1. 概述

      我國是以煤(mei)(mei)炭(tan)(tan)為主要(yao)(yao)一(yi)次能源的(de)(de)國家(jia)，一(yi)次能源消(xiao)費(fei)中(zhong)煤(mei)(mei)炭(tan)(tan)的(de)(de)占(zhan)比達到(dao)62%。但我國的(de)(de)煤(mei)(mei)炭(tan)(tan)利用(yong)技(ji)(ji)術(shu)(shu)總體上(shang)是落后的(de)(de)，在煤(mei)(mei)炭(tan)(tan)的(de)(de)轉(zhuan)化(hua)(hua)利用(yong)過(guo)程中(zhong)普遍存在效率低(di)、污染嚴重等(deng)問題。隨(sui)著能源問題的(de)(de)日益(yi)突(tu)出(chu)，潔凈煤(mei)(mei)技(ji)(ji)術(shu)(shu)越來(lai)越多(duo)(duo)地應用(yong)于實際(ji)生產過(guo)程中(zhong)，其(qi)(qi)中(zhong)大規模煤(mei)(mei)氣(qi)化(hua)(hua)、煤(mei)(mei)氣(qi)化(hua)(hua)多(duo)(duo)聯產技(ji)(ji)術(shu)(shu)成為了煤(mei)(mei)炭(tan)(tan)綜合應用(yong)的(de)(de)主要(yao)(yao)方(fang)向之一(yi)。“十(shi)一(yi)五”期間，煤(mei)(mei)氣(qi)化(hua)(hua)屬于國家(jia)鼓(gu)勵項目，其(qi)(qi)中(zhong)明確指出(chu)新型(xing)煤(mei)(mei)化(hua)(hua)工領域將重點開發(fa)和實施煤(mei)(mei)的(de)(de)焦化(hua)(hua)技(ji)(ji)術(shu)(shu)、大型(xing)煤(mei)(mei)氣(qi)化(hua)(hua)技(ji)(ji)術(shu)(shu)和以煤(mei)(mei)氣(qi)化(hua)(hua)為核心的(de)(de)“多(duo)(duo)聯產”技(ji)(ji)術(shu)(shu)。山東新澤儀器生產的(de)(de)S2000系(xi)列紅(hong)外氣(qi)體分析(xi)儀為我國的(de)(de)煤(mei)(mei)氣(qi)化(hua)(hua)工業提供的(de)(de)先(xian)進(jin)的(de)(de)監測手段(duan)。

2. 煤氣化(hua)原(yuan)理

      煤(mei)炭氣(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)是(shi)指(zhi)煤(mei)在特定(ding)的(de)設(she)備(bei)內(nei)(nei)，在一(yi)(yi)定(ding)溫度及(ji)壓力下使煤(mei)中有機質(zhi)與(yu)(yu)氣(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)（如蒸汽/空(kong)氣(qi)或(huo)氧氣(qi)等）發生(sheng)(sheng)一(yi)(yi)系列化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)反應(ying)，將(jiang)固體煤(mei)轉化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)為含有CO、H2、CH4等可(ke)燃(ran)氣(qi)體和(he)CO2、N2等非可(ke)燃(ran)氣(qi)體的(de)過(guo)程(cheng)。氣(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)過(guo)程(cheng)發生(sheng)(sheng)的(de)反應(ying)包(bao)括煤(mei)的(de)熱(re)解、氣(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)和(he)燃(ran)燒反應(ying)。煤(mei)的(de)熱(re)解是(shi)指(zhi)煤(mei)從固相(xiang)變為氣(qi)、固、液(ye)三(san)相(xiang)產物(wu)的(de)過(guo)程(cheng)。煤(mei)的(de)氣(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)和(he)燃(ran)燒反應(ying)則包(bao)括兩種(zhong)反應(ying)類型，即(ji)非均相(xiang)氣(qi)－固反應(ying)和(he)均相(xiang)的(de)氣(qi)相(xiang)反應(ying)。煤(mei)炭氣(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)時(shi)，必(bi)須具備(bei)三(san)個條件，即(ji)氣(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐、氣(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)、供給熱(re)量(liang)，三(san)者(zhe)缺(que)一(yi)(yi)不可(ke)。煤(mei)氣(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工藝(yi)根據氣(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐內(nei)(nei)煤(mei)料與(yu)(yu)氣(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)的(de)接觸方式(shi)不同可(ke)區分為固定(ding)床(chuang)（移動床(chuang)）、流化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)床(chuang)、氣(qi)流床(chuang)，此外還有地下煤(mei)氣(qi)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工藝(yi)。

