by / sumaart
本文介紹了檢測沼氣成分的五種主要方法:奧氏氣體分析法、熱催化燃燒檢測法、熱導(dǎo)元件檢測法、氣相色譜GC檢測法、紅外氣體分析法，分析了這五種檢測方法的特點(diǎn)及其在我國沼氣服務(wù)體系中的適應(yīng)性，并總結(jié)了目前最適宜我國大中型沼氣工程沼氣成分監(jiān)測的分析方法。
1奧氏氣體分析法
奧氏氣體分析法是一種經(jīng)典的化學(xué)式手動分析方法，該方法是利用溶液吸收法來測定CO、CO2和O2濃度，CH4和H2濃度則在爆炸燃燒法后用吸收法測定，剩余氣體為N2。目前傳統(tǒng)的奧氏氣體分析方法在沼氣成分檢測中應(yīng)用較少。針對農(nóng)村沼氣服務(wù)體系的特定應(yīng)用，通常采用檢測管法，該方法操作更簡便，常用的檢測管有H2S、O2、CO2、CO等，但沒有直接測量CH4濃度的檢測管，CH4濃度是通過計(jì)算所得，即100%-[ CO2 ]-[空氣]-[H2S]-[ CO ]等，因此存在一定誤差。
奧氏氣體分析儀具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、維修容易等優(yōu)點(diǎn)，常用于CO2、O2、CO、H2、烴類等氣體濃度的測定，在實(shí)驗(yàn)室里應(yīng)用廣泛。但該儀器長期運(yùn)行成本高，僅每年購買試劑和玻璃器皿至少要1萬多元，且必須對氣體進(jìn)行人工取樣，才可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行分析，其中分析人員的操作技能和“態(tài)度”對分析的精確度也有著較大影響。同時(shí)奧氏氣體分析儀只能對單一成分逐個(gè)進(jìn)行檢測分析，不具備多重輸入和信號處理功能，分析費(fèi)時(shí)，操作繁瑣，響應(yīng)速度慢，效率低，難以實(shí)時(shí)在線地分析現(xiàn)場工況，現(xiàn)逐漸被全自動分析儀器替代。
2熱催化燃燒檢測方法
熱催化燃燒檢測方法是利用兩只熱催化（黑白）元件——補(bǔ)償元件和橋臂電阻構(gòu)成惠斯頓電橋加一恒定電壓，將鉑絲加熱到500℃，當(dāng)遇到空氣中的可燃?xì)怏w時(shí)，測量元件在催化劑的作用下，在元件表面發(fā)生催化反應(yīng)，使得溫度升高，阻值增大，電橋輸出不平衡，以此來測定甲烷濃度。該方法是檢測甲烷泄漏最簡單、經(jīng)濟(jì)的方法，在我國煤礦安全檢測領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。但載體催化元件只能檢測0~4％的甲烷濃度，當(dāng)空氣中甲烷濃度超過5％后，元件會發(fā)生“激活”現(xiàn)象，造成永久損壞。同時(shí)檢測設(shè)備需要頻繁標(biāo)定，熱催化元件的儀器使用壽命一般在1年內(nèi)，精度較差（10%），而在高H2S條件下，易造成傳感器中毒甚至報(bào)廢，使用壽命大大縮短。
3熱導(dǎo)元件檢測方法
不同氣體的導(dǎo)熱系數(shù)存在差別，熱導(dǎo)元件檢測方法就是根據(jù)這一特性，來測定氣體的體積濃度。沼氣的主要成分是CH4和CO2，被測沼氣的導(dǎo)熱系數(shù)由CH4和CO2共同決定。對于彼此之間無相互作用的多組分氣體,其導(dǎo)熱系數(shù)可近似地認(rèn)為是各組分導(dǎo)熱系數(shù)濃度的加權(quán)平均值。因此,根據(jù)沼氣的導(dǎo)熱系數(shù)與各組分導(dǎo)熱系數(shù)之間的關(guān)系,就可以實(shí)現(xiàn)沼氣多組分氣體濃度的測定。
目前該檢測方法已廣泛應(yīng)用在煤礦瓦斯抽排領(lǐng)域，也可用于沼氣中甲烷濃度的測量。但該類型傳感器使用壽命一般在2年左右，且該傳感器對于低濃度測量，具有較大局限性，如無法測量濃度低于5%的甲烷濃度，如果用于甲烷的泄露報(bào)警將會造成較大誤差。
4氣相色譜GC檢測方法
氣相色譜GC分析方法是利用氣體物理吸附能力的差別，將采樣的氣體在色譜中分離然后,熱導(dǎo)檢測器通過熱電阻與被測氣體之間熱交換和熱平衡來實(shí)現(xiàn)其CH4、CO2、O2等氣體濃度的檢測，該檢測方法分離效能高，對物理化學(xué)性能很接近的復(fù)雜混合物質(zhì)都可以進(jìn)行定性、定量檢測，靈敏度較高。
