用于煤炭地下氣化工藝的氣體在線分析系統技術方案

本實用新型專利技術涉及到一種用于煤炭地下氣化工藝（ISC）的氣體在線采樣分析系統,其中包括：通過法蘭連接在合成氣主管道上的取樣管線、控制閥、止回閥、流量計或流量控制閥、熱交換裝置、溫度、壓力傳感器、壓力安全閥、過濾器、合成氣在線分析儀或便攜式分析儀或探頭設備與高頻高精度氧含量檢測儀、活性炭容器和排氣口。本實用新型專利技術的在線采樣分析系統還可用于地面下游設備入口和出口取樣點位置（如水洗分離塔，合成氣凈化除雜設備，下游甲烷化設備，下游甲醇化設備等），對進入下游工藝的干凈合成氣及產品質量進行分析和監控，保障下游工藝的安全性和穩定性。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及到一種用于煤炭地下氣化工藝(ISC)的系統。具體來說，本技術公開了一種用于煤炭地下氣化工藝(ISC)的氣體在線采樣分析系統。
技術介紹
煤炭地下氣化(ISC)是一種通過對地下煤層的可控燃燒(不完全燃燒)和氣化反應，把煤直接轉化為氣體產品的工藝過程。產品氣通常被稱為合成氣，可以作為燃料生產、化工生產、發電等下游工藝的原料。該工藝過程集合了建井完井、地下采煤和煤氣化工藝技術，具有安全性好、投資小、效益高、污染少等優點。通過地面鉆井直通煤層，給氧化劑注入和產品氣輸出提供了有效通道。一個用于氧化劑注入的鉆井稱為“注入井”，另外一個用于生產產品氣的鉆井稱為“產品井”。定向水平鉆井和垂直鉆井都可作為注入井或產品井。當煤層中有注入井、產品井和水平通道將二者連接起來時，此構造被稱為一個煤炭地下氣化(ISC)單元或井對。ISC單元包括燃燒區，氣化區和熱解區。通過煤炭地下氣化生成的產品氣(粗合成氣)通常含有合成氣(CO,CO2,H2,CH4等)以及其他雜質成分(固體顆粒，水，煤焦油，H2S,NH4,COS等)。粗合成氣由經產品井輸送至地面，再通過地面管線輸送到下游裝置進行處理和應用。煤炭地下氣化工藝需要對影響合成氣組分的工藝參數進行優化以達到生產最佳合成氣質量的目的，常規方法一般是在氣化過程中按一定頻率對合成氣產品進行定期間歇式取樣和檢測。然而常規方法只能得到某個時間點的分析結果，無法獲得連續數據。時間點之間存在較大的空白時間段，造成無法檢測出煤炭地下氣化過程中的各種不良操作參數，最終影響合成氣組分和穩定性。因此，常規取樣和分析方法成為了制約煤炭地下氣化效率和穩定性的瓶頸之一。根據已有專利文獻，目前面臨的主要問題包括：(a)當以合成氣組分作為煤炭地下氣化工藝控制參數時，由于取樣時間間隔或取樣點位置造成該參數輸入的嚴重滯后以及最終合成氣產品質量的波動。(b)由于取樣時間間隔或取樣點位置造成未能及時發現合成氣中氧含量超過最低爆炸極限(氧氣泄露)，導致在產品井和地面產品氣輸送管道中存在極其危險的爆炸性混合物(合成氣和氧氣)。一旦產生任何點火源，容易造成極其嚴重的安全事故。(c)由于取樣時間間隔或取樣點位置造成在工藝切換過程中(ISC點火、空氣氣化、提升運行負荷、氧氣氣化、降負荷運行、怠速運行等)滯后的運行控制反饋，引起短期超量排放(排風口或火炬)、損壞下游工藝和設備、以及可能的長期環境污染問題。(d)常規方法直接在管道上取樣，如果對粗合成氣樣品的預處理方法不正確，合成氣產品中的雜質(如固體顆粒，水，煤焦油等)易造成對氣體分析結果的誤差以及氣體分析儀器的損壞。(e)人工取樣過程的高頻率、取樣點位置和雜質嚴重增加了實驗室人員取樣時暴露于合成氣及其副產品的風險、勞動強度以及人力成本。
