[发明专利]甲烷、硫化氢和氧气含量检测的沼气脱硫自动化控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于甲烷、硫化氢和氧气含量检测的沼气脱硫自动化控制系统及方法，适用于沼气脱硫工程。

背景技术

沼气作为一类清洁的能源，在当今世界能源短缺的情况下，充分利用沼气能，可以缓解我国能源紧缺带来的压力。沼气是一种可燃性混合气体，一般含甲烷、二氧化碳、以及少量的氨气、氢气和一氧化碳等，不同的原料制成的沼气中往往含有不同含量的硫化氢(H₂S)。H₂S是一种剧毒的有害气体，它对管道、仪表及设备有强烈的腐蚀作用，泄漏在空气中将污染大气，危害人体健康。因此，为了保护人体健康，延长设备使用寿命，必须采取有效措施进行沼气脱硫。我国环保标准严格规定：利用沼气能源时，沼气气体中H₂S含量不得超过20mg/m³。沼气中的H₂S质量浓度一般为1～12g/m³，远远高于我国环保标准的规定。所以，H₂S的脱除成为沼气使用过程中必不可少的一个环节。

沼气脱硫的方法有化学法、物化法和生物法。常用的物化法一般可分为直接脱硫和间接脱硫两大类。沼气直接脱硫方法的原理可分为湿式法和干式法两类。湿法脱硫是利用特定的溶剂与气体逆流接触而脱除其中的H₂S，溶剂通过再生后重新进行吸收；干法脱硫是以O₂使H₂S氧化成硫或硫氧化物的一种方法，也可称为干式氧化法。

沼气的生物脱硫是利用微生物的代谢作用将沼气中的硫化氢转化为单质硫或硫酸盐。其过程可分为3个阶段：一是H₂S气体的溶解过程，即由气相转移到液相；二是溶解后的H₂S被微生物吸收，转移至微生物的体内；三是进人微生物细胞内的H₂S作为营养被微生物分解、转化和利用，从而达到去除H₂S的目的。沼气脱硫的主要优点为：不需要化学催化剂，没有二次污染；耗能少，处理成本低；H₂S去除率高，并可回收单质硫。

目前，国内脱硫技术已比较成熟，脱硫方法及脱硫工艺众多。但无论是生物脱硫还是物化法脱硫，都存在安全隐患。当空气中沼气含量达到5％～15％时，遇明火会发生爆炸，并且脱硫后沼气中氧气含量超过1％时，同样会带来安全危险。另外，脱硫后沼气中若仍含有较多量的H₂S气体，会破坏后期沼气的利用装置。为此，沼气脱硫装置的安全控制系统作为脱硫装置的智能控制单元，是保障沼气脱硫反应的安全运行和沼气脱硫技术应用推广的关键所在。此外，如何通过自动化控制合理的曝气量，使生物脱硫后的终产物控制为硫单质，实现单质硫的回收利用是目前沼气脱硫技术的难点。

发明内容

本发明的目的是针对沼气脱硫安全控制系统的空白，提供一种基于甲烷、硫化氢和氧气含量检测的沼气脱硫自动化控制系统及方法。

基于甲烷、硫化氢和氧气含量检测的沼气脱硫自动化控制系统包括沼气脱硫反应区气体含量控制系统和沼气排放区气体含量检测系统，沼气脱硫反应区气体含量控制系统包括空气气体流量计、空气进气自动调节阀、沼气进气自动调节阀、沼气气体流量计、第一氧气探头、第一氧气报警器、溶解氧探头和数据采集分析调控装置，空气气体流量计经空气进气自动调节阀与沼气脱硫反应区相连，沼气气体流量计经沼气进气自动调节阀与沼气脱硫反应区相连，沼气脱硫反应区内设有第一氧气探头和溶解氧探头，第一氧气报警器一端与第一氧气探头相连，沼气排放区气体含量检测系统包括硫化氢报警器、硫化氢探头、第二氧气探头、沼气外排自动调节阀和第二氧气报警器，沼气排放区内设有硫化氢探头、第二氧气探头，硫化氢报警器一端与硫化氢探头相连，第二氧气报警器一端与第二氧气探头相连，沼气外排自动调节阀一端与沼气排放区相连，沼气排放区与沼气脱硫反应区相连，数据采集分析调控装置分别与第一氧气报警器另一端、硫化氢报警器另一端、第二氧气报警器另一端、空气进气自动调节阀、沼气进气自动调节阀、溶解氧探头和沼气外排自动调节阀相连。

所述的数据采集分析调控装置的内部模连接关系为：主控处理器分别与模拟量输入模块、开关量输入调理模块、传感器无限通讯模块、电源电路、电动调节阀控制模块、数字量输出模块和数字量输入模块相连接，传感器无限通讯模块与传感器供电接口、电源电路和电动调节阀控制模块相连接。