最新 TLG-837硫比值分析仪在煤气化工艺尾气中的应用

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+3/2O2↔SO2+H2O+热量反应式1

2H2S+SO2↔3/2S2+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。

3TLG‐837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

TLG‐837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 TLG‐837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。

4.2I/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

TLG‐837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