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【沼气学院】一篇文章看透沼气成分检测方法的应用对比

作者:admin 发布日期: 2019-07-01 二维码分享
【沼气学院】一篇文章看透沼气成分检测方法的应用对比
沼气成分
检测技术
主要包括:奥氏气体检测方法、气相色谱GC分析方法、热催化元件检测方法和红外检测方法。
一、奥氏气体检测方法
【沼气学院】一篇文章看透沼气成分检测方法的应用对比—采用氢氧化钠溶液吸收CO2,以焦性没食子酸碱性溶液吸收CO2,采用爆炸燃烧法后,采用吸收法测量CH4,从而测出CH4、CO2、O2的浓度。
 
该方法结构简单,使用成本低,但该方法需要采集具有代表性的气体,且不能现场实时分析;每年都需要购置化学试剂,耗材费用较大;人员需要培训,分析测试劳动强度较大;受人为因素影响较大,不同操作人员或者不同的操作方法,测试结果也有可能不同。此外,奥氏气体分析的原理是在假设[CH4]+[CO2]=....的基础上进行的,如果沼气中含有CH4,CO2以外的气体成分,如空气、N2等,导致测量结果不准确。
二、气相色谱GC分析方法
【沼气学院】一篇文章看透沼气成分检测方法的应用对比—采样的气体利用其物理吸附能力差别在色谱柱中分离后,采用FID、TCD传感器分别分析检测CH4、CO2、O2的体积浓度,该方法测试简单,分离速度快, 且检测甲烷可以达到较高的灵敏度, 是一种重要的分离分析方法,但是色谱价格相对较贵,需要采样,不能现场分析,较难实现实时、在线检测。
 
三、热催化原件检测方法
【沼气学院】一篇文章看透沼气成分检测方法的应用对比—将热催化元件—补偿元件和桥臂电阴构成惠斯顿电桥加一恒定电压,由于热催化元件的骨架是铂丝材料,电流流过时加热,使温度为500度左右,当遇到检测气体时,检测气体接触催化元件表面时会发生氯化反应,产生大量的热量,使催化元件温度升高,阻值增大,电桥输出不平衡电压,从而反映被测甲烷的浓度。
 
该方法价格低廉,适用于检测煤矿中甲烷是否超标,且已经普遍应用于便携瓦斯分析仪以及固定式瓦斯传感器中。但采用该方法检测沼气时,要确保仪器通入的是[CH4]+[CO2]=....的沼气,才能确保CH4数据的测量准确性,因此,在测量未知气体时,很难确保CH4、CO2测量结果的准确性。其次,该检测方法易受背景气体及环境温度的影响,导致 CH4测量存在较大误差。同时对于检测含有大量的H2S气体的沼气,传感器核心部件易被腐蚀,使用寿命被大大缩减。
四、红外检测方法
【沼气学院】一篇文章看透沼气成分检测方法的应用对比—利用CH4、CO2气体吸收红外光谱中3.4um,4.26um的中外红外波长的特点,通过红外吸收率的变化得到CH4、CO2浓度,同时该方法可以配合电化学传感器检测O2、H2S的气体浓度。该检测方法是目前国内外从事沼气成分检测..测量仪器。以沼气分析仪(在线型)Gasboard-3200技术原理为例:
沼气分析仪(在线型)Gasboard-3200红外双光束原理
 
基于NDIR气体分析技术,Gasboard-3200采用单光源双光束法测量CH4、CO2体积浓度。光源经过两个不同波长的滤光片,进行滤光处理,得到两个不同波长的信号:检测信号与参考信号。其中检测信号通过的滤光片为窄带滤光片,仅让被测气体的吸收波长通过,使传感器的信号变化不受背景气体影响,保证仪器测量的准确性。
 
同时,检测信号与参考信号的强度之比与光源强度的波动及电子元器件的老化等因素无关,这样就减小了光源不稳定及电子元器件老化造成的零点、量程漂移,从而保障了仪器测量的稳定性。与其他检测方法相比,红外检测方法还具有如下特点:

1、可以实现对CH4和CO2的独立测量,空气中的N2,O2以及沼气中的H2对CH4和CO2的测量无影响;
 
2、红外光谱检测方法采用非接触测量,沼气中的H2S对红外传感器的性能、寿命没有影响。增加一个H2S传感器,还能够同时测量沼气中H2S的浓度;
 
3、甲烷的测量精度能够达到2% ,采用高精度的红外检测器,能够实现沼气成分的准确测量;
 
4、红外光谱甲烷检测方法能够测量沼气中高浓度甲烷气体的同时,也具备沼气泄露的甲烷检测功能。甲烷的低爆炸极限LEL是5%,当空气中的CH4超过1%时就会报警。
 
总结 
1、奥氏气体检测方法使用成本低,操作简单,但不能进行现场分析,且每年都需要购置大量的试剂(除非政府每年都有试剂费用的财政安排),分析测试复杂,劳动强度大,不适合沼气成分分析工作。
 
2、气相色谱是目前我国高校研究所较为推荐的用于检测沼气中CH4、CO2浓度的方法,因其需要采样后方可进行实验室分析,且购置价格昂贵,操作复杂,在沼气现场使用较为困难。
 
3、热催化检测方法适用于对煤层气瓦斯成分的检测,但需要频繁标定,7天标定一次,使用寿命短,精度差(10%),检测范围窄,在高浓度H2S条件下易中毒甚至报废,此外不能测量CO2。因此不适合沼气成分分析工作。
 
4、红外检测技术可实现连续在线测量,不需要气袋采样,没有耗材消耗,测量精度高,使用寿命长,不需要频繁标定,可用于实验室分析检测,也可用于沼气工业现场及农村沼气池沼气成分的检测。
来源:@沼气工程及其测控技术

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