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安捷伦科技（中国）有限公司
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项目背景
合作背景
随着全球工业化进程的加速，煤化工行业作为能源转换和化工原料供应的重要领域，其发展一直备受关注。然而，煤化工生产过程中产生的废气等环境问题，以及可能引发的安全事故，对环境和人类健康构成了严重威胁。煤化工企业在国家环保法规和安全生产政策的推动下，加强工业过程气体监测显得尤为重要。此外，精确的气体监测技术可以为生产过程提供快速、准确的监测手段，使得企业在环保控排、工艺优化和安全生产等方面均取得显著进步，实现经济效益与社会责任的双赢。因此，加强煤化工企业的工业过程气体监测，不仅是响应国家环保法规和安全生产政策的需要，也是企业实现可持续发展、提升经济效益的关键。
项目介绍
该项目用户是河南某大型煤化工企业，其斥资百亿打造了一座现代化工业园区，涵盖了甲醇、1,4-丁二醇、聚四氢呋喃和丁二酸酐等多种化工产品的生产。该园区通过煤的高效转化，构建了一条从基础原料煤到甲醇等高端化工新材料的完整产业链，实现了资源的循环利用和产业的集群发展。
在甲醇生产领域，该企业年产能力高达60万吨，采用国际先进的壳牌粉煤加压气化技术，结合低温甲醇洗净化和低压甲醇合成工艺，确保了甲醇生产的高效率和高品质。然而，企业初期采用的某国际知名品牌在线色谱仪在监测合成气成分时，因维护成本高昂和操作复杂，最终被企业放弃，转而采用传统的人工取样化验方式。这一转变虽然降低了设备成本，却增加了人力物力的消耗，且测量精度和效率难以满足生产需求。
2023年，该企业在寻求更高效、更经济的监测解决方案时，接触到了四方光电（武汉）仪器有限公司 (以下简称“四方仪器”) 的激光拉曼产品方案。该产品专为高温、高压和高粉尘环境设计，能够准确测量合成气中的多种组分，且不受背景气体中水分的干扰。经过深入的技术交流和现场考察，企业最终决定在气化炉出口安装我司的原位激光拉曼光谱分析仪，以实现对合成气的连续、自动、在线监测，进一步提升生产过程的监控水平和数据准确性。
产品原型
原位激光拉曼光谱气体分析仪LRGA-3200EX
LRGA-3200EX基于激光拉曼散射原理，通过对被测气体的特征拉曼散射光谱进行增强、收集、处理和识别，实现对多类气体同时进行定性及定量分析。系统用于原位安装测量，可同时对近20种组分进行连续在线的无损气体分析。系统配备拉曼采样探头，采用正压防爆设计，安全耐用。秒级响应，无需长久等待。
产品特性
1、无损气体分析，包括同核双原子分析（H2、N2、O2）
2、可同时对多种气体进行连续在线监测，一台仪器解决工业过程气体全流程监测
3、配备拉曼探头，无需抽气到仪表测量，也无需易耗品（色谱柱、阀门、气泵等）
4、仪表正压防爆，维护周期长，安全性高，有毒易燃气体不会进入分析
5、智能化软件设计，全触屏界面，数据直观显示，可外接PC键盘
主要参数
测量组分 | H2、N2、O2、CO、CO2、CH4、H2S等 |
量程 | H2：0~50%、N2： 0~10%、O2：0~5000ppm、CO：0~10%、CO2：0~45%、CH4：0~500ppm、H2S：0~1000ppm |
精度 | ±1%F.S. |
响应时间 | T90≤10s |
电源 | AC220V±10% |
环境温度 | -20~60℃，相对湿度95%RH |
防爆防护等级 | 整机防爆，防爆等级等于或高于：Ex d ⅡC T4，防护等级：IP65 |
分析仪操作要求 | 1、全触屏界面 2、具备标定功能 3、具有多组分气体同时检测分析功能 4、纯中文操作界面 5、支持RS-232/485、4～20mA输出，Modbus TCP协议通讯 |
材质要求 | 系统机柜、管线及所有金属接头使用316L不锈钢防腐材质 |
机柜 | 集成正压防爆机柜，机柜带防爆空调保证设备运行温度 |
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门针对高压、高温、含焦油工况而设计，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，其主要目的是精确测量合成气中各组分的浓度，实现24小时无人值守，大大减少了人工负荷，保证系统长期稳定、准确、连续自动在线运行。系统采用原位安装测量方式，同时对多种气体组分进行连续在线的无损气体分析。在此基础上精确计算并监测天然气的热值，这对于优化生产流程、提高资源利用率具有不可替代的作用。
系统将拉曼探头前置，使仪表不直接接触样气，减少取样装置、分析仪表等部位的维护工作，并且极大地提高了仪表测量的响应时间。多点位耐高压探头同时测量，安全耐用。
四方仪器原位激光拉曼分析仪项目现场实测效果
据了解，项目现场监测部位含有大量粉尘，测量温度要求185℃，压力要求3.5Mpa，需要精确测量CO、CO2、H2、N2、CH4、O2、H2S等组分浓度。我司方案不仅能够很好地适应此类恶劣测量工况，同时，经过对实际测试情况以及数据分析对比，我司激光拉曼分析仪在响应时间、耗材、运行载气等方面还具备多项明显优势。特别是在热值监测方面，我司设备能够快速、准确地根据天然气中各组分气体浓度计算热值，为生产决策提供可靠的依据。
对比项目 | 四方仪器激光拉曼分析仪 | 某知名进口色谱分析仪 |
响应时间 | 30s | 10min |
耗材 | 滤芯 | 色谱柱 |
运行载气 | 不需要 | 需要 |
维护时间 | 30min | 2天 |
样气温度 | 0~300℃ | 常温 |
样气压力 | 0~2.75Mpa | 常压 |
传统的合成气组分分析主要使用在线色谱仪器，和原位激光拉曼分析仪相比，前者响应时间长，维护成本高，尤其在背景气工况恶劣条件下维护量极大。本次项目采用国产激光拉曼设备替代进口产品，一方面打破进口设备技术壁垒，给公司降低相应设备运行成本及后续维护成本，同时相较于色谱响应时间有极大提升，为现场安全生产提供极有利保障。
方案价值
该技术方案的实施使煤化工的工艺过程得到了更为有效的管理和调整，从而实现安全、环保和经济三者的平衡。
首先，在安全监控方面，通过监测H2S、CO等有毒有害气体的浓度，可以及时发现潜在的安全隐患，防止或减少爆炸和中毒等事故发生的风险。其次，从工艺优化和提质增效上讲，通过监测H2、N2、O2等气体组分的比例与对反应过程的实时监测，可以及时调整工艺参数，优化反应条件，整体提高生产率和产品质量。再次，在环境保护方面，通过监测CH4等温室气体的排放量，可以评估工艺对环境的影响，并采取相应措施减少温室气体的排放，最终达到环保法规的要求，减少对环境的影响。最后一点，通过监测热值可以评估燃料的使用效率和经济性，帮助企业降低成本，提高竞争力。
项目现场
