【案例解析】氣相色譜儀在焦爐煤氣制LNG項目中的應用

目前我國在建焦化及焦爐煤氣制甲醇、LNG項目有很多，本文擬通過一個經典焦爐煤氣制LNG項目的成功案例，來和大家分享下氣相色譜在焦爐煤氣制LNG項目中的應用情況。
作為一名設計師，除了要有精湛的設計水平，行業動態也應時刻關注，這兩年就個人設計工作而言，焦化、焦爐煤氣制甲醇、LNG項目相對比較多，可見這類項目近年比較熱。個人分析是由于國家將持續推動供給側結構性改革，我國焦化行業仍以淘汰過剩及落后產能、加強裝備水平升級、推廣使用干熄焦節能技術、園區化及集約化發展、完善并延伸產業鏈等為重點發展方向，從而推動實現焦化行業的綠色轉型升級。
 
焦爐煤氣作為煉焦過程中最主要的副產品，與煤化工相比，焦爐煤氣合成產品具有明顯成本優勢和很少的政策限制。
 
綜上可知，目前我國在建焦化及焦爐煤氣制甲醇、LNG項目會很多，本文擬通過一個經典焦爐煤氣制LNG項目的成功案例，來和大家分享下氣相色譜在焦爐煤氣制LNG項目中的應用。
 

項目概況

 
本項目生產規模為年產7萬t/a LNG，11萬t/a甲醇。年操作8000小時。
 
本項目主要有氣柜、焦爐氣壓縮、精脫硫、甲醇合成、合成氣壓縮、甲醇精餾、MDEA脫碳裝置、冷劑壓縮、螺桿壓縮、干燥液化裝置、甲醇罐區、LNG罐區、循環水等裝置。
 

色譜使用實景展示

 

主要分析項目及控制指標

序號	分析項目	分析內容	控制指標
一	氣柜
1	煤氣	O2	<0.5%(體積)
二	焦爐氣壓縮
1	氮氣	O2	0.1(v%)
三	精脫硫
1	焦爐氣	H2S	275mg/Nm3
		有機硫(包括二甲基二硫醚噻吩、硫醚、硫氧化碳)	30mg/Nm3
2	焦爐氣	H2S	304mg/Nm3
		有機硫	1.5mg/Nm3
3	焦爐氣	H2S	32mg/Nm3
		有機硫	<0.1ppm
4	焦爐氣	H2S、有機硫	<0.1ppm
5	焦爐氣	H2S、有機硫	<30ppb
6	焦爐氣	分析焦爐氣組成
四	甲醇合成
1	合成氣	H2
		CO
		CO2
		CH4
		N2
		CH3OH
		O2
2	熱媒	H2
		CO
		CO2
		CH4
		N2
		CH3OH
五	合成氣壓縮
1	氮氣	O2	0.1(v%)
六	甲醇精餾
1		甲醇	54~58%（wt）
		乙醇	0.16%（wt）
		CO	0.33%（v）
七	MDEA脫碳裝置
1	原料氣	H2
		CO
		CO2
		CH4
		N2
		CmHn
2	吸收氣	H2
		CO
		CH4
		N2
		CmHn
3	脫碳氣	H2
		CO
		CH4
		N2
		CmHn
		CO2
八	冷劑壓縮
1	氮氣	O2	0.1(v%)
九	螺桿壓縮
1	氮氣	O2	0.1(v%)
2	氮氣	O2	0.1(v%)
十	干燥液化裝置
1	天然氣	全組份
2	乙烯	C2H4
		C2H2
		CO2
3	丙烷	C3
		C5+
		CO2
4	異戊烷	異戊烷
		正戊烷
		C6+
		CO2

