最新TLG-837硫比值分析仪在煤气化工艺尾气中的应用.doc

TLG-837硫比值分析仪在煤气化工艺尾气中的应用宁夏捷美丰友化工有限公司 明生兰内容摘要：在以煤为原料的化工生产过程中会产生大量含有SO2的工艺尾气，为此，硫回收装置普遍应用于煤气化尾气处理工序。在硫回收装置中对过程气中的H2S与SO2之比进行实时测量监控，可有效提高硫的回收率、降低SO2排放量、优化控制，对实现节能减排、环境保护具有非常重要的意义。关键词：硫回收装置、TLG-837、探头、检测器 1 硫回收装置工艺概述宁夏捷美丰友化工有限公司是以煤为原料生产40万吨/年合成氨、70万吨/年尿素、20万吨/年甲醇项目。本工程硫回收装置采用江苏晟宜成套包设计的二级Claus工艺，主要由一个热反应段、二个Claus催化段和焚烧段组成，其工艺流程示意图如图1所示。 图1 Clause 硫磺回收工艺示意图采用非常规分流法工艺流程，将来自低温甲醇洗的含H2S的酸性气体预热后一部分直接进入烧嘴与空气的氧燃烧反应生成SO2(反应式1)，另一部分进入主燃烧室，在催化剂的作用下与生成的 SO2反应实现硫回收(反应式 2)。发生的主要反应如下：H2S+3/2O2SO2+H2O+热量 反应式12H2S+SO23/2S2+2H2O-热量 反应式2从以上反应式可知为使二氧化硫充分转化为硫单质，空气与酸气的比率应能保证催化段过程气中的H2S与SO2的比率为2:1，即 H2S 和SO2的摩尔比为 2:1。针对这种硫回收工艺要求，捷美丰友化工从实际工况考虑最终采用美国线AAI公司的TLG-837硫比值分析仪表。2 TLG-837的系统组成本系统由探头、光谱仪(包括光源、探测器、操作电脑、输入/输出模块、供电模块)、辅助系统（冷指蒸汽系统、吹扫蒸汽系统、抽吸气系统、吹扫气系统、涡管冷却器）、预处理器等组成。如图2所示。图2 TLG-837 系统示意图2.1 检测器检测器采用UV/VIS 2048二极管阵列分光光度计进行检测，可连续和即时检测测范围在190 1100 nm的波长光谱，其具有较低的暗电流和大的饱和电荷使得到的信号具有较高的信噪比。2.2 探头探头由三根同心的管子组成。外侧的一根是直径1.5的管子，也是探头的外径。内侧是一根“冷手”，设计用于脱除大部分的硫蒸气。另一根管子通向冷指的底部，将空气从探头的顶部送至“冷手”的底部，从而将其冷却。2.3 光源 采用190 650nm 220Hz的短弧脉冲氙气（Xenon）灯光源,确保短时间内可提供高能量脉冲。2.4 模块配置此分析仪带有两个模拟输出模块(2通道模拟输出 4 20mA信号) 和一个数字输入继电器单元 (2个常开非浮点触点)。2.5 辅助系统2.5.1 蒸汽预处理器接入1.0MPa蒸汽，经减压后一路去探头的冷指蒸汽入口，用于冷却单脂硫，另一路去探头的吹扫入口，用于吹扫测量池、清洗镜片。2.5.2 仪表风来自空分装置的0.4MPa仪表气一路进光谱仪，用于冷却光谱仪机箱及动作电磁阀，另一路进预处理器后又分为两路，第一路经过减压去探头的引射入口，给测量气提供动力，第二路用于吹扫。3 TLG837的工作原理3.1 取样原理样品在抽吸气的驱动下，沿取样探头向上流动，在流动的过程与冷却指接触，样品气中的硫被冷却下来，并在重力的作用下，沿“冷指”流回工艺管道，被管道中流动的介质带走。除去了硫蒸气的样品气继续向上，流动到测量池中，被紫外光从中穿过。之后样品与抽吸气混合后，从探头的背向介质流向的小孔中排出探头，随工艺介质流向工艺下游，如图3所示。 图 3 TLG-837 探头原理图3.2 测量原理TLG837是紫外分光光谱仪，其设计旨在低成本高效率和精确连续的浓度监测，测量原理为利用被测介质对紫外光的吸收与被测介质浓度成线性关系的原理实现定量测量，测量原理如图4所示。 图 4 TLG837测量原理示意图使用一个脉冲氙灯光源发出全波长光束，经聚光器汇聚后进入发射光纤，并由该光纤导入到测量探头内，经气体吸收后的光束沿反射光纤进入散光器，发散开的光束由分光光栅分成按波长排列的光谱，一对光纤探头发射和接受通过流通池中试样的光谱，一个全息光栅根据其波长来分散光，再使用二极管阵列检测器检测出光谱中不同波长的强度并转化成电信号，送数据处理单元进行处理，计算出不同组份的浓度数值。