低压生物气样品采集和处理系统技术方案

一种温度和调压生物气样品抽取系统和方法，用于提供进行成分分析的处理过的生物气样品。

Low pressure biological gas sampling and processing system

A temperature and pressure regulating biological gas sample extraction system and method for providing a processed biological gas sample for component analysis.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低压生物气样品采集和处理系统本PCT国际申请要求2014年6月16日提交的美国申请号14/305130的优先权。
本专利技术涉及一种多阶段样品处理系统，该多阶段样品处理系统特别适用于低压生物气源。该系统包括一个或多个样品采集探针，该一个或多个样品采集探针在处理生物气期间，在不同阶段，沿着随气体的预期用途而定的点布置。从正压或者负压的源头抽取气体之后，该气体经过处理加热器以提升所抽取的气体样品的温度，经过被加热的导管用于将该气体传送至干燥器用以去除水蒸汽，经过压缩机和调压器用于将正被干燥和加热的样品的气压增加至容许水平，从而将其引入一个或多个合适的样品分析器。该系统适于防止除了水以外的组分，例如甲烷、硅氧烷和生物反应产生的VOC的损失。
技术介绍
生物气也称为生物甲烷、沼泽气、填埋气和沼气，生物气是厌氧消化的产物，例如，没有氧气时废料分解，其主要产生甲烷和二氧化碳。在适当地处理到合适的纯度之后，所获得的生物气可以容易地用作绿色/可再生燃料，该绿色/可再生燃料用于设施加热、发电和作为用于天然气动力车的车用燃料。随着针对由环境问题刺激的重大支出、再循环和使用绿色能源的经济现在变得无可厚非，使用这种所获得的“废”气作为向发电机供能、为燃料电池充电等等的燃料逐渐变得更加普遍。然而，迄今为止，还不存在足够的技术对从一般的低压(<1psig)源，诸如生物沼气池抽取的生物气进行样品处理。几个生物气的产生和收集源广泛存在于各类学科，即，废水处理、固体废物/填埋处置和管理、食品加工厂和农业产业，包括处理畜禽粪便。最普遍和常见的生物气产生和收集源之一很可能是来自填埋堆。促进从那些源产生生物气已有进步。例如，一种处理涉及将管道系统定位在填埋堆中从而将空气注入所选择的填埋层，其有效地包含了就地沼气池/生物反应器。被注入的空气增加填埋固体的分解速率，从而造成包含生物气的甲烷的产出率增加。如所预期的，所产生的生物气的质量和数量根据其来源的性质。例如，研究显示，近20年，来自小的填埋堆的生物气产量预期为每日产出超过一百万标准立方英尺(1,238,000scfd或者35cmd)。废水厂(污水)将每人每100加仑废水产出1.0cf的沼气(2.8cm)。在农业领域，单只奶牛每日产生100cf的巨量沼气(2.8cmd)。如上所述，厌氧消化(在缺少氧气的情况下执行的细菌消化)一般从就地沼气池(如填埋堆)或者厌氧消化系统产出生物气。从厌氧消化产生的生物气包含可燃的烃气(甲烷)、VOC、硫化氢、包括挥发性的甲基硅氧烷(VMS)的硅氧烷、水和水蒸汽的混合物。一立方英尺的甲烷具有1020BTU(～36,000/cm)的能量。因此，当生物气流由50-60％的甲烷组成时，该气体的热值接近500-600BTU/lcf(多达～24,000/cm)。然而，在生物气可以被有效地用作燃料源之前，必须处理该生物气。这种处理需要去除和/或最小化在该生物气输出流中发现的一般杂质。净化从去除颗粒物开始，接下来是去除水，当所期望的最终产品意为提供高质量的气流时，还要去除H2S、含硫物、硅氧烷、CO2、消化产生的VOC(挥发性的有机化学物)和氧。将所得到的气体在压力下通过合适的导管，例如18英寸(45.7cm)的管道吹到存储容器或者直接到应用源(热炉、燃料电池等)。根据所需要的纯度标准，所得到的净化过的气体也可以独立应用，与当地的管线气体混合，甚至加压用作CNG(压缩天然气)，用于向车辆供能。生物气的处理水平和程度也可以根据生物气的预期用途而改变。