1. 概述

我國(guo)是以煤(mei)炭(tan)為主要一(yi)次(ci)能(neng)源的(de)國(guo)家，一(yi)次(ci)能(neng)源消費中煤(mei)炭(tan)的(de)占比(bi)達(da)到62%。但我國(guo)的(de)煤(mei)炭(tan)利用(yong)技(ji)術總體(ti)上(shang)是落(luo)后的(de)，在(zai)煤(mei)炭(tan)的(de)轉化(hua)利用(yong)過程(cheng)中普遍存在(zai)效(xiao)率低、污染嚴重等問題。隨(sui)著能(neng)源問題的(de)日益突出，潔凈煤(mei)技(ji)術越來越多(duo)地應用(yong)于實(shi)際生產過程(cheng)中，其(qi)中大規模煤(mei)氣(qi)化(hua)、煤(mei)氣(qi)化(hua)多(duo)聯產技(ji)術成(cheng)為了煤(mei)炭(tan)綜合應用(yong)的(de)主要方向之一(yi)。“十一(yi)五”期間(jian)，煤(mei)氣(qi)化(hua)屬于國(guo)家鼓勵項(xiang)目，其(qi)中明確(que)指出新型煤(mei)化(hua)工領域將重點(dian)開(kai)發和(he)(he)實(shi)施煤(mei)的(de)焦化(hua)技(ji)術、大型煤(mei)氣(qi)化(hua)技(ji)術和(he)(he)以煤(mei)氣(qi)化(hua)為核心的(de)“多(duo)聯產”技(ji)術。

2. 煤氣化原理

     煤(mei)(mei)炭氣(qi)化是指煤(mei)(mei)在特定(ding)的設備內(nei)，在一定(ding)溫度及壓力下使煤(mei)(mei)中有機質(zhi)與氣(qi)化劑（如(ru)蒸汽/空氣(qi)或氧氣(qi)等）發生一系列，將固體(ti)煤(mei)(mei)轉化為含(han)有CO、H2、CH4等可(ke)燃氣(qi)體(ti)和CO2、N2等非可燃氣體(ti)的(de)過程(cheng)(cheng)。氣化(hua)過程(cheng)(cheng)發生(sheng)的(de)反應(ying)包(bao)括煤(mei)(mei)的(de)熱解(jie)、氣化(hua)和(he)(he)燃燒反應(ying)。煤(mei)(mei)的(de)熱解(jie)是指煤(mei)(mei)從固(gu)相(xiang)變為氣、固(gu)、液三相(xiang)產物(wu)的(de)過程(cheng)(cheng)。煤(mei)(mei)的(de)氣化(hua)和(he)(he)燃燒反應(ying)則包(bao)括兩種反應(ying)類(lei)型，即非均相(xiang)氣－固(gu)反應(ying)和(he)(he)均相(xiang)的(de)氣相(xiang)反應(ying)。

煤炭氣化(hua)時，必須(xu)具(ju)備三個條件(jian)，即氣化(hua)爐、氣化(hua)劑、供給(gei)熱量，三者缺一不可。

　  煤氣(qi)化(hua)工藝(yi)根據氣(qi)化(hua)爐內(nei)煤料與氣(qi)化(hua)劑(ji)的接觸方式(shi)不同可區(qu)分為固定床(chuang)(chuang)（移(yi)動床(chuang)(chuang)）、流(liu)化(hua)床(chuang)(chuang)、氣流(liu)床(chuang)(chuang)，此外還有地下煤氣化(hua)工(gong)藝。

3. 煤氣分析儀的原理和技術特點

    近年來紅外煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)(fen)(fen)析儀越來越多(duo)地應(ying)用(yong)于實(shi)(shi)際煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)(fen)(fen)析當中。 紅外煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)(fen)(fen)析儀采用(yong)紅外傳感器測(ce)量(liang)(liang)煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)成(cheng)分(fen)(fen)(fen)中的(de)CO、CO2、CH4、CnHm的(de)濃(nong)度(du)，使(shi)用(yong)熱導傳感器測(ce)量(liang)(liang)H2的(de)濃(nong)度(du)，使(shi)用(yong)電化(hua)學傳感器測(ce)量(liang)(liang)O2濃(nong)度(du)，同時根據測(ce)量(liang)(liang)成(cheng)分(fen)(fen)(fen)的(de)濃(nong)度(du)，計算得到煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)理(li)論熱值。紅外煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)分(fen)(fen)(fen)析儀取代了奧(ao)氏氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體分(fen)(fen)(fen)析儀的(de)人工(gong)取樣(yang)和人工(gong)分(fen)(fen)(fen)析環(huan)節，可實(shi)(shi)現自動化(hua)測(ce)量(liang)(liang)，避免了人工(gong)誤差；同時預處理(li)系(xi)統和儀器相對燃(ran)燒(shao)法熱值儀具有結構簡(jian)單，操作維護方便的(de)特(te)點，更加適合煤(mei)(mei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)實(shi)(shi)時在(zai)線的(de)分(fen)(fen)(fen)析要求。

