O monitoramento da composição de gás do forno Ruch é a pedra angular da eficiência e da segurança

Na tecnologia de fabricação de gás com carvão como matéria-prima, os processos de cama fixa, cama fluida e cama de fluxo de ar têm características. Entre eles, o método de gasificação pressurizada de Ruch, como um dos mais antigos processos de gasificação pressurizada de cama fixa, com suas vantagens únicas de gasificação de fluxo inverso de carvão triturado, alquitramo subproduto e alto teor de metano, continua a desempenhar um papel importante nos campos do gás natural de carvão (GNS), gás urbano e gás de síntese química. No entanto, o complexo processo de reação e a diversidade de produtos exigem um monitoramento preciso e em tempo real da composição do gás. O domínio dos dados essenciais sobre a composição dos gases é uma premissa fundamental para otimizar a operação do processo, garantir a produção segura e aumentar a eficiência econômica.

Pontos de dor centrais do monitoramento de gás

1. Resumo do processo：

O carvão triturado é adicionado a partir do topo do forno e o gasificante (oxigênio + vapor de água) é adicionado a partir do fundo do forno. O carvão passa por uma cadeia de reação completa no forno, desde a termolítica da desidratação até a gasificação profunda: a zona de baixa temperatura superior termina a secagem e a destilação seca, separando as frações voláteis; A reação de gasificação ocorre na zona de alta temperatura central, gerando o gás eficaz predominantemente CO, H2 e CH4; A área de combustão inferior fornece calor para a gasificação, que acaba por formar escombros cinzentos.

Este sistema de fase desigual altamente dinâmico e abrangendo várias zonas de temperatura e tipos de reação, não só o processo de reação é complexo, mas sua composição de produto também é diversificada, além do produto alvo CH4, também acompanhado de vários componentes como hidrocarbonetos pesados, alquitramo, fenóis, amônia e sulfetos. Combinado com altas temperaturas, pressão, poeira e alcatrão, o monitoramento em tempo real e preciso de componentes gasosos críticos (como CO, H2, CH4, CO2, O2 e outros poluentes) é um desafio fundamental para otimizar a eficiência do processo, garantir operações seguras e aumentar a eficiência econômica.

Importância do monitoramento dos processos de reação crítica:

• C + H2O →CO+H2

Como a principal reação de gasificação de absorção de calor, a concentração de H2 e CO de seus produtos reflete diretamente a eficiência da gasificação e é o indicador central do monitoramento do processo.

• C + 2H2 →CH4

Essa reação de descarga de calor é um caminho característico para a produção de alto valor térmico de CH4 nos fornos de Ruch, por isso a monitorização das concentrações de CH4 se torna uma base essencial para avaliar o rendimento econômico da instalação.

• CO + H2O → CO2 + H2

Esta reação reversível de transformação de gás hídrico afeta profundamente a composição do gás, e o monitoramento em tempo real das concentrações de CO, CO2 e H2 e a atenção às suas proporções são essenciais para a compreensão do equilíbrio da reação e a otimização do processo.

Dificuldades de monitoramento:

• Necessidade urgente de análise de todos os componentes: a composição do gás bruto é extremamente complexa, incluindo H2, CO, CO2, CH4, N2, O2 (em pequenas quantidades), H2S、NH3， vapor de alcatrão, poeira, etc. A obtenção simultânea e rápida de concentrações de componentes críticos é necessária para uma avaliação completa do estado de gasificação, do valor térmico, da eficiência do processo e dos riscos de segurança. Os métodos de análise tradicionais têm limitações, como o longo ciclo de detecção cromatográfica, o infravermelho de Fourier não pode medir moléculas biatómicas como H2, N2, O2 e interferência cruzada grave.

• Metano e rendimento eficaz de gás: a necessidade de monitorar com precisão e rapidez as concentrações de CH4 e CnHm de hidrocarbonetos de alta ordem no gás bruto e determinar com precisão o seu valor térmico é uma expressão importante do valor econômico do forno Ruch. Ao mesmo tempo, as concentrações de gases eficazes como H2 e CO também são objetivos otimizados.

• Serios desafios em condições de trabalho complexas e difíceis: operação contínua em ambientes com alta temperatura, alta pressão, alta alcatrão, alta poeira e gás corrosivo (como H2S), o que pode causar bloqueio do sistema de amostragem e falhas de corrosão do equipamento; Poluição óptica da janela de medição, distorção da atenuação do sinal; Os sistemas de pré-processamento tradicionais resultam em manutenção frequente e baixa confiabilidade.

• Monitoramento em tempo real de riscos de segurança: a quantidade de O2 restante da substituição do sistema é um risco de explosão; Os gases tóxicos e perigosos, como H2S e COS, ameaçam a saúde das pessoas e a segurança dos equipamentos e exigem uma monitorização estável e confiável de alta sensibilidade.

Pontos críticos de monitoramento de concentrações de gases e necessidades essenciais

Exportação de gás bruto (ponto mais central):

Componentes de monitoramento: H2、N2、O2、CO、CO2、H2S、NO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、i-C4H8、n-C4H8、i-C4H10、n-C4H10 Análise completa dos componentes.

Necessidades: medição on-line sincronizada de vários componentes, resposta rápida, capacidade de interferência de alquitrão / poeira / vapor de água de alta precisão, resistência à corrosão de alta temperatura e alta pressão, baixa manutenção. Esses dados de ponto são fundamentais para a regulação do processo, o cálculo da eficiência (valor térmico, rendimento de metano, taxa de conversão de carbono) e o monitoramento de segurança.