例如，如果没有其它要求，夹带的水必须在生物气可以燃烧之前去除，并且其有效的去除由基于传感器的分析而确定。更加现代化设计的沼气池/生物反应器产出气流中VOC减少但H2S增加的生物气。去除H2S“污染物”在除了工厂加热以外的所有应用中对生物气的使用是关键的。另一个更新的技术涉及将废水中的生物材料转化成经由微生物燃料电池的电力。由于燃料电池中涉及的敏感化学物，在用以向燃料电池供能之前，需要更高的气体纯度，因此需要更严格水平的生物气净化。如果意图用在内燃机中，则将硫化氢和硅氧烷从生物气实质去除是必需的并且在操作上是关键性的。没有完成这种硅氧烷去除会导致由硅基沉积物和涂层形成在发动机组件上而造成损害。其有效地去除需要由基于传感器的分析而确定。在适于与其他管线气体混合和或作为压缩天然气(CNG)的生物气的使用中也可以发现更高的纯度要求。在这些情况下，气体必须干燥并且二氧化碳必须去除。最高的纯度要求通过标准，诸如ISO15404-2006建立，在ISO15404-2006中，除了以上净化步骤之外，还需要去除所有水分并且将气体压缩到高压(6,000psig或者41368200pascal)以用作天然气车辆(NGV)燃料或者压缩天然气(CNG)。这种处理的成功必须再次通过样品采集和分析而确定。因此，对于工业生物气应用而言，系统传感器/分析器技术必须用以确定地测量馈送气体和处理过的气体的成分，从而确定净化步骤已经成功。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种样品收集、处理和分析系统，该样品收集、处理和分析系统可适应于用在可选择的生物气流的情况下。本专利技术的另一目的是提供一种新颖的样品处理系统，该样品处理系统特别适合低压生物气产生设施。本专利技术的另一目的是提供一种综合的解决方案，该解决方案用于处理和分析低压生物气样品。本专利技术的进一步目的是提供采样和处理系统的设计上的更大的灵活性，其允许多流采集生物气样品分析。本专利技术的又一个目的是提供一种系统和方法，该系统和方法提供未处理的生物气原料和净化过的生物气的基本实时的比较分析。本专利技术还有一个目的是提供一种综合的样品处理系统，该样品处理系统特别适于低压生物气处理。通过依据本专利技术的第一实施例的用于处理和分析低压生物气管线流的系统，实现了这些及其他目的，该低压生物气管线流中，生物气包含从由与CH4混合的H2O、CO2、H2S、NH3、C2H6、硅氧烷、VOC和O2组成的组合中选择的一个或多个污染物，该系统的特征在于：至少：第一气体管线采集探针，该第一气体管线采集探针用于抽取生物气样品；被加热的探针壳体；生物气连通线路，该生物气连通线路限制生物气样品的露点下降，将加热过的生物气样品传送至电磁控制阀开关并且进入样品分析器箱；气体干燥器单元，该气体干燥器单元用于接收所抽取的生物气样品；泵和调压器，该泵和调压器用于增加从气体干燥器排出的加热过的生物气样品的压力；气体分析器单元，该气体分析器单元用于测量从由存在于干燥过、加压过且加热过的生物气样品中的H2O、CO2、H2S、NH3、C2H6、硅氧烷、VOC和O2组成的组合中选择的污染物的量；压缩工业级净化气体源，该压缩工业级净化气体源将经过调压器的净化气体输入到所述气体干燥器单元和所述气体分析器单元；排气口，该排气口用于将分析过的生物气样品排出。相比于第一实施例，本专利技术在第二实施例中的进一步特征在于电磁致动输入开关，该电磁致动输入开关用于从生物气清洗阵列中选择特定输出。相比于在前实施例中的任一个，本专利技术在第三实施例中的进一步特征在于，线路中的颗粒物过滤器，该线路中的颗粒物过滤器与第一调压器关联。