用于测量沼气中的气态物质浓度的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于对例如在沼气处理厂或使用沼气的系统中的管道(20)中流动的沼气(10)中所含的气态化学物质的浓度进行原位测量的方法。根据本发明专利技术的方法借助于光学测量系统(40)来实现，该光学测量系统(40)包括光源(41)和光谱仪(44)。光源(41)发射穿过管道中的测量区(21)内的沼气(10)的UV辐射(42)。光谱仪(44)检测已穿过沼气(10)的所述UV辐射的至少一部分，并且其生成因变于已穿过沼气的UV辐射部分的波长的光强度的数字信号(50)。然后根据数字光强度信号(50)确定化学物质浓度。数字光强度信号(50)确定化学物质浓度。数字光强度信号(50)确定化学物质浓度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量沼气中的气态物质浓度的方法


[0001]本专利技术涉及借助于光学系统测量沼气中所含化学物质的浓度。本专利技术有利地应用于但不限于旨在将沼气转化为生物甲烷的沼气处理领域以及该生物甲烷的用途。
[0002]沼气是有机来源的废物(诸如污水污泥、农业废物、垃圾填埋场)厌氧消化的产物。沼气主要包括甲烷(40％至70％)、CO2和水蒸气，但其也含有诸如硫化合物(H2S，SO2，
……
)、硅氧烷、卤素或VOC(挥发性有机化合物)等杂质。因此，沼气无法被直接利用。
[0003]为了能够利用沼气，需要对其进行清洁(或净化)，尤其是为了去除二氧化碳和硫化氢、以及其含有的其他杂质。由此获得生物甲烷，其可被注入天然气配送网或被用作生物燃料。
[0004]纯化沼气的一个特殊用途是燃料电池，其杂质或污染物耐受阈值特别高，以免损坏系统(例如参见文档“Biogas and fuel cells workshop(沼气和燃料电池研讨会)”，阿尔贡，2012，阿尔贡国家实验室的Dennis Papadias和Shabbir Ahmed，于2012年6月11日至13日在科罗拉多州戈尔登的沼气和燃料电池研讨会上发表)。
[0005]因此，开发测量每种污染物质的传感器和方法具有重要意义，以便控制沼气处理过程和纯化后获得的生物甲烷的使用资格。
[0006]专利技术背景
[0007]文献DE
‑
2020/08,003,790 U1是已知的，其涉及一种用于测量沼气中所含污染物浓度的设备和方法。更具体地，部分沼气流借助于泵长期地通过气室，然后借助于光谱仪来测量光谱(尤其是紫外光谱)。然后根据一个或多个化学计量校准模型分析该光谱。因此，该方法包括对待分析的气体进行采样的步骤。因此，该文献中描述的设备除了测量本身之外还需要额外的元件(尤其是泵)，这使得设备体积更大、更昂贵，并且需要更多的维护工作。此外，污染物的分析实际上是远程分析，因此是延迟的，这在燃料电池的情形中可能尤其具有破坏性。此外，当待测量的物质浓度过低而无法被光谱仪检测和测量时，该文献中描述的方法需要借助于具有过滤器的吸附设备来预先增大待测量的化学物质浓度。
[0008]根据本专利技术的方法旨在克服这些缺点。值得注意的是，根据本专利技术的方法旨在提供沼气中所含气态化学物质浓度的原位光学测量，而不需要将沼气中存在的待分析的少量化学物质过度浓缩的步骤。此外，根据本专利技术的方法能够对沼气中所含的各种气态化学物质进行差异化和同时测量。最后，根据本专利技术的方法能够通过在沼气净化之前、期间和之后执行的对沼气中所含气态化学物质浓度的测量来诊断和/或控制沼气净化方法。根据本专利技术的方法也可以有利地在使用生物甲烷的厂的上游实现(例如在燃料电池中)，以保证使用该气体的系统的完好性。
专利技术概要
[0009]本专利技术涉及一种用于借助于光学测量系统对在管道中流动的沼气中所含的至少一种气态化学物质的浓度进行原位测量的方法，该光学测量系统包括发射UV辐射的至少一个光源和能够至少分析所述UV辐射的至少一个光谱仪，所述管道包括设置在所述管道的壁
中的至少第一光学通路。
[0010]根据本专利技术的方法至少包括以下步骤：
[0011]a)借助于所述光源，至少在所述光学通路处发射所述UV辐射穿过至少部分位于所述管道中的测量区中的所述沼气，
[0012]b)借助于所述光谱仪，在所述第一光学通路和/或第二光学通路处测量已穿过所述测量区中的所述沼气的所述UV辐射的至少一部分，并生成因变于已穿过所述沼气的所述UV辐射部分的波长(W)的光强度的数字信号，以及
[0013]c)至少根据所述数字信号确定所述沼气中所含的所述化学物质的所述浓度。
[0014]根据该方法的一种实施方式，步骤c)可以至少包括：
[0015]‑
根据因变于已穿过所述沼气的所述UV辐射部分的波长的所述光强度的数字信号并根据因变于针对参考气体预定的波长的光强度的数字参考信号来确定因变于波长的所述沼气的吸光度，以及
[0016]‑
根据所述沼气的所述吸光度、所述化学物质的预定吸光度特性、以及对所述沼气的温度和压力的估计来确定所述至少一种化学物质的所述浓度。
[0017]有利地，所述沼气的所述吸光度可取决于吸光度长度、所述化学物质的分子数密度、和摩尔消光系数。
