǐng)域的首個合作項(xiàng)目備受關(guān)注,。本文簡要介紹了岳陽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)目簡介
岳陽中石化殼牌煤氣化有限公司于2001年11月由中國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,。該公司董事會于2003 年6月20日通過了最終的投資決定,，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 岳陽中石化殼牌煤氣化裝置圖
該項(xiàng)目使用西門子OXYMAT 6F測量樣氣中氧的含量,，使用西門子ULTRAMAT 6F紅外分析儀測量合成氣中CO的含量，使用MAXUM Ⅱ測量爐氣組成,。
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)場工藝要求,，同時滿足分析儀表對樣品氣體的要求，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,。上述過程所用的氧氣和氮?dú)猓梢惶椎吐┛諝夥蛛x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)入一個合成氣冷卻器作進(jìn)一步冷卻,，同時產(chǎn)生高壓蒸汽,。從氣化爐出來的合成氣流中所攜帶的少量灰份顆粒，在一個旋風(fēng)分離器或陶瓷過濾器中分離除去,，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,。水洗過的合成氣中所含的剩余硫化物,，在一個克勞斯（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)和測量要求,，在線分析儀測量點(diǎn)主要集中在三個工段：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),，所以整個過程用氮?dú)饷芊夂洼斔?。同時要求用氧分析儀監(jiān)測氮?dú)庵械难鯕夂浚眉t外分析儀監(jiān)測氮?dú)庵械腃O含量,。該測量點(diǎn)的樣品氣壓力較低,，溫度較高，并含有大量的粉塵和水分,，對在線分析系統(tǒng)的要求較高,。西門子公司針對樣氣的特點(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)是樣氣和檢測器沒有接觸,，即使樣品預(yù)處理系統(tǒng)發(fā)生故障,，分析儀檢測器也不會被損壞。而傳統(tǒng)的氧分析儀采用磁力機(jī)械式原理,，樣氣直接與檢測器接觸,，檢測器長期受到樣氣的腐蝕和污染,，從而造成檢測器損壞，儀表無法正常使用,。此外,，西門子公司ULTRAMAT 6紅外分析儀采用非分光紅外原理，樣氣室和檢測器分開,，檢測器沒有麥克風(fēng)效應(yīng),，大大提高了分析儀的精度，更好的滿足現(xiàn)場測量的要求,。
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,，利用采樣泵提供動力。由于采樣點(diǎn)需要分析樣品氣中的微量CO,，對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量結(jié)果，這是因?yàn)閁LTRAMAT 6型紅外分析儀檢測器是雙層結(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,，其只有一個檢測器，所有的組分都通過一個檢測器,，這樣應(yīng)用分析周期會很長,，并且當(dāng)被測樣品較為復(fù)雜時，傳統(tǒng)的色譜可能無法完成檢測任務(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間，從前處理裝置出來的樣品氣經(jīng)過蒸汽伴熱送入預(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)雜的檢測任務(wù),。
總結(jié)
目前,，岳陽中石化殼牌的煤氣化裝置已開車運(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,。同時,，岳陽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,。