监测沼气仪器

随着国家对沼气能源的重视，越来越多的行业生产和回收沼气，如污水处理厂，垃圾填埋场等，对沼气成分的监测也就必不可少了。下面小编就简要介绍一下沼气分析仪在污水处理厂、垃圾填埋场的现场应用，以及在高校实验室中，沼气分析仪现场应用的常见问题和解决方法。污水处理厂的现场应用污水先通过截流井进入格栅间的粗格栅（打捞较大的渣滓）到格栅间的细格栅（打捞较小的渣滓）到沉砂池（以重力分离为基础，将污水中比重较大的无机颗粒沉淀并排除）再经过提升泵（提升水的高度），提升泵的出水进入生物处理设备（厌氧池、好氧池、缺氧池），生物处理设备的出水进入二次沉淀池，二沉池的出水经过消毒排放。污水处理厂工艺流程其中生物处理设备中有厌氧反应器，污水经过厌氧反应器后产生了沼气，其中CH4的浓度在50%-60%，沼气分析仪采样点就在厌氧反应器后的管道，可以测试出沼气中CH4、CO2、O2和H2S的浓度，样气中主要含水和粉尘，需要经过预处理后，进入仪器测试，通过测试沼气中可燃气体中的浓度（主要是CH4浓度）和沼气的日产量来判断该沼气能否适用。垃圾填埋场的现场应用垃圾填埋场是采用卫生填埋方式下的垃圾集中堆放场地，垃圾卫生填埋场因为成本低、卫生程度好，近年来在国内被广泛应用。垃圾填埋场一般采用分层覆土填埋的方式对垃圾进行处理，堆积一层垃圾后再覆盖一层黄土，这样很容易降低垃圾的污染。垃圾填埋场中沼气是各个气井上的空压机施压将井底的沼气排出，汇总到主输出管道进入气水分离器，除去沼气中的水分和杂质，通过罗茨风机沼气进入原气压缩机，压缩和提高沼气中CH4的浓度，经过提纯后的沼气进行脱硫、脱碳，进入成品气脱水装置再次脱水，最后进入成品气压缩机制成成品气民用。垃圾填埋场工艺流程成品沼气中CH4的浓度在98%左右。沼气分析仪的采样点一般可在气水分离器后和成品气压缩机后的分支管道上，此处样气比较干净，但也必须经过预处理后，才能进入仪器测试，通过测试沼气中气体的浓度判断该气是否适用。对以上两种工艺现场的沼气成分监测，均适合使用在线的沼气分析Gasboard-3200，改产品采用自主研发的NDIR非分光红外技术和ECD长寿命电化学技术，可实时在线测量沼气中CH4、CO2、H2S、O2的体积浓度，测量精度高、结构简单、操作方便、实用性好，目前在国内外垃圾填埋、污水处理、厌氧发酵生产工艺和CDM计量等领域广泛应用。高校沼气项目常见问题和解决方案国内高校和研究所也对发酵产生沼气项目进行试验，需要便携的沼气分析仪对试验进程中每天产生的沼气进行监测。下图是华中农业大学秸秆发酵实验室：Gasboard-3200L现场应用沼气分析仪Gasboard-3200L可同时测量CH4、CO2、O2、H2S的体积浓度，在现场测试的过程中，结合现场使用经验以及返厂维修仪器的情况，以下几个问题需要留意：1仪器进水。沼气中含有大量水分，如果没经过除水或除水效果不好，沼气进入仪器时会带入液态水，导致传感器污染，仪器不能正常使用。2实验室发酵沼气产生量很少，一天一般只有300-500ml，但需要每天进行监测，样气不足，导致仪器测试数值的不准确和不稳定。3实验者对生产的沼气很有信心，对测试样气数据有疑问，但现场无标准气体进行验证。针对以上几个常见问题，解决方案如下：1沼气分析仪配备了预处理，针对水分较多的现场，建议在预处理后加入一个除水过滤器，能有效地除去沼气中的水分和污染物，保证仪器的传感器不进水。2现场沼气产量较少，导致测试值不准确，可通过和客户沟通，沼气过水后，采集起来，直接抽取进入沼气分析仪测试，流量范围在0.7-1.2L/MIN，抽取20s即可读取数据。3在销售过程中，最好建议客户配置标准气体，特别是CH4标准气体，客户对测试样气有疑问时，可测试标准气体，以验证是仪器问题还是沼气生产工艺问题。随着国家对沼气能源的重视，高校、科研部门与沼气相关的研究，大中型沼气工程等沼气相关项目的大量出现，沼气分析仪将有更大的市场和更好的发展前景。