 
注：由于涉及部分工藝包，故對分析項目和控制指標做了刪減。
 
從以上分析表格中我們可以看到，此類項目色譜主要用來分析氣體、醇類等組分，色譜配置需要看分析項目和控制指標及分析頻次，此外還需根據業主實際情況來綜合考慮，比如是否有依托的老化驗室、是否一些項目不測考慮委托有資質的機構定期來檢測等等，比如焦爐煤氣制甲醇、LNG等項目，作為原料氣焦爐煤氣在上游也就是焦化項目中會檢測其組分，那作為下游企業是否還需要再檢測，這些就需要企業根據自身管理機制等自行決定。
 
在此類項目中大部分都是常規檢測，這類色譜比較好配置，有一些微量組分如硫化時分析有機硫<0.1ppm；脫硫槽出口有機硫<30ppb；干燥液化裝置異戊烷中CO2≤50ppm等項目含量很低，就比較難檢測，需要選擇合適的檢測器和色譜柱等。
 

色譜配置

 
本項目業主最終根據分析項目、控制指標和分析頻次結合業主操作人員的數量，對氣相色譜做了如下配置。

1、儀器配置匯總表

序號	設備名稱	單位	數量	說明
1	普瑞GC-9280型氣相色譜儀	臺	2	對排放氣、原料氣、吸收塔頂氣、脫碳氣常規組分分析
2	普瑞GC-9280型氣相色譜儀	臺	1	煤氣、MDEA溶液分析
3	普瑞GC-9280型氣相色譜儀	臺	1	焦爐氣分析
4	普瑞GC-9280型氣相色譜儀	臺	2	精甲醇、雜醇、粗甲醇分析
5	普瑞GC-9280型氣相色譜儀	臺	1	LNG、混合冷劑分析

 

2、儀器配置清單

（1）樣品基體：排放氣、原料氣、吸收塔頂氣、脫碳氣分析組分：煤氣中O2（0.5%），氮氣中O2（0.1%），冷劑壓縮：N2中O2：0.1%，螺桿壓縮：N2中O2：0.1%，焦爐氣全分析（主要為H2、O2、N2、CH4、CO、CO2、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯）

序號	名稱	規格型號	數量	單位	備注
1	氣相色譜儀	氣相色譜主機GC-9280	1	臺
2		TCD填充系統	2	個
3		填充注樣器系統	2	個
5		自動十通閥	1	個
6		自動六通閥	1	個
7		Porapak Q   6m*3mm	1	根
8		5A分子篩  3m*3mm	1	根
9		GDX-104   3m*3mm	1	根
10		色譜備件箱	1	套
11	工作站	PR-3000軟件	1	個
12		聯想揚天M4000q電腦	1	臺
13		HP激光打印機	1	臺
14	氣體凈化器		1	套
15	標氣		1	套
描述：采用TCD檢測器，氫氣做載氣，十通閥進樣，Q柱預分離，5A柱分析O2、N2、CO、CH4，其余組分通過十通閥反吹出去；六通閥進樣，GDX-104柱分析二氧化碳、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯。差減法計算氫氣的含量。

 

（2）、樣品基體：煤氣、MDEA溶液

分析組分：苯、萘（1ppm以上）、MDEA

序號	名稱	規格型號	數量	單位	備注
1	氣相色譜儀	氣相色譜主機GC-9280	1	臺
2		FID毛細系統	2	個
3		毛細注樣器系統	2	個	采用鈍化后的注樣器及管路
4		HP-WAX   30m*0.32mm*0.50um	2	根
5		自動惰性六通閥	2	個
6		色譜備件箱	1	套
7	工作站	PR-3000軟件	1	個
8		聯想揚天M4000q電腦	1	臺
9		聯想LJ2205激光打印機	1	臺
10	氣體凈化器		1	套
11	標樣和內標	國家標準物質中心提供	1	套
12	標氣		1	套
描述：采用FID檢測器，氮氣做載氣，HP-WAX 柱分析苯、萘，苯用六通閥進樣。

