CN104897871B

CN104897871B - 变换单元中的水气比值测量系统

Info

Publication number: CN104897871B
Application number: CN201410079019.XA
Authority: CN
Inventors: 王海兵; 李荫煌; 吴茜; 杜国强; 尹俊杰; 刘冰
Original assignee: Changzheng Engineering Co Ltd
Current assignee: Changzheng Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2018-01-05
Anticipated expiration: 2034-03-05
Also published as: CN104897871A

Abstract

本发明公开了变换单元中的水气比值测量系统。包括与测量处理器连接的温度变送器、压力变送器、多个流量变送器、多个反应气体含量分析仪；测量处理器根据当前状态和温度变送器、压力变送器、流量变送器、多个反应气体含量分析仪及流量变送器的测量数据，获取多个状态下的水气比值。从而本发明解决了现有水气比值测量系统中出现的测量不准确、测量设备易老化，从而影响测量精度的问题。实现了各种变换系统中的水气比值的精确测量，以满足煤制甲醇、煤制合成氨、煤制天然气、煤制烯烃等变换单元各种工艺系统测量水气比值的需求。

Description

变换单元中的水气比值测量系统

技术领域

本发明涉及煤炭化工领域，尤其涉及变换单元中的水气比值测量系统。背景技术

近几年,随着世界石油价格的快速上涨,我国出现了煤化工热。国内具有煤炭资源的省份和地区纷纷集资、引资或合资建设和开展大型煤化工、煤制油、煤基制氨、煤基甲醇制烯烃、甲醇、二甲醚等项目。水作为煤化工的座上宾，成为提供氢元素的主力军，变换反应效率显得尤为关键，而水气比值作为考核变换效率的主要因素，具有重要的参考指导意义。目前测量水气比值的方案和产品尚停留在上世纪九十年代小氮肥生产阶段，已无法满足百万吨级装置变换单元的测量要求，成为变换单元中水气比值测量的难题。

目前，小氮肥企业变换系统水气比值的测量多采用HY-1、ER-1等水气比值测定仪，对饱和态下半水煤气水气比值的测量具有较好实践指导意义，但对于过热态下变换气水气比值的测量存在以下缺陷：一是对于湿度的检测，湿度变送器的最高使用温度为180℃，因为接触式湿度变送器的测量探头传感器为湿敏电容测量原理，电容电子原器件耐受不了超180℃的高温工况，故不能满足一氧化碳变换系统的工况要求（粗煤气、变换气温度220～280℃左右）；二是含水变换气中还有少量硫化氢和硫氧化碳，和探头传感器表面的镀膜层发生络合反应，导致测量不准或损坏；三是采用减温减压方案，增加了设备投资，另外将变换气引至变换单元外，存在尾气排放等一系列的安全问题，无法解决测量系统本质安全问题。

发明内容

鉴于现有技术中存在的情况，根据本发明的一个方面，提供一种变换单元中的水气比值测量系统，包括与测量处理器连接的温度变送器、压力变送器、多个流量变送器、多个反应气体含量分析仪；所述温度变送器、压力变送器、流量变送器及反应气体含量分析仪设置于第一变换反应器前端的管路中；所述反应气体含量分析仪及流量变送器设置于第一变换反应器与第二变换反应器之间的管路中；所述反应气体含量分析仪设置于第二变换反应器的后端管路中，所述测量处理器根据当前状态和所述温度变送器、压力变送器、流量变送器、多个反应气体含量分析仪及流量变送器的测量数据，获取多个状态下的水气比值。

在一些实施方式中，当所述测量处理器所接收到的当前状态为饱和态时，则根据温度变送器及压力变送器的测量值，获取含水气体饱和态下的水气比值R_SS。

在一些实施方式中，还包括：报警装置，所述报警装置与所述测量处理器连接，当所述测量处理器所接收到的当前状态为饱和态时，通过判断压力变送器的测量值P₀是否大于公式（1）中f（T₀）值。若是，则根据温度变送器及压力变送器的测量值，获取含水气体饱和态下的水气比值R_SS，若否，则触发所述报警装置发出报警提示。