4 主要的技术要求及注意事项4.1 探头与预处理器的连接要求由于本系统冷指探头接口较多（A G），在连接外界介质及预处理器时难免会出现失误，为此，通过完成此安装工作总结出如下快捷方法，如图5所示。图5 TLG-837预处理器及探头a) “1”接入外界1MPa蒸汽；b) “2” 为减压后的蒸汽连接至探头“F”口，作为冷指蒸汽；c) “3”为减压后的仪表风连接至探头“E”口，作为引射风；d) “4”为仪表风及减压后的蒸汽连接至探头“C”口，作为吹扫气；e) 探头“A”、“B”口分别为光纤入射端和光纤返回端，在完成仪表调校后，最终要投用仪表时才能安装；f) 探头“D”口为“F”口冷指蒸汽的返回口，需连接至蒸汽返回管道，并安装疏水器；g) “H”、“I”口为高压蒸汽（不小于0.7Mpa，不高于1Mpa），用于对探头伴热，无正反要求；h) “G”口不用安装。4.2 I/O信号的设置依据工艺控制要求，本系统设计了3路4 20mA模拟信号输出到DCS控制系统机柜，分别是SO2实时测量值、H2S实时测量值及H2S 和SO2的摩尔比；另有两路数字输出信号，分别是故障继电器输出及采样系统和自动调零的转换继电器输出，以上I/O信号均做在DCS操作界面上，工艺操作人员可实时监控。4.3 在线分析仪的保护TLG837硫比值分析仪安装在硫回收装置6m平台上，由于现场环境比较恶劣，为了更好的防尘防水防火，保证分析仪长周期稳定运行，特为其配备了内墙采用碳钢喷漆勾板连接，外墙为高分子泡沫纤维水泥的分析小屋，以提供良好的运行环境和特殊的防护。4.4 探头的安装要求由于设计图纸不完善，起初安装人员将硫比值分析仪采样探头安装于硫分离器(01S0805)后端U型管道处，且为了满足光纤到检测器的距离最短（一般要求小于2米）故将探头水平垂直U型管道安装，经AAI厂家的技术人员来现场指导调试时发现存在安装错误的问题，首先硫分离器(01S0805)后端U型管道的液硫无法排出会严重影响硫比值分析仪的测量准确度和使用寿命，其次探头必须竖直安装在取样管道上，经现场查看最终确定将硫比值分析仪的采样点改至焚烧炉(01B0803)的进口处，且探头竖直安装在焚烧炉(01B0803)进口管道，安装时还需注意：a、探头顶部箭头方向与工艺样品流动方向保持一致；b、连接法兰管长度根据工艺管道的尺寸来确定，使得探头插入深度在工艺管道直径的1/3 1/2处，以保证样品返回孔在工艺管道内。如图6所示。 图6 TLG-837探头安装示意图暴露的探头应做保温措施，以保证探头的温度维持在90 120，这样可确保冷指中未清除的硫凝出。在刚开始投用时，探头要与冷指蒸汽一起运行，保证探头在吸液器启动前达到所需温度。4.5 投表时应注意的事项a) 开表前要仔细检查线路是否连接正确，一定要先打开蒸汽进行吹扫；b) 标定时偏差必须小于标气读数的1%，例如：如果标气浓度为100ppm，则标准偏差要小于1ppm。c) 一旦分析仪正常运行，蒸汽及仪表风不能间断；d) 仪表正常运行时，辅助系统的要求为：冷指蒸汽压力不能超过20Psi，吹扫蒸汽压力为60Psi左右；引射风压力为14.5 Psi,且流量计的示数调至6 8mg/L之间。e) TLG-837的维护工作及常见故障4.6 维护工作 日常维护包括：观查光谱界面中光强度是否正常、检查辅助系统的压力是否正常；检修维护主要是按实际运行需求做周期性擦洗测量池的光窗透镜、清洗探头、更换光源以及清除光谱仪内部的灰尘工作。4.7 常见故障在调试使用此分析仪时根据发生的故障现象归纳出如表1的常见故障，处理故障的方法简单、便于操作，能够及时解决故障。表1 常见故障及处理方法序号故障现象故障分析处理方法1分析仪无读数分光光度计与分析仪通讯有问题确认USB线连接到电脑及分光光度计，且分光光度计的供电电压为12V2灯源不发光灯未触发或灯源已坏拆下光纤，将一张纸置于灯前，观察是否有光3操作电脑屏中光强度图无显示，并且吸光度谱图为不规则图形光纤未接好或光纤已损坏检查光纤的连接情况4测量结果显示整个光谱范围中的噪音较大光源未发光或光路不通或探头安装有误检查光源、清洗探头、检查探头是否安装正确5测量值漂移光源强度过低或透镜窗口脏或样品气中有干扰物质增加光强度的积分时间或清洗窗口、检查物料情况6测量得到的光谱图杂乱无章光学