3. 在線(xian)煤氣(qi)分析儀的原理和(he)技術特點

      近年來(lai)紅外(wai)煤(mei)氣(qi)(qi)分析(xi)儀越來(lai)越多地應用于實際(ji)煤(mei)氣(qi)(qi)化煤(mei)氣(qi)(qi)分析(xi)當中。S2000系列(lie)紅外(wai)氣(qi)(qi)體(ti)分析儀采用(yong)(yong)紅外傳感(gan)器(qi)測(ce)量(liang)(liang)(liang)煤(mei)氣(qi)(qi)成(cheng)分(fen)中的(de)(de)CO、CO2、CH4、的(de)(de)濃(nong)(nong)(nong)度(du)，使用(yong)(yong)熱導傳感(gan)器(qi)測(ce)量(liang)(liang)(liang)H2的(de)(de)濃(nong)(nong)(nong)度(du)，使用(yong)(yong)電(dian)化學(xue)傳感(gan)器(qi)測(ce)量(liang)(liang)(liang)O2濃(nong)(nong)(nong)度(du)，同(tong)(tong)時(shi)根據測(ce)量(liang)(liang)(liang)成(cheng)分(fen)的(de)(de)濃(nong)(nong)(nong)度(du)，計算得到煤(mei)氣(qi)(qi)的(de)(de)理論熱值。S2000系(xi)列紅外氣(qi)(qi)體(ti)分(fen)析(xi)(xi)儀取代了(le)奧氏氣(qi)(qi)體(ti)分(fen)析(xi)(xi)儀的(de)(de)人(ren)工(gong)(gong)取樣和人(ren)工(gong)(gong)分(fen)析(xi)(xi)環(huan)節，可實(shi)現自(zi)動化測(ce)量(liang)(liang)(liang)，避(bi)免了(le)人(ren)工(gong)(gong)誤差；同(tong)(tong)時(shi)預處(chu)理系(xi)統和儀器(qi)相(xiang)對燃(ran)燒法熱值儀具有結構簡單，操作維護(hu)方(fang)便的(de)(de)特點，更(geng)加適(shi)合(he)煤(mei)氣(qi)(qi)化實(shi)時(shi)在(zai)線的(de)(de)分(fen)析(xi)(xi)要求。

      S2000系列紅外(wai)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)分(fen)(fen)析儀具備H2測量(liang)(liang)(liang)補償功能(neng)，保證(zheng)了(le)(le)(le)(le)H2濃(nong)(nong)度(du)的(de)(de)準確測量(liang)(liang)(liang)。熱(re)(re)導(dao)傳感器用于測量(liang)(liang)(liang)多種混合氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)時，必然要考慮到(dao)煤(mei)氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)其他氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)的(de)(de)影(ying)(ying)響因(yin)素。煤(mei)氣(qi)(qi)(qi)主要成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)中(zhong)CO、O2 與背(bei)景氣(qi)(qi)(qi)N2的(de)(de)熱(re)(re)導(dao)系數(shu)相當，對H2的(de)(de)測量(liang)(liang)(liang)結(jie)果(guo)影(ying)(ying)響不大，但是CO2、CH4 對H2測量(liang)(liang)(liang)影(ying)(ying)響明(ming)顯。通過理論分(fen)(fen)析及實驗表明(ming)，如果(guo)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)中(zhong)含有CO2，會使(shi)H2的(de)(de)測量(liang)(liang)(liang)讀數(shu)偏(pian)低；如果(guo)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)中(zhong)含有CH4，會使(shi)H2的(de)(de)測量(liang)(liang)(liang)讀數(shu)偏(pian)高。因(yin)此為(wei)了(le)(le)(le)(le)得到(dao)準確的(de)(de)H2含量(liang)(liang)(liang)，應(ying)對H2濃(nong)(nong)度(du)進(jin)行(xing)CO2 、CH4的(de)(de)濃(nong)(nong)度(du)校(xiao)正。NS2000系列紅外(wai)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)分(fen)(fen)析儀對煤(mei)氣(qi)(qi)(qi)的(de)(de)各氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)進(jin)行(xing)分(fen)(fen)析，并將(jiang)各種氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)的(de)(de)相互影(ying)(ying)響進(jin)行(xing)了(le)(le)(le)(le)濃(nong)(nong)度(du)修正和補償，消(xiao)除煤(mei)氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)其他成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)對H2的(de)(de)影(ying)(ying)響，保證(zheng)了(le)(le)(le)(le)H2測量(liang)(liang)(liang)值的(de)(de)準確性。此外(wai)S2000系列紅外(wai)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)分(fen)(fen)析儀采用了(le)(le)(le)(le)熱(re)(re)導(dao)檢測池，減(jian)少了(le)(le)(le)(le)因(yin)流量(liang)(liang)(liang)波動(dong)造成(cheng)(cheng)H2測量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)誤差影(ying)(ying)響。

