新技术推荐：大连院在线一氧化碳分析仪！

为了及时全面地反映我国炼油与石化工业最新技术发展，集中展现我国炼油与石化技术成果，进一步加快我国石化工业技术可持续发展步伐，提升工艺技术与设备管理水平，促进我国炼化工业可持续发展。石化缘将继续于2022年7月第一个工作日开始，系列推出一年一度石油化工行业新技术，让行业同仁们第一时间了解我国石油化工领域新技术、新工艺、新材料、新设备，促进合作交流！

今日推荐技术

一、技术名称

大连院在线一氧化碳分析仪

加热炉是石化企业重要的耗能设备，同时也是二氧化碳、氮氧化物等污染物排放的主要来源之一。通过减少过剩空气、提高加热炉的运行水平，是加热炉节能减排的重点工作。

目前，国内主要基于烟气中的氧含量来控制过剩空气系数。为了确保加热炉安全运行，一般将烟气中的氧含量控制在2～4%，个别企业可控制在2%以下，但因氧化锆分析仪只能检测探头范围内的氧含量，不具有代表性，且空气泄漏易导致测量数据误差。通常烟气中氧含量过高，会导致排烟损失加大，而且会大量产生NOx。

中石化（大连）石油化工研究院有限公司（FRIPP，简称“大连院”）低氧燃烧技术主要通过对直接反映燃烧状况变量CO的控制，来直接控制燃烧效果，实现燃料和空气最佳配比，减少过剩空气，减少CO2和NOx等污染物排放，提高加热炉热效率，节约燃料，而不会出现过剩空气系数过低，出现安全隐患。在提高加热炉的热效率、节约燃料的同时，也减少污染物排放，更确保加热炉的运行安全。

以甲烷燃烧为例，理论配比燃烧的方程式为：

CH ４ + 2O ２ = CO ２ + 2H ２ O

当甲烷与氧气按照1:2的配比进行反应时，燃烧产物只有CO ２ 和H ２ O。即所有燃料被消耗干净，没有未燃烧组分和过剩空气留在燃烧室内，是最理想的燃烧状态，即理论配比燃烧。此时燃烧过程产生的排放物最少，热效率最高。

当加大空气量，烟气中就会含有一定量的O ２ ；当减少空气量，氧气量不足以使甲烷完全燃烧转化为CO ２ 时，就会产生CO，此时的燃烧方程式为：

CH ４ + O ２ → CO ２ + H ２ O + CO

因此，CO是燃烧的关键变量，能直接表征燃烧的效果。通过对CO的控制可以实现加热炉在接近理论配比状态下燃烧。

如“下图CO/O ２ /NO x 燃烧关系图”所示

图1 CO/O２/NOx燃烧关系图

从CO/O ２ /NOx燃烧关系图中可以看到，将CO控制在50～150ppm时，加热炉中的O 2 含量和NOx含量都处于最合适的状态，即O 2 含量低，NOx排放量小。

大连院在线一氧化碳分析仪直接原位安装在加热炉烟道上，以实现快速准确测定烟气中的一氧化碳浓度，在项目实施过程中与北京泓泰天诚科技有限公司合作，为优化燃烧控制提供依据。

图2 在线一氧化碳分析仪

该技术引入直接反映燃烧效果的参数CO含量作为直接控制变量，现有的加热炉烟气氧含量作为监测值：

（1）主要控制点：在加热炉现有控制系统测量监控点基础上，增加了CO含量，主要控制指标由O ２ 含量改为CO含量；

（2）测量监控点：进料流量、进料温度和压力、出料温度和压力、炉膛压力和温度、烟气中CO和O ２ 含量、排烟温度、燃料气压力和流量及炉管表面温度；

（3）主要控制变量：炉膛压力及烟气中CO含量；

（4）主要控制手段：鼓风机转速、引风机转速以及烟道和风道挡板；

（5）控制方案：通过CO含量来调整变频鼓风机，以提供最佳的燃烧空气量。

二、先进性阐述

大连院在线一氧化碳分析仪技术具备如下优点：

（1）提高热效率，减少电耗。基于CO控制，可实现和维持加热炉在接近理论配比状态下进行燃烧，减少过剩空气带走热量损失，提高热效率。在满足相同工艺要求情况下，节省燃料、降低能耗；同时，由于空气量减少，减轻鼓风机负荷，减少电耗。

