Optograf气体拉曼光谱分析仪应用指南

OptografTM分析仪是Kaiser光学系统 有限公司研发的激光分析仪，适用于 石油化工和气体处理市场中的应用。
在众多此类应用中，OptografTM生成 的光谱可以进行类似色谱分析，因此 被称之为“光学”色谱(无需化学计量模 型)。但是，OptografTM无需阀门、恒 温炉或色谱柱，且不需要使用载气。 在此类先进的过程分析仪中，整体可 靠性和低使用成本均具有无可比拟的 优势。
OptoAST OptoAST OptoDRS OptoDRS OptoDRS OptoDRS OptoAST OptoAST OptoAST
应用说明
AM1 AM2 AM3 AM4 AM5 AM6 AM7 AM8 AM9 AM10 AM11
HY1 HY2 HY3 HY4 HY5 HY6 HY7 HY8 HY9
H2/CO/CO2
组分/CH4/ H2/CO/CO2
组分/CH4/ H2/N2/CO2
甲醇厂
碳数
热值
组分/CH4 组分/ H2/CO/CO2 组分/CH4 组分/ H2/CO/CO2 组分/ H2/CO/CO2 组分/ H2/CO/CO2 组分
样品气流 IGCC厂制SNG分析概述 气化炉排出的粗合成气 经过洗涤器的合成气
• 基于管道原位分析使得光纤采 样探头可以安装在采样点上
• 探头可以在在线压力 (max. 1000 psig)和温度 (max. 150 °C)下工作 -所需样 品预处理极少
• 基于OptoDRSTM和OptoASTTM 友好的采样界面可以提升系统 的可靠性。 例如：无样气传输管道、无残 留等。 (参考OptoDRSTM和OptoASTTM 的数据表)
采样接口
OptoAST OptoAST OptoDRS OptoDRS OptoDRS OptoDRS OptoAST OptoAST OptoAST OptoAST OptoAST
OptoAST OptoAST OptoDRS OptoDRS OptoDRS OptoDRS OptoAST OptoAST OptoAST
图2b：AirHeadTM探头细节
冷凝器 分离器 过程法兰
漩涡 冷却器
图1：OptoASTTM (上部)， 带OptoDRSTM (下部)， 构成OptoDRSTM采样系统
简单OptografTM分析仪接口 OptoASTTM设计已经充分基于 OptografTM分析仪，并配备简单的 AirHeadTM探头接口。
在线样气预处理
动态回流采样仪(DRS)负责排除样气中 夹带的液体和大部分的颗粒污染物。 通过冷却样气和允许冷凝水滴滴入至 竖直管路中并回流至过程管道中实现。 此液体去除方法也可以去除大部分颗 粒，颗粒被液体水滴带回过程管道中。
电气参数
输入电压 最大功率 通信 用户界面
物理参数
外壳类型 外形尺寸 重量 探头数量 接液部件材料(气体探头) 环境温度范围
防爆保护&等级
证书
基于激光技术的气相拉曼(Raman)光谱
OptoDRSTM和OptoASTTM单元，带内置AirHeadTM安装支架；1“ Swagelok十字探头座(可选) max. 150˚C (气相) max. 1000 psig (~6900 kpag，气相) 与停止/流量测量兼容
OptografTM分析仪，带4个AirHeadTM探头
多气体组分、多流路分析能力 OptografTM是多组分分析仪，可以测 量包含下列多种组分的混合气体： H2、N2、O2、CO、CO2、H2S、CH4、 C2H4、C2H6、Cl2、F2、HF、BF3、 SO2。 测量浓度范围为0.1...100 vol%。
高效和紧凑 采样点系统中的OptoASTTM能提供任 何传统样气处理系统可能需要的所有 功能。 通过使用3D NeSSI平台，OptoASTTM 将更加紧凑、更易于安装。
图2a：OptoASTTM采样接口， 内置AirHeadTM探头
简单样气回路
受OptoDRSTM和OptoASTTM采样系统 的高压操作和小流量要求，容易找到 合适的样气回路。
OptografTM 分析仪应用指南
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应用指南