4. S2000系列(lie)紅外氣體(ti)分析儀在(zai)煤氣化中的應用

      根據煤氣化應用領域的不(bu)同(tong)，山(shan)東新澤儀器的煤氣分(fen)析儀可實現(xian)煤氣熱值分(fen)析和煤氣成分(fen)分(fen)析兩種(zhong)用途(tu)。通常的應用如下：

4.1 工業燃氣應用

      作為工(gong)業燃(ran)氣(qi)(qi)(qi)，一般熱(re)值要(yao)求為1100－1350大(da)卡熱(re)的(de)煤氣(qi)(qi)(qi)，可采用(yong)常(chang)壓(ya)固定床(chuang)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)爐、流化(hua)床(chuang)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)爐均可制得。主要(yao)用(yong)于(yu)鋼鐵、機(ji)械、衛(wei)生、建材、輕紡、食品(pin)等部門(men)，用(yong)以加熱(re)各種爐、窯，或(huo)直接(jie)加熱(re)產(chan)品(pin)或(huo)半(ban)成(cheng)品(pin)。實際應用(yong)中通常(chang)需要(yao)精確控制加熱(re)溫(wen)度，以達到工(gong)藝(yi)或(huo)質量控制目的(de)，燃(ran)氣(qi)(qi)(qi)的(de)熱(re)值穩定性就尤為重(zhong)要(yao)。S2000系列紅外氣(qi)(qi)(qi)體(ti)分析儀針(zhen)對H2和(he)CH4的(de)測(ce)(ce)量采用(yong)了測(ce)(ce)量補償(chang)技術(shu)，可保(bao)證(zheng)實際熱(re)值測(ce)(ce)試結果的(de)準確性，為燃(ran)氣(qi)(qi)(qi)的(de)燃(ran)燒(shao)測(ce)(ce)控提供了有(you)效有(you)力的(de)數據(ju)依(yi)據(ju)。

4.2 民用(yong)煤氣應(ying)用(yong)

      民(min)(min)用(yong)煤(mei)氣(qi)的(de)熱值一般在3000－3500大(da)卡，同時還要(yao)求(qiu)CO小于10%，除焦爐(lu)煤(mei)氣(qi)外，用(yong)直接氣(qi)化也(ye)可(ke)(ke)得到，采(cai)用(yong)魯奇(qi)爐(lu)較(jiao)為適用(yong)。與(yu)直接燃煤(mei)相比，民(min)(min)用(yong)煤(mei)氣(qi)不僅可(ke)(ke)以明顯提(ti)(ti)高用(yong)煤(mei)效(xiao)率和減輕環境污染，而(er)且(qie)能夠極大(da)地方便人民(min)(min)生(sheng)活，具(ju)有良好(hao)的(de)社會效(xiao)益(yi)與(yu)環境效(xiao)益(yi)。出于安(an)全、環保(bao)及經濟等因素的(de)考慮，要(yao)求(qiu)民(min)(min)用(yong)煤(mei)氣(qi)中的(de)H2、CH4、及其它烴類可(ke)(ke)燃氣(qi)體(ti)含(han)量(liang)應(ying)盡(jin)量(liang)高，以提(ti)(ti)高煤(mei)氣(qi)的(de)熱值；而(er)CO有毒(du)其含(han)量(liang)應(ying)盡(jin)量(liang)低(di)。S2000系列紅外氣(qi)體(ti)分析儀測(ce)試可(ke)(ke)測(ce)得CO、H2、CH4的(de)實際(ji)濃(nong)度，有效(xiao)控制CO濃(nong)度，保(bao)證燃氣(qi)安(an)全。

4.3 冶(ye)金還原氣應用

      煤氣(qi)(qi)(qi)中的CO和H2具有(you)很強的還(huan)原作用(yong)。在冶(ye)金(jin)工業中，利用(yong)還(huan)原氣(qi)(qi)(qi)可(ke)直接將鐵礦(kuang)石(shi)還(huan)原成海棉(mian)鐵；在有(you)色金(jin)屬(shu)工業中，鎳、銅、鎢、鎂等金(jin)屬(shu)氧(yang)化物(wu)也可(ke)用(yong)還(huan)原氣(qi)(qi)(qi)來冶(ye)煉。因此，冶(ye)金(jin)還(huan)原氣(qi)(qi)(qi)對煤氣(qi)(qi)(qi)中的CO含量有(you)要求。S2000系(xi)列紅外(wai)氣(qi)(qi)(qi)體分析儀可(ke)實時有(you)效(xiao)測量CO或(huo)H2濃度，指(zhi)導調整氣(qi)(qi)(qi)化工藝，保證產氣(qi)(qi)(qi)效(xiao)率(lv)。