 紅(hong)外煤氣(qi)分析儀具備H2測(ce)(ce)量補(bu)償功(gong)能，保證了(le)H2濃度(du)的(de)準確測(ce)(ce)量。熱導傳感器用(yong)于測(ce)(ce)量多種混合(he)氣(qi)體時，必然要考慮到煤氣(qi)中其他氣(qi)體的(de)影響因素。

煤氣(qi)主要成(cheng)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)中CO、O2 與(yu)背景氣(qi)N2的(de)(de)(de)(de)熱導系數(shu)(shu)相當，對(dui)H2的(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)結果(guo)影(ying)響(xiang)不大，但是CO2 、CH4 對(dui)H2測(ce)(ce)量(liang)影(ying)響(xiang)明(ming)顯。通過(guo)理論分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)及實驗表明(ming)，如果(guo)氣(qi)體成(cheng)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)中含(han)有(you)CO2，會使H2的(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)讀(du)(du)數(shu)(shu)偏(pian)低；如果(guo)氣(qi)體成(cheng)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)中含(han)有(you)CH4，會使H2的(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)讀(du)(du)數(shu)(shu)偏(pian)高。因此為了得到準(zhun)確(que)的(de)(de)(de)(de)H2含(han)量(liang)，應對(dui)H2濃度(du)(du)進行(xing)(xing)CO2 、CH4的(de)(de)(de)(de)濃度(du)(du)校(xiao)正。煤氣(qi)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)儀對(dui)煤氣(qi)的(de)(de)(de)(de)各氣(qi)體成(cheng)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)進行(xing)(xing)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)析(xi)，并將(jiang)各種(zhong)氣(qi)體的(de)(de)(de)(de)相互影(ying)響(xiang)進行(xing)(xing)了濃度(du)(du)修(xiu)正和補償，消(xiao)除煤氣(qi)中其他(ta)成(cheng)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)對(dui)H2的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，保證了H2測(ce)(ce)量(liang)值(zhi)的(de)(de)(de)(de)準(zhun)確(que)性(xing)。
    此外 煤氣分(fen)析儀(yi)采用了旁流(liu)(liu)擴散式的(de)(de)熱導(dao)檢測池，流(liu)(liu)量在(zai)0.3―1.5L/min的(de)(de)范圍內變化(hua)對(dui)熱導(dao)的(de)(de)測量沒(mei)有(you)影響(xiang)，減少了因流(liu)(liu)量波動造(zao)成H2測量的(de)(de)誤差影響(xiang)。

煤氣(qi)化(hua)過(guo)程(cheng)中(zhong)產生的(de)(de)煤氣(qi)中(zhong)的(de)(de)碳(tan)氫化(hua)合(he)物(wu)除了CH4外(wai)，還有(you)少量的(de)(de)CnHm，大多數僅以CH4為(wei)測試對象，折合(he)成碳(tan)氫化(hua)合(he)物(wu)總量計算熱(re)值(zhi)。根據(ju)紅(hong)外(wai)吸(xi)收原理(li)，如圖1，乙烷等碳(tan)氫化(hua)合(he)物(wu)在甲烷的(de)(de)特征波長3.3um左右有(you)明顯吸(xi)收干擾。當(dang)煤氣中其他(ta)碳(tan)氫化合物含量較大(da)時(shi)，CH4的測試值會明顯偏(pian)大(da)，導致熱值測試不(bu)準(zhun)，其熱值測試值也無(wu)法保證精(jing)度(du)。

圖1：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的(de)紅外吸收光譜

 紅(hong)外采(cai)用了特殊的(de)(de)氣體濾波技術，可實現無(wu)干擾的(de)(de)CH4測(ce)量，準(zhun)確(que)反應混合(he)煤氣中CH4和CnHm成分(fen)(fen)的(de)(de)實際變化，有利于(yu)熱值的(de)(de)準(zhun)確(que)分(fen)(fen)析(xi)。

4. 煤氣(qi)分(fen)析儀在(zai)煤氣(qi)化中的應用

   根(gen)據煤(mei)氣(qi)(qi)化應用領域的不同，煤(mei)氣(qi)(qi)分(fen)析儀可(ke)實現煤(mei)氣(qi)(qi)熱值(zhi)分(fen)析和煤(mei)氣(qi)(qi)成分(fen)分(fen)析兩種(zhong)用途。通常(chang)的應用如下：

