便携沼气分析仪的应用范围1-在沼气净化提纯工艺中的应用

沼气的主要成分是CH4和CO2，此外，还含有微量的H2S、水等杂质。利用沼气生产管道燃气、GNG和LNG，其技术难点在于沼气的净化提纯。因此，需要通过必要的便携沼气分析仪沼气净化提纯技术，使沼气成为甲烷含量高，热值和杂质等条件符合管道、压缩或液化天然气标准要求的高品质生物天然气。而要达到标准所规定的气体质量，净化提纯工艺过程监测必不可少。便携沼气分析仪的沼气净化提纯技术沼气中出CH4以外的杂质气体成分往往会对沼气的利用造成不利影响，必须将其除去。主要原因如下：CO2使沼气的能量密度降低，并且减缓燃烧速度。H2S的活性较强，会使压缩机、管道、发动机等受到腐蚀，并造成催化剂中毒。水在导气管道中积累后会溶解H2S、CO2等酸性气体而腐蚀管道。O2含量过高，当混合气浓度到达甲烷的爆炸极限水平可能发生爆炸。与其他燃料相比，沼气抗爆性能较好，是有一种很好的清洁燃料。目前大量的沼气利用还是以低品位的热利用为主，随着沼气产量的不断增加，沼气的中高端利用途径不断扩展。沼气发电，热电联产，作燃料电池，纯化后代用管道天然气和用作汽车燃料，用作生产燃料乙醇等。沼气组分复杂，净化难度远大于天然气，因此，利用沼气生产管道燃气、GNG和LNG，其技术难点在于沼气的净化提纯，即要把利用便携沼气分析仪沼气净化提纯到符合国标要求的天然气标准。通过便携沼气分析仪的沼气净化一般是去除沼气中微量的有害组分，如沼气脱硫、脱氧、干燥技术等。便携沼气分析仪的沼气提纯是去除沼气中的二氧化碳，以提高燃气的适用性和热值。经过便携沼气分析仪净化提纯得到的生物天然气，通常含有95%~97%的甲烷和1%~3%的二氧化碳，可以作为替代天然气使用。1、便携沼气分析仪沼气脱硫沼气中的硫主要以H2S形式存在，所含有机硫较少。脱除硫化氢的方法很多，一般可分为干法脱硫、湿法脱硫和生物脱硫。干法脱硫通常用于低含硫气体处理，特别是用于气体精细脱硫。大部分干法脱硫工艺由于需要更换脱硫剂而不能继续操作，还有一些干法如锰矿法、氧化锌法、氧化铁、活性炭等，脱硫剂不能再生或再生次数很少，脱硫饱和后要废弃，这样一方面会造成环境问题，另一方面会增加脱硫成本。湿法脱硫是利用特定的溶剂与气体逆流接触而脱除其中的H2S，溶剂通过再生后重新进行吸收，根据吸收机理的不同，又分为化学吸收法、物理吸收法、物理化学吸收法以及湿式氧化法。湿式氧化法脱硫效率高，单质硫可回收，流程较简单，大多数脱硫剂可以再生，运行成本低等；同时该法流程复杂、投资大、适用于气体处理量大，H2S含量高的场合。生物脱硫系统以各种微生物的容纳力为基础，利用微生物的生命活动将有机污染转化为对人体健康和生态环境无害的化合物、生物法常用于污水处理工程中产生的硫化物。生物脱硫技术包括生物过滤法、生物吸附法和生物滴滤法，三种系统均属开放系统，其微生物种群随环境改变而变化。在生物脱硫过程中，氧化态的含硫污染物必须先经生物还原作用生成硫化物或H2S，然后再经生物氧化过程生成单质硫，才能去除。生物净化工艺与上述传统工艺相比具有运行成本低、反应条件温和、能耗少和有效减少环境污染等优点，但脱硫微生物都是需要氧型的，氧气或空气的加入可能会导致沼气中氧含量上升影响沼气的安全性，因此采用生物脱硫是要时刻监控反应器中的氧含量。表1.常见的几种脱硫方法及其特点碳酸丙烯酯法提纯效率高(>97%CH4)，吸收能力大，相比水洗法更节能。溶剂可再生；可同时去除H2S、有机硫化物和水。聚乙二醇法提纯效率高(>97%CH4)，吸收能力大，甲烷损失小；可同时去除H2S、有机硫和水；相比水洗法更节能，溶剂可再生、挥发性小。醇胺法提纯效率高(>97%CH4)，吸收能力大，甲烷损失小(<0.1%)；溶剂可再生、操作成本低。