沼气提纯设备

项目背景 随着全球人口的增长，餐厨垃圾的排放量逐渐增大，大量的餐厨垃圾一方面给世界各国带来了严重的环境污染，另一方面导致了大量生物质能的浪费。 传统的餐厨垃圾处理方法（如焚烧、填埋等）虽然能将餐厨垃圾处理，但会产生二次污染，不利于环境保护。作为一种绿色环保的处理工艺，厌氧发酵技术不但可以通过微生物将餐厨垃圾降解，还可以回收餐厨垃圾中的生物质能并将其转化为能源气体——甲烷。 某低碳研究中心致力于餐饮废弃物制备生物燃料关键技术及成套设备研发，餐饮废弃物干式厌氧发酵产沼及沼气提纯技术研发工作，并与当地餐厨垃圾处理厂联合建立了餐厨垃圾处置及资源化利用中试产业化基地。 沼气成分主要有CH4，H2S，CO2和H2，沼气提纯项目需测试所产生沼气经过水洗装置后的气体成分浓度，以此数据来判断气体净化提纯装置的提纯效果。接下来笔者将为大家介绍该研究中心餐厨垃圾厌氧发酵所产沼气的提纯项目的气体监测解决方案。项目简介 该低碳研究中心采用了一套沼气成分分析系统 gasboard-9060，用以准确计量沼气中CH4、CO2、H2S、O2、的浓度。此系统配置有H2S寿命保护装置、免维护的沼气预处理装置以及自动控温装置，防护等级高，使用寿命长且工作性能稳定，十分适合高水分、高h2s含量的沼气计量。解决方案 整个系统方案包含4个部分组成：前置预处理装置、在线气体分析仪 、校准装置、通讯接口。整套设备具有结构简明、部件性能可靠、自动化程度高、操作简便、维护量小等优点。 1、前置预处理装置 同时具备可再生能力，为分析仪表提供洁净样气。 2、在线气体分析仪 采用四方仪器自控系统有限公司拥有自主知识产权的Gasboard-3200在线红外沼气分析仪，能够同时测量CH4，CO2，H2S，O2的浓度。 3、校准装置 配备校准装置，包含标准气体、减压阀、校准管线和接头等部分组成。 4、通讯接口 采用在线气体分析仪自带4～20ma输出接口。项目成效 该科学院低碳研究中心使用沼气成分分析系统gasboard-9060帮助操作人员实时监控沼气经过水洗装置后的CO2、H2 、CH4、H2S气体成分浓度，大大减少了人工取样测试成本，并可由此改进水洗装置，改进工艺。来源：微信公众号@沼气工程及其测控技术，转载请务必注明出处