相比于在前实施例中的任一个，本专利技术在第四实施例中的进一步特征在于输入到气体样品干本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，所述系统用于处理和分析低压生物气管线流，在所述低压生物气管线流中，生物气包含一个或多个污染物，所述一个或多个污染物从包含与CH4混合的H2O、CO2、H2S、NH3、C2H6、硅氧烷、VOC和O2的组合中选择，所述系统的特征在于：a)至少：第一气体管线采集探针，所述第一气体管线采集探针用于抽取生物气样品；被加热的探针壳体；生物气连通线路，所述生物气连通线路限制所述生物气样品的露点下降，将加热过的所述生物气样品传送至电磁控制阀开关并且进入样品分析器箱；b)气体干燥器单元，所述气体干燥器单元用于接收所抽取的所述生物气样品；c)泵和调压器，所述泵和所述调压器用于增加从所述气体干燥器排出的加热过的所述生物气样品的压力；d)气体分析器单元，所述气体分析器单元用于测量污染物的量，所述污染物从由存在于干燥过、加压过且加热过的所述生物气样品中的H2O、CO2、H2S、NH3、硅氧烷、VOC和O2组成的组合中选择；e)压缩工业级净化气体输入源，所述压缩工业级净化气体输入源将净化气体经过调压器输入到所述气体干燥器单元和所述气体分析器单元；以及f)排气口，所述排气口用于将分析过的所述生物气样品排出。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.16 US 14/305,1301.一种系统，所述系统用于处理和分析低压生物气管线流，在所述低压生物气管线流中，生物气包含一个或多个污染物，所述一个或多个污染物从包含与CH4混合的H2O、CO2、H2S、NH3、C2H6、硅氧烷、VOC和O2的组合中选择，所述系统的特征在于：a)至少：第一气体管线采集探针，所述第一气体管线采集探针用于抽取生物气样品；被加热的探针壳体；生物气连通线路，所述生物气连通线路限制所述生物气样品的露点下降，将加热过的所述生物气样品传送至电磁控制阀开关并且进入样品分析器箱；b)气体干燥器单元，所述气体干燥器单元用于接收所抽取的所述生物气样品；c)泵和调压器，所述泵和所述调压器用于增加从所述气体干燥器排出的加热过的所述生物气样品的压力；d)气体分析器单元，所述气体分析器单元用于测量污染物的量，所述污染物从由存在于干燥过、加压过且加热过的所述生物气样品中的H2O、CO2、H2S、NH3、硅氧烷、VOC和O2组成的组合中选择；e)压缩工业级净化气体输入源，所述压缩工业级净化气体输入源将净化气体经过调压器输入到所述气体干燥器单元和所述气体分析器单元；以及f)排气口，所述排气口用于将分析过的所述生物气样品排出。2.如权利要求1所述的系统，其进一步的特征在于电磁致动输入开关，所述电磁致动输入开关用于从生物气清洗阵列中选择特定输出。3.如权利要求1或2所述的系统，其进一步的特征在于线路中的颗粒物过滤器，所述线路中的颗粒物过滤器与所述第一调压器关联。4.如权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，输入到所述气体样品干燥器单元的所述气体样品的压力为1到7psi(6894-48263pascal)。5.如权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，其中，输入到所述气体分析器单元的所述气体样品的压力为30psi(206842pascal)。6.如权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，在抽取点的所述生物气为负压，所述系统的进一步特征在于抽取泵和所关联的调压器，用于在引入气体干燥器单元之前将所抽取的所述生物气样品的压力增加至正压。7.如权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，输入到所述气体分析器单元的所述气体样品的压力为30psi(206842pascal)。8.如权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于，所述排气口排气以进行燃烧。9.一种系统，所述系统用于处理和分析从至少一个生物气流中抽取的样品，所述至少一个生物气流中，生物气包含一个或多个污染物，所述一个或多个污染物从由与CH4混合的H2O、CO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔特·F·格霍尔德，
申请(专利权)人：玛氏唐森普林有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US