【案例解析】气相色谱仪在焦炉煤气制LNG项目中的应用

目前我国在建焦化及焦炉煤气制甲醇、LNG项目有很多，本文拟通过一个经典焦炉煤气制LNG项目的成功案例，来和大家分享下气相色谱在焦炉煤气制LNG项目中的应用情况。
作为一名设计师，除了要有精湛的设计水平，行业动态也应时刻关注，这两年就个人设计工作而言，焦化、焦炉煤气制甲醇、LNG项目相对比较多，可见这类项目近年比较热。个人分析是由于国家将持续推动供给侧结构性改革，我国焦化行业仍以淘汰过剩及落后产能、加强装备水平升级、推广使用干熄焦节能技术、园区化及集约化发展、完善并延伸产业链等为重点发展方向，从而推动实现焦化行业的绿色转型升级。
 
焦炉煤气作为炼焦过程中最主要的副产品，与煤化工相比，焦炉煤气合成产品具有明显成本优势和很少的政策限制。
 
综上可知，目前我国在建焦化及焦炉煤气制甲醇、LNG项目会很多，本文拟通过一个经典焦炉煤气制LNG项目的成功案例，来和大家分享下气相色谱在焦炉煤气制LNG项目中的应用。
 

项目概况

 
本项目生产规模为年产7万t/a LNG，11万t/a甲醇。年操作8000小时。
 
本项目主要有气柜、焦炉气压缩、精脱硫、甲醇合成、合成气压缩、甲醇精馏、MDEA脱碳装置、冷剂压缩、螺杆压缩、干燥液化装置、甲醇罐区、LNG罐区、循环水等装置。
 

色谱使用实景展示

 

主要分析项目及控制指标

序号	分析项目	分析内容	控制指标
一	气柜
1	煤气	O2	<0.5%(体积)
二	焦炉气压缩
1	氮气	O2	0.1(v%)
三	精脱硫
1	焦炉气	H2S	275mg/Nm3
		有机硫(包括二甲基二硫醚噻吩、硫醚、硫氧化碳)	30mg/Nm3
2	焦炉气	H2S	304mg/Nm3
		有机硫	1.5mg/Nm3
3	焦炉气	H2S	32mg/Nm3
		有机硫	<0.1ppm
4	焦炉气	H2S、有机硫	<0.1ppm
5	焦炉气	H2S、有机硫	<30ppb
6	焦炉气	分析焦炉气组成
四	甲醇合成
1	合成气	H2
		CO
		CO2
		CH4
		N2
		CH3OH
		O2
2	热媒	H2
		CO
		CO2
		CH4
		N2
		CH3OH
五	合成气压缩
1	氮气	O2	0.1(v%)
六	甲醇精馏
1		甲醇	54~58%（wt）
		乙醇	0.16%（wt）
		CO	0.33%（v）
七	MDEA脱碳装置
1	原料气	H2
		CO
		CO2
		CH4
		N2
		CmHn
2	吸收气	H2
		CO
		CH4
		N2
		CmHn
3	脱碳气	H2
		CO
		CH4
		N2
		CmHn
		CO2
八	冷剂压缩
1	氮气	O2	0.1(v%)
九	螺杆压缩
1	氮气	O2	0.1(v%)
2	氮气	O2	0.1(v%)
十	干燥液化装置
1	天然气	全组份
2	乙烯	C2H4
		C2H2
		CO2
3	丙烷	C3
		C5+
		CO2
4	异戊烷	异戊烷
		正戊烷
		C6+
		CO2

 
注：由于涉及部分工艺包，故对分析项目和控制指标做了删减。
 
从以上分析表格中我们可以看到，此类项目色谱主要用来分析气体、醇类等组分，色谱配置需要看分析项目和控制指标及分析频次，此外还需根据业主实际情况来综合考虑，比如是否有依托的老化验室、是否一些项目不测考虑委托有资质的机构定期来检测等等，比如焦炉煤气制甲醇、LNG等项目，作为原料气焦炉煤气在上游也就是焦化项目中会检测其组分，那作为下游企业是否还需要再检测，这些就需要企业根据自身管理机制等自行决定。
 
在此类项目中大部分都是常规检测，这类色谱比较好配置，有一些微量组分如硫化时分析有机硫<0.1ppm；脱硫槽出口有机硫<30ppb；干燥液化装置异戊烷中CO2≤50ppm等项目含量很低，就比较难检测，需要选择合适的检测器和色谱柱等。
 

色谱配置

 
本项目业主最终根据分析项目、控制指标和分析频次结合业主操作人员的数量，对气相色谱做了如下配置。

1、仪器配置汇总表

序号	设备名称	单位	数量	说明
1	普瑞GC-9280型气相色谱仪	台	2	对排放气、原料气、吸收塔顶气、脱碳气常规组分分析
2	普瑞GC-9280型气相色谱仪	台	1	煤气、MDEA溶液分析
3	普瑞GC-9280型气相色谱仪	台	1	焦炉气分析
4	普瑞GC-9280型气相色谱仪	台	2	精甲醇、杂醇、粗甲醇分析
5	普瑞GC-9280型气相色谱仪	台	1	LNG、混合冷剂分析

 

2、仪器配置清单

（1）样品基体：排放气、原料气、吸收塔顶气、脱碳气分析组分：煤气中O2（0.5%），氮气中O2（0.1%），冷剂压缩：N2中O2：0.1%，螺杆压缩：N2中O2：0.1%，焦炉气全分析（主要为H2、O2、N2、CH4、CO、CO2、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯）