技術實現思路
本技術的目的在于解決現有技術的不足，提供一種用于煤炭地下氣化工藝(ISC)的氣體在線采樣分析系統。本技術解決其技術問題所采用的技術方案是：一種氣體在線采樣分析系統，其中包括：通過法蘭連接在合成氣主管道上的取樣管線，控制閥，如球型閥，根據在線采樣分析系統所需的不同功能，用于隔離和/或選擇流動路徑(如，連續在線分析及氧含量監控，設備維護，管線清理，雜質排放，系統泄壓，在線采樣等)；可用電磁閥替換球型閥，實現對整個系統的全自動化切換或控制；止回閥，用于防止在線采樣分析系統內逆向氣流造成樣品污染或設備損壞；作為一種優選方案，止回閥至少串聯設有兩只，止回閥設有開啟壓力以確保其有效的密閉性；流量計或流量控制閥，用于控制和測量在線采樣分析系統內合成氣流量；熱交換裝置，可選用管殼式循環水冷冷卻裝置或扇式風冷冷卻裝置，在合成氣抵達采樣及分析設備之前，冷卻合成氣溫度，冷凝烴類蒸氣、水蒸氣及其他液體雜質，防止污染分析設備，減小設備維護頻率，冷凝后的液體通過雜質排放口/泄壓口定期收集和處理；溫度、壓力傳感器，用于監控在線采樣分析系統內冷卻合成氣的溫度和壓力；壓力安全閥，用于保護在線采樣分析系統，避免在線采樣分析系統出現由于堵塞等情況造成壓力過高的問題；過濾器，優選可更換濾芯的過濾器(如石英，油脂，聚酯纖維，玻璃纖維，薄膜等)，用于去除冷卻氣體樣品中的灰分、殘留水蒸氣及雜質等，防止污染分析設備，減小設備維護頻率；合成氣在線分析儀或便攜式分析儀或探頭設備(如氣相色譜，質譜，紅外光譜，紫外光譜，拉曼光譜，激光等)與高頻高精度氧含量檢測儀，用于合成氣質量及氧含量高頻檢測的在線分析；活性炭容器，用于吸附分析儀尾氣中的雜質及污染物；排氣口，用于排放經過吸附除雜后的分析儀尾氣。另一個實施方案中，所述系統還包括氣體采樣裝置，設于過濾器和合成氣在線分析儀及氧含量分析儀之間的取樣管線支路上，用于合成氣實驗室分析人工采樣，氣體采樣裝置包括冷凝氣液分離管、氣體采樣端口和采樣尾氣端口，采樣尾氣端口通過帶止回閥和控制閥的管線與合成氣主管道可拆卸連接，如法蘭連接。通過控制閥(如球型閥)選擇氣體樣品采集路徑，利用高壓氣體采樣鋼瓶在氣體采樣裝置定期采集合成氣樣品。該合成氣樣品可直接用于實驗室主要組分及微量組分的分析。當合成氣在線分析系統需要進行清理維護時，可增加該采樣裝置的采樣頻率，分析結果可作為整個煤炭地下氣化工藝(ISC)的臨時監控和人工控制。另一個實施方案中，所述系統還包括帶控制閥的氣體吹掃端口，設于過濾器和合成氣在線分析儀及氧含量分析儀之間的取樣管線支路上。通過氣體吹掃端口，可每天定期自動通入標準氣體樣品對在線分析儀或便攜式分析儀或探頭設備性能進行驗證和校正，確保合成氣分析結果的重復性和準確性。在上述實施方案中，當系統壓力出現由于堵塞造成的高壓異常時，或當合成氣分析結果不在范圍內或出現較大偏差時，可通過氣體吹掃端口往系統內注入高壓氮氣進行吹掃，管線系統內的雜質殘渣可通過雜質排放口/泄壓口收集和處理。同時，對合成氣在線分析儀或便攜式分析儀或探頭設備進行人工清理維護。本技術的在線采樣分析系統還可用于地面下游設備入口和出口取樣點位置(如水洗分離塔，合成氣凈化除雜設備，下游甲烷化設備，下游甲醇化設備等)，對進入下游工藝的干凈合成氣及產品質量進行分析和監控，保障下游工藝的安全性和穩定性。附圖說明圖1是煤炭地下氣化(ISC)氣體在線采樣和分析系統示意圖。圖2是煤炭地下氣化(ISC)氣體采樣裝置局部示意圖。圖3是氣體采樣裝置中多級冷凝氣液分離管串聯布局圖。