膜分离法可靠，操作简单；同时去除H2S和水；处理量小时不增加单位成本；气/气去除效率：<92%CH4(一步)或者>96%；CH4气/液去除效率：>96%CH4，可得到纯CO2。变压吸附法提纯效率高(95%~98%CH4)；能耗低；高压但可回收；同时去除O2和N2，耐受一定的杂质，也适合低处理量。低温分离法提纯效率高(90%~98%CH4)；易得到液化生物甲烷。5、便携沼气分析仪——其他杂质的脱除除了水、硫化氢、氧、二氧化碳外，其他杂质气体通常含量较少，且可以在已有的净化或提纯单元中去除。如硅氧烷和卤代烃主要存在于垃圾填埋场沼气或混合原料发酵沼气，均可通过活性炭吸附去除，少量的氨也可被活性炭吸附，或者在二氧化碳脱除单元(如加压水洗法)去除。二、净化提纯工艺过程监测沼气的主要成分是CH4和CO2，此外，还含有微量的H2S、水等杂质。沼气并入天然气管网，或用于车用燃料、燃料电池等，其气质一般有着严格的要求。因此，需要通过必要的沼气净化提纯技术，使沼气成为甲烷含量高，热值和杂质等条件符合管道、压缩或液化天然气标准要求(车用天然气相关标准见表3)的高品质生物天然气。而要达到标准所规定的气体质量，气体组分监控特别是燃烧特性的监控必不可少。其中用于测量气体组分的方法一般可以采用非分光红外(NDIR)气体分析技术，如锐意自控红外气体分析仪Gasboard-3500，使用Gasboard-3500监测净化提纯气体的CH4、H2S、CO2、O2含量，业主可掌握甲烷回收率、脱硫与脱碳效率等关键数据，并据此进行厌氧发酵、净化提纯工艺的过程优化，以提高生物天然气工程的经济效益。下面以山东省某大型生物质天然气提纯项目为例，简要叙述沼气成分检测在沼气提纯中的应用。表3.车用天然气相关标准项目压缩天然气(CNG)液化天然气(LNG)主要成分甲烷(含量≥90%)甲烷(含量≥90%)外观与性状无色气体无色、无味、无毒且无腐蚀性总硫(以硫计)≤200mg/m³≤200mg/m³(二类)H2S≤15mg/m³≤20mg/m³(二类)CO2≤3%≤3%(二类)O2≤0.5%—(二类)标准(中国)《车用压缩天然气》(GB18047-2000)《液化天然气(LNG)汽车加气站技术规范》项目概况项目总投资12100万元，总占地面积55亩(36666.85㎡)，建筑物面积21605㎡(利用现有建筑)，构筑物16692m³(主要包含厌氧消化罐、贮气柜以及其它地面硬化贮存场等)。主要产品为：生物天然气401万Nm³、固态有机肥1万t、有机叶面肥1.5万t、液体二氧化碳0.42万t。项目主体工程组成见表4。表4.项目主体工程组成一览表项目工程内容有机肥生产线包括原料好氧发酵池，生产装置区(上料系统、搅拌烘干及造粒包装系统)以及成品仓库。沼气发生系统除上料部分为半包围形式外，全部为露天设备装置区，包括原料掺兑区、半地下上料口(设棚罩)、厌氧发酵罐(4个)、脱硫及干燥装置、CO2提纯装置以及软性储气囊、沼气压缩装置等。液态肥生产线厂区西南侧三层生产楼内，其中3F布置调配罐、输送泵等，2F布设反应釜罐等，1F布置灌装机、储存区域。图1.项目厌氧发酵区其中，沼气经脱硫、脱碳后再经压缩机压缩成压缩天然气CNG)，根据订单情况，选择性进行降温成液态天然气(LNG)，后暂存于钢瓶或撬车内，以备出售外运。其主要成分一致，仅为物理形态上的变化，主要组成一览表见表5。表5.生物质燃气组成一览表燃气组分体积浓度(%)CH494.83CO20.28H2O2.17H2S10ppmO20.19N22.48图2.压缩燃气装车现场2、便携沼气分析仪净化提纯主要工艺1）脱硫工艺发酵过程产生的气体经过干燥柜重力除水和高能离子除臭设备除水、除臭后进入双膜贮气囊暂存。