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有幾種檢測方法可以檢測沼氣成分?

武漢天禹智控科技有限公司     發布日期:2021-04-22     來源:天禹智控官網     作者:天禹智控     瀏覽次數:25
核心提示:沼氣是一種能夠燃燒的混合氣體。我們常在一些水塘、臭水溝和糞坑中,看到咕嘟咕嘟地往表面冒氣泡。氣溫越高,氣泡冒得越多。這些

沼氣是一種能夠燃燒的混合氣體。我們常在一些水塘、臭水溝和糞坑中,看到咕嘟咕嘟地往表面冒氣泡。氣溫越高,氣泡冒得越多。這些氣泡里的氣體就是沼氣。因為人們在沼澤地帶發現這種氣體,所以就給它叫“沼氣”。
       沼氣是由多種氣體組成的混合氣體。它含有CH4、CO2、硫化氫、CO、氫、氧、氮等氣體。其中CH4多,占總體積的50%~70%,CO2占25%~40%,其他幾種氣體較少,一般加起來僅為總體積的2%左右。沼氣能夠燃燒,主要就是靠CH4。

       沼氣成分檢測的主要方法有奧氏氣體分析方法、氣相色譜GC分析方法、熱催化元件檢測方法和紅外檢測方法。


一、奧氏成分檢測方法

       采用氫溶液吸收CO2,以焦性沒食子酸堿性溶液吸收CO2,采用爆炸燃燒法后采用吸收法測量CH4,從而測出CH4、CO2、O2的含量。

       該方法結構簡單,使用成本低,但該方法需要采集具有代表性的氣體,且不能現場實時分析;每年都需要購置化學,耗材費用較大;人員需要培訓,分析測試勞動強度較大;受人為因素影響較大,不同操作人員或者不同的操作方法,測試結果也有可能不同。此外,奧氏氣體分析的原理是在假設[CH4]+[CO2]=100的基礎上進行的,如果沼氣中含有CH4,CO2以外的氣體成分,如空氣、N2等,導致測量結果不準確。

二、氣相色譜GC分析方法

       采樣的氣體利用其物理吸附能力差別在色譜柱中分離后,采用FID、TCD傳感器分別分析檢測CH4、CO2、O2的體積濃度,該方法測試簡單,分離速度快, 且檢測CH4可以達到較高的靈敏度, 是一種重要的分離分析方法,但是色譜價格相對較貴,需要采樣,不能現場分析,較難實現實時、在線檢測。

三、熱催化檢測方法

       將熱催化(黑白)元件—補償元件和橋臂電陰構成惠斯頓電橋加一恒定電壓,由于熱催化元件的骨架是鉑絲材料,電流流過時加熱,使溫度為500度左右,當遇到檢測氣體時,檢測氣體接觸催化元件表面時會發生氯化反應,產生大量的熱量,使催化元件溫度升高,阻值增大,電橋輸出不平衡電壓,從而反映被測CH4的濃度。

       該方法價格低廉,適用于檢測煤礦中CH4是否超標,且已經普遍應用于便攜瓦斯分析儀以及固定式瓦斯傳感器中。但采用該方法檢測沼氣時,要確保儀器通入的是[CH4]+[CO2]=100的沼氣,才能確保CH4數據的測量準確性,因此,在測量未知氣體時,很難確保CH4、CO2測量結果的準確性。其次,該檢測方法易受背景氣體及環境溫度的影響,導致CH4測量存在較大誤差。同時對于檢測含有大量的H2S氣體的沼氣,傳感器核心部件易被腐蝕,使用壽命被大大縮減。

四、紅外檢測方法

       利用CH4、CO2氣體吸收紅外光譜中3.4um,4.26um的中外紅外波長的特點,通過紅外吸收率的變化得到CH4、CO2濃度,同時該方法可以配合電化學傳感器檢測O2、H2S的氣體濃度。該檢測方法是目前國內外從事沼氣成分檢測測量儀器。以沼氣分析儀(在線型)Gasboard-3200技術原理為例

       基于NDIR氣體分析技術,Gasboard-3200采用單光源雙光束法測量CH4、CO2體積濃度。光源經過兩個不同波長的濾光片,進行濾光處理,得到兩個不同波長的信號:檢測信號與參考信號。其中檢測信號通過的濾光片為窄帶濾光片,僅讓被測氣體的吸收波長通過,使傳感器的信號變化不受背景氣體影響,保證儀器測量的準確性;同時,檢測信號與參考信號的強度之比與光源強度的波動及電子元器件的老化等因素無關,這樣就大限度的減小了光源不穩定及電子元器件老化造成的零點、量程漂移,從而保障了儀器測量的穩定性。
天禹智控的紅外沼氣分析儀與其他檢測方法相比,紅外檢測方法還具有如下特點:

1)可以實現對CH4CO2的獨立測量,空氣中的N2,O2以及沼氣中的H2CH4CO2的測量沒有影響;

2紅外光譜檢測方法采用非接觸測量,沼氣中的H2S對紅外傳感器的性能、壽命沒有任何影響。增加一個H2S傳感器,還能夠同時測量沼氣中H2S的濃度;

3CH4的測量精度能夠達到2% ,采用高精度的紅外檢測器,能夠實現沼氣成分的準確測量;

4紅外光譜CH4檢測方法能夠測量沼氣中高濃度CH4氣體的同時,也具備沼氣泄露的CH4檢測功能。CH4的低爆炸極限LEL5%,通常當空氣中的CH4超過1%時就要求報警。

       奧氏氣體分析儀由于不能現場分析,且每年都需要購置大量的(除非政府每年都有費用的財政安排),分析測試復雜,勞動強度大,因此不適合沼氣成分分析工作;氣相色譜是目前我國高校研究所較為推薦的用于檢測沼氣中CH4、CO2濃度的方法,需要采樣后方可進行實驗室分析,但是其購置價格昂貴,操作十分復雜,在沼氣現場使用較為困難。熱催化檢測方法需要頻繁標定,7天標定一次,使用壽命短,精度差(10%),檢測范圍窄,在高濃度H2S條件下易中毒甚至報廢,此外不能測量CO2。紅外檢測技術可實現連續在線測量,不需要氣袋采樣,沒有耗材消耗,測量精度高,使用壽命長,不需要頻繁標定,可用于實驗室分析檢測,也可用于沼氣工業現場及農村沼氣池沼氣成分的檢測。

         武漢天禹智控科技有限公司,主要從事具有當前領先水平的傳感器、儀器儀表及分析控制系統的研究、開發、生產、制造。擁有8大系列,100多種產品:非分光紅外(NDIR)、電化學、熱導、氧化鋯、順磁、激光(TDLAS)、紫外(DOAS)、水露點分析儀系列及過程分析系統,形成了氣體分析儀器完整產業生態鏈。廣泛應用于環保、冶金、石化、化工、能源、食品、農業、交通、水利、建筑、釀造、航空及科學研究等眾多行業并出口到德、美、英、韓、印度、馬來西亞等20多個國家和地區。


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