2, saída da torre de arrefecimento de lavagem / entrada de gás purificador:

Componentes de monitoramento: CO, CO2, CH4, H2S, H2, O2, N2, etc.

Necessidades: o gás é relativamente limpo, mas ainda é necessário um monitoramento estável e confiável de concentrações de vários componentes ou componentes críticos para avaliar a lavagem, o efeito de limpeza e o controle do segmento a jusante. Como mostrado no gráfico abaixo, o espectro de Raman de componentes como CO, CO2, CH4, H2S, H2, O2 e N2 obtido pela análise espectral de Raman de amostras de gás bruto na saída da torre de lavagem do dispositivo de gasificação do LRGA-3200EX tem picos característicos claramente diferenciáveis ​​que podem ser medidos simultaneamente pelo pico de pico característico medido.

A descoberta das dificuldades: as vantagens da análise in situ do programa Raman para instrumentos quadrados

Diante da necessidade de monitoramento de componentes complexos e difíceis da exportação de gás bruto do forno Ruchi, a tecnologia de análise in situ mostra vantagens insubstituíveis. A solução principal recomendada pela Quadrant Instruments é o analisador de gás espectroscópico laser Raman in situ LRGA-3200EX.

Resumo dos princípios técnicos: O espectro de Raman é baseado na dispersão não elástica resultante da interação da luz com as moléculas. Diferentes moléculas têm um espectro de deslocamento Raman único de "impressão digital" que permite que um único instrumento identifique e quantifique vários componentes de gás ao mesmo tempo.

Superar as dificuldades principais:

•Análise rápida sincronizada de vários componentes para um único controle:Um único dispositivo sincroniza a medição on-line em tempo real de vários componentes-chave do gás bruto (incluindo as moléculas binucleares H2, O2, N2 e CH4, CO, CO2, H2S, COS, CnHm, etc.) com velocidades de resposta de segundos. Sem pré-tratamento complexo e sem interferência cruzada, os dados mais diretos sobre todos os componentes dos gases de processo são fornecidos em tempo real. Capacidade de medição sincrônica de 4 canais padrão para atender facilmente às necessidades de monitoramento paralelo de vários pontos.

•Concentrações de gás sincronizadas com valores térmicos mostram zero atraso na tomada de decisão:A composição do gás e os valores térmicos estão em constante mudança durante o processo de produção, e o Analisador Raman Quadratic monitora com precisão as concentrações de cada componente, calculando e exibindo sincronicamente os valores térmicos em tempo real, eliminando o atraso de dados e fornecendo uma base oportuna e precisa para a otimização dos parâmetros de processo.

•Sem medo de condições adversas, alta fidelidade de medição in situ:O núcleo desta vantagem está no design da sonda in situ resistente a altas temperaturas e pressões e à corrosão. A sonda é inserida diretamente no tubo de processo, obtém informações de concentração no local e retorna a alta velocidade através de fibras ópticas longas, evitando efetivamente os pontos de dor como distorção, adsorção, condensação, bloqueio de alquitrame e manutenção frequente devido à transferência de gás de amostra.

•Segurança dupla, escolta de produção e pessoal:Monitoramento de alta precisão de traços de O2, alerta antecipado sobre o risco de explosão; Bloqueie em tempo real as concentrações de gases tóxicos como H2S e COS para garantir a segurança do pessoal. O corpo do instrumento é projetado a prova de explosão de pressão positiva e equipado com fibra óptica de comprimento personalizado de ≥50 metros para garantir que a unidade de análise esteja sempre longe das áreas de processo de alto risco e alcance a segurança essencial.

Mais opções técnicas:

Analisador de gás infravermelho não espectral (tecnologia NDIR)：O Gasboard-3500 possui capacidade de monitoramento on-line de alta precisão para concentrações ultrabaixas de CO/CO2 de 0 a 100 ppm, enquanto mede com precisão parâmetros-chave como CH4 e calor. Equipado com um sistema de pré-tratamento profissional para garantir uma operação estável em condições difíceis como alta umidade e alta poeira, o design à prova de explosão protege a segurança industrial.

Sistema de análise de gás a laser de extração (tecnologia TDLAS):O GasTDL-3110 é projetado para condições de alta poeira em amostras de gás e é composto por uma sonda de amostragem, uma unidade de pré-tratamento, uma unidade de controle e uma unidade de análise de gás que refletem continuamente a concentração do gás medido em tempo real.

Conclusão

A complexa composição de gás e as condições de trabalho exigentes do processo de forno Ruch tornam o monitoramento confiável, preciso e abrangente da composição de gás in situ essencial para sua operação eficiente e segura. A tecnologia de análise de gás Raman espectral a laser desenvolvida independentemente pela Quadrant Instruments, com a sua capacidade de medição in situ sincrônica multicomponente, resistência a interferências, tolerância a condições de trabalho difíceis e baixa manutenção, resolveu com sucesso os desafios-chave do monitoramento de gás do forno Ruchi, fornecendo aos clientes informações sobre o processo, otimizando a operação e garantindo a segurança. Escolha o quadrado para fornecer um "olho de artesanato" e um "escudo de segurança" precisos e confiáveis para sua unidade de forno Ruch.