紅外沼氣分析儀在各領(lǐng)域中的應(yīng)用

目前，國際上檢測沼氣成分的方法主要有五種：熱催化燃燒檢測法、奧氏氣體分析法、熱導(dǎo)元件檢測法、氣相色譜GC檢測法、紅外氣體分析法，五種沼氣成分檢測方法對比如下表。其中紅外氣體分析法相較于奧氏、熱催化燃燒、熱導(dǎo)元件、氣相色譜GC檢測方法，具有響應(yīng)時間快、靈敏度高、使用壽命長、儀器操作方便等優(yōu)勢，紅外氣體分析法沼氣分析儀是目前Z有效且廣泛應(yīng)用的沼氣成分檢測儀器。

伴隨著我國沼氣事業(yè)的蓬勃發(fā)展，基于紅外氣體分析法的紅外沼氣分析儀在我國各個沼氣工程領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。

1、厭氧發(fā)酵

厭氧發(fā)酵是一個復(fù)雜的過程，預(yù)處理、接種比例、總固體濃度、原料、溫度和外源添加物等因素都對厭氧發(fā)酵有顯著影響。因此，除了要根據(jù)發(fā)酵原料選擇適宜的工藝類型外，采用紅外沼氣分析儀監(jiān)測沼氣成分以掌握產(chǎn)氣效果，根據(jù)產(chǎn)氣效果掌握發(fā)酵運行情況以調(diào)整厭氧發(fā)酵沼氣生產(chǎn)工藝，也是保障沼氣工程GX運行的重要手段。

2、沼氣提純

沼氣的主要成分是甲烷和二氧化碳，此外，還含有微量的氫氣、硫化氫等。沼氣并入天然氣網(wǎng)，或用于車用燃料、發(fā)電、燃料電池等，一般都對其各組分有著嚴(yán)格的要求。例如，沼氣中通常含有60%以上的甲烷，而汽車天然氣甲烷含量須在90%以上。因此，需要通過采用變壓吸附(PSA)、水洗、碳酸丙烯酯和堿溶液吸收等物理和化學(xué)方法，對沼氣去雜純化，使之成為甲烷含量高、熱值和雜質(zhì)氣等條件符合天然氣標(biāo)準(zhǔn)要求的高品質(zhì)生物天然氣。沼氣經(jīng)提純成為生物天然氣，既可替代汽油，也可替代現(xiàn)有的CNG作為車用燃料。使用紅外沼氣分析儀監(jiān)測提純沼氣的甲烷與硫化氫含量，掌握甲烷回收率、脫硫效率等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，業(yè)主可據(jù)此進行厭氧發(fā)酵、提純過程的工藝優(yōu)化，以提高沼氣熱值和生物天然氣工程的經(jīng)濟效益。

3、熱電聯(lián)產(chǎn)

在熱電聯(lián)產(chǎn)項目中，沼氣驅(qū)動的燃?xì)獍l(fā)動機，通常要求沼氣預(yù)處理系統(tǒng)的硫化氫去除能力達(dá)到99.9%，因此需要進行沼氣質(zhì)量檢驗。采用紅外沼氣分析儀對沼氣硫化氫含量進行持續(xù)監(jiān)測以保證燃料條件達(dá)到要求，從而保護發(fā)電機不會因為出現(xiàn)損壞和非計劃停用而造成巨大的經(jīng)濟損失，并且能夠幫助業(yè)主對內(nèi)部再循環(huán)率和預(yù)處理水平進行調(diào)整，起到優(yōu)化燃燒的作用。

紅外沼氣分析儀在我國沼氣工程應(yīng)用中的問題

1、技術(shù)依賴進口，價格昂貴

早在20世紀(jì)70年代，國外就開始了紅外氣體分析技術(shù)的研究，而我國研究起步相對較晚，始于80年代。其中比較先進的國家以德國、美國、日本為主，他們以銷售或合資的方式打入ZG市場，從儀表結(jié)構(gòu)、自動化程度、技術(shù)性能來看，均比我國自主研發(fā)的產(chǎn)品有優(yōu)勢，因此國內(nèi)使用的核心紅外氣體分析技術(shù)大部分依賴進口，但對國內(nèi)企業(yè)而言，國外進口紅外沼氣分析儀價格昂貴，且進口儀器維修流程復(fù)雜、維護困難，這無疑增加國內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)運營成本。為了扭轉(zhuǎn)國產(chǎn)分析儀器無法與進口儀器相抗衡的技術(shù)逆差，國內(nèi)研究學(xué)者對紅外氣體分析技術(shù)進行了深入了研究。

2、儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護困難

繼2004年之后，我國對紅外氣體傳感器關(guān)鍵技術(shù)的研制雖然基本追平了國際同類產(chǎn)品水平，且紅外氣體分析儀在研制與生產(chǎn)成本上具有較大優(yōu)勢，但與國際先進技術(shù)相比，國產(chǎn)紅外氣體傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大，同時還缺少小型化、減量化的紅外氣體分析設(shè)備來滿足國內(nèi)市場需求與替代進口產(chǎn)品，進口紅外氣體分析儀在國內(nèi)市場仍占據(jù)著主導(dǎo)地位，所以對國產(chǎn)紅外氣體傳感器檢測系統(tǒng)模塊化的研究以實現(xiàn)國產(chǎn)儀器的減量化具有深刻意義。

