粗煤氣多組分氣體監測瓶頸難突破？看新一代激光拉曼分析儀如何助力煤氣化裝置提質增效

在煤氣化裝置中，粗煤氣氣體組分的實時精準在線監測對優化氣化爐性能、提升有效氣產量至關重要。然而，粗煤氣氣體組分復雜，其監測工況具有高溫、高壓、高濕、高粉塵的特點。傳統多組分氣體分析技術存在響應速度慢、成本高昂、可測氣體種類有限等不足，難以滿足煤氣化工業過程對多組分氣體實時監測的應用需求。本文結合煤氣化技術的發展趨勢，重點解析新一代激光拉曼氣體分析技術如何實現粗煤氣多組分氣體的快速、準確在線監測，從而有效提升煤氣化工藝的整體生產水平。

一、煤氣化技術的重要地位與發展趨勢

在我國，煤炭是自主保障最可靠的基礎能源，長期在能源消費結構中占據主導地位。但煤炭消費也帶來了大量二氧化碳排放——2024年，我國二氧化碳排放總量中煤炭占比約為60%。在“雙碳”目標背景下，加強煤炭低碳化利用已成為迫切需求，而煤氣化正是實現煤炭清潔、高效、低碳化利用的重要途徑。

煤氣化本質上是將煤炭通過氣化反應轉化為煤氣。作為一種混合氣體，煤氣可廣泛應用于生產化工產品、電力、制氫和煉鋼等領域。過去20年，我國煤氣化技術快速發展，支撐了現代煤化工體系的建立。當前煤氣化技術仍在不斷進步，總體趨勢是大型化、高效率、多原料適應性、系統近零排放等。

二、煤氣化裝置粗煤氣在線監測的需求與痛點

在工業氣化爐裝置中，煤和氧氣在高溫、高壓條件下發生化學反應生成粗煤氣。為優化氣化爐性能，提高有效氣產量，需要對洗滌塔出口的粗煤氣氣體組分進行實時在線監測。該分析面臨的主要難點包括：

監測氣體組分多：涉及CO、CO?、CH?、H?S、H?、O?、N?等氣體；

性能要求高：需滿足測量準確性與快速響應；

工況條件復雜：高溫、高壓、高濕、高粉塵、高危和易結晶等。

圖1 煤氣化裝置粗煤氣在線監測示意圖

目前，主要的多組分氣體監測技術包括氣相色譜法、質譜法和分子光譜法。其中，分子光譜法雖檢測速度快，但常見的NDIR、TDLAS等吸收光譜分析技術都難以測量雙原子氣體，不適用于粗煤氣在線監測的需求場景。在實際工業應用中，氣相色譜法雖可在線監測8種主要氣體成分，但最快測量間隔約10分鐘，難以滿足實時響應需求；質譜法可在15s內測量8種氣體，但設備精密、構造復雜，維護難度大。這些技術的局限性催生了新一代氣體監測技術的誕生。

三、四方儀器新一代激光拉曼光譜氣體分析儀，實現粗煤氣多組分氣體在線精準監測

四方儀器深耕氣體監測領域二十余年。作為專業的氣體監測方案提供商，依托其核心氣體傳感技術平臺，并在國家重大科學儀器設備開發專項支持下，歷經數年持續攻關，成功開發出國內首家具有自主知識產權的商業化產品——激光拉曼光譜氣體分析儀LRGA系列。針對煤氣化裝置粗煤氣多組分在線氣體監測的需求，四方儀器進一步推出了原位激光拉曼光譜氣體分析儀LRGA-3200EX，實現一拖多部署，靈活擴展。

1、核心技術原理——激光拉曼（LRD）

激光拉曼技術是一種基于氣體拉曼散射的光譜類氣體分析技術。利用高光束質量的激光器發出特定波長的激光，經過消色差透鏡在氣體室中聚焦，在焦點位置激光和氣體分子相互碰撞產生拉曼散射。不同氣體對應的拉曼散射光波長不同（稱為氣體的拉曼特征峰），且拉曼峰的強度和氣體濃度值成正比。通過光譜分析氣體拉曼特征峰的位置和強度，可實現多組分同時測量。此外，由于拉曼散射光譜的激發和收集時間非常短，相比色譜法具有更快的響應速度。

