NOVA 7900 紅外煙氣分析儀在煤氣化行業(yè)中的應用
1. 概述
我國是以煤炭為主要一次能源的國家，一次能源消費中煤炭的占比達到62%。但我國的煤炭利用技術總體上是落后的，在煤炭的轉化利用過程中普遍存在效率低、污染嚴重等問題。隨著能源問題的日益突出，潔凈煤技術越來越多地應用于實際生產(chǎn)過程中，其中大規(guī)模煤氣化、煤氣化多聯(lián)產(chǎn)技術成為了煤炭綜合應用的主要方向之一。“十一五”期間，煤氣化屬于國家鼓勵項目，其中明確指出新型煤化工領域將重點開發(fā)和實施煤的焦化技術、大型煤氣化技術和以煤氣化為核心的“多聯(lián)產(chǎn)”技術。
2. 煤氣化原理
煤炭氣化是指煤在特定的設備內(nèi)，在一定溫度及壓力下使煤中有機質(zhì)與氣化劑（如蒸汽/空氣或氧氣等）發(fā)生一系列化學反應，將固體煤轉化為含有CO、H2、CH4等可燃氣體和CO2、N2等非可燃氣體的過程。氣化過程發(fā)生的反應包括煤的熱解、氣化和燃燒反應。煤的熱解是指煤從固相變?yōu)闅?、固、液三相產(chǎn)物的過程。煤的氣化和燃燒反應則包括兩種反應類型，即非均相氣－固反應和均相的氣相反應。煤炭氣化時，必須具備三個條件，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（移動床）、流化床、氣流床，此外還有地下煤氣化工藝。
近年來紅外煤氣分析儀越來越多地應用于實際煤氣化煤氣分析當中。NOVA 7900 系列紅外煙氣分析儀采用紅外傳感器測量煤氣成分中的CO、CO2、CH4、的濃度，使用熱導傳感器測量H2的濃度，使用電化學傳感器測量O2濃度，同時根據(jù)測量成分的濃度，計算得到煤氣的理論熱值。NOVA 7900 系列紅外煙氣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)，可實現(xiàn)自動化測量，避免了人工誤差；同時預處理系統(tǒng)和儀器相對燃燒法熱值儀具有結構簡單，操作維護方便的特點，更加適合煤氣化實時在線的分析要求。
NOVA 7900 系列紅外煙氣分析儀具備H2測量補償功能，了H2濃度的測量。熱導傳感器用于測量多種混合氣體時，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的熱導系數(shù)相當，對H2的測量結果影響不大，但是CO2、CH4 對H2測量影響明顯。通過理論分析及實驗表明，如果氣體成分中含有CO2，會使H2的測量讀數(shù)偏低；如果氣體成分中含有CH4，會使H2的測量讀數(shù)偏高。因此為了得到的H2含量，應對H2濃度進行CO2 、CH4的濃度校正。NOVA 7900 系列紅外煙氣分析儀對煤氣的各氣體成分進行分析，并將各種氣體的相互影響進行了濃度修正和補償，消除煤氣中其他成分對H2的影響，了H2測量值的性。此外NOVA 7900 系列紅外煙氣分析儀采用了熱導檢測池，減少了因流量波動造成H2測量的誤差影響。
4. 紅外煙氣在煤氣化中的應用
根據(jù)煤氣化應用領域的不同，煤氣分析儀可實現(xiàn)煤氣熱值分析和煤氣成分分析兩種用途。通常的應用如下：
4.1 工業(yè)燃氣應用
作為工業(yè)燃氣，一般熱值要求為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。實際應用中通常需要控制加熱溫度，以達到工藝或質(zhì)量控制目的，燃氣的熱值穩(wěn)定性就尤為重要。NOVA 7900 系列紅外煙氣分析儀針對H2和CH4的測量采用了測量補償技術，可實際熱值測試結果的性，為燃氣的燃燒測控提供了有效有力的數(shù)據(jù)依據(jù)。
4.2 民用煤氣應用
民用煤氣的熱值一般在3000－3500大卡，同時還要求CO小于10%，除焦爐煤氣外，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，而且能夠極大地方便人民生活，具有良好的社會效益與環(huán)境效益。出于安全、環(huán)保及經(jīng)濟等因素的考慮，要求民用煤氣中的H2、CH4、及其它烴類可燃氣體含量應盡量高，以提高煤氣的熱值；而CO有毒其含量應盡量低。NOVA 7900 系列紅外煙氣分析儀測試可測得CO、H2、CH4的實際濃度，有效控制CO濃度，燃氣安全。
4.3 冶金還原氣應用
煤氣中的CO和H2具有很強的還原作用。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冶煉。因此，冶金還原氣對煤氣中的CO含量有要求。NOVA 7900 系列紅外煙氣分析儀可實時有效測量CO或H2濃度，指導調(diào)整氣化工藝，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，進而直接合成各種化學品的路線已經(jīng)成為現(xiàn)代煤化工的基礎，主要包括合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚等。
化工合成氣對熱值要求不高，主要對煤氣中的CO、H2等成分有要求，一般德士古氣化爐、Shell氣化爐較為合適。目前我國合成氨的甲醇產(chǎn)量的50%以上來自煤炭氣化合成工藝。若煤氣成分中CO2濃度過高，直接會影響合成工序壓縮機的運行效率（一般降低10％左右），必然造成電耗和壓縮機維修費用增加。NOVA 7900 系列紅外煙氣分析儀用于CO、CO2、H2等氣體的濃度測量，用于指導合成氣工藝控制，可化工產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，同時可達到節(jié)能的目的。
4.5 煤制氫應用
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域，目前世界上96%的氫氣來源于化石燃料轉化。而煤炭氣化制氫起著很重要的作用，一般是將煤炭轉化成CO和H2，然后通過變換反應將CO轉換成H2和H2O，將富氫氣體經(jīng)過低溫分離或變壓吸附及膜分離技術，即可獲得氫氣。實際應用中由于CO含量的增加，必然會導致變換工序中變換爐的負荷增加。它不但會使催化劑的使用壽命縮短，而且使變換爐蒸汽消耗增加。NOVA 7900 系列紅外煙氣分析儀用于煤氣成分分析，提供煤氣中各氣體成分的濃度數(shù)據(jù)，指導氣化和轉換工藝的控制，可起到節(jié)能增效的作用。此外，NOVA 7900 系列紅外煙氣分析儀還可在煤氣化多聯(lián)產(chǎn)的應用中提高化工生產(chǎn)效率，提供清潔能源，改進工藝過程，以達到效益大化，有助于提升產(chǎn)業(yè)技術水平。
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