國產(chǎn)紅外沼氣分析儀的應(yīng)用實例

1、沼氣分析系統(tǒng)

湖北省某農(nóng)業(yè)專業(yè)合作社投資480萬興建了總規(guī)模6000立方米的大型沼氣工程項目，為了實現(xiàn)對該項目沼氣提純效果與產(chǎn)氣效果的實時在線監(jiān)測，合作社采用了一體化銳意自控沼氣分析系統(tǒng)Gasboard-9060，沼氣分析系統(tǒng)置于項目提純系統(tǒng)之后用來檢測甲烷、二氧化碳、硫化氫等組分含量，其氣體分析單則是采用在線紅外沼氣分析儀Gasboard-3200，主要用來檢測沼氣中甲烷、二氧化碳、硫化氫含量，工作人員則根據(jù)甲烷、二氧化碳、硫化氫的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)查看沼氣脫碳、脫硫效果，以調(diào)整沼氣提純工藝，實現(xiàn)提純效果的Zyou化，從而提高沼氣適應(yīng)性與熱值。

據(jù)了解，該沼氣項目的投入使用，滿足了全村360戶農(nóng)民的生活用氣，以及1.2萬畝稻鰍共生系統(tǒng)有機肥需求，每年為該村農(nóng)業(yè)生產(chǎn)減少化肥使用量500噸，節(jié)約資金130萬元，同時還提高了水稻產(chǎn)品質(zhì)量，為打造有機富硒大米，富硒鰍魚奠定了良好的基礎(chǔ)，為97戶極ng準(zhǔn)扶貧對象提高了產(chǎn)業(yè)幫扶脫貧支撐，也為全省解決畜禽養(yǎng)殖污染，農(nóng)業(yè)廢棄物資源化綜合利用，發(fā)展生態(tài)循環(huán)有機農(nóng)業(yè)起到了典型示范作用。

2、沼氣工程物聯(lián)網(wǎng)

為建設(shè)農(nóng)村生態(tài)文明、轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，在農(nóng)能辦的帶動下，湖南省某公司在水庫旁建設(shè)了一個大型農(nóng)村循環(huán)生態(tài)農(nóng)業(yè)示范基地，并以種豬養(yǎng)殖場的水泡糞與生態(tài)園農(nóng)作物秸稈為發(fā)酵原料修建了大中型沼氣工程項目。該項目主體建筑為800立方米厭氧發(fā)酵罐、1000立方儲氣罐、微曝氣池、厭氧生化池、發(fā)電室與集中控制室等。

為了實現(xiàn)對沼氣提純效果的監(jiān)測以及沼氣的綜合利用，該項目業(yè)主采用了銳意自控大中型沼氣工程監(jiān)測方案Gasboard-9230，對沼氣成分、沼氣流量等數(shù)據(jù)進行實時在線監(jiān)測，并通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對整個沼氣工程進行遠(yuǎn)程監(jiān)測。該方案包括一體化沼氣分析系統(tǒng)Gasboard-9060、超聲波沼氣流量計BF-3000（DN50）及沼氣工程標(biāo)準(zhǔn)控制箱Gasboard-9065。Gasboard-9060置于提純系統(tǒng)之后，用來檢測甲烷、二氧化碳、硫化氫等組分含量；BF-3000同樣置于提純系統(tǒng)之后，用來計量日產(chǎn)沼氣量，測量沼氣溫度、壓力，為后續(xù)厭氧發(fā)酵工藝的優(yōu)化與沼氣的綜合利用提供可靠的數(shù)據(jù)參考。Gasboard-9065則用來讀取、顯示兩個設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸至沼氣工程物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，以便業(yè)主隨時查看。

其中，沼氣分析系統(tǒng)Gasboard-9060的核心傳感器部件采用模塊化設(shè)計，拆卸維護更方便；同時傳感器模塊具備遠(yuǎn)程診斷功能，業(yè)主無需對儀器進行拆卸檢查，可直接通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)查看傳感器運行狀態(tài)，如傳感器發(fā)生故障可及時聯(lián)系產(chǎn)品售后處理，儀器維修方便快捷，極大的減輕了人工負(fù)荷，降低了運維成本。

在諸多利好政策的支持下，我國沼氣事業(yè)迎來了蓬勃發(fā)展新時期，農(nóng)村沼氣轉(zhuǎn)型升級也拉開了序幕，在新的形勢下，沼氣工程科學(xué)化、專業(yè)化大勢所趨，因此沼氣產(chǎn)業(yè)要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就必須加強沼氣工程的過程監(jiān)管。而以國產(chǎn)紅外氣體傳感器技術(shù)為核心的紅外沼氣成分監(jiān)測設(shè)備不僅在保證沼氣工程GX運行、提升生物天然氣經(jīng)濟效益上發(fā)揮著重要作用，也將以其明顯的成本優(yōu)勢逐漸取代進口產(chǎn)品成為助力我國沼氣事業(yè)發(fā)展的積極力量。