（2）减少污染气体排放。低氧燃烧使整个燃烧区内处于轻微O 2 缺乏状态，N 2 很难在短时间内与O 2 反应，从而实现NOx减排；同时通过减少排烟损失，减少燃料消耗，实现CO 2 减排。

（3）高运行安全性。当出现燃料波动、燃烧器堵塞、火焰不稳或冲击炉管等情况时会产生CO，其含量达到20000～40000ppm时，就有发生加热炉爆炸的危险。此项技术直接对CO含量进行监测和控制，可以确保加热炉在安全平稳的状态下运行；

（4）延长燃烧器的使用寿命。结合CO与O 2 的数据情况，实现对所有火嘴的有效监管和控制，及时发现火嘴燃料过程中的异常情况，并及时调整，达到对燃烧器的精细化操作，减少积灰，延长燃烧器的使用寿命和正常运行时间；

（5）降低设备损耗。由于氧含量的降低，减轻了炉管与炉内构件的氧化，同时降低了二氧化硫向三氧化硫的转化，从而减轻了低温露点腐蚀。

三、案例分享

中石化某分公司工业应用案例

某炼厂焦化装置加热炉F-102为投用双面辐射炉，采用低NOx燃烧器，以燃料气为燃料，强制通风，并设有余热回收系统，燃烧控制由传统的O 2 含量控制改为本项目基于CO控制的优化燃烧控制技术。

图3 系统投用前DCS截屏

图4 加热炉项目实施后DCS截屏

从图3、图4中可以看到，系统投用前加热炉的氧含量控制在2.5%左右，系统投用后加热炉的氧含量降低至0.6%左右。

根据项目实施前后大量数据的分析和总结，系统投用前烟气中NOx为70.0 mg/ m 3 ，投用后为37mg/m3，减少NOx排放高达到47.14%，每年节省燃料169吨，相当于160667千克标油，减少CO2排放620 吨/年。

图5 投用后现场火焰燃烧情况

图6 系统投用后关键参数变化趋势图

先将系统切换到原有的O 2 含量控制，通过人工调节，把氧含量分别调整到2.5%、2.4%、2.0%、1.5%、1.4%，然后系统切换到CO控制，氧含量降到0.8%。每次待生产稳定后测量烟气中CO、NOx含量，考察燃料气流量，计算加热炉热效率。

图7 系统投用后加热炉数据变化趋势图

从曲线图中可以看出NOx、CO和O 2 之间的关系，在氧含量较低的情况下，可有效控制NOx排放，氧含量在2.5%时，烟气中NOx为80.0 mg/m3，投用优化系统后，将氧含量降至0.8%时，烟气中的NOx为39 mg/m3，减少NOx排放高达到51.25%。有效控制加热炉氧含量的同时，能减少燃料气用量，提高加热炉的热效率。

该技术产品已成功工业应用数十台，为应用企业带来显著效益，得到广泛认可。随着经济的发展，对环保要求的提高，采用新技术实现节能减排、降本增效不仅是企业的需要，也是社会的需要。加热炉是石化企业重要的耗能设备和污染物排放设备，加热炉的节能减排意义重大。

四、关于中石化（大连）石油化工研究院有限公司

中石化（大连）石油化工研究院有限公司 （FRIPP，简称“大连院”）注册于2022年3月，由中国石化股份有限公司大连石油化工研究院响应国资委“科改示范行动”而成立。前身为成立于1953年的抚顺石油化工研究院， 是国内最早从事石油炼制研究的科研单位。 2012年大连石油化工研究院成立，与抚顺石油化工研究院并行，两块牌子、一套人马，于2017年主体搬迁至大连旅顺。

