Giám sát thành phần khí của lò Lucci là nền tảng của hiệu quả và an toàn

Trong công nghệ sản xuất khí đốt sử dụng than làm nguyên liệu, các quy trình như giường cố định, giường chất lỏng và giường dòng khí được đặc trưng riêng. Trong số đó, phương pháp khí hóa áp suất Rutchi là một trong những quá trình khí hóa áp suất cố định lâu đời nhất, với những ưu điểm độc đáo của quá trình khí hóa ngược dòng than nghiền, hàm lượng nhựa phụ và metan cao, tiếp tục đóng một vai trò quan trọng trong lĩnh vực khí đốt tự nhiên than (SNG), khí đốt đô thị và khí tổng hợp hóa học. Tuy nhiên, quá trình phản ứng phức tạp và các sản phẩm đa dạng của nó đặt ra yêu cầu giám sát thành phần khí chính xác, theo thời gian thực. Nắm vững dữ liệu thành phần khí quan trọng là tiền đề cốt lõi để tối ưu hóa hoạt động quy trình, đảm bảo sản xuất an toàn và nâng cao lợi ích kinh tế.

Điểm đau cốt lõi của giám sát khí

1. Tóm tắt quy trình：

Than nghiền được thêm vào từ đỉnh lò, và các tác nhân khí hóa (oxy+hơi nước) chảy ngược lên từ đáy lò. Than trong lò trải qua một chuỗi phản ứng hoàn chỉnh từ nhiệt phân mất nước đến khí hóa sâu: vùng nhiệt độ thấp hàng đầu hoàn thành sấy khô và chưng cất, kết quả phân tích dễ bay hơi; Phản ứng khí hóa xảy ra ở vùng nhiệt độ cao trung tâm, tạo ra khí hiệu quả chủ yếu là CO, H2 và CH4; Khu vực đốt cháy phía dưới cung cấp nhiệt cho quá trình khí hóa và cuối cùng là sự thoát ra của tro.

Hệ thống không đồng nhất này rất năng động và trải dài nhiều vùng nhiệt độ và loại phản ứng, không chỉ quá trình phản ứng phức tạp, mà thành phần sản phẩm của nó cũng đa dạng, ngoài sản phẩm mục tiêu CH4, còn đi kèm với nhiều thành phần như hydrocacbon nặng, hắc ín, phenol, amoniac, sunfua, v.v. Cùng với điều kiện làm việc khắc nghiệt của nhiệt độ cao, áp suất cao, bụi cao và hắc ín cao, giám sát thời gian thực và chính xác các thành phần khí quan trọng (như CO, H2, CH4, CO2, O2 và các chất gây ô nhiễm khác), trở thành thách thức cốt lõi để tối ưu hóa hiệu quả công nghệ, đảm bảo hoạt động an toàn và nâng cao hiệu quả kinh tế.

2. Ý nghĩa giám sát quá trình phản ứng then chốt:

• C + H2O →CO+H2

Là phản ứng khí hóa hấp thụ nhiệt chính, nồng độ sản phẩm H2 và CO phản ánh trực tiếp hiệu quả khí hóa và là chỉ số cốt lõi của quá trình giám sát.

• C + 2H2 →CH4

Phản ứng tỏa nhiệt này là một con đường đặc trưng để sản xuất giá trị nhiệt cao CH4 trong lò Rutchi, do đó, việc giám sát nồng độ CH4 trở thành cơ sở chính để đánh giá sản lượng kinh tế của thiết bị.

• CO + H2O → CO2 + H2

Phản ứng biến đổi khí nước có thể đảo ngược này ảnh hưởng sâu sắc đến thành phần khí và theo dõi nồng độ CO, CO2 và H2 trong thời gian thực và tập trung vào tỷ lệ của chúng là rất quan trọng để hiểu cân bằng phản ứng và tối ưu hóa quy trình.

3. Giám sát khó khăn:

• Nhu cầu phân tích toàn bộ thành phần cấp bách: thành phần khí thô cực kỳ phức tạp, chứa H2, CO, CO2, CH4, N2, O2 (dấu vết), H2S、NH3， và hơi tar, bụi, vv Nồng độ các thành phần quan trọng cần được thu thập đồng thời và nhanh chóng để đánh giá đầy đủ tình trạng khí hóa, giá trị nhiệt, hiệu quả quá trình và rủi ro an toàn. Phương pháp phân tích truyền thống có những hạn chế, chẳng hạn như chu kỳ phát hiện sắc ký dài, hồng ngoại Fourier không thể đo các phân tử lưỡng nguyên tử như H2, N2, O2 và nhiễu chéo nghiêm trọng.