在一些实施方式中，所述测量处理器判断所述温度变送器及压力变送器的测量值是否为空，若是，则触发所述报警装置发出报警提示。

在一些实施方式中，还包括：补水装置，所述补水装置的补水状态输出端与所述测量处理器连接，当所述测量处理器所接收到的当前状态为过热态时，并且所述测量处理器接收到的所述补水装置的补水信号为无效时，则所述测量处理器根据温度变送器、压力变送器、多个流量变送器、多个反应气体含量分析仪的测量值，获取含水气体过热态时下的水气比值R₂。

在一些实施方式中，还包括：报警装置，所述报警装置与所述测量处理器连接，当所述测量处理器所接收到的当前状态为过热态，并且所述测量处理器接收到的所述补水装置的补水信号为无效时，通过判断分析仪4的测量值A_SS是否大于分析仪5的测量值A_OS，且流量变送器6测量值F₁为零,若是，则根据温度变送器、压力变送器、多个反应气体含量分析仪的测量值，获取含水气体过热态时下的水气比值R₂；若否，则触发所述报警装置发出报警提示。

在一些实施方式中，所述测量处理器判断所述温度变送器、压力变送器、多个流量变送器、多个反应气体含量分析仪的测量值是否为空，若是，则触发所述报警装置发出报警提示。

在一些实施方式中，还包括：补水装置，所述补水装置的补水状态输出端与所述测量处理器连接，当所述测量处理器所接收到的当前状态为过热态，并且所述测量处理器接收到的所述补水装置的补水信号为有效时，则根据温度变送器、压力变送器、流量变送器、多个反应气体含量分析仪、流量变送器，获取含水气体过热态时下的水气比值R₃。

在一些实施方式中，还包括：报警装置，所述报警装置与所述测量处理器连接，当所述测量处理器所接收到的当前状态为过热态，并且所述测量处理器接收到的所述补水装置的补水信号为有效时，通过判断分析仪4的测量值A_SS是否大于分析仪5的测量值A_OS，且流量变送器3、6测量值F₀、F₁均非零,若是，则所述测量处理器根据温度变送器、压力变送器、多个流量变送器、多个反应气体含量分析仪，获取含水气体过热态时下的水气比值R₃；若否，则触发所述报警装置发出报警提示。

通过上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：精确测量各种变换系统中的水气比值，以满足煤制甲醇、煤制合成氨、煤制天然气、煤制烯烃等变换单元各种工艺系统测量水气比值的需求。

附图说明

图1为本发明一实施方式中水气比值测量系统的现场组成示意图；

图2为本发明另一实施方式中水气比值测量系统的现场组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1本发明一实施方式中水气比值测量系统的现场组成示意图所示。本发明的水气比值测量系统包括与测量处理器101连接的温度变送器1、压力变送器2、第一流量变送器3、第二流量变送器6、第一反应气体含量分析仪4、第二反应气体含量分析仪5及第三反应气体含量分析仪7。其中，温度变送器1、压力变送器2、第一流量变送器3及第一反应气体含量分析仪4设置于第一变换反应器201前端的管路中。第二反应气体含量分析仪5及第二流量变送器6设置于第一变换反应器201与第二变换反应器301之间的管路中。第三反应气体含量分析仪7设置于第二变换反应器301的后端管路中。测量处理器101上设置系统状态单元401，向测量处理器101输出当前的系统状态，如，为饱和态、过热态等状态类型。测量处理器101根据从系统状态单元401接收到的当前状态和温度变送器1、压力变送器2、第一流量变送器3、第二流量变送器6、第一反应气体含量分析仪4、第二反应气体含量分析仪5及第三反应气体含量分析仪7的测量数据，获取多个状态下的水气比值。上述系统可以作为连续测量多种变换单元(如煤制油、煤基制氨、煤基甲醇制烯烃、二甲醚等)含水气体中水和干基气体（如粗煤气、变换气）比值的测量系统。其中，温度变送器1可采用Pt100热电阻、压力变送器2可采用EJA或罗斯蒙特、第一流量变送器3可采用矩形流量计、第二流量变送器6可采用矩形流量计涡街流量计或平衡流量计；第一反应气体含量分析仪4、第二反应气体含量分析仪5及第三反应气体含量分析仪7可采用红外分析仪给予实现。测量处理器101可采用嵌入式处理单元给予实现。在测量处理器101中包括：巡检单元501，定时对上述变送器或分析仪进行巡检，当巡检单元501检测出上述变送器或分析仪中的部分信号丢失时或需要人为修正（调整）时，测量处理器101的显示面板显示灯闪烁提示，并可通过测量处理器101的面板按键输入设定数据，从而实现对系统中变送器或分析仪的实施检查或随时调整。