由于柱溫與載氣對分離結(jié)果的具有較大影響，其中柱溫對分離結(jié)果的影響比載氣的大，所以在檢測過程中，除了要經(jīng)常更換色譜柱外，還需要對色譜柱溫和載氣流速進(jìn)行適度的調(diào)節(jié)，以免影響分離結(jié)果造成誤差。同時(shí)色譜價(jià)格相對較貴，需要采樣，不能實(shí)現(xiàn)在線分析。
5紅外氣體分析方法
當(dāng)對應(yīng)某一氣體特征吸收波長的光波通過被測氣體時(shí)，其強(qiáng)度將明顯減弱，強(qiáng)度衰減程度與該氣體濃度有關(guān)，兩者之間的關(guān)系遵守朗伯一比爾定律，也就是紅外光譜檢測方法的基本原理。紅外光譜檢測方法作為一種快速、準(zhǔn)確的氣體分析技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中十分普遍。由于該方法是采用物理原理，分析氣體不與傳感器發(fā)生反應(yīng)，因此傳感器使用壽命很長，該類型傳感器不僅可以用于測量沼氣泄露的低濃度報(bào)警，也可以用于高濃度的沼氣成分測量。
由上表可知，紅外氣體分析技術(shù)相較于奧氏、熱催化、熱導(dǎo)元件、氣相色譜氣體分析技術(shù)，具有響應(yīng)時(shí)間快、靈敏度高、使用壽命長、儀器操作方便等優(yōu)勢。但對國內(nèi)用戶而言，紅外氣體分析技術(shù)普遍存在傳感器價(jià)格昂貴、維護(hù)困難、產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊等問題。針對這些問題，銳意自控對NDIR傳感器進(jìn)行了升級，將紅外傳感器進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，一個(gè)傳感器對應(yīng)檢測一個(gè)氣體組分，拆卸維護(hù)方便，使得儀器在體積、性能、維護(hù)、價(jià)格上具有以往儀器無法比擬的優(yōu)勢。
如沼氣分析儀Biogas 5000，可實(shí)現(xiàn)CO、CO2、CH4等多組分氣體濃度的快速測量。同時(shí)其H2S、O2濃度測量可拓展，流速、流量可采集，體積輕量化，APP終端智能化等創(chuàng)新設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)了沼氣成分、流量一臺儀器不可同時(shí)測量，長距離、大規(guī)模沼氣項(xiàng)目監(jiān)測設(shè)備不易攜帶，監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取流程復(fù)雜等的不足，可廣泛用于生物沼氣、污水處理廢氣和垃圾填埋氣體等成分的可靠準(zhǔn)確且經(jīng)濟(jì)有效的監(jiān)測。在滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的同時(shí)，儀器測量組分還可根據(jù)用戶需求定制，輕巧便攜，實(shí)用性大大提高。
6結(jié)論
在沼氣技術(shù)服務(wù)體系建設(shè)中，氣體分析儀發(fā)揮了十分重要的作用，在選擇配置時(shí)需要考慮儀器的使用壽命、功能、質(zhì)量保障體系、實(shí)用性、性價(jià)比等因素。在奧氏吸收、熱導(dǎo)元件、熱催化、氣相色譜、紅外光譜的氣體分析儀中，從壽命、功能、實(shí)用性等方面考慮，優(yōu)先選擇紅外氣體分析方法已成為一種發(fā)展趨勢。
同時(shí)隨著沼氣生產(chǎn)和過程控制要求的逐漸提高，不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級的紅外氣體分析技術(shù)已逐漸取代奧氏吸收、熱導(dǎo)元件、熱催化、氣相色譜等氣體成分檢測技術(shù)，成為我國大中小型沼氣工程沼氣成分監(jiān)測與工藝過程調(diào)控必不可少的監(jiān)測設(shè)備。
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