   4.1 工業燃氣應用

   作為(wei)工業燃(ran)氣(qi)(qi)，一(yi)般熱值(zhi)(zhi)要求為(wei)1100－1350大卡熱的(de)(de)煤(mei)氣(qi)(qi)，可(ke)采用常(chang)壓固定(ding)床(chuang)氣(qi)(qi)化爐、流(liu)化床(chuang)氣(qi)(qi)化爐均(jun)可(ke)制得。主(zhu)要用于(yu)鋼鐵、機械(xie)、衛生、建材(cai)、輕紡、食品(pin)等部門(men)，用以加熱各種爐、窯，或(huo)直接加熱產品(pin)或(huo)半成(cheng)品(pin)。實際應(ying)用中通常(chang)需要精確(que)控(kong)制加熱溫度，以達到工藝或(huo)質量控(kong)制目的(de)(de)，燃(ran)氣(qi)(qi)的(de)(de)熱值(zhi)(zhi)穩定(ding)性就(jiu)尤為(wei)重要。紅外煤(mei)氣(qi)(qi)分(fen)析儀針對H2和CH4的(de)(de)測(ce)量采用了(le)測(ce)量補償(chang)技(ji)術，可(ke)保證實際熱值(zhi)(zhi)測(ce)試結果的(de)(de)準確(que)性，為(wei)燃(ran)氣(qi)(qi)的(de)(de)燃(ran)燒測(ce)控(kong)提供了(le)有效有力(li)的(de)(de)數據依據。

4.2 民用煤(mei)氣應用

民(min)用(yong)(yong)煤氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)熱(re)值一般在3000－3500大卡，同時還要求CO小于10%，除焦爐煤氣(qi)(qi)(qi)(qi)外，用(yong)(yong)直(zhi)接氣(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)也可(ke)得到，采用(yong)(yong)魯奇爐較為適用(yong)(yong)。與直(zhi)接燃煤相比，民(min)用(yong)(yong)煤氣(qi)(qi)(qi)(qi)不僅可(ke)以明顯提高(gao)用(yong)(yong)煤效率和(he)減輕環(huan)(huan)(huan)境污(wu)染，而且能夠極(ji)大地方便(bian)人民(min)生活(huo)，具有良好(hao)的(de)(de)(de)社會(hui)效益與環(huan)(huan)(huan)境效益。出于安(an)全、環(huan)(huan)(huan)保(bao)及(ji)經(jing)濟等因素的(de)(de)(de)考慮，要求民(min)用(yong)(yong)煤氣(qi)(qi)(qi)(qi)中的(de)(de)(de)H2、CH4、及(ji)其(qi)它烴類(lei)可(ke)燃氣(qi)(qi)(qi)(qi)體含量(liang)應盡量(liang)高(gao)，以提高(gao)煤氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)熱(re)值；而CO有毒其(qi)含量(liang)應盡量(liang)低。 紅外煤氣(qi)(qi)(qi)(qi)分析(xi)儀測試(shi)煤氣(qi)(qi)(qi)(qi)熱(re)值可(ke)知道(dao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)化(hua)站的(de)(de)(de)煤氣(qi)(qi)(qi)(qi)混合，保(bao)證燃氣(qi)(qi)(qi)(qi)熱(re)值；同時可(ke)測得CO、H2、CH4的(de)(de)(de)實際濃(nong)度，有效控制(zhi)CO濃(nong)度，保(bao)證燃氣(qi)(qi)(qi)(qi)安(an)全。

4.3 冶金還(huan)原氣應(ying)用

煤氣(qi)中(zhong)的(de)CO和(he)H2具有(you)很強的(de)還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)作用。在冶(ye)金工業中(zhong)，利用還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)氣(qi)可(ke)直接(jie)將鐵礦石還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)成海棉鐵；在有(you)色(se)金屬工業中(zhong)，鎳、銅、鎢(wu)、鎂等金屬氧化物也可(ke)用還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)氣(qi)來冶(ye)煉。因(yin)此，冶(ye)金還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)氣(qi)對煤氣(qi)中(zhong)的(de)CO含量有(you)要求(qiu)。 紅外煤氣(qi)分析(xi)儀可(ke)實時有(you)效測(ce)量CO或(huo)H2濃度，指(zhi)導(dao)調整氣(qi)化(hua)工藝(yi)，保(bao)證產氣(qi)效(xiao)率。

4.4 化(hua)工(gong)合成原料氣(qi)

隨著新型(xing)煤化(hua)工(gong)產業的發展，以煤氣化(hua)制取合成(cheng)(cheng)氣，進而直接合成(cheng)(cheng)各(ge)種化(hua)學品(pin)的路線已(yi)經(jing)成(cheng)(cheng)為(wei)現代煤化(hua)工(gong)的基礎(chu)，主要(yao)包括合成(cheng)(cheng)氨、合成(cheng)(cheng)甲烷、合成(cheng)(cheng)甲醇、醋(cu)酐、二甲醚(mi)等。