正值中国共产党第十九次全国代表大会胜利召开之际，2017年10月17日-20日，中国沼气学会学术年会作为第15届国际水协会厌氧大会（简称AD15）边会，与AD15大会同期在国家会议中心顺利召开。武汉四方光电科技有限公司作为世界厌氧大会AD15金牌赞助商与企业代表携手全资子公司四方仪器自控系统有限公司出席盛会，四方仪器沼成分及流量测量新品——沼气分析系统Gasboard-9061和超声波沼气流量计BF-3000B也悉数亮相。本届沼气年会由中国沼气学会、清华大学、德国农业协会主办。会议作为世界最有影响力、规模最大的专业级AD15大会的边会，以“创新、发展、和谐、共享”为会议主题，聚集了来自世界各沼气工程领域的专家、学者、企业代表等800余人参会，与会人员围绕产业政策与发展趋势、创新技术与模式、工程应用与案例、厌氧消化技术等议题展开了研讨，为促进国内沼气工程技术进步，加快国内沼气行业发展国际化进程，推动我国沼气事业蓬勃发展献计献策，以更好地服务于生态文明建设，服务于“美丽中国”建设。 2017年中国沼气学会学术年会暨中德合作论坛开幕式现场10月19日，2017年中国沼气学会学术年会暨中德合作论坛开幕式拉开序幕。中国沼气学会理事长张凤桐，农业部科技教育司副司长李波，农业部科技教育司能源生态处处长陈彦宾，中国沼气学会秘书长、清华大学环境学院教授王凯军，农业部农业生态与资源保护总站首席专家、中国沼气学会副理事长李景明，中国沼气学会副理事长、西北农林科技大学教授邱凌，农业部农业生态与资源保护总站可再生能源处处长李惠斌等出席开幕式并致辞，会议由王凯军主持。会上，学会领导高度评价了由四方光电赞助的首届“四方杯”沼气创新创业大赛，并与公司达成共识：未来五年连续支持学会开展”四方杯”沼气创新创业大赛，助力沼气行业技术创新与发展。10月15日，“四方杯”沼气创新创业大赛总决赛现场在本届AD15大会和沼气学会年会上，四方光电董事长熊友辉博士受邀作了Low cost Laser Raman Gas Analyzer for Anaerobic Fermentation and Bio-methane Process Monitoring与“激光拉曼光谱气体分析在大型沼气生物天然气工程中的应用探索”的主题报告。熊博士在AD15大会现场作专题报告报告中，熊博士分析总结了大型沼气和生物天然气制取全流程监测的行业背景，系统阐述了提高沼气和生物天然气经济价值的解决方案及激光拉曼光谱气体分析仪在大型生物天然气工程中的应用优势。他指出优化生物天然气制取过程中气体成分及流量监控是提高生物天然气经济价值最有效的途径，而激光拉曼光谱气体分析技术相较于其他气体分析技术，更能满足大型沼气和生物天然气工程全流程监测的需求。大型沼气和生物天然气工程全流程监控解决方案 目前，国内外对生物天然气制取过程中气体成分监测多采用红外(NDIR)、色谱(GC)、质谱(MS)气体分析技术，但这些技术在实际应用中又存在诸多局限：NDIR不能分析对称结构无极性双原子分子(O2、N2、H2)及单原子分子气体，且量程范围小；GC使用需要载气和耗材，响应时间长，专业性要求高；MS价格昂贵，维护成本高，操作复杂。而激光拉曼光谱气体分析仪响应速度快、使用操作简单，性价比高，可满足生物天然气制取过程中全组分、全流程的实时监测需求。此外，激光拉曼光谱气体分析仪不仅可以测量常规的沼气成分（CH4、CO2、O2、N2、H2S），还可以测量沼气状态工程指标参数（CO、H2）,生物天然气微量H2S和露点，燃烧尾气，甚至是沼气工程中VFA、NH3、Siloxane（有待实验）等。同时激光拉曼光谱气体分析仪可实现对多个监测点的实时监测。因此，熊博士提出：一套激光拉曼光谱气体分析仪器可解决沼气生产与生物天然气制取过程中所有取样点的监测。