OptografTM分析仪主要应用于合成氨，大宗气体，炼油，合成天然 气(SNG)和甲醇行业中合成气相关的气流组分分析测量。 测量成分包括CO (一氧化碳)、CO2 (二氧化碳)、H2 (氢气)、 N2 (氮气)、O2 (氧气)、H2S (硫化氢)、NH3 (氨气)、CH3OH (甲醇)、 CH4 (甲烷)、C2H6 (乙烷)，C3H8 (丙烷)等。 如欲了解更多关于特定应用的信息，请登录SpectraSesnors公司网站 (www.SpectraSensors.com)参考应用说明。
OptoDRSTM采样接口
采样接口
OptoDRS OptoDRS OptoDRS OptoDRS OptoDRS OptoDRS OptoAST OptoAST OptoAST
OptoAST OptoAST OptoDRS OptoDRS OptoDRS OptoDRS OptoAST OptoAST OptoAST
碳数 热值 组分/CH4 组分/CO 组分/CO 组分/CO2 组分/CO2 组分/H2/N2 CH4泄漏
样品气流 合成氨分析概述 一段转换炉的天然气进气 进入转换熔炉的燃料气 粗合成气-一段转换炉进气口 粗合成气-一段转换炉排气口 高温变换炉的排气口 低温变换炉的排气口 CO2吸收器排气口 - 甲烷反应器进气口 甲烷反应器排气口- 净化合成气 合成氨转换器原料气 合成氨转换器排出气 合成回路吹扫气 HyCO生产分析概述 转换器的天然气进气 进入转换器熔炉的燃料气 粗合成气-一段转换炉排气口 粗合成气-二段转换炉排气口 高温变换炉排气口 低温变换炉排气口 PSA净化装置进气 PSA装置出口H2 CO2吸收器回收的CO2 制氢分析概述 一段转换炉天然气进气 进入转换器熔炉的燃料气 粗合成气-一段转换炉排气口 粗合成气-二段转换炉排气口 高温变换炉排气口 低温变换炉排气口 CO2吸收器排气口-PSA进气 PSA装置出口H2 CO2吸收器回收的CO2气流
H2 CO2 CO
初级变换炉原料合成气
当前应用领域
• 甲烷蒸汽转化 • 气化
-煤 - 石油焦 - 废气 • - 生物质 • 制氢 • 加氢装置 • 合成天然气(SNG) • 合成氨 • 合成燃料 • 甲醇 • 清洁能源(IGCC)
规格参数
测量原理
样品接口
过程接口 AirHeadTM 光纤探头温度 AirHeadTM 光纤探头压力 样品流量
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OptoDRSTM和OptoASTTM过程和采样接口：管道对中采样
主要特点
• 最小样气传输和废弃 • 在线样气预处理 • 过程带压样气处理和分析 • 简单探头接口，带Kaiser的
OptografTM分析仪 • DRS提升了对热、脏或湿气流
的分析能力 • 原位采样测量
除雾器
可靠样气处理
分析仪的可靠性和性能取决于采样质 量。众所周知，需将样气传输至分析 仪的传统采样方法可靠性很低。大多 数可靠性问题均是由减少系统响应时 间所需的流量引起的。大流量会夹杂 更多的液体和其他必须经过过滤或经 过样品预处理系统除掉的污染物。 OptoDRSTM和OptoASTTM系统的目的 是执行在线采样，同时最大限度地减 小流量影响，更加重要的是消除通常 与样气处理相关的固有挑战。
CSA：1CI.1 Div 2 Gr. B C D T4 IECEx/ATEX：0 II 3(2) (1) G Ex [ia op is Ga] [op sh Gb]pz IIC T4 Gc Ta -20...+50 ℃(分析仪) 0II 2/1 G Ex ia op is IIB + H2 T3 Ga (AirHeadTM探头，带烧结过滤器)
* 参考可以测量的气体类型和气体组分的当前应用说明。 ** 详细信息请参考OptoDRSTM和OptoASTTM的数据表。
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应用实例：石化和炼油工艺中的典型光谱
H2
CH4 H2S
柴油加氢循环气 H2
CH4 H2
N2
NH3
NH3合成回路：回收流路
H2 CO2
CH4
CO H2S
气化炉原料合成气 CH4