　　化(hua)工(gong)合(he)(he)成(cheng)(cheng)氣(qi)對熱值要求不高(gao)，主要對煤氣(qi)中(zhong)的(de)CO、H2等成(cheng)(cheng)分有要求，一(yi)般(ban)Shell氣(qi)化(hua)爐(lu)較為(wei)合(he)(he)適。目(mu)前(qian)我國合(he)(he)成(cheng)(cheng)氨的(de)甲醇(chun)產(chan)量的(de)50%以上來自煤炭氣(qi)化(hua)合(he)(he)成(cheng)(cheng)工(gong)藝(yi)。若煤氣(qi)成(cheng)(cheng)分中(zhong)CO2濃度過高(gao)，直接會影響合(he)(he)成(cheng)(cheng)工(gong)序壓(ya)縮機的(de)運行效率(lv)(一(yi)般(ban)降(jiang)低10％左右)，必然造成(cheng)(cheng)電耗和壓(ya)縮機維修費(fei)用增加。紅(hong)外煤氣(qi)分析(xi)儀用于CO、CO2、H2等氣(qi)(qi)體(ti)的(de)濃度測量，用于指導合成氣(qi)(qi)工(gong)(gong)藝(yi)控制，可保證(zheng)化(hua)工(gong)(gong)產(chan)品的(de)產(chan)量和質量，同時可達到(dao)節能(neng)的(de)目的(de)。

4.5 煤制氫應(ying)用

氫(qing)氣(qi)廣泛的用于電(dian)子、冶金、玻璃生產、化工合(he)成(cheng)、航(hang)空(kong)航(hang)天、煤炭(tan)直接液化及(ji)(ji)氫(qing)能電(dian)池等領(ling)域(yu)，目前(qian)世界上96%的氫(qing)氣(qi)來源于化石(shi)燃料轉化。而煤炭(tan)氣(qi)化制氫(qing)起著很重要的作用，一般是將煤炭(tan)轉化成(cheng)CO和H2，然(ran)后(hou)通過(guo)變(bian)換(huan)反(fan)應(ying)(ying)將CO轉換(huan)成(cheng)H2和H2O，將富氫(qing)氣(qi)體經過(guo)低溫分離或(huo)變(bian)壓吸附(fu)及(ji)(ji)膜分離技術，即可(ke)獲(huo)得氫(qing)氣(qi)。實際應(ying)(ying)用中由于CO含量的(de)增加(jia)，必然會導致變換(huan)工(gong)序(xu)中變換(huan)爐的(de)負荷(he)增加(jia)。它(ta)不但會使(shi)催化(hua)劑的(de)使(shi)用壽命縮短，而(er)且使(shi)變換(huan)爐蒸汽消耗增加(jia)。紅外用于煤氣成分(fen)分(fen)析，提供煤氣中各氣體成分(fen)的(de)濃(nong)度數據，指導氣化(hua)和轉換(huan)工(gong)藝的(de)控制，可起到節能增效的(de)作用。

此外， 紅外煤氣分(fen)析儀(yi)還可在煤氣化(hua)多聯產(chan)的應用中提(ti)(ti)高(gao)化(hua)工生產(chan)效(xiao)(xiao)率，提(ti)(ti)供清(qing)潔(jie)能(neng)源(yuan)，改進工藝過程(cheng)，以達到效(xiao)(xiao)益最大化(hua)，有助于提(ti)(ti)升(sheng)產(chan)業技(ji)術水平。

5. 結論(lun)

    隨著煤氣化(hua)技術在(zai)國內的應用和發(fa)展，對于煤氣化(hua)過程的監測和控制提出了更高的要求。 紅外煤氣分(fen)析(xi)儀(yi)集成了紅外、熱(re)(re)導(dao)和(he)電化學三種氣體(ti)傳感(gan)器技術，可實現對煤氣的(de)(de)成分(fen)分(fen)析(xi)和(he)熱(re)(re)值分(fen)析(xi)。在實際應用(yong)中解決了H2測(ce)量補(bu)償和(he)CH4測(ce)量抗(kang)干擾的(de)(de)問(wen)題，更廣(guang)泛(fan)地(di)應用(yong)于工(gong)(gong)(gong)業(ye)燃氣、民用(yong)煤氣、冶金(jin)、化工(gong)(gong)(gong)等行業(ye)，可指導(dao)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)控制和(he)改善，并達(da)到節能增效(xiao)的(de)(de)作用(yong)，有利于促進煤氣化技術的提升。