激光拉曼光谱气体分析仪对于生物天然气流程各监测点的全覆盖2012年，由四方光电牵头承担的“激光拉曼光谱气体分析仪的研发与应用”项目获得“国家重大科学仪器设备开发专项”立项，其研发生产的激光拉曼光谱气体分析仪LRGA-6000除可广泛应用于废水厌氧发酵沼气监测、固体废弃物厌氧发酵沼气监测、甲烷回收项目气体监测、二氧化碳回收项目气体监测等沼气工程领域外，在发电厂、化肥、炼油、石油、油田录井、煤化工、钢铁厂、水泥、陶瓷、生物工程等众多工业生产领域均发挥着重要作用。LRGA-6000能测量几乎所有气体成分，一台仪器可同时测量多种气体成分，适合复杂混合气体的测量，同时还可集成多项功能，以满足不同应用的需求。作为行业领先的沼气工程监测解决方案提供商，四方光电全资子公司四方仪器携自主研发的沼成分及流量测量的专利新产品——稀释法红外沼气分析系统Gasboard-9061和旁流式超声波沼气流量计BF-3000B亮相本次盛会，并吸引了众多业内人士参观及咨询。四方光电-四方仪器展位现场沼气分析系统Gasboard-9061获“稀释法沼气成分测量”技术专利，气体分析单元沼气分析仪荣获“国家重点新产品”，适用于高湿、高H2S含量的沼气监测环境。稀释法沼气成分测量专利技术可将高湿、高H2S含量的沼气进行稀释，有效避免水分凝结对管路及传感器的影响，同时降低H2S气体浓度，延长H2S传感器使用寿命，无需复杂昂贵的预处理单元；气体传感器均采用模块化设计，拆卸更换方便，即插即用，使用和维护成本低；系统搭载超声波气体流量检测单元，可同时检测样气与稀释样气的流量和稀释比。超声波沼气流量计BF-3000B获“超声波同时测量沼气成分与流量”与“旁路式超声波气体流量测量”两项国家发明专利。创新采用旁路式超声波气体流量测量技术，针对高腐蚀、高湿度沼气流量测量，可有效解决传感器被腐蚀、水分冷凝干扰、CO2干扰等测量难题。独创沼气成分与流量同时测量技术，并具备温度、压力补偿功能，可实现沼气流量、成分、温度及压力的同时测量，极大地降低了企业的运行成本。自四方仪器2010年创立以来，始终致力于为沼气工程监测提供整套解决方案，2013年，公司“沼气工程物联网系统及其关键技术研究”项目通过湖北省科技厅成果鉴定，达到国际先进水平；同时，该项目获得国家工信部物联网发展专项资助。截止到目前，公司已为我国多个省份建成沼气工程物联网监测系统，核心技术共申请专利35项，拥有专利权15项，完成软著登记32项，注册商标7项，产品辐射全国各地并出口到近80个国家和地区。科学仪器设备是引领和支撑自主创新的利器，是助推经济社会发展和民生改善的重要技术支撑。今后，四方仪器还将继续加强企业自主创新与产品研发力度，为沼气工程监测提供更加先进、完善的整套解决方案，助力沼气事业的蓬勃发展。

一、项目背景 为彻底解决养殖面源污染，实现养殖社会效益的双赢，某养殖公司建成投产集粪污处理和天然气、有机肥生产于一体的大型沼气综合利用工程。 沼气的主要成分是甲烷（CH4），通常占比50%～80%，其特性与天然气相似，空气中如含有8.6～20.8%（按体积计）的沼气时，就会形成爆炸性的混合气体。为了能够安全、可靠地对其进行利用，必须对气体收集、提纯、回收利用等环节进行监测，以支撑沼气工程实现高效运行。 二、项目实施 技术方案 产品原型 红外气体分析仪（防爆型）Gasboard-3500 防爆式设计，采用国际领先的非分光红外气体分析技术及长寿命电化学传感技术，可同时在线测量CO、CO2、CH4、C3H8、SO2、NO、O2等气体的体积浓度。 三、方案价值 发酵罐出口监测：使用户能够第一时间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，保障厌氧消化高效、稳定运行，提高沼气工程产气效率。脱硫水洗塔出口监测：帮助用户直观地了解脱硫效率，有依据的进行脱硫工艺调节优化，同时有效降低有毒气体H2S排放污染。 提纯装置出口监测：对沼气中CH4/H2S/CO2成分进行监测，可以让用户准确了解提纯效率、H2S含量，为生物天然气销售以及环保排放监测提供参考数据。 四、项目现场