序号	名称	规格型号	数量	单位	备注
1	气相色谱仪	气相色谱主机GC-9280	1	台
2		TCD填充系统	2	个
3		填充注样器系统	2	个
5		自动十通阀	1	个
6		自动六通阀	1	个
7		Porapak Q   6m*3mm	1	根
8		5A分子筛  3m*3mm	1	根
9		GDX-104   3m*3mm	1	根
10		色谱备件箱	1	套
11	工作站	PR-3000软件	1	个
12		联想扬天M4000q电脑	1	台
13		HP激光打印机	1	台
14	气体净化器		1	套
15	标气		1	套
描述：采用TCD检测器，氢气做载气，十通阀进样，Q柱预分离，5A柱分析O2、N2、CO、CH4，其余组分通过十通阀反吹出去；六通阀进样，GDX-104柱分析二氧化碳、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯。差减法计算氢气的含量。

 

（2）、样品基体：煤气、MDEA溶液

分析组分：苯、萘（1ppm以上）、MDEA

序号	名称	规格型号	数量	单位	备注
1	气相色谱仪	气相色谱主机GC-9280	1	台
2		FID毛细系统	2	个
3		毛细注样器系统	2	个	采用钝化后的注样器及管路
4		HP-WAX   30m*0.32mm*0.50um	2	根
5		自动惰性六通阀	2	个
6		色谱备件箱	1	套
7	工作站	PR-3000软件	1	个
8		联想扬天M4000q电脑	1	台
9		联想LJ2205激光打印机	1	台
10	气体净化器		1	套
11	标样和内标	国家标准物质中心提供	1	套
12	标气		1	套
描述：采用FID检测器，氮气做载气，HP-WAX 柱分析苯、萘，苯用六通阀进样。

 （3）样品基体：焦炉气

分析组分：H2S：10ppb以上、有机硫（二甲基二硫醚噻吩、硫醚、硫氧化碳）：1ppm以上。

序号	名称	规格型号	数量	单位	备注
1	气相色谱仪	气相色谱主机GC-9280	1	台
3		FPD毛细系统	2	个	钝化气路、检测器
4		毛细注样器系统	2	个
5		惰性自动六通阀	2	个
6		HP-PLOT Q   30m*0.53mm*20.0um	2	根
7		色谱备件箱	1	套
8	工作站	PR-3000软件	1	个
9		联想扬天M4000q电脑	1	台
10		联想LJ2205激光打印机	1	台
11	气体净化器		1	套
12	标气		1	套
描述：采用FPD检测器，氮气做载气，惰性六通阀进样，HP-PLOT Q柱分析，外标法定量。

 

（4）样品基体：精甲醇、杂醇、粗甲醇

分析组分：粗甲醇中甲醇（1ppm -90%）、轻组分（二甲醚）：1ppm以上，
甲醇残液中甲醇：1ppm-0.5%，
杂醇：甲醇：1ppm-30%、丁醇：1ppm-12% 

序号	名称	规格型号	数量	单位	备注
1	气相色谱仪	气相色谱主机GC-9280	1	台
2		FID毛细系统	2	个
3		毛细注样器系统	2	个	采用钝化后的注样器
4		HP-PLOT Q  30m*0.53mm*20.00um	2	根
5		色谱备件箱	1	套
6	工作站	PR-3000软件	1	个
7		联想扬天M4000q电脑	1	台
8		联想LJ2205激光打印机	1	台
9	气体净化器		1	套
10	标样	国家标准物质中心提供	1	套
描述：采用FID检测器，氮气做载气，HP-PLOT Q柱分析甲醇、丁醇、二甲醚。

 

（5）样品基体：LNG、混合冷剂

分析组分：氢气、氮气、氧气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、己烷。
各组分检出限：氢气、氮气、氧气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷，以上组分0.1%以上，丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、己烷，以上组分1ppm以上。微量的一氧化碳、二氧化碳（1ppm以上）。
 

序号	名称	规格型号	数量	单位	备注
1	气相色谱仪	气相色谱主机GC-9280	1	台
2		TCD单填充系统	1	个
3		FID毛细系统	1	个
4		毛细注样器系统	1	个
5		填充注样器系统	1	个
7		辅助系统	1	个
8		自动十通阀	2	个
9		自动六通阀	2	个
10		HP-PONA   50m*0.25mm*0.50um	1	根
11		13X分子筛   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		转化炉	1	个
16		色谱备件箱	1	套	随机附带
17	工作站	PR-3000软件	1	个
18		联想扬天M4000q电脑	1	台
19		联想LJ2205激光打印机	1	台
20	气体净化器		1	套
21	标气		1	瓶
描述：一次进样全分析。采用TCD检测器，氦气做载气，十通阀进样，一根N柱预分离，13X柱分离氢气、氮气、甲烷、一氧化碳，二氧化碳、乙烷在六通阀的气阻上出，其它气体通过十通阀反吹出去。C3开始的物质采用FID检测器分析，六通阀进样，氮气做载气，HP-PONA柱分析。采用FID检测器，氮气做载气，十通阀进样，Q柱预分离，TDX-01柱+转化炉分析微量的二氧化碳，其余组分通过十通阀反吹出去。

 小结：

色谱配置除与分析项目、控制指标、分析频次有关外，由于每个企业都有自身的特点，自动化程度的高低和实验室人员配置及企业资金情况也会影响色谱的配置，这就需要设计人员前期一定要与业主沟通交流，在满足生产的前提下，尽量满足业主需求。