2、核心產品——原位激光拉曼光譜氣體分析儀LRGA-3200EX

四方儀器原位激光拉曼光譜氣體分析儀LRGA-3200EX由取樣裝置、原位測量探頭、光纖、激光拉曼光譜分析儀和系統軟件組成，可同時監測多種氣體組分，快速響應、測量準確、靈活配置。同時，這一原位測量模式從根本上避免了傳統取樣方法因傳輸、預處理等環節導致的信息失真與延遲，為煤氣化裝置粗煤氣氣體精準監測提供了可靠、高效的分析基礎，實現在高溫、高壓、高濕、高粉塵等惡劣工況下穩定運行。

圖2 原位激光拉曼光譜氣體分析儀LRGA-3200EX

產品特性：

● 無損氣體分析，包括同核雙原子分子（H2、N2、O2）；

● 多組分氣體同步連續在線監測，一臺儀器解決工業過程氣體全流程監測；

● 配備拉曼探頭，原位測量，無需易耗品（色譜柱、閥門、氣泵等）；

● 儀表采用正壓防爆設計，避免可燃氣體進入儀表內部，安全性高；

● 智能化軟件設計，全觸屏界面，數據直觀顯示，可外接PC鍵盤；

3、技術驗證實測——粗煤氣氣體組分的拉曼光譜分析

在煤氣化裝置洗滌塔出口這一監測點位，通過原位激光拉曼光譜氣體分析儀LRGA-3200EX對粗煤氣樣品進行拉曼光譜掃描，分析得到的拉曼光譜圖顯示，CO、CO?、CH?、H?S、H?、O?和N?等組分具有可區分的特征峰，通過計量特征峰峰高可同時測定各組分氣體的含量，滿足工藝調節實時數據需求。

圖3 粗煤氣的拉曼光譜圖

表1 粗煤氣在線監測應用需求及三種解決方案的技術對比

從上表可以看出，相比傳統方案，原位激光拉曼光譜氣體分析儀LRGA-3200EX不僅全面滿足多組分氣體監測、測量準確和運行穩定的基礎需求，更在響應速度、原位測量、綜合運維等關鍵維度上實現了對傳統方案的超越：

（1）技術路線先進：采用“原位熱濕法”設計，結構簡單且不改變氣體組成，顯著優于傳統的“抽取冷干法”設計；

（2）響應速度快：相比氣相色譜法快100倍以上，比質譜法快3倍以上；（3）綜合優勢明顯：在復雜工況適應性、低維護量、高安全性及綜合成本控制等方面均優于傳統方案，更貼近行業實際應用目標。

4、應用案例

目前，四方儀器原位激光拉曼光譜氣體分析儀LRGA-3200EX已在煤氣化工業生產中得到廣泛應用。該設備不僅為多個生產企業解決了“無粗煤氣在線檢測設備可用”的局面，而且顯著提高煤氣化反應控制精準度，提升有效氣體產率以及煤氣化工藝生產水平。

圖4 某煤化工生產企業的LRGA-3200EX原位激光拉曼光譜氣體分析儀安裝現場

（左圖：室外的粗煤氣管道取樣點；右圖：室內設備安裝點）

結語

煤氣化是煤炭清潔高效利用的關鍵一環，而精準的在線檢測則是提升氣化工藝水平的重要支撐。四方儀器原位激光拉曼光譜氣體分析儀LRGA-3200EX，以技術創新精準回應行業痛點，為煤氣化過程控制提供更精準、高效、可靠的氣體分析方案，助力煤氣化工藝水平提升，推動煤炭低碳化利用的提質增效。

注明：以上內容由四方儀器提供，需要詳細了解的朋友請聯系四方儀器市場部經理Shirley Yu 。聯系電話：18627742310(微信同號)