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。

近日在湖南某沼气工程现场，工作人员惊奇地发现：仅通过厌氧发酵工艺，竟然直接制取出了CH4浓度高达94%的生物天然气！众所周知，一般沼气生产生物天然气要经过净化和提纯两个步骤，才可得到高甲烷浓度的生物天然气，以用作管道燃气、热电联供、生产压缩天然气和罐装燃气等。而该沼气工程项目并没有复杂的净化、提纯过程，就制出了CH4浓度高达94%的生物天然气，让人匪夷所思！发酵罐 据了解，该项目厌氧发酵罐规模为800m3 ，其发酵原料主要来源于种猪养殖场的粪便与尿液，项目数据监测则采用武汉四方光电子公司-四方仪器自控的沼气工程监测方案Gasboard-9230产品，用以对沼气流量，沼气成分，发酵罐温度和PH值等数据的监测与无线传输。对于直接通过厌氧发酵产出CH4浓度高达94%的沼气，所有人的第一反应是检测仪器出了故障。为了解决大家心里的困惑，公司派出检测人员，携带系列专业气体检测仪器，逐一对项目产出的沼气成分进行检测。大中型沼气工程监测现场 工作人员首先使用100%CH4和50%CO2的标准气体，对现场一体化沼气分析系统Gasboard-9060进行校准。对一体化沼气分析系统Gasboard-9060进行校准 首先，采用该在线检测设备对现场沼气成分进行检测，结果显示CH4浓度为94.39%！根据以往经验，在没有进行提纯前，沼气成分中的CH4一般在40-65%之间，很难超过70%。如今却是94.39%。一体化沼气分析系统Gasboard-9060的检测数据 随后，使用公司最新研发的沼气分析仪（智能便携型）Gasboard-3200Plus进行检测。该产品采用非分光红外气体分析技术，其分析仪器检测显示的结果依然达到了94.42%！与在线仪器无差别，仪器故障的可能性逐渐被排除。用最新沼气分析仪（智能便携型）Gasboard-3200plus再次检测Gasboard-3200Plus的检测数据 考虑到沼气中除含有甲烷外，可能还含有复杂的烷烃成分（乙烷等），在红外吸收光谱中，甲烷的中红外吸收特征波长易受乙烷影响，从而影响检测设备对甲烷浓度的测量。为了排除这种可能，检测人员提出采用公司的红外煤气分析仪Gasboard-3100再检测一次。煤气分析仪Gasboard-3100同样采用非分光红外气体分析技术，可同时测量煤气、生物燃气的热值，以及甲烷、乙烷等气体浓度，最重要的是可排除乙烷影响并准确检测甲烷浓度。然后，检测结果仍是惊人的96.08%的高浓度！自此，仪器故障、检测不准的原因被彻底排除了。用煤气分析仪（在线型）Gasboard-3100检测排除干扰可能Gasboard-3100的检测数据 排除了仪器故障问题，但疑云仍未拨开！为此，四方仪器总经理熊友辉博士携带相关气体成分检测仪器驱车300多公里，亲临项目现场对该沼气项目再次进行了深入调查研究与分析。熊博士在监测现场 现场在线监测系统显示仪器进气流量正常，这次Gasboard-9060监测系统显示CH4浓度为91.38%。Gasboard-9060的检测数据Gasboard-3200Plus的检测数据便携红外天然气热值分析仪Gasboard-3110P的检测数据 从这次现场的检测数据来看，厌氧发酵产出的沼气CH4含量确实在90%以上，检测数据可靠性没有问题。但是有一个现象引起了大家的重视，就是该项目安装的超声波沼气流量计BF-3000的瞬时流量接近是零，累计流量只有1500多立方米。也就是说，安装监测系统一个月以来，平均每日的产气量只有50m3左右，显然这个沼气工程没有达到设计的中温发酵1.0（800m3）的容积产气率，即使是常温发酵，容积产气率0.3（240m3）也没有达到。为了探其究竟，熊博士与业主进行了深入的交流。超声波沼气流量计BF-3000累计流量显示数据 由于发电机组噪音大，发电也不能上网，生产的沼气用途不大，因此实际发电没有正常进行，只是偶尔需要的时候发电。同时沼气发酵产生的沼液沼渣也需要处理，而附近没有可以完全消纳沼液沼渣的场所，因此厌氧发酵装置无法真正发挥作用。由于本项目位于一个大型的水库附近，粪污排放受到严格控制，为了彻底解决问题，业主将干清粪的粪便用于生产有机肥，清粪的粪水和尿液通过沉淀池后一部分进入发酵罐用于生产沼气，一部分通过自行设计的微曝气池再进入额外设计的好氧生化氧化池进行水处理，发酵罐产生的沼液沼渣也排入好氧生化氧化池进行污水处理后达标排放。微曝气池好氧生化池 由于大量废水进入厌氧发酵罐产生的沼气不被经常使用，更易溶于水的CO2被溶解（水洗沼气净化提纯就是利用这个原理），并随着大量低浓度的沼液一起排出，造成发酵罐中沼气CH4含量的不断升高。至此，沼气工程项目直接制取高浓度生物天然气的原因终于真相大白。通过持续脱除溶解在发酵液中的CO2，沼气中CH4含量持续升高，甚至达到接近天然气的水平。其实国外正在进行厌氧发酵沼气原位提纯的研究，通过改变厌氧发酵过程中CO2、H2等含量，脱除CO2或增加H2含量等都可以显著提高沼气中的CH4含量，达到直接制取生物天然气的目标。 通过本次调研我们也发现，限制我国大型养殖企业沼气工程发展的难点在于沼液沼渣的处理，沼液看似是一种有机肥，但是受有机肥覆盖面积、长期使用适应性以及需求季节性的影响，企业都很难妥善处理沼液的利用问题，沼渣以及基于干粪形成的有机肥倒是不存在销售出路问题。如果不能有效处理沼液问题，采用干湿分离，冲水粪尿采用污水处理工艺或许是一个更加正确的选择。 目前，大型畜禽粪便沼气工程或许需要一次整体系统性的技术提升，才能够从一个不健康的产业中走出来！（来源：微信公众号@沼气工程及其测控技术）