煤化工过程气体监测-山西鲁奇炉气化过程激光拉曼原位监测项目

项目背景

合作背景

在我国推动煤炭清洁高效利用和能源结构优化转型的背景下，煤基合成油作为煤炭转化的重要路径，其生产过程的精细化监控与能效提升已成为行业关注焦点。山西作为产煤大省，依托资源优势积极布局煤化工产业，着力推进煤制油等现代煤化工项目提质增效。特别是对于采用鲁奇炉气化技术的合成油装置，出口气体成分的实时准确监测直接关系到气化效率、合成油收率与装置安全稳定运行。

鲁奇炉气化过程中产生的粗合成气具有高温、高压、高焦油、高粉尘、高湿等特征，尤其是焦油含量显著高于其他气化技术，对在线气体分析系统构成严峻挑战。传统分析设备面临采样管路堵塞、传感器污染、测量原理受干扰等技术瓶颈，导致监测数据滞后、准确性不足，甚至因设备频繁故障影响生产连续性。因此，突破恶劣工况下气体在线监测的技术壁垒，实现合成气组分的实时、准确、连续分析，已成为提升煤基合成油装置运行水平、保障安全生产、降低物耗能耗的关键环节。

项目介绍

该项目用户为山西一家大型国有煤化工企业，核心产品涵盖煤制油、尿素、液氨等。其鲁奇炉气化装置以碎煤为原料，经蒸汽与氧气气化生成富含一氧化碳和氢气的粗合成气，作为后续费托合成制油的关键原料气。该装置运行十余年来，受限于高焦油、高温、高压等恶劣工况，一直未能建立有效的在线气体分析系统，主要依赖人工取样与离线分析，数据滞后严重，无法实时指导工艺调整。

前期用户曾试用多家分析设备厂商的方案，均因无法适应现场工况而未能长期稳定运行。为解决上述难题，用户启动了过程气体监测系统升级项目，经过多方调研与技术对比，最终选定四方仪器的原位激光拉曼光谱分析方案。值得强调的是，本项目成功投运的LRGA-3200EX是我国煤化工行业首套实现工程化应用的原位激光拉曼光谱气体分析仪，在鲁奇炉出口安装投用后，实现了对合成气多种气体组分的连续、自动、同步在线监测，标志着国产高端气体分析仪器在复杂煤化工工况应用方面取得重要突破。

产品原型

原位激光拉曼光谱气体分析仪LRGA-3200EX

主要参数

项目实施

技术方案

我司为该项目所提供的原位激光拉曼光谱气体分析仪，专为高温、高压、高焦油等复杂工况设计，能精准测量合成气中的多种组分，且不受背景气体中水分的干扰。其核心优势在于强大的可扩展性，支持灵活的“一拖多”配置。一套分析主机可同时连接多个前置拉曼探头，实现对生产流程中几个关键点位的分布式同步监测，为未来实现全装置、全流程的覆盖性气体监控提供了坚实的技术基础。本项目根据用户需求配置了“一拖二”模式。

系统由取样单元、预处理单元、控制单元、分析单元四部分构成，自动完成管路取样等操作，实现24小时无人值守，在显著减少人工负荷的同时，保证了系统的长期稳定、准确与连续运行。

作为国内首套成功应用在煤化工行业的原位激光拉曼光谱气体分析仪，其采用的原位测量方式可对多种气体组分进行连续、在线、无损分析。通过将拉曼探头前置，仪表无需直接接触样气，不仅减少了取样装置和分析仪表的维护工作量，还极大提升了响应速度。针对鲁奇炉合成气焦油含量高、易凝结的难题，探头取样单元创新性地采用水冷降温与蒸汽吹扫相结合的设计，有效防止了焦油附着与管路堵塞。预处理单元则配备多级过滤与减压稳压装置，在维持样气原始组成的前提下，高效去除粉尘、液态水与铵盐结晶物，确保进入分析仪的气体洁净、稳定。

项目现场工况要求监测系统在200℃高温、4MPa高压条件下稳定运行，需精确测量包括H2、O2、CO、CO2、CH4、H2S、N2在内的关键组分。与传统气相色谱技术相比，激光拉曼分析仪无需载气与频繁标定，响应速度快（T90≤10秒），能够实时捕捉工艺波动，为气化炉氧蒸汽比调整与费托合成反应器调控提供即时数据支撑。该方案的成功应用，开创了国产原位激光拉曼技术在煤化工领域工程化应用的先河，为行业提供了可复制的国产化高端监测路径。

方案价值

该技术方案的实施使煤基合成油的工艺过程得到了更为有效地管理和调整，从而实现安全把控和经济效益提升。

在安全监控方面，通过实时监测O2浓度，能够及时发现气化炉富氧风险，防止安全事故发生；同时对H2S等有害气体的连续监测，为环境与人员安全提供了保障。

在工艺优化和提质增效方面，通过实时监测H2、CO、CO2、CH4等关键组分的浓度变化，操作人员能够及时调整气化炉原料气配比、控制反应温度，优化费托合成条件，从而提升碳转化率与油品收率。据用户反馈，系统投运后原料煤耗显著降低，设备平均无故障运行时间超过30天，运维成本大幅下降。

本项目的成功实施，不仅解决了恶劣工况下气体在线监测的行业难题，更作为国内首套在煤化工行业成功投用的原位激光拉曼分析系统，为国产高端分析仪器在重大工业领域的应用树立了标杆，对推动行业技术升级与国产化替代进程具有里程碑意义。

项目现场