煤气化行业中红外线气体分析仪的作用

​1. 概述

      我国是以煤炭为主要一次能源的国家，一次能源消费中煤炭的占比达到62%。但我国的煤炭利用技术总体上是落后的，在煤炭的转化利用过程中普遍存在效率低、污染严重等问题。随着能源问题的日益突出，洁净煤技术越来越多地应用于实际生产过程中，其中大规模煤气化、煤气化多联产技术成为了煤炭综合应用的主要方向之一。“十一五”期间，煤气化属于国家鼓励项目，其中明确指出新型煤化工领域将重点开发和实施煤的焦化技术、大型煤气化技术和以煤气化为核心的“多联产”技术。山东新泽仪器生产的S2000系列红外气体分析仪为我国的煤气化工业提供的先进的监测手段。

2. 煤气化原理

      煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。气化过程发生的反应包括煤的热解、气化和燃烧反应。煤的热解是指煤从固相变为气、固、液三相产物的过程。煤的气化和燃烧反应则包括两种反应类型，即非均相气－固反应和均相的气相反应。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。煤气化工艺根据气化炉内煤料与气化剂的接触方式不同可区分为固定床（移动床）、流化床、气流床，此外还有地下煤气化工艺。

3. 在线煤气分析仪的原理和技术特点

      近年来红外煤气分析仪越来越多地应用于实际煤气化煤气分析当中。S2000系列红外气体分析仪采用红外传感器测量煤气成分中的CO、CO2、CH4、的浓度，使用热导传感器测量H2的浓度，使用电化学传感器测量O2浓度，同时根据测量成分的浓度，计算得到煤气的理论热值。S2000系列红外气体分析仪取代了奥氏气体分析仪的人工取样和人工分析环节，可实现自动化测量，避免了人工误差；同时预处理系统和仪器相对燃烧法热值仪具有结构简单，操作维护方便的特点，更加适合煤气化实时在线的分析要求。

      S2000系列红外气体分析仪具备H2测量补偿功能，保证了H2浓度的准确测量。热导传感器用于测量多种混合气体时，必然要考虑到煤气中其他气体的影响因素。煤气主要成分中CO、O2 与背景气N2的热导系数相当，对H2的测量结果影响不大，但是CO2、CH4 对H2测量影响明显。通过理论分析及实验表明，如果气体成分中含有CO2，会使H2的测量读数偏低；如果气体成分中含有CH4，会使H2的测量读数偏高。因此为了得到准确的H2含量，应对H2浓度进行CO2 、CH4的浓度校正。NS2000系列红外气体分析仪对煤气的各气体成分进行分析，并将各种气体的相互影响进行了浓度修正和补偿，消除煤气中其他成分对H2的影响，保证了H2测量值的准确性。此外S2000系列红外气体分析仪采用了热导检测池，减少了因流量波动造成H2测量的误差影响。

4. S2000系列红外气体分析仪在煤气化中的应用

      根据煤气化应用领域的不同，山东新泽仪器的煤气分析仪可实现煤气热值分析和煤气成分分析两种用途。通常的应用如下：

4.1 工业燃气应用

      作为工业燃气，一般热值要求为1100－1350大卡热的煤气，可采用常压固定床气化炉、流化床气化炉均可制得。主要用于钢铁、机械、卫生、建材、轻纺、食品等部门，用以加热各种炉、窑，或直接加热产品或半成品。实际应用中通常需要精确控制加热温度，以达到工艺或质量控制目的，燃气的热值稳定性就尤为重要。S2000系列红外气体分析仪针对H2和CH4的测量采用了测量补偿技术，可保证实际热值测试结果的准确性，为燃气的燃烧测控提供了有效有力的数据依据。

4.2 民用煤气应用

      民用煤气的热值一般在3000－3500大卡，同时还要求CO小于10%，除焦炉煤气外，用直接气化也可得到，采用鲁奇炉较为适用。与直接燃煤相比，民用煤气不仅可以明显提高用煤效率和减轻环境污染，而且能够地方便人民生活，具有良好的社会效益与环境效益。出于安全、环保及经济等因素的考虑，要求民用煤气中的H2、CH4、及其它烃类可燃气体含量应尽量高，以提高煤气的热值；而CO有毒其含量应尽量低。S2000系列红外气体分析仪测试可测得CO、H2、CH4的实际浓度，有效控制CO浓度，保证燃气安全。

4.3 冶金还原气应用

      煤气中的CO和H2具有很强的还原作用。在冶金工业中，利用还原气可直接将铁矿石还原成海棉铁；在有色金属工业中，镍、铜、钨、镁等金属氧化物也可用还原气来冶炼。因此，冶金还原气对煤气中的CO含量有要求。S2000系列红外气体分析仪可实时有效测量CO或H2浓度，指导调整气化工艺，保证产气效率。

4.4 化工合成原料气

      随着新型煤化工产业的发展，以煤气化制取合成气，进而直接合成各种化学品的路线已经成为现代煤化工的基础，主要包括合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚等。

      化工合成气对热值要求不高，主要对煤气中的CO、H2等成分有要求，一般德士古气化炉、Shell气化炉较为合适。目前我国合成氨的甲醇产量的50%以上来自煤炭气化合成工艺。若煤气成分中CO2浓度过高，直接会影响合成工序压缩机的运行效率（一般降低10％左右），必然造成电耗和压缩机维修费用增加。山东新泽仪器S2000系列红外气体分析仪用于CO、CO2、H2等气体的浓度测量，用于指导合成气工艺控制，可保证化工产品的产量和质量，同时可达到节能的目的。

4.5 煤制氢应用

      氢气广泛的用于电子、冶金、玻璃生产、化工合成、航空航天、煤炭直接液化及氢能电池等领域，目前世界上96%的氢气来源于化石燃料转化。而煤炭气化制氢起着很重要的作用，一般是将煤炭转化成CO和H2，然后通过变换反应将CO转换成H2和H2O，将富氢气体经过低温分离或变压吸附及膜分离技术，即可获得氢气。实际应用中由于CO含量的增加，必然会导致变换工序中变换炉的负荷增加。它不但会使催化剂的使用寿命缩短，而且使变换炉蒸汽消耗增加。S2000系列红外气体分析仪用于煤气成分分析，新泽仪器提供煤气中各气体成分的浓度数据，指导气化和转换工艺的控制，可起到节能增效的作用。此外，S2000系列红外气体分析仪还可在煤气化多联产的应用中提高化工生产效率，提供清洁能源，改进工艺过程，以达到效益*大化，有助于提升产业技术水平。
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