4.4 化工合成原料(liao)氣(qi)

      隨著新型煤化(hua)工產業的(de)發展，以煤氣化(hua)制取合成(cheng)(cheng)氣，進而直接合成(cheng)(cheng)各種化(hua)學品的(de)路線已經(jing)成(cheng)(cheng)為(wei)現代煤化(hua)工的(de)基礎，主要包括合成(cheng)(cheng)氨、合成(cheng)(cheng)甲(jia)(jia)(jia)烷、合成(cheng)(cheng)甲(jia)(jia)(jia)醇、醋酐、二甲(jia)(jia)(jia)醚等。

      化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)合(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)對熱值要(yao)求不高，主要(yao)對煤(mei)氣(qi)中的CO、H2等成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)有(you)要(yao)求，一般德(de)士古氣(qi)化(hua)(hua)爐、Shell氣(qi)化(hua)(hua)爐較為合(he)適。目前我國合(he)成(cheng)(cheng)氨的甲醇產(chan)(chan)量的50%以上來(lai)自煤(mei)炭氣(qi)化(hua)(hua)合(he)成(cheng)(cheng)工(gong)(gong)(gong)藝。若煤(mei)氣(qi)成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)中CO2濃度過高，直接(jie)會(hui)影響合(he)成(cheng)(cheng)工(gong)(gong)(gong)序壓縮(suo)機的運(yun)行效率（一般降(jiang)低10％左右(you)），必然造(zao)成(cheng)(cheng)電耗和(he)壓縮(suo)機維修費用(yong)增(zeng)加。山東新澤儀器S2000系列紅外(wai)氣(qi)體(ti)分(fen)(fen)析(xi)儀用(yong)于(yu)CO、CO2、H2等氣(qi)體(ti)的濃度測(ce)量，用(yong)于(yu)指(zhi)導(dao)合(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)工(gong)(gong)(gong)藝控(kong)制，可保證化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)產(chan)(chan)品的產(chan)(chan)量和(he)質(zhi)量，同時可達到(dao)節能的目的。

4.5 煤制(zhi)氫應用

      氫(qing)氣(qi)廣泛的(de)(de)用(yong)于(yu)電(dian)子、冶金、玻璃生產(chan)(chan)、化(hua)工(gong)合(he)成、航空航天(tian)、煤(mei)炭(tan)直接液化(hua)及氫(qing)能(neng)電(dian)池(chi)等(deng)領域(yu)，目(mu)前世界上96%的(de)(de)氫(qing)氣(qi)來源于(yu)化(hua)石燃料轉化(hua)。而(er)煤(mei)炭(tan)氣(qi)化(hua)制氫(qing)起(qi)著很重要的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)，一(yi)般是將煤(mei)炭(tan)轉化(hua)成CO和H2，然后(hou)通(tong)過變換(huan)(huan)反應將CO轉換(huan)(huan)成H2和H2O，將富氫(qing)氣(qi)體經過低(di)溫(wen)分(fen)離(li)或變壓吸(xi)附及膜分(fen)離(li)技術(shu)，即(ji)可(ke)獲得氫(qing)氣(qi)。實際應用(yong)中(zhong)由于(yu)CO含(han)量(liang)的(de)(de)增(zeng)加，必然會導致變換(huan)(huan)工(gong)序(xu)中(zhong)變換(huan)(huan)爐的(de)(de)負荷增(zeng)加。它不但(dan)會使(shi)催(cui)化(hua)劑的(de)(de)使(shi)用(yong)壽命縮短，而(er)且使(shi)變換(huan)(huan)爐蒸汽消耗增(zeng)加。S2000系(xi)列紅外(wai)(wai)氣(qi)體分(fen)析(xi)儀(yi)(yi)用(yong)于(yu)煤(mei)氣(qi)成分(fen)分(fen)析(xi)，新澤儀(yi)(yi)器提(ti)供煤(mei)氣(qi)中(zhong)各氣(qi)體成分(fen)的(de)(de)濃度數據，指導氣(qi)化(hua)和轉換(huan)(huan)工(gong)藝的(de)(de)控制，可(ke)起(qi)到節能(neng)增(zeng)效的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)。此外(wai)(wai)，S2000系(xi)列紅外(wai)(wai)氣(qi)體分(fen)析(xi)儀(yi)(yi)還可(ke)在煤(mei)氣(qi)化(hua)多聯產(chan)(chan)的(de)(de)應用(yong)中(zhong)提(ti)高化(hua)工(gong)生產(chan)(chan)效率，提(ti)供清(qing)潔能(neng)源，改進工(gong)藝過程(cheng)，以(yi)達到效益(yi)最大化(hua)，有(you)助于(yu)提(ti)升產(chan)(chan)業技術(shu)水(shui)平(ping)。