S2000系列紅外氣體分析儀在煤氣化中的應(yīng)用
1. 概述
我國(guó)是以煤炭為主要一次能源的國(guó)家，一次能源消費(fèi)中煤炭的占比達(dá)到62%。但我國(guó)的煤炭利用技術(shù)總體上是落后的，在煤炭的轉(zhuǎn)化利用過(guò)程中普遍存在效率低、污染嚴(yán)重等問(wèn)題。隨著能源問(wèn)題的日益突出，潔凈煤技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，其中大規(guī)模煤氣化、煤氣化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)成為了煤炭綜合應(yīng)用的主要方向之一。“十一五”期間，煤氣化屬于國(guó)家鼓勵(lì)項(xiàng)目，其中明確指出新型煤化工領(lǐng)域?qū)⒅攸c(diǎn)開(kāi)發(fā)和實(shí)施煤的焦化技術(shù)、大型煤氣化技術(shù)和以煤氣化為核心的“多聯(lián)產(chǎn)”技術(shù)。山東新澤儀器生產(chǎn)的S2000系列紅外氣體分析儀為我國(guó)的煤氣化工業(yè)提供的*的監(jiān)測(cè)手段。
S2000系列紅外氣體分析儀在煤氣化中的應(yīng)用
2. 煤氣化原理
煤炭氣化是指煤在特定的設(shè)備內(nèi)，在一定溫度及壓力下使煤中有機(jī)質(zhì)與氣化劑（如蒸汽/空氣或氧氣等）發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，將固體煤轉(zhuǎn)化為含有CO、H2、CH4等可燃?xì)怏w和CO2、N2等非可燃?xì)怏w的過(guò)程。氣化過(guò)程發(fā)生的反應(yīng)包括煤的熱解、氣化和燃燒反應(yīng)。煤的熱解是指煤從固相變?yōu)闅?、固、液三相產(chǎn)物的過(guò)程。煤的氣化和燃燒反應(yīng)則包括兩種反應(yīng)類型，即非均相氣－固反應(yīng)和均相的氣相反應(yīng)。煤炭氣化時(shí)，必須具備三個(gè)條件，即氣化爐、氣化劑、供給熱量，三者缺一不可。煤氣化工藝根據(jù)氣化爐內(nèi)煤料與氣化劑的接觸方式不同可區(qū)分為固定床（移動(dòng)床）、流化床、氣流床，此外還有地下煤氣化工藝。
3. 在線煤氣分析儀的原理和技術(shù)特點(diǎn)
近年來(lái)紅外煤氣分析儀越來(lái)越多地應(yīng)用于實(shí)際煤氣化煤氣分析當(dāng)中。S2000系列紅外氣體分析儀采用紅外傳感器測(cè)量煤氣成分中的CO、CO2、CH4、的濃度，使用熱導(dǎo)傳感器測(cè)量H2的濃度，使用電化學(xué)傳感器測(cè)量O2濃度，同時(shí)根據(jù)測(cè)量成分的濃度，計(jì)算得到煤氣的理論熱值。S2000系列紅外氣體分析儀取代了奧氏氣體分析儀的人工取樣和人工分析環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量，避免了人工誤差；同時(shí)預(yù)處理系統(tǒng)和儀器相對(duì)燃燒法熱值儀具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便的特點(diǎn)，更加適合煤氣化實(shí)時(shí)在線的分析要求。
S2000系列紅外氣體分析儀具備H2測(cè)量補(bǔ)償功能，保證了H2濃度的準(zhǔn)確測(cè)量。熱導(dǎo)傳感器用于測(cè)量多種混合氣體時(shí)，必然要考慮到煤氣中其他氣體的影響因素。煤氣主要成分中CO、O2 與背景氣N2的熱導(dǎo)系數(shù)相當(dāng)，對(duì)H2的測(cè)量結(jié)果影響不大，但是CO2、CH4 對(duì)H2測(cè)量影響明顯。通過(guò)理論分析及實(shí)驗(yàn)表明，如果氣體成分中含有CO2，會(huì)使H2的測(cè)量讀數(shù)偏低；如果氣體成分中含有CH4，會(huì)使H2的測(cè)量讀數(shù)偏高。因此為了得到準(zhǔn)確的H2含量，應(yīng)對(duì)H2濃度進(jìn)行CO2 、CH4的濃度校正。NS2000系列紅外氣體分析儀對(duì)煤氣的各氣體成分進(jìn)行分析，并將各種氣體的相互影響進(jìn)行了濃度修正和補(bǔ)償，消除煤氣中其他成分對(duì)H2的影響，保證了H2測(cè)量值的準(zhǔn)確性。此外S2000系列紅外氣體分析儀采用了熱導(dǎo)檢測(cè)池，減少了因流量波動(dòng)造成H2測(cè)量的誤差影響。
4. S2000系列紅外氣體分析儀在煤氣化中的應(yīng)用
根據(jù)煤氣化應(yīng)用領(lǐng)域的不同，山東新澤儀器的煤氣分析儀可實(shí)現(xiàn)煤氣熱值分析和煤氣成分分析兩種用途。通常的應(yīng)用如下：
4.1 工業(yè)燃?xì)鈶?yīng)用
