便攜沼氣分析儀的應用范圍1-在沼氣凈化提純工藝中的應用

1、便攜沼氣分析儀的應用范圍 1在沼氣凈化提純工藝中的 應用作者：日期：沼氣的主要成分是CH4和CO2,此外，還含有微量的H 2S、水等雜質(zhì)。利用沼氣生產(chǎn)管 道燃氣、GNG和LNG,其技術(shù)難點在于沼氣的凈化提純。因此，需要通過必要的便攜沼氣分 析儀沼氣凈化提純技術(shù)，使沼氣成為甲烷含量高，熱值和雜質(zhì)等條件符合管道、壓縮或液化大 然氣標準要求的高品質(zhì)生物天然氣。而要達到標準所規(guī)定的氣體質(zhì)量，凈化提純工藝過程監(jiān) 測必不可少。一、便攜沼氣分析儀的沼氣凈化提純技術(shù)沼氣中出CH 4以外的雜質(zhì)氣體成分往往會對沼氣的利用造成不利影響 ，必須將其除去。 主要原因如下：C O 2使沼氣的能量密度降低，并且減緩燃燒速度

2、。H 2 s的活性較強，會使壓縮機、管道、發(fā)動機等受到腐蝕 ，并造成催化劑中毒。水在導氣管道中積累后會溶解H 2S、CO 2等酸性氣體而腐蝕管道。02含量過高，當混合氣濃度到達甲烷的爆炸極限水平可能發(fā)生爆炸。與其他燃料相比，沼氣抗爆性能較好，是有一種很好的清潔燃料。目前大量的沼氣利用還是 以低品位的熱利用為主，隨著沼氣產(chǎn)量的不斷增加，沼氣的中高端利用途徑不斷擴展。沼氣發(fā)電， 熱電聯(lián)產(chǎn)，作燃料電池，純化后代用管道天然氣和用作汽車燃料，用作生產(chǎn)燃料乙醇等。沼氣組分復雜，凈化難度遠大于天然氣，因此，利用沼氣生產(chǎn)管道燃氣、GNG和LNG, 其技術(shù)難點在于沼氣的凈化提純，即要把利用便攜沼氣分析儀沼氣凈化

3、提純到符合國標要求 的天然氣標準。通過便攜沼氣分析儀的沼氣凈化一般是去除沼氣中微量的有害組分，如沼氣脫硫、脫氧、干燥技術(shù)等。便攜沼氣分析儀的沼氣提純是去除沼氣中的二氧化碳，以提高燃氣的5%9 7 %的適用性和熱值。經(jīng)過便攜沼氣分析儀凈化提純得到的生物天然氣，通常含有9 甲烷和1%3%的二氧化碳，可以作為替代天然氣使用1、便攜沼氣分析儀沼氣脫硫沼氣中的硫主要以H 2 S形式存在，所含有機硫較少。脫除硫化氫的方法很多，一般可 分為干法脫硫、濕法脫硫和生物脫硫。干法脫硫通常用于低含硫氣體處理，特別是用于氣體精細脫硫。大部分干法脫硫工藝由 于需要更換脫硫劑而不能繼續(xù)操作，還有一些干法如鉆礦法、氧化鋅法

4、、氧化鐵、活性炭等， 脫硫劑不能再生或再生次數(shù)很少，脫硫飽和后要廢棄，這樣一方面會造成環(huán)境問題，另一方 面會增加脫硫成本。濕法脫硫是利用特定的溶劑與氣體逆流接觸而脫除其中的H2 S ,溶劑通過再生后重新進行吸收，根據(jù)吸收機理的不同，又分為化學吸收法、物理吸收法、物理化學吸收法以及濕式 氧化法。濕式氧化法脫硫效率高，單質(zhì)硫可回收，流程較簡單，大多數(shù)脫硫劑可以再生，運行 成本低等；同時該法流程復雜、投資大、適用于氣體處理量大 ，H 2 s含量高的場合。生物脫硫系統(tǒng)以各種微生物的容納力為基礎，利用微生物的生命活動將有機污染轉(zhuǎn)化為 對人體健康和生態(tài)環(huán)境無害的化合物、生物法常用于污水處理工程中產(chǎn)生的硫化

5、物。生物脫 硫技術(shù)包括生物過濾法、生物吸附法和生物滴濾法，三種系統(tǒng)均屬開放系統(tǒng)，具微生物種群隨環(huán)境改變而變化。在生物脫硫過程中，氧化態(tài)的含硫污染物必須先經(jīng)生物還原作用生成硫化 物或H2S ,然后再經(jīng)生物氧化過程生成單質(zhì)硫，才能去除。生物凈化工藝與上述傳統(tǒng)工藝相比具有運行成本低、反應條件溫和、能耗少和有效減少 環(huán)境污染等優(yōu)點，但脫硫微生物都是需要氧型的，氧氣或空氣的加入可能會導致沼氣中氧含量上升影響沼氣的安全性，因此采用生物脫硫是要時刻監(jiān)控反應器中的氧含量表1 .常見的幾種脫硫方法及其特點方法特點F e C 1 3/FeCl2/FeCl4（發(fā)酵罐原位脫硫）投資費用低；儲罐和給料泵低電耗和低能耗;