公司现占地面积 18.4万 m 2 ，总投资 14.5亿元，职工714人，具有高级及以上职称人员318人，其中中国工程院院士1人、国家级百千万人才工程1名、享受国务院政府特殊津贴专家9人、中国石化高级专家5人、中国石化突出贡献专家14人。共设15个研究室，拥有工业废水无害化与资源化国家工程研究中心、石油化工环境污染防治技术国家地方联合工程研究中心等国家和省部级挂靠机构26个， 累计获国家级科技进步奖和发明奖24项，省部级科研成果奖466项，申请国内外专利9522件，拥有中国石化专有技术499项。 科研成果应用于俄日韩中亚 等 “一带一路”多个国家和地区以及全国 30个省市自治区的840余套生产装置，是国内领先、国际知名的优质炼化技术供应商。

院始终坚持石化发展、科技先行，以奉献清洁能源、护佑碧水蓝天、担当国家战略科技力量为使命，在不同时期有力支撑引领炼油化工行业高质量发展。从为解决国家人造石油炼制技术而成立，到承担炼油工艺技术“五朵金花”中的催化重整、尿素脱蜡和加氢催化剂，再到实现加氢工艺及催化剂全部国产化，成为中国现代炼油技术从无到有的鲜明标志。上世纪80年代以来，持续为中国炼化工业从小到大、规模化发展提供稳定技术支撑，开发渣油加氢系列技术实现进口含硫原油加工和重油深度转化。国内首创重交通道路沥青生产技术，结束了我国没有高等级道路沥青的历史。净味环保沥青产品在莲石湖公园成功应用，助力绿色冬奥。持续迭代开发清洁油品系列生产技术，引领国I到国VI油品质量升级，首创“烷基转移再脱硫”柴油超深度脱硫技术，国内占比50%，年均减排SOx 100万吨以上。创新低质油品“变废为宝”加工手段，催化柴油高质利用、催化油浆调和船燃技术解决企业生产迫切需求，渣油固定床技术总处理量近7千万吨/年，国内占比41%，居各专利商第一。深刻把握油化结合产业趋势，开发以产品为靶向的“量体裁衣”加氢裂化技术，在系统内加氢裂化装置占有率89%，有力支撑炼厂产品结构调整。STRONG沸腾床技术打破国外垄断，处于世界领先水平，支撑企业长周期运行，入选中国石化十大技术品牌。SiRUT复合床技术可实现化工产品占70%以上，支撑炼厂从燃料型向化工型转型，正瞄准“五年一修”目标着力攻关。开发形成石化行业“三废”综合解决方案，牵头编制国家石化行业环保系列标准和规范，运营国内首家石化行业排污许可证申报试点，积极彰显中国石化国企责任担当和环保正能量。高水平推进长江经济带石化类场地污染治理，支撑沿江企业从污染物“近零”排放向“净零”排放迈进。发挥中国石化环境监测总站作用，开发石化烟气、VOCs治理技术年减排NOx 6万吨以上、VOCs 11万吨以上，为“美丽中国”建设做出突出贡献。新能源方面，燃料电池车用氢气纯化及供应技术在高桥石化、天津石化和青岛炼化开车成功，氢气产量合计4800吨/年，即将在茂名石化和川维化工进行工业应用。获东北首家质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气全项检测能力资质认定，助力冬奥加氢站氢气检测。

更多公司信息请登录：http://fripp.sinopec.com

五、技术咨询热线

联系人：赵国利

电 话：0411-39699268

邮 箱：zhaoguoli.fshy@sinopec.com

欢迎分享转发朋友圈，点亮“在看”，参与本次活动或入群请加文末小编申请。