OptografTM分析仪的光纤探头安装在 管道上，进行原位采样测量。相比于 传统的带相应采样 系统的色谱或质谱 系统，安装和接口更加简便，显著降 低了使用成本。
OptografTM的设计结合了客户的维护 和使用要求。同时满足典型石油化工 装置、气体处理厂和远程分析仪安装 位置的防爆和恶劣环境要求。
• 多流路分析能力，每台分析仪 最多可以带同时工作的4个探 头 - 消除了任意流路切换的硬件 需求，分析速度显著提高
• 简单单参数分析或MLR分析， 无需任何建模或模型维护
• 无需例行标定
• 拉曼光谱峰允许进行谱线形态 分析，类同于色谱分析，但 是： - 无色谱柱、阀门、恒温炉或 流路切换 - 无耗材(例如：仪表风、载气)
应用说明
SY1 SY2 SY3 SY4 SY5 SY6 SY7 SY8 SY9
ME1 ME2 ME3 ME4 ME5 ME6 ME7 ME8 ME9
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OptografTM分析仪 - 基于激光技术的“光谱”分析仪
主要特点
• 最先进的激光气相拉曼技术替 代了传统技术，例如：色谱、质 谱、醋酸铅纸带和光谱仪
其他工艺中的粗合成气
洗涤器后的常规合成气
转换炉排气口
CO2吸收器出气口
制甲醇排气口的SNG
进入管道的SNG
CO2回收气 制甲醇分析概述 一段转换炉天然气进气 进入转换器熔炉的燃料气 粗合成气-一段转换炉排气口 粗合成气-二段转换炉排气口 气化炉排出的粗合成气 经过洗涤器的合成气
合成气
进入甲醇反应器的合成气 甲醇合成回路回收气
OptografTM分析仪
行业 化肥 大宗气体 炼油
工艺装置 合成氨 HyCO厂
制氢
测量参数
碳数 热值 组分/CH4 组分/CO 组分/CO 组分/CO2 组分/CO2 组分/H2/N2 H2/N2比率 组分/杂质 甲烷杂质
碳数 热值 组分/CH4 组分/CO 组分/CO 组分/CO2 组分/CO2 组分/H2/N2 CH4泄漏
OptografTM带四个可以同时独立工作 的探头，避免流路切换。此外，满足 采用四种独立分析方法的应用程序； 本质上，它一台装置集合了四台分析 仪。
分析仪可靠性 OptografTM具有许多特点，极大地提 升了可靠性：无关键可移动部件、无 需例行维护或标定、无需耗材、降低 了对技术人员的操作和维护水平要求、 最小备件需求量，以及在许多恶劣环 境中无需防护安装。
HH1 HH2 HH3 HH4 HH5 HH6 HH7 HH8 HH9
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OptoASTTM采样接口
来自百度文库AirHeadTM光纤探头
行业 SNG
甲醇
工艺装置 测量参数
组分/CH4
组分/
H2/CO/CO2
组分/
H2/CO/CO2
组分/
H2/CO/CO2
SNG
组分/
H2/CO/CO2
组分/
H2/CO/CO2
组分/
高度集成的采样系统 OptografTM支持并兼容管道对中安装 的OptoDRSTM和OptoASTTM过程采样 装置。集成采样系统和分析传感器的 独特设置在提升整体采样系统可靠性 上取得了重大的进步。
成熟技术
自从1928年被发现起，拉曼光谱就广 为人知，并迅速成为一种测量技术。 然而拉曼(Raman)光谱用于在线气相 分析是最近才开始的。2008年Kaiser 在世界级的煤气化装置中成功安装首 台用于合成气体分析的OptografTM， 并将此应用成功用在许多气体制造装 置中。
100...240 VAC，50...60 Hz - 标准 < max. 300 W (启动)；运行时：200 W 串口：RS485，Modbus TCP/IP 彩色液晶(LCD)触摸显示屏
喷涂钢或可选316不锈钢，NEMA4 (或IP65) 18.0“ w x 32.85” h x 10.00“ d (45.72 cm w x 83.44 cm h x 25.4 cm d) 约135 lbs (61.235 kg) max. 4 (每个探头都带专用激光，允许同时运行) 不锈钢316，Teflon和蓝宝石(接液窗口) - 可选其他金属材料 -20...50 °C (固态冷却 - 无需漩涡或其它外部冷却)