6、操作和維護簡單、技術(shù)簡單；H 2S 不進入沼氣管線。Fe2 o 3/ F e( OH)3床層去除效率圖：9 9%;投資低、簡單?；钚蕴课剑ㄒ? %5 %KI浸漬為例）去除效率局：H 2S 3 pp m;凈化率 高；操作溫度低。加壓水洗法H 2 s 98%;榜膠原料廣泛，脫 硫成本低；析出的硫易浮選和分離。膜分離法去除效率圖：9 8%;可同時去除C。2。生物脫硫去除效率圖：97 % ;操作費用低。2、便攜沼氣分析儀沼氣脫氧沼氣生產(chǎn)中不可避免地會混入空氣，特別是垃圾沼氣。氧的脫除是沼氣加工的必經(jīng)步驟， 沼氣中的氧必須脫至一定范圍內(nèi)，才能確保整個工藝過程的安全性。若生物沼氣生產(chǎn)GNG或天然氣，則需

7、將其中所含的氧氣含量降至 0.5%以下。沼氣脫氧工藝一般有如下幾種：方法1 :利用氣源中的原有氣體和氧氣反應；方法2:通入氫氣與氧反應，生成較易除去的水；方法3:混合氣中的氧直接與催化劑發(fā)生氧化反應，使催化劑活性組分轉(zhuǎn)化成高價氧化 物；方法4 :通過膜分離或低溫變壓吸附法（PSA）去除。方法2需要氫源，且要確定通入氫氣量，方法3較難達到合格的脫氧深度，而方法4成本較 高。因此，利用沼氣中主要組分甲烷與氧氣在催化劑作用下反應，是較為經(jīng)濟有效的脫氧方 法。3、便攜沼氣分析儀下的沼氣干燥未經(jīng)處理的沼氣通常含有飽和水蒸氣。 其絕對含量與溫度有關，如35 C時沼氣水含量約 為5%。沼氣脫水技術(shù)主要分為物

8、理分離和化學干燥兩類，這些方法也可以同時去除沼氣中 的泡沫和粉塵。便攜沼氣分析儀冷凝法是去除沼氣中水蒸氣最簡單的物理方法，但由于水會在熱交換器上結(jié)冰，這種方法只能將露點溫度降低至0 .5 C,要得到更低的露點溫度，需將沼氣進行壓縮， 且露點溫度越低，所需壓力越高。冷凝法包括除霧器、旋風分離器、濕氣捕集阱等?；瘜W干燥 法通常在較高的壓力下進行，最常用的吸附劑為氧化鋁或沸石，此外還可用三甘醇或可吸濕鹽類作為干燥劑4-便攜沼氣分析儀一一沼氣脫碳由于沼氣中甲烷含量較低，其高位發(fā)熱值只有 2 3 .9M J /m 3(甲烷含量60%),而純甲烷 高位發(fā)熱值為39.78 MJ/m 3。作為車用燃料或者管道

9、天然氣燃料其高位發(fā)熱值要求大于31 .4MJ/m 3,則要求沼氣中甲烷濃度至少提高到8 8 %以上,即要脫除多余CO2。沼氣脫碳技 術(shù)多源于天然氣、合成氨變換氣脫碳技術(shù)，包括物理溶液吸收法、化學吸收法、變壓吸附法、 膜分離法、低溫深冷法等。表2給出了常用的沼氣脫碳方法及其特點。表2.常見的幾種脫碳方法及其特點方法特點加壓水洗法提純效率高(9 7 % CH4),甲烷損失小(2%);當H2S97 % CH4),吸收能力相比水洗法更節(jié)能。溶劑可再生；可同時去除H 2S、 有機硫化物和水。聚乙二醇法提純效率高( 9 7% CH4),吸收能力大，甲 烷損失??；可同時去除H 2 S、有機硫和水；相比水 洗

10、法更節(jié)能，溶劑可再生、揮發(fā)性小。醇胺法提純效率高(97% CH4),吸收能力大，甲烷損失小( 0 . 1%);溶劑可再生、操作成本低。膜分離可靠，操作簡單；同時去除H 2 s和水;處理量法小時不增加單包成本；氣/氣去除效率:9 6 %; CH4氣/液去除效率： 96% CH 4 ,可得到純C O 2。變壓吸附法提純效率高（95%9 8 % CH4）;能耗低;高壓但可回收；同時去除O2和N2,耐受一定的雜質(zhì)， 也適合低處理量。低溫分離法提純效率高（9 0%9 8% C H4）;易得到液 化生物甲烷。5-便攜沼氣分析儀一一其他雜質(zhì)的脫除除了水、硫化氫、氧、二氧化碳外，其他雜質(zhì)氣體通常含量較少，且可

