[发明专利]基于红外差分光谱法沼气检测与提纯控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及基于红外差分光谱法沼气检测与提纯控制系统。

背景技术

沼气是一种清洁能源，在国际能源需求大幅增加的大背景下，沼气的生产和利用有着极其重要的意义。我国是一个农业大国，沼气生产原材料充足，同时沼气经过净化提纯后可高效地用于工业生产，所以沼气的生产和高效利用是联系我国工、农业的重要节点，对我国经济发展有着极其重要的作用。

沼气是一种可燃性混合气体，一般含甲烷、二氧化碳、硫化氢、水蒸气以及少量氨气、氢气和一氧化碳等，不同原料制成的沼气中各组分含量有所不同。沼气中的H₂S（硫化氢）是一种腐蚀性很强的化合物，在空气中及潮湿的环境下都会对管道及设备产生腐蚀作用；H₂S燃烧后产生的SO₂对空气污染极大，是酸雨的主要成分，对人体健康危害很大，所以在沼气在利用时必须除去H₂S。我国环保标准严格规定：沼气作为一种能源使用时，其中H₂S的气体含量不得超过20mg/m³。沼气中H₂S含量一般为1-12g/m³，远高于我国环保标准的规定值，所以脱除H₂S是沼气高效利用不可或缺的一步。

沼气由厌氧消化装置产生，因此携带大量水分具有较高的湿度。沼气中的水分和H₂S产生硫酸腐蚀管道和设备；沼气中的水分会降低沼气燃烧的热值，增大管路的气流阻力，还会凝聚在管路的检查阀、安全阀、流量计等设备的膜片上影响其准确性；因此脱除沼气中的水分对沼气的高效利用很关键。

沼气中的二氧化碳含量一般在25%一50%。当沼气用作内燃机燃料时，二氧化碳的存在能起到抑制“爆燃”的作用，使沼气较甲烷具有更好的抗爆性，使发动机获得较大功率。但若二氧化碳含量过大，会影响到发动机燃料的燃烧热值等，从而影响到发动机的输出功率。所以当沼气作为内燃机燃料时，需脱除一部分C0₂使之处于一个合理范围(20%-4O%)，这样可以达到沼气高效利用的目的。同时高纯度二氧化碳是一种工业原料，可以采用变压吸附方法分离甲烷和二氧化碳，分离出的甲烷和二氧化碳都具有广泛的用途。

目前沼气脱硫主要有湿法脱硫、干法脱硫和生物氧化法。湿法脱硫是使沼气逆流通过特定溶剂，硫化氢和特定溶剂接触反应而脱除，溶剂可以通过再生后重新进行吸收。干法脱硫是通过氧化物和硫化氢发生氧化反应，将硫化氢氧化成硫或者硫氧化物而脱除硫化氢的一种方法。生物氧化法是在有氧的条件下，通过光合细菌、反硝化细菌和无色硫细菌等的代谢作用将硫化氢转化为单质硫或硫酸盐的一种脱硫方法。

由于沼气量大而且水分含量很高，一般采用生石灰吸收沼气中的水分；而且生石灰吸水后变成氢氧化钙弱碱物，对沼气中的硫化氢和二氧化碳也有一定的吸收作用。

沼气脱除二氧化碳的方法主要有变压吸附法、吸收法和膜分离法。变压吸附法是利用吸附剂对沼气中各组份的吸附能力随压力变化而呈现差异的特性，从沼气中分离提纯需要的气体组份或进行气体混合物净化的技术。变压吸附法主要用来分离沼气中的甲烷和二氧化碳。吸收法是利用气态混合物中的一种或多种组分溶解于选定的液体吸收剂中，或者与吸收剂中的组分发生选择性化学发应，从而从气流中分离出来的方法。目前工业上采用石灰水溶液吸收法脱除沼气中的二氧化碳，主要利用二氧化碳与氢氧化钙水溶液生成碳酸钙沉淀，从而去除沼气中的二氧化碳。气体膜分离法是在压力驱动下，借助气体中各组分在高分子膜表面上的吸附能力以及在膜内溶解－扩散上的差异，即渗透速率差来进行分离的方法。

传统的沼气净化提纯方法中，脱硫、脱水和除去二氧化碳的工艺众多，但大多数只是某一种组分的脱除，未能将脱硫、脱水和除去二氧化碳的工艺综合考虑形成一套完善的沼气净化提纯系统。而且不能根据沼气处理量来改变相应试剂的用量及设备的运行，也不能统筹沼气净化提纯工艺的各个环节，造成资源的浪费。另外，沼气净化提纯的各个工艺中，大多采用传感器来控制净化提纯产品的规格，没有相应的检测控制系统。脱硫、脱水和除去二氧化碳的工艺中，每道工艺都独立采用自己的传感器控制，未能将三道净化工艺有机的结合为一个净化提纯系统，未能实现多个组分的同时检测与控制的结合。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种沼气净化提纯检测控制系统，该系统应能实现对沼气中多组分浓度的检测，根据多组分浓度的检测进而控制净化提纯过程，具有检测精度高、成本低以及使用寿命长的效果。