该系统可实现系统饱和态、过热态及过热态（补水）三种工况下的水气比值测量。

（1）、饱和态测量：

当测量处理器101从系统状态单元401接收当前的系统状态，当接收到为“饱和态”时，测量处理器101分别从温度变送器1及压力变送器2接收当前的温度测量值及压力测量值，通过下列公式（1）获取含水气体饱和态下的水气比值Rss。

和p=f(To)(1)

其中：P——T₀下的饱和水蒸汽分压；

P₀——含水气体压力；

T₀——含水气体温度；

R_SS——含水气体饱和态下的水气比值。

为使上述的测量更为准确，在本发明的一种实施方式中，如图2所述，在本系统中，还包括：报警装置501，报警装置501与测量处理器101的报警触发端连接。当测量处理器101从系统状态单元401接收到为“饱和态”时，判断温度变送器1是否在设定饱和态温度范围内，若是，则根据温度变送器1及压力变送器2的当前测量值及上述公式（1），获取含水气体饱和态下的水气比值R₁，否则，触发报警装置501发出报警提示。

为有效避免由于变送器失灵所导致的测量错误，在本发明的另一种实施方式中，测量处理器101对温度变送器1及压力变送器2的测量值给予判断，如，测量值为“0”或其他“空”及无效数据时，测量处理器101触发报警装置501发出报警提示。

（2）过热态（未补水）测量：

当测量处理器101从系统状态单元401接收当前的系统状态，当接收到为“过热”时，测量处理器101从补水装置601的补水状态输出端采集其当前补水状态，如，补水装置601已补水，则补水状态为“1”即有效，若未补水，则补水状态为“0”即无效。当采集的补水状态为“0”即无效时，测量处理器101分别从温度变送器1、压力变送器2、第一反应气体含量分析仪4及第二反应气体含量分析仪5处，接收当前的温度测量值、压力测量值及反应气体含量值，通过下列公式（2）获取未补入水蒸汽或脱盐水，经化学反应后含水气体的水气比值R₂。

其中：A_OS——过热态CO干基含量；（该值为分析仪5的测量值）

A_SS——饱和态CO干基含量；（该值为分析仪4的测量值）

R₂——含水气体过热态下的水气比值。（该值需通过分析仪4、5得到）

R_SS同公式（1）中定义

为使上述的测量更为准确，在本发明的一种实施方式中，如图2所述，在本系统中，还包括：报警装置501，报警装置501与测量处理器101的报警触发端连接。当测量处理器101从系统状态单元401接收到为“过热态”，接收的当采集的补水状态为“0”即无效时，判断温度变送器1是否在设定过热态温度范围内，若是，则根据温度变送器1、压力变送器2、第一反应气体含量分析仪4及第二反应气体含量分析仪5的当前测量值及上述公式（2）获取含水气体饱和态下的水气比值R₂，否则，触发报警装置501发出报警提示。

为有效避免由于变送器失灵所导致的测量错误，在本发明的另一种实施方式中，测量处理器101对温度变送器1、压力变送器2、第一反应气体含量分析仪4及第二反应气体含量分析仪5给予判断，如，测量值为“0”或其他“空”及无效数据时，测量处理器101触发报警装置501发出报警提示。

（3）、过热态（已补水）测量：

当测量处理器101从系统状态单元401接收当前的系统状态，当接收到为“过热”时，测量处理器101从补水装置601的补水状态输出端采集其当前补水状态，如，补水装置601已补水，则补水状态为“1”即有效，若未补水，则补水状态为“0”即无效。当采集的补水状态为“1”即有效时，测量处理器101分别从温度变送器1、压力变送器2、第一流量变送器3、第二流量变送器6、第一反应气体含量分析仪4、第二反应气体含量分析仪5及第三反应气体含量分析仪7接收测量值，通过下列公式（3）获取补入水蒸汽或脱盐水，经化学反应后含水气体的水气比值R₃。