11、以在已有的凈化或 提純單元中去除。如硅氧烷和鹵代姓主要存在于垃圾填埋場沼氣或混合原料發(fā)酵沼氣，均可 通過活性炭吸附去除，少量的氨也可被活性炭吸附，或者在二氧化碳脫除單元（如加壓水洗法） 去除。二、凈化提純工藝過程監(jiān)測沼氣的主要成分是CH4和CO 2,止匕外，還含有微量的H2S、水等雜質(zhì)。沼氣并入天然 氣管網(wǎng)，或用于車用燃料、燃料電池等，其氣質(zhì)一般有著嚴格的要求。因此，需要通過必要的沼 氣凈化提純技術(shù)，使沼氣成為甲烷含量高，熱值和雜質(zhì)等條件符合管道、壓縮或液化天然氣 標準要求（車用天然氣相關標準見表 3）的高品質(zhì)生物天然氣。而要達到標準所規(guī)定的氣體質(zhì) 量，氣體組分監(jiān)控特別是燃燒特性的監(jiān)控必不可少

12、。其中用于測量氣體組分的方法一般可以 采用非分光紅外（NDI R）氣體分析技術(shù)，如銳意自控紅外氣體分析儀 Gas b oa r d- 3 5 0 0 ,使用Gas b oar d 3 5 0 0監(jiān)測凈化提純氣體的 CH 4、H2S、CO2、02含量，業(yè)主可掌握甲烷回收率、脫硫與脫碳效率等關鍵數(shù)據(jù)，并據(jù)此進行厭氧發(fā)酵、凈化提純工藝的過程優(yōu)化，以提高生物天然氣工程的經(jīng)濟效益。下面以山東省某大型生物質(zhì)天然氣提純項目為例，簡要敘述沼氣成分檢測在沼氣提純中的應用。表3.車用天然氣相關標準項目壓縮天然氣（CNG）液化天然氣（LNG）主要成分甲烷（含量90%）甲烷（含量方90 %）外觀與性狀無色氣體無色、無

13、味、無耳且無腐蝕性總硫（以 硫計）2 0 0m g/m3200mg/ m 3（二類）H2s15 m g/m 3020m g /m 3（二類）CO23%03%（二類）O2q. 5 %一（二類）標準（中國）車用壓縮大然氣（GB18047-20 0 0）液化天然氣（LNG）汽車加氣站技術(shù)規(guī)氾1、項目概況項目總投資12100萬元，總占地面積55畝（366 6 6. 85褶）,建筑物面積2 1 605褶（利用現(xiàn)有建筑），構(gòu)筑物1 6 6 92m 3 （主要包含厭氧消化罐、貯氣柜以及其它地面硬化貯存場等）。主要產(chǎn)品為：生物天然氣4 01萬Nm3、固態(tài)有機肥1萬t、有機葉面肥1.5萬t、液體二氧化碳0 .4

14、 2萬t。項目主體工程組成見表4。表4.項目主體工程組成一覽表項目工程內(nèi)容有機肥生產(chǎn)線包括原料好氧發(fā)酵池，生產(chǎn)裝置區(qū)（上 料系統(tǒng)、攪拌烘干及造粒包裝系統(tǒng)）以及 成品倉庫。沼氣發(fā)生系統(tǒng)除上料部分為半包圍形式外，全部為 露天設備裝置區(qū)，包括原料摻兌區(qū)、半地下 上料口（設棚罩）、厭氧發(fā)酵罐（4個）、脫 硫及干燥裝置、CO2提純裝置以及軟性儲 氣囊、沼氣壓縮裝置等。液態(tài)肥生產(chǎn)線廠區(qū)西南側(cè)二層生產(chǎn)樓內(nèi)，其中3 F 布置調(diào)配罐、輸送泵等，2 F布設反應釜罐 等,1 F布置灌裝機、儲存區(qū)域。0 圖1.項目厭氧發(fā)酵區(qū)其中，沼氣經(jīng)脫硫、脫碳后再經(jīng)壓縮機壓縮成壓縮天然氣 CNG),根據(jù)訂單情況，選擇性進行降溫成液