由于沼气原气中含有一定量的H2S气体，需经过“无定型羟基氧化铁”脱硫工序将H2S气体脱除净化。气体从干法脱硫塔的底部进入，顶部排出，气体在干法脱硫塔内与干法脱硫剂接触，使得H2S被脱除。2）沼气脱碳脱硫后的沼气经过气柜稳压后，经高效过滤器去除饱和水蒸气和微尘粒后，进入膜分离装置，使得CH4、CO2混合气体彼此分离，分离后最终沼气中CO2浓度在3%以下，分离出的CO2几乎不含CH4。项目CO2提纯装置采用的是北京三益能源环保发展股份有限公司的膜分离装置，其工作原理为：压缩沼气在沿中空纤维管(即SEPURAN膜)内腔流动时，各种气体的分压在中空纤维丝管的高压侧(原料侧)与低压侧(渗透侧)所形成的分压差作用下，溶解系数和扩散系数大的气体(如CO2、H2S)优先透过管壁，其余气体(CH4)相对受到阻隔，从而达到分离的目的。工艺监测解决方案项目采用了锐意自控便1台便携式红外沼气分析仪Gasboard-3200L和1台防爆型红外气体分析仪Gasboard-3500，用于发酵罐出口、脱硫设备出口和脱硫装置出口等各个监测点CH4、CO2、H2S、O2浓度的实时与在线监测，其中Gasboard-3500委托北京三益能环集成配套，现场安装。表6.气体监测方案产品型号数量测量组分测量点Gasboard-3200L1CH4/CO2/H2S/O2发酵罐出口、脱硫设备出口等Gasboard-35001脱硫装置出口1）发酵罐出口监测，测量CH4、CO2和O2含量，帮助业主掌握发酵罐厌氧发酵状况，从而能够及时、准确地调节发酵罐进出料时间，保障厌氧消化高效、稳定运行，提高沼气工程产气效率。2）脱硫设备出口监测，测量H2S含量，帮助业主直观地了解脱硫效率，有依据的进行脱硫工艺优化，同时有效降低有毒气体H2S排放污染。图3/4.便携沼气分析仪监测现场3）提纯装置出口监测，测量CH4、H2S、CO2和O2含量，帮助业主准确了解净化提纯效率，为生物天然气销售以及环保排放监测提供参考数据。图5/6.红外气体分析仪监测现场三、结语便携沼气分析仪沼气净化提纯生产生物甲烷，品质相当于化石天然气，在条件允许下，便携沼气分析仪可直接并入管道燃气，也可制成压缩天然气，用于汽车燃料等。这种利用特别适合于我国长江以南温带和亚热带地区，这些地区自然条件优越、生物资源丰富、经济条件好。从国内外的成功经验来看，管道燃气效益最好，但需要沼气工程附近有天然气管网且能并入，否则另铺设管网将不具经济性；用沼气生产CNG具有一定的经济效益，特别是在中国东部和南部地区，是在沼气工程附近无管网情况下的首选；把沼气净化生产成LNG，其工艺指标极为严格，理论上可行，但净化处理难度大，成本高，经济效益有待验证。沼气净化提纯技术工艺较多，用户可以根据自身资金成本和能源化利用目标进行选择。但使沼气净化提纯成为甲烷含量高，热值和杂质等条件符合管道、压缩或液化天然气标准要求的高品质生物天然气，其工艺过程的气体成分监测必不可少。武汉四方光电科技有限公司2003年成立于“武汉-中国光谷”，是一家专业气体传感器制造商和国家级高新技术企业，生产的便携沼气分析仪深受消费者青睐。公司以自主知识产权的核心传感技术为基础，集研发、制造、销售和服务于一体，现有六大类五十余款极具市场竞争力的产品，广泛应用于家电及消费类电子、楼宇新风、汽车电子和健康医疗等领域，产品销售覆盖我国所有省份，并出口到世界80多个国家和地区。公司建设有省级企业技术中心，省级气体分析仪器仪表工程技术研究中心、国家电子信息产业振兴与技术改造项目、工信部物联网专项、湖北省科技支撑计划等多项科研项目，通过省级科技成果鉴定4项，拥有各项技术专利100余项(其中发明专利近30项)。公司占地36亩，拥有建筑面积22000平米的气体传感器生产基地及4500平米的