圖中：1、球型閥，2、止回閥，3、流量計，4、壓力溫度傳感器，5、熱交換裝置，6、安全閥，7、過濾器，8、合成氣在線分析儀與氧含量分析儀，9、活性炭容器，10、排氣口，11、法蘭，12、合成氣主管道，13、合成氣支路管道，14、產品井井口設備，15、固液氣三相分離器，16、雜質排放口或系統泄壓口，17、氣體吹掃端口，18、氣體采樣裝置，19、氣體采樣端口，20、采樣尾氣端口，21、冷凝氣液分離管，22、液體冷凝物排放口，23、高壓采樣鋼瓶。具體實施方式為了使本技術更簡單易懂，便于實際操作，一個或多個首選的具體實施方式將參照附圖，僅以舉例的形式進行描述。本技術涉及一種用于煤炭地下氣化工藝(ISC)的系統和操作方法，具體來說，本技術公開了一種用于煤炭地下氣化工藝(ISC)氣體在線采樣分析系統本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于煤炭地下氣化工藝的氣體在線分析系統，其特征在于：所述在線分析系統的組成如下：取樣管線，與合成氣主管道可拆卸連接，取樣管線自進樣端，依次設有如下組件：控制閥，用于隔離和/或選擇流動路徑，流量計或流量控制閥，用于測量或控制在線采樣分析系統內合成氣流量，止回閥，用于防止在線采樣分析系統內逆向氣流造成樣品污染或損壞其它組件，熱交換裝置，在合成氣抵達采樣分析設備前冷卻合成氣溫度，以及冷凝烴類蒸氣和水蒸氣，溫度和壓力傳感器，用于監控在線采樣分析系統內冷卻合成氣的溫度和壓力，壓力安全閥，用于保護在線采樣分析系統，過濾器，用于去除冷卻氣體樣品中的灰分、殘留水蒸氣及雜質，合成氣在線分析儀或便攜式分析儀或探頭設備與氧含量分析儀，用于合成氣質量及氧含量在線分析，活性炭容器，用于吸附合成氣在線分析儀及氧含量分析儀尾氣中的雜質及污染物，排氣口，用于排放經過吸附除雜后的分析儀尾氣。

【技術特征摘要】
1.用于煤炭地下氣化工藝的氣體在線分析系統，其特征在于：所述在線分析系統的組成如下：取樣管線，與合成氣主管道可拆卸連接，取樣管線自進樣端，依次設有如下組件：控制閥，用于隔離和/或選擇流動路徑，流量計或流量控制閥，用于測量或控制在線采樣分析系統內合成氣流量，止回閥，用于防止在線采樣分析系統內逆向氣流造成樣品污染或損壞其它組件，熱交換裝置，在合成氣抵達采樣分析設備前冷卻合成氣溫度，以及冷凝烴類蒸氣和水蒸氣，溫度和壓力傳感器，用于監控在線采樣分析系統內冷卻合成氣的溫度和壓力，壓力安全閥，用于保護在線采樣分析系統，過濾器，用于去除冷卻氣體樣品中的灰分、殘留水蒸氣及雜質，合成氣在線分析儀或便攜式分析儀或探頭設備與氧含量分析儀，用于合成氣質量及氧含量在線分析，活性炭容器，用于吸附合成氣在線分析儀及氧含量分析儀尾氣中的雜質及污染物，排氣口，用于排放經過吸附除雜后的分析儀尾氣。2.根據權利要求1所述的用于煤炭地下氣化工藝的氣體在線分析系統，其特征在于：所述系統還包括氣體采樣裝置，設于過濾器和合成氣在線分析儀及氧含量分析儀之間的取樣管線支路上，用于合成氣實驗室分析人工采樣，氣體采樣裝置包括冷凝氣液分離管、氣體采樣端口和采樣尾氣端口，采樣尾氣端口通過帶止回閥和控制閥的管線與合成氣主管道可拆卸連接。3.根據權利要求2所述的用于煤炭地下氣化工藝的氣體在線分析系統，其特征在于：所述系統還包括帶控制閥的氣體吹掃端口，設于過濾器和合成氣在線分析儀及氧含量分析...

【專利技術屬性】
技術研發人員：閔振華，汪原理，卡斯珀·揚·亨德利克·伯格，
申請(專利權)人：中為上海能源技術有限公司，
類型：新型
國別省市：上海;31