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Word文档下载推荐.docx
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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
方法
特点
ＦeＣｌ３/FeCl2/FeCl4（发酵罐原位脱硫）
投资费用低；
储罐和给料泵低电耗和低能耗;
操作和维护简单、技术简单；
Ｈ2S不进入沼气管线。
Fe2ｏ3/Ｆe（ＯH）3床层
去除效率高:
>
9９％；
投资低、简单。
活性炭吸附（以１%~5％ＫI浸渍为例）
去除效率高：
Ｈ2S＜３ppｍ;
净化率高；
操作温度低。
加压水洗法
H２Ｓ<
１5ppm；
若水不需要再生，费用低;
可同时去除CO2。
化学吸收法（以Fe（ＯH）3或Ｆe-EDTＡ为例）
9５%～100%;
操作费用低；
所需体积小;
可再生;
甲烷损失小。
栲胶法
98%;
栲胶原料广泛,脱硫成本低；
析出的硫易浮选和分离。
膜分离法
9８%；
可同时去除ＣO2。
生物脱硫
97％;
操作费用低。
２、便携沼气分析仪沼气脱氧
沼气生产中不可避免地会混入空气，特别是垃圾沼气。
氧的脱除是沼气加工的必经步骤，沼气中的氧必须脱至一定范围内，才能确保整个工艺过程的安全性。
若生物沼气生产GNG或天然气,则需将其中所含的氧气含量降至0.5%以下。
沼气脱氧工艺一般有如下几种：
方法１:
利用气源中的原有气体和氧气反应；
方法2：
通入氢气与氧反应，生成较易除去的水;
方法３：
混合气中的氧直接与催化剂发生氧化反应，使催化剂活性组分转化成高价氧化物;
方法4：
通过膜分离或低温变压吸附法（ＰSA）去除。
方法２需要氢源,且要确定通入氢气量，方法３较难达到合格的脱氧深度,而方法４成本较高。
因此，利用沼气中主要组分甲烷与氧气在催化剂作用下反应，是较为经济有效的脱氧方法。
3、便携沼气分析仪下的沼气干燥
未经处理的沼气通常含有饱和水蒸气。
其绝对含量与温度有关，如35℃时沼气水含量约为5%。
沼气脱水技术主要分为物理分离和化学干燥两类，这些方法也可以同时去除沼气中的泡沫和粉尘。
便携沼气分析仪冷凝法是去除沼气中水蒸气最简单的物理方法,但由于水会在热交换器上结冰，这种方法只能将露点温度降低至０.5℃，要得到更低的露点温度,需将沼气进行压缩，且露点温度越低,所需压力越高。
冷凝法包括除雾器、旋风分离器、湿气捕集阱等。
化学干燥法通常在较高的压力下进行,最常用的吸附剂为氧化铝或沸石,此外还可用三甘醇或可吸湿盐类作为干燥剂。
4、便携沼气分析仪——沼气脱碳
由于沼气中甲烷含量较低，其高位发热值只有2３.9MＪ/m³
（甲烷含量60%），而纯甲烷高位发热值为39.78ＭJ／ｍ³
。
作为车用燃料或者管道天然气燃料其高位发热值要求大于3１.4ＭJ/m³
，则要求沼气中甲烷浓度至少提高到8８%以上,即要脱除多余CO2。
沼气脱碳技术多源于天然气、合成氨变换气脱碳技术，包括物理溶液吸收法、化学吸收法、变压吸附法、膜分离法、低温深冷法等。
表2给出了常用的沼气脱碳方法及其特点。
表２.常见的几种脱碳方法及其特点
提纯效率高（>
9７%CH4），甲烷损失小（<
2%）;
当H2S<
３00ppm可同时去除;
易操作,溶剂易再生，耐受一定的杂质;
通过改变压力和温度可调整处理能力。
碳酸丙烯酯法
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
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。
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
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》
1、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
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（%）
CＨ４
94.８3
ＣO2
０．28
H2O
2.17
H2S
10ｐｐm
0.1９
N2
２.48
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。
3、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-3200L
1
CH4/CO２／H2S/O２
发酵罐出口、脱硫设备出口等
Gasbｏard－35００
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平米的传感器研发技术中心。
建设有国家级标准的颗粒物校准舱、甲醛试验舱、流量标定舱、压力标定室、光学实验室等,拥有各类供研究开发及产品可靠性测试设备3０0余台套,并拥有已投入量产使用的百万级传感器生产线、整机生产线和汽车级产品生产线，具有给全球知名大型企业提供完整配套的服务经验与能力。
主营产品：
气体传感器:
粉尘传感器、二氧化碳传感器、甲醛传感器、VOC传感器、超声波氧气传感器、车规级空气传感器等；
气体分析仪：
便携沼气分析仪、煤气分析仪、沼气分析仪、烟气分析仪、尾气分析仪、气体流量计、气体分析系统等;
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