[0018]根据本专利技术的一种实施方式，所述数字参考信号可通过发射所述UV辐射穿过所述参考气体并通过测量已穿过所述参考气体的所述UV辐射的至少一部分来获得，所述气体在所述化学物质中具有已知浓度或零浓度。
[0019]根据本专利技术的一种实施方式，在步骤c)中，所述沼气的温度还可根据所述数字信号来确定。
[0020]根据本专利技术的一种实施方式，所述温度可通过修改从所述沼气的所述吸光度中提取的所述化学物质的吸光度的摩尔消光系数来确定，所述修改是波长偏移或振幅变化、或两者的组合。
[0021]根据本专利技术的一种实施方式，所述光学测量系统还可包括布置在所述管道的所述测量区中的反射器。根据该实施方式，可至少在所述第一光学通路处测量已由所述光源在第一光学通路处发射且已至少部分地在所述反射器上反射的UV辐射的至少一部分。
[0022]根据本专利技术的一种实施方式，所述第一和/或第二光学通路可相对于沼气在其中流动的所述管道的所述壁偏移开。
[0023]根据本专利技术的一种实施方式，所述UV辐射能以范围在180至400nm之间的波长发射，该波长优选地范围在180至280nm之间，且更优选地范围在180至240nm之间。
[0024]根据本专利技术的一种实施方式，可测量所述沼气中所含的并且被包括在含下列各项的列表中的至少一种且优选地多种气态化学物质的浓度：SO2、H2S、NH3、BTEX、硅氧烷和卤素。
[0025]根据该方法的一种实施方式，可同时测量至少两种气态化学物质的浓度，优选地至少H2S浓度和NH3浓度。
[0026]根据本专利技术的一种实施方式，可测量选自含硫化学物质SO2和H2S中的至少一种气态化学物质的浓度，并且优选地可测量两者。
[0027]根据本专利技术的一种实施方式，可测量至少NH3的浓度。
[0028]根据本专利技术的一种实施方式，所述沼气在其中流动的所述管道可以是用于净化所述沼气的厂的管道，并且所述方法可以在所述厂的上游和/或下游实现。
[0029]根据本专利技术的一种实施方式，所述沼气在其中流动的所述管道可以是使用所述沼气的系统(诸如所述沼气的配送网、交通工具或燃料电池)的管道，并且所述方法可以在使用所述沼气的所述系统的上游实现。
附图说明
[0030]本专利技术的其他特征和优点将通过参考附图阅读以非限制性示例的方式给出的本专利技术的特定实施例的以下描述而变得清楚，其中：
[0031]‑
图1A是解说根据用于实现根据本专利技术的方法的光学测量系统的透射配置的对沼气中所含的化学物质浓度进行光学测量的示图，
[0032]‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于借助于光学测量系统(40、40
’
、40”、70、80、90)对在管道(20)中流动的沼气(10)中所含的至少一种气态化学物质的浓度([X])进行原位测量的方法，所述光学测量系统(40、40
’
、40”、70、80、90)包括发射UV辐射(42)的至少一个光源(41、41
’
、41”、71、81、91)和能够至少分析所述UV辐射(42、43)的至少一个光谱仪(44、44
’
、44”、74、84、94)，所述管道(20)至少包括设置在所述管道(20)的壁中的第一光学通路，所述方法至少包括以下步骤：a)借助于所述光源(41、41
’
、41”、71、81、91)，至少在所述光学通路处发射所述UV辐射(42)穿过至少部分地位于所述管道(20)中的测量区(21、21
’
、21”、22、23)中的所述沼气(10)，b)借助于所述光谱仪(44、44
’
、44”、74、84、94)，在所述第一光学通路和/或第二光学通路处测量已穿过所述测量区(21、21
’
、21”、22、23)中的所述沼气(10)的所述UV辐射的至少一部分(43)，并生成因变于已穿过所述沼气(10)的所述UV辐射部分(43)的波长(W)的光强度的数字信号(50)，以及c)至少根据所述数字信号(50)确定所述沼气(10)中所含的所述化学物质的所述浓度([X])。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c)至少包括：
‑
根据因变于已穿过所述沼气的所述UV辐射部分(43)的波长的所述光强度的数字信号(50)并根据因变于针对参考气体预定的波长的光强度的数字参考信号来确定因变于波长的所述沼气的吸光度(A)，以及
‑
根据所述沼气的所述吸光度、所述化学物质的预定吸光度特性、以及对所述沼气的温度和压力的估计来确定所述至少一种化学物质的所述浓度([X])。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述沼气(10)的所述吸光度(A)取决于吸光度长度、所述化学物质的分子数密度、和摩尔消光系数。4.如权利要求2至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述数字参考信号是通过发射所述UV辐射(42)穿过所述参考气体并通过测量已穿过所述参考气体的所述UV辐射的至少一部分(43)来获得的，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，
类型：发明
国别省市：