其中：A_OS——过热态CO干基含量；（该值为分析仪7的测量值）

A_SS——饱和态CO干基含量；（该值为分析仪4的测量值）

F₀——含水气体流量；（该值是通过第一流量变送器3获得的）

F₁——补入水蒸汽或脱盐水流量；（该值是通过第二流量变送器6获得的）

R₃——含水气体过热态下的水气比值。

R_SS同公式（1）中定义。

变换装置实例：

①饱和态下测量数据为：

进变换装置粗煤气压力(压力变送器2)，3.718MPaG；

进变换装置温度(温度变送器1)，213℃；

进变换装置粗煤气流量(流量变送器3)，348197Nm³/h；

进变换装置CO干基含量(分析仪4)，67.91mol%；时

根据公式（1）中的P=f(To)得水蒸汽的饱和分压P为2.03MPa；已知含水气体由的压力P₀为3.818，再根据公式（1）中的得到饱和态下水汽比值R_SS为1.14

②过热态(未补水)下测量数据：

1#变换炉出口CO干基含量(分析仪5)，25.00mol%；

由饱和态下所计算出的水汽比值R_SS(1.14)、分析仪4的测量值A_SS(67.91%)、分析仪5的测量值A_OS(25%)将上述三值带入公式（2）得到过热态(未补水)下水汽比值R₂为0.59

③过热态下(补水)测量数据：

2#变换炉入口补入蒸汽量(流量变送器6)，15000Kg/h；

2#变换炉出口CO干基含量(分析仪7)，4.50mol%；

由饱和态下所计算出的水汽比值R_SS(1.14)、分析仪4的测量值A_SS(67.91%)、分析仪7的测量值A_OS(4.5%)、流量变送器3、6测量值F₀、F₁将上述五个值带入公式（3）得到过热态(补水)下水汽比值R₃为0.66。

为使上述的测量更为准确，在本发明的一种实施方式中，如图2所述，在本系统中，还包括：报警装置501，报警装置501与测量处理器101的报警触发端连接。当测量处理器101从系统状态单元401接收到为“过热态”，接收的当采集的补水状态为“1”即有效时，判断温度变送器1是否在设定过热态温度范围内，若是，则根据温度变送器1、压力变送器2、第一流量变送器3、第二流量变送器6、第一反应气体含量分析仪4、第二反应气体含量分析仪5及第三反应气体含量分析仪7的当前测量值及上述公式（3）获取含水气体饱和态下的水气比值R₂，否则，触发报警装置501发出报警提示。

由此可知，对经过多段（例如合成氨一般为四段变换、合成甲醇一般为两段变换）变换反应、是否补入水蒸汽或脱盐水，以及补入不确定次数的水蒸汽或脱盐水的情况，本发明的测量方法都可以实现其水气比值R的测量。特别是在以煤制油两段变换炉系统中，煤制油变换炉内发生的反应为：

该反应为放热反应，Q为放热量，其中水的含量可以根据反应要求来调节。从反应式可以看出，水气比值的高低对反应平衡及反应速率有很大影响，水气比值低一方面导致达不到CO变换反应要求，另一方面水气比值过低有可能发生甲烷化副反应；水气比过高则反应温度过高难以控制，并且对设备材质的选择有更高的要求。因此在生产过程中根据反应需要，用调节水气比值的方式来控制CO变换反应，从而使CO变换工艺更经济更合理。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。

Claims

1.水气比值测量系统，其特征在于，包括与测量处理器连接的温度变送器(1)、压力变送器(2)、第一流量变送器(3)、第二流量变送器(6)、第一反应气体含量分析仪(4)、第二反应气体含量分析仪(5)、第三反应气体含量分析仪(7)；第一变换反应器(201)前端的管路中依次设置有第一流量变送器(3)、温度变送器(1)、压力变送器(2)及第一反应气体含量分析仪(4)；第二反应气体含量分析仪(5)及第二流量变送器(6)设置于第一变换反应器(201)与第二变换反应器(301)之间的管路中；第三反应气体含量分析仪(7)设置于第二变换反应器(301)的后端管路中；所述测量处理器(101)根据当前状态和所述温度变送器(1)、压力变送器(2)、第一流量变送器(3)、第二流量变送器(6)、第一反应气体含量分析仪(4)、第二反应气体含量分析仪(5)、第三反应气体含量分析仪(7)的测量数据，获取多个状态下的水气比值。