• Thu hồi khí mêtan và hiệu quả: Cần theo dõi chính xác và nhanh chóng nồng độ CH4 và hydrocacbon bậc cao CnHm trong khí thô và đánh giá chính xác giá trị nhiệt của chúng, đây là một biểu hiện quan trọng của giá trị kinh tế của lò Rutch. Đồng thời, nồng độ khí hữu hiệu như H2 và CO cũng là mục tiêu tối ưu hóa.

• Thách thức nghiêm trọng của điều kiện làm việc phức tạp và khắc nghiệt: hoạt động liên tục trong môi trường nhiệt độ cao, áp suất cao, hắc ín cao, bụi cao và khí ăn mòn như H2S, rất dễ dẫn đến tắc nghẽn hệ thống lấy mẫu và thất bại ăn mòn thiết bị; Ô nhiễm cửa sổ đo quang học, biến dạng suy giảm tín hiệu; Hệ thống tiền xử lý truyền thống được bảo trì thường xuyên và độ tin cậy thấp.

• Giám sát rủi ro an toàn trong thời gian thực: dấu vết của O2 còn lại từ việc thay thế hệ thống là một nguy cơ nổ; H2S, COS và các loại khí độc hại khác đe dọa sức khỏe nhân viên và sự an toàn của thiết bị, đòi hỏi độ nhạy cao, giám sát ổn định và đáng tin cậy.

Giám sát nồng độ khí quan trọng Điểm và nhu cầu cốt lõi

B5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)

Thành phần giám sát: H2、N2、O2、CO、CO2、H2S、NO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、i-C4H8、n-C4H8、i-C4H10、n-C4H10 Chờ phân tích toàn bộ tổ hợp.

Nhu cầu: đo trực tuyến đồng bộ đa thành phần, phản ứng nhanh, khả năng chống nhiễu tar/bụi/hơi nước có độ chính xác cao, chống ăn mòn nhiệt độ cao và áp suất cao, bảo trì thấp. Dữ liệu bit điểm này là cơ sở cốt lõi để điều chỉnh quy trình, tính toán hiệu quả (giá trị nhiệt, thu hồi metan, chuyển đổi carbon) và giám sát an toàn.

2, đầu ra tháp giải nhiệt rửa/đầu vào khí sạch:

Các thành phần giám sát: CO, CO2, CH4, H2S, H2, O2, N2, v.v.

Nhu cầu: Khí ở đây tương đối sạch, nhưng vẫn cần giám sát nồng độ nhiều thành phần hoặc thành phần quan trọng ổn định và đáng tin cậy để đánh giá hiệu quả giặt, làm sạch và kiểm soát phần hạ lưu. Như hình dưới đây cho thấy, phổ Raman của các thành phần như CO, CO2, CH4, H2S, H2, O2 và N2 thu được từ phân tích quét phổ Raman của LRGA-3200EX đối với các mẫu khí thô từ đầu ra của tháp rửa của nhà máy khí hóa than có đỉnh đặc trưng có thể phân biệt rõ ràng và hàm lượng khí của các thành phần có thể được xác định đồng thời bằng cách đo đỉnh đặc trưng cao.

Đột phá khó khăn: Lợi thế phân tích tại chỗ của sơ đồ Raman Quadrant Instruments

Đối mặt với nhu cầu giám sát tập trung về thành phần phức tạp và điều kiện làm việc khắc nghiệt của xuất khẩu khí thô lò Rutchi, công nghệ phân tích tại chỗ cho thấy những lợi thế không thể thay thế. Giải pháp cốt lõi được đề xuất bởi Quad Instruments là: Máy phân tích khí phổ Raman Laser tại chỗ LRGA-3200EX.

Tóm tắt các nguyên tắc kỹ thuật: Phổ Raman dựa trên sự tán xạ không đàn hồi được tạo ra bởi sự tương tác của ánh sáng với các phân tử. Các phân tử khác nhau có phổ dịch chuyển Raman "vân tay" độc đáo, cho phép xác định và định lượng nhiều thành phần khí cùng một lúc bằng một dụng cụ duy nhất.