作為工業(yè)燃?xì)猓话銦嶂狄鬄?/span>1100－1350大卡熱的煤氣，可采用常壓固定床氣化爐、流化床氣化爐均可制得。主要用于鋼鐵、機(jī)械、衛(wèi)生、建材、輕紡、食品等部門，用以加熱各種爐、窯，或直接加熱產(chǎn)品或半成品。實(shí)際應(yīng)用中通常需要精確控制加熱溫度，以達(dá)到工藝或質(zhì)量控制目的，燃?xì)獾臒嶂捣€(wěn)定性就尤為重要。S2000系列紅外氣體分析儀針對(duì)H2和CH4的測(cè)量采用了測(cè)量補(bǔ)償技術(shù)，可保證實(shí)際熱值測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，為燃?xì)獾娜紵郎y(cè)控提供了有效有力的數(shù)據(jù)依據(jù)。
4.2 民用煤氣應(yīng)用
民用煤氣的熱值一般在3000－3500大卡，同時(shí)還要求CO小于10%，除焦?fàn)t煤氣外，用直接氣化也可得到，采用魯奇爐較為適用。與直接燃煤相比，民用煤氣不僅可以明顯提高用煤效率和減輕環(huán)境污染，而且能夠*地方便人民生活，具有良好的社會(huì)效益與環(huán)境效益。出于安全、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)等因素的考慮，要求民用煤氣中的H2、CH4、及其它烴類可燃?xì)怏w含量應(yīng)盡量高，以提高煤氣的熱值；而CO有毒其含量應(yīng)盡量低。S2000系列紅外氣體分析儀測(cè)試可測(cè)得CO、H2、CH4的實(shí)際濃度，有效控制CO濃度，保證燃?xì)獍踩?/span>
4.3 冶金還原氣應(yīng)用
煤氣中的CO和H2具有很強(qiáng)的還原作用。在冶金工業(yè)中，利用還原氣可直接將鐵礦石還原成海棉鐵；在有色金屬工業(yè)中，鎳、銅、鎢、鎂等金屬氧化物也可用還原氣來(lái)冶煉。因此，冶金還原氣對(duì)煤氣中的CO含量有要求。S2000系列紅外氣體分析儀可實(shí)時(shí)有效測(cè)量CO或H2濃度，指導(dǎo)調(diào)整氣化工藝，保證產(chǎn)氣效率。
4.4 化工合成原料氣
隨著新型煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以煤氣化制取合成氣，進(jìn)而直接合成各種化學(xué)品的路線已經(jīng)成為現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ)，主要包括合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚等。
化工合成氣對(duì)熱值要求不高，主要對(duì)煤氣中的CO、H2等成分有要求，一般德士古氣化爐、Shell氣化爐較為合適。目前我國(guó)合成氨的甲醇產(chǎn)量的50%以上來(lái)自煤炭氣化合成工藝。若煤氣成分中CO2濃度過(guò)高，直接會(huì)影響合成工序壓縮機(jī)的運(yùn)行效率（一般降低10％左右），必然造成電耗和壓縮機(jī)維修費(fèi)用增加。山東新澤儀器S2000系列紅外氣體分析儀用于CO、CO2、H2等氣體的濃度測(cè)量，用于指導(dǎo)合成氣工藝控制，可保證化工產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，同時(shí)可達(dá)到節(jié)能的目的。
4.5 煤制氫應(yīng)用
氫氣廣泛的用于電子、冶金、玻璃生產(chǎn)、化工合成、航空航天、煤炭直接液化及氫能電池等領(lǐng)域，目前世界上96%的氫氣來(lái)源于化石燃料轉(zhuǎn)化。而煤炭氣化制氫起著很重要的作用，一般是將煤炭轉(zhuǎn)化成CO和H2，然后通過(guò)變換反應(yīng)將CO轉(zhuǎn)換成H2和H2O，將富氫氣體經(jīng)過(guò)低溫分離或變壓吸附及膜分離技術(shù)，即可獲得氫氣。實(shí)際應(yīng)用中由于CO含量的增加，必然會(huì)導(dǎo)致變換工序中變換爐的負(fù)荷增加。它不但會(huì)使催化劑的使用壽命縮短，而且使變換爐蒸汽消耗增加。S2000系列紅外氣體分析儀用于煤氣成分分析，新澤儀器提供煤氣中各氣體成分的濃度數(shù)據(jù)，指導(dǎo)氣化和轉(zhuǎn)換工藝的控制，可起到節(jié)能增效的作用。此外，S2000系列紅外氣體分析儀還可在煤氣化多聯(lián)產(chǎn)的應(yīng)用中提高化工生產(chǎn)效率，提供清潔能源，改進(jìn)工藝過(guò)程，以達(dá)到效益zui大化，有助于提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平。
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