2.根据权利要求1所述的水气比值测量系统，其特征在于，当所述测量处理器(101)所接收到的当前状态为饱和态时，则根据温度变送器(1)及压力变送器(2)的测量值，获取含水气体饱和态下的水气比值R_SS。

3.根据权利要求2所述的水气比值测量系统，其特征在于，还包括：报警装置(501)，所述报警装置(501)与所述测量处理器(101)连接，当所述测量处理器(101)所接收到的当前状态为饱和态时，通过判断压力变送器(2)的测量值P₀是否大于T₀下的饱和水蒸汽分压，其中T₀为含水气体温度；若是，则根据温度变送器(1)及压力变送器(2)的测量值，获取含水气体饱和态下的水气比值R_SS，若否，则触发所述报警装置(501)发出报警提示。

4.根据权利要求3所述的水气比值测量系统，其特征在于，所述测量处理器(101)判断所述温度变送器(1)及压力变送器(2)的测量值是否为空，若是，则触发所述报警装置(501)发出报警提示。

5.根据权利要求1所述的水气比值测量系统，其特征在于，还包括：补水装置(601)，所述补水装置(601)的补水状态输出端与所述测量处理器(101)连接，当所述测量处理器(101)所接收到的当前状态为过热态时，并且所述测量处理器(101)接收到的所述补水装置(601)的补水信号为无效时，则所述测量处理器(101)根据温度变送器(1)、压力变送器(2)、第一反应气体含量分析仪(4)及第二反应气体含量分析仪(5)的测量值，获取含水气体过热态时下的水气比值R₂。

6.根据权利要求5所述的水气比值测量系统，其特征在于，还包括：报警装置(501)，所述报警装置(501)与所述测量处理器(101)连接，当所述测量处理器(101)所接收到的当前状态为过热态，并且所述测量处理器接收到的所述补水装置(601)的补水信号为无效时，通过判断第一反应气体含量分析仪(4)的测量值A_SS是否大于第二反应气体含量分析仪(5)的测量值A_OS，且第二流量变送器(6)测量值F₁为零,若是，则根据温度变送器(1)、压力变送器(2)、第一反应气体含量分析仪(4)及第二反应气体含量分析仪(5)的测量值，获取含水气体过热态时下的水气比值R₂；若否，则触发所述报警装置(501)发出报警提示。

7.根据权利要求6所述的水气比值测量系统，其特征在于，所述测量处理器判断所述温度变送器(1)、压力变送器(2)、第一反应气体含量分析仪(4)及第二反应气体含量分析仪(5)的测量值是否为空，若是，则触发所述报警装置(501)发出报警提示。

8.根据权利要求1所述的水气比值测量系统，其特征在于，还包括：补水装置(601)，所述补水装置(601)的补水状态输出端与所述测量处理器(101)连接，当所述测量处理器(101)所接收到的当前状态为过热态，并且所述测量处理器接收到的所述补水装置的补水信号为有效时，则根据温度变送器(1)、压力变送器(2)、第一流量变送器(3)、第二流量变送器(6)、第一反应气体含量分析仪(4)、第二反应气体含量分析仪(5)及第三反应气体含量分析仪(7)，获取含水气体过热态时下的水气比值R₃。

9.根据权利要求8所述的水气比值测量系统，其特征在于，还包括：报警装置(501)，所述报警装置(501)与所述测量处理器(101)连接，当所述测量处理器(101)所接收到的当前状态为过热态，并且所述测量处理器(101)接收到的所述补水装置(601)的补水信号为有效时，通过判断第一反应气体含量分析仪(4)的测量值A_SS是否大于第二反应气体含量分析仪(5)的测量值A_OS，且第一流量变送器(3)、第二流量变送器(6)的测量值F₀、F₁均非零,若是，则所述测量处理器(101)根据温度变送器(1)、压力变送器(2)、第一流量变送器(3)、第二流量变送器(6)、第一反应气体含量分析仪(4)、第二反应气体含量分析仪(5)及第三反应气体含量分析仪(7)，获取含水气体过热态时下的水气比值R₃；若否，则触发所述报警装置(501)发出报警提示。