Đánh hạ trung tâm khó khăn:

•Phân tích nhanh và đồng bộ nhiều thành phần, một máy kiểm soát toàn cục:Một thiết bị duy nhất có thể đo trực tuyến nhiều thành phần quan trọng trong khí thô một cách đồng bộ trong thời gian thực (bao gồm các phân tử lưỡng nguyên đồng nhân H2, O2, N2 và CH4, CO, CO2, H2S, COS, CnHm, v.v.) với tốc độ phản hồi lên đến hàng giây. Không cần tiền xử lý phức tạp, không nhiễu chéo, cung cấp dữ liệu thành phần đầy đủ thời gian thực về khí quá trình trực tiếp nhất. Khả năng đo đồng bộ 4 kênh được trang bị tiêu chuẩn để dễ dàng đáp ứng nhu cầu giám sát song song đa điểm.

•Nồng độ khí được hiển thị đồng bộ với giá trị nhiệt, quyết định không chậm trễ:Trong quá trình sản xuất, thành phần khí và giá trị nhiệt tại thời điểm thay đổi năng động, bốn thiết bị Raman Analyzer theo dõi chính xác nồng độ của các thành phần trong khi tính toán thời gian thực và hiển thị đồng bộ giá trị nhiệt, loại bỏ độ trễ dữ liệu, cung cấp cơ sở kịp thời và chính xác để tối ưu hóa các thông số quá trình.

•Không sợ điều kiện làm việc khắc nghiệt, độ trung thực đo tại chỗ cao:Cốt lõi của lợi thế này là thiết kế thăm dò tại chỗ chịu nhiệt độ cao và áp suất cao, chống ăn mòn. Đầu dò được chèn trực tiếp vào đường ống quá trình, lấy thông tin nồng độ tại chỗ và truyền lại tốc độ cao bằng sợi dài, tránh hiệu quả các điểm đau như biến dạng thành phần, hấp phụ, ngưng tụ, tắc nghẽn tar và bảo trì thường xuyên do truyền khí mẫu.

•Bảo đảm an ninh kép, hộ tống sản xuất và nhân viên:Giám sát độ chính xác cao dấu vết của O2, cảnh báo sớm về nguy cơ nổ; Khóa nồng độ khí độc như H2S và COS trong thời gian thực để đảm bảo an toàn cho nhân viên. Thân máy được thiết kế với áp suất dương và chống cháy nổ, được trang bị sợi quang có chiều dài tùy chỉnh ≥50 mét, đảm bảo rằng các đơn vị phân tích luôn tránh xa khu vực quá trình có nguy cơ cao và đạt được an toàn nội tại.

Nhiều lựa chọn kỹ thuật hơn:

Máy phân tích khí hồng ngoại không quang phổ (công nghệ NDIR)：Gasboard-3500 có khả năng giám sát trực tuyến chính xác cao với nồng độ CO/CO2 cực thấp 0~100ppm, đồng thời có thể đo chính xác các thông số chính như CH4, giá trị nhiệt và các thông số khác. Được trang bị hệ thống tiền xử lý chuyên nghiệp để đảm bảo hoạt động ổn định trong điều kiện làm việc khắc nghiệt như độ ẩm cao và bụi cao, chống cháy nổ được thiết kế để bảo vệ an toàn công nghiệp.

Hệ thống phân tích khí laser kéo (công nghệ TDLAS):GasTDL-3110 được thiết kế cho điều kiện làm việc của bụi cao trong khí mẫu. Nó bao gồm bốn phần của đầu dò lấy mẫu, bộ phận tiền xử lý, bộ phận điều khiển và bộ phận phân tích khí. Nó có thể phản ánh liên tục nồng độ khí được đo trong thời gian thực.

Kết luận

Thành phần khí phức tạp và điều kiện làm việc khắc nghiệt của quy trình lò Lucci làm cho việc giám sát thành phần khí tại chỗ đáng tin cậy, chính xác và toàn diện trở thành mạch máu cho hoạt động hiệu quả và an toàn của nó. Công nghệ phân tích khí phổ Raman laser được phát triển độc lập bởi Quad Instruments, dựa trên lợi thế cốt lõi của khả năng chống nhiễu, khả năng chịu được điều kiện làm việc khắc nghiệt và bảo trì thấp của các phép đo tại chỗ đồng bộ đa thành phần, đã giải quyết thành công thách thức chính của việc giám sát khí lò Rutch, cung cấp cho khách hàng sự hỗ trợ dữ liệu mạnh mẽ về quy trình hiểu biết, vận hành tối ưu và đảm bảo an toàn. Chọn Quad để cung cấp cho bạn một "con mắt công nghệ" chính xác và đáng tin cậy và một "lá chắn an toàn" cho các thiết bị lò nướng của bạn.