15、態(tài)天然氣(LNG)，后暫存于鋼瓶或撬車內(nèi)，以備出售外運。其主要成分一致，僅為物理形態(tài)上的變化，主要組成一覽表見表 5。表5 .生物質(zhì)燃氣組成一覽表燃氣組分體積濃度(%)CH494. 8 3CO20 . 28H2O2.17H2s10PpmO20.1 9N22 .48圖2 .壓縮燃氣裝車現(xiàn)場2、便攜沼氣分析儀凈化提純主要工藝1）脫硫工藝發(fā)酵過程產(chǎn)生的氣體經(jīng)過干燥柜重力除水和高能離子除臭設備除水、除臭后進入雙膜貯氣囊暫存。由于沼氣原氣中含有一定量的 H2S氣體,需經(jīng)過“無定型羥基氧化鐵”脫硫工序 將H2S氣體脫除凈化。氣體從干法脫硫塔的底部進入，頂部排出，氣體在干法脫硫塔內(nèi)與干 法脫硫劑接觸，使得H

16、2S被脫除。2 ）沼氣脫碳脫硫后的沼氣經(jīng)過氣柜穩(wěn)壓后，經(jīng)高效過濾器去除飽和水蒸氣和微塵粒后，進入膜分離裝 置，使得CH4、CO2混合氣體彼此分離，分離后最終沼氣中CO 2濃度在3 %以下，分離出 的CO2幾乎不含CH4。項目CO 2提純裝置采用的是北京三益能源環(huán)保發(fā)展股份有限公司的膜分離裝置，其工 作原理為：壓縮沼氣在沿中空纖維管（即SEPURAN膜）內(nèi)腔流動時，各種氣體的分壓在中空 纖維絲管的高壓側(cè)（原料側(cè)）與低壓側(cè)（滲透側(cè)）所形成的分壓差作用下，溶解系數(shù)和擴散系數(shù)大 的氣體（如CO2、H 2 S）優(yōu)先透過管壁，其余氣體（CH 4）相對受到阻隔，從而達到分離的目的。3、工藝監(jiān)測解決方案項目采

17、用了銳意自控便1臺便攜式紅外沼氣分析儀 Gasb o ard-3 2 00L和1臺防爆型紅 外氣體分析儀 Ga s board-350 0，用于發(fā)酵罐出口、脫硫設備出口和脫硫裝置出口等各個監(jiān) 測點CH4、CO 2、H2S、0 2濃度的實時與在線監(jiān)測，其中 Gasboa r d-3500委托北京 三益能環(huán)集成配套，現(xiàn)場安裝。表6.氣體監(jiān)測方案產(chǎn)品型號里孜測量組分測量點Gasboard-3200L1CH4/CO 2/H2S/O 21發(fā)酵罐出口、脫硫設備出口等Gasb oard 35 0 0脫硫裝置出口1）發(fā)酵罐出口監(jiān)測，測量 CH4、CO2和O2含量，幫助業(yè)主掌握發(fā)酵罐厭氧發(fā)酵狀況, 從而能夠及時

18、、準確地調(diào)節(jié)發(fā)酵罐進出料時間，保障厭氧消化高效、穩(wěn)定運行，提高沼氣工 程產(chǎn)氣效率。2）脫硫設備出口監(jiān)測，測量H2s含量，幫助業(yè)主直觀地了解脫硫效率，有依據(jù)的進行脫 硫工藝優(yōu)化，同時有效降低有毒氣體H2s排放污染。圖3 / 4 .便攜沼氣分析儀監(jiān)測現(xiàn)場3）提純裝置出口監(jiān)測，測量CH 4、H2 S、CO2和O 2含量，幫助業(yè)主準確了解凈化提純效率，為生物天然氣銷售以及環(huán)保排放監(jiān)測提供參考數(shù)據(jù)。圖5/6 .紅外氣體分析儀監(jiān)測現(xiàn)場、結(jié)語便攜沼氣分析儀沼氣凈化提純生產(chǎn)生物甲烷，品質(zhì)相當于化石天然氣，在條件允許下，便攜 沼氣分析儀可直接并入管道燃氣，也可制成壓縮天然氣 ，用于汽車燃料等。這種利用特別適合 于我國長江以南溫帶和亞熱帶地區(qū)，這些地區(qū)自然條件優(yōu)越、生物資源豐富、經(jīng)濟條件好。從 國內(nèi)外的成功經(jīng)驗來看，管道燃氣效益最好，但需要沼氣工程附近有天然氣管網(wǎng)且能并入，否則 另鋪設管網(wǎng)將不具經(jīng)濟性；用沼氣生產(chǎn)CNG具有一定的經(jīng)濟效益，特別是在中國東部和南部 地區(qū)，是在沼氣工程附近無管網(wǎng)情況下的首選 ；把沼氣凈化生產(chǎn)成LNG,其工藝指標極為嚴 格，理論上可行，但凈化處理難度大，成本高，經(jīng)濟效益有待驗證。沼氣凈化提純技術(shù)工藝較多，用戶可以根據(jù)自身資金成本和能源化利用目標進行選擇。但使沼氣