 （3）樣品基體：焦爐氣

分析組分：H2S：10ppb以上、有機硫（二甲基二硫醚噻吩、硫醚、硫氧化碳）：1ppm以上。

序號	名稱	規格型號	數量	單位	備注
1	氣相色譜儀	氣相色譜主機GC-9280	1	臺
3		FPD毛細系統	2	個	鈍化氣路、檢測器
4		毛細注樣器系統	2	個
5		惰性自動六通閥	2	個
6		HP-PLOT Q   30m*0.53mm*20.0um	2	根
7		色譜備件箱	1	套
8	工作站	PR-3000軟件	1	個
9		聯想揚天M4000q電腦	1	臺
10		聯想LJ2205激光打印機	1	臺
11	氣體凈化器		1	套
12	標氣		1	套
描述：采用FPD檢測器，氮氣做載氣，惰性六通閥進樣，HP-PLOT Q柱分析，外標法定量。

 

（4）樣品基體：精甲醇、雜醇、粗甲醇

分析組分：粗甲醇中甲醇（1ppm -90%）、輕組分（二甲醚）：1ppm以上，
甲醇殘液中甲醇：1ppm-0.5%，
雜醇：甲醇：1ppm-30%、丁醇：1ppm-12% 

序號	名稱	規格型號	數量	單位	備注
1	氣相色譜儀	氣相色譜主機GC-9280	1	臺
2		FID毛細系統	2	個
3		毛細注樣器系統	2	個	采用鈍化后的注樣器
4		HP-PLOT Q  30m*0.53mm*20.00um	2	根
5		色譜備件箱	1	套
6	工作站	PR-3000軟件	1	個
7		聯想揚天M4000q電腦	1	臺
8		聯想LJ2205激光打印機	1	臺
9	氣體凈化器		1	套
10	標樣	國家標準物質中心提供	1	套
描述：采用FID檢測器，氮氣做載氣，HP-PLOT Q柱分析甲醇、丁醇、二甲醚。

 

（5）樣品基體：LNG、混合冷劑

分析組分：氫氣、氮氣、氧氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷、異戊烷、正戊烷、己烷。
各組分檢出限：氫氣、氮氣、氧氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷，以上組分0.1%以上，丙烷、異丁烷、正丁烷、異戊烷、正戊烷、己烷，以上組分1ppm以上。微量的一氧化碳、二氧化碳（1ppm以上）。
 

序號	名稱	規格型號	數量	單位	備注
1	氣相色譜儀	氣相色譜主機GC-9280	1	臺
2		TCD單填充系統	1	個
3		FID毛細系統	1	個
4		毛細注樣器系統	1	個
5		填充注樣器系統	1	個
7		輔助系統	1	個
8		自動十通閥	2	個
9		自動六通閥	2	個
10		HP-PONA   50m*0.25mm*0.50um	1	根
11		13X分子篩   3mm*3m	1	根
12		Porapak N    3mm*6m	1	根
13		Porapak Q   6m*3mm	1	根
14		TDX-01    1m*3mm	1	根
15		轉化爐	1	個
16		色譜備件箱	1	套	隨機附帶
17	工作站	PR-3000軟件	1	個
18		聯想揚天M4000q電腦	1	臺
19		聯想LJ2205激光打印機	1	臺
20	氣體凈化器		1	套
21	標氣		1	瓶
描述：一次進樣全分析。采用TCD檢測器，氦氣做載氣，十通閥進樣，一根N柱預分離，13X柱分離氫氣、氮氣、甲烷、一氧化碳，二氧化碳、乙烷在六通閥的氣阻上出，其它氣體通過十通閥反吹出去。C3開始的物質采用FID檢測器分析，六通閥進樣，氮氣做載氣，HP-PONA柱分析。采用FID檢測器，氮氣做載氣，十通閥進樣，Q柱預分離，TDX-01柱+轉化爐分析微量的二氧化碳，其余組分通過十通閥反吹出去。

 小結：

色譜配置除與分析項目、控制指標、分析頻次有關外，由于每個企業都有自身的特點，自動化程度的高低和實驗室人員配置及企業資金情況也會影響色譜的配置，這就需要設計人員前期一定要與業主溝通交流，在滿足生產的前提下，盡量滿足業主需求。