基于红外差分光谱法沼气检测与提纯控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于红外差分光谱法沼气检测与提纯控制系统。目的是提供的系统具有检测精度高、成本低以及使用寿命长的效果。技术方案是：一种基于红外差分吸收光谱法的沼气检测与提纯控制系统，包括一控制中心及处理单元，其特征在于该系统的结构还包括：A、沼气罐通过管道依序连通脱水塔、脱硫塔、脱碳塔及储气罐；B、分别在脱水塔、脱硫塔、脱碳塔和甲烷储气罐的管道进口设置采样口，每个采样口都通过气管依序连通预处理装置以及红外检测中心的气室；C、全波段红外光源对所述气室发射对气体进行检测的红外光，然后由红外探测器接收并探测检测后的红外光，随后将获得的信息输送至所属处理单元进行数据处理，最后输往控制中心。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于红外差分光谱法沼气检测与提纯控制系统。
技术介绍
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l_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% — 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CO2使之处于一个合理范围(20%-40%)，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一扩散上的差异，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
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述
技术介绍
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。本专利技术提供的技术方案是一种基于红外差分吸收光谱法的沼气检测与提纯控制系统；包括一控制中心及处理单元，其特征在于该系统的结构还包括A、沼气罐通过装有自动调节阀以及耐腐蚀泵的管道依序连通脱水塔、脱硫塔、脱碳塔以及储气te；B、分别在脱水塔、脱硫塔、脱碳塔和甲烷储气罐的管道进口设置采样口，每个采样口都通过配置流量计和单向阀的气管依序连通预处理装置以及红外检测中心的气室；C、全波段红外光源对所述气室发射对气体进行检测的红外光，然后由红外探测器接收并探测检测后的红外光，随后将获得的信息输送至所述处理单元进行数据处理，最后输往控制中心。D、数据处理单元对数据的处理主要有两种方式1，采集脱水塔、脱硫塔和脱碳塔的进出气口处的采样口的图谱数据，既第一采样口、第二采样口、第三采样口和第四采样口的图谱数据，此时不采用滤波而采用全波段检测，至少采集不同浓度的20组数据。将采集后各采样口的20组数据经过数据预处理、建立多组分PLS模型，最后得到沼气的组分和浓度，达到定性定量分析。通过脱水塔、脱硫塔和脱碳塔的出气口气体的定性定量检测分析可以判断各净化设备单元是否将各自的杂质气体去除彻底。2，在脱水塔、脱硫塔和脱碳塔的进出气口设置的采样口，通过检测各采样口气体，收集红外吸收图谱，此时采用滤波装置，滤选出对应去除杂质气体的吸收波长用来检测相应设备的进出口的采样口气体。由于采用了滤波装置，沼气红外光特征吸收峰的变化是由某一组分浓度变化而引起的，因而根据红外光检测的沼气特征吸收面积的变化或峰高的变化可以得知气体浓度的变化并得到净化效率，进而控制净化设备单元。F、内标、外标法标定系统，校准误差。内标法是将一定浓度的纯物质作为内标物加到一定量的被分析样品混合物中，然后对含有内标物的样品进行红外光谱分析，分别测定内标物和待测组分的峰面积(或峰高)及相对校正因子，按照相应公式和相应方法即可求出被测组分在样品中的百分含量。并根据内标物添加量的变化红外检测光谱相应的变化，用来标定系统的。外标标定时，在检测其他气体前先通入标定气体，比如氮气(不吸收红外，故理论上是接近直线的)，测量其红外吸收峰，所测红外吸收峰和标准的峰值相同时证明检测系统正常可以进行其他气体的检测。上述自动调节阀、耐腐蚀泵均通过数据线接通控制中心。上述沼气净化提纯系统还配置一报警系统；该报警系统包括安装在车间内的甲烷探头、安装在甲烷罐内的氧气探头以及安装在各管道上的压力传感器；这些甲烷探头、氧气探头以及压力传感器均通过数据线连通控制中心。所述红外光从近红外光源发出，依次通过分光镜、反光镜、滤光片转盘后射入所述的检测气室。 所述气室内安装着用于延长红外光射程的多个反射镜。所述气室包括检测气室和对比气室。所述红外光的波段中，检测甲烷选择特征吸收波长3. 31 μ m，检测二氧化碳选择特征吸收波长4. 28 μ m,检测硫化氢选择特征吸收波长7. 46 μ m,检测水蒸气选择特征吸收波长 I. 39 μ m。所述滤光片转盘的转速由控制中心控制。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于红外差分吸收光谱法的沼气检测与提纯控制系统，包括一控制中心（4）及处理单元（3？17），其特征在于该系统的结构还包括：A、沼气罐（1）通过装有自动调节阀（10）以及耐腐蚀泵的管道依序连通脱水塔（16）、脱硫塔（13）、脱碳塔（11）以及储气罐（6）；B、分别在脱水塔、脱硫塔、脱碳塔和甲烷储气罐的管道进口设置采样口，每个采样口都通过配置流量计和单向阀的气管依序连通预处理装置以及红外检测中心的气室；C、全波段红外光源（3？1）对所述气室发射对气体进行检测的红外光，然后由红外探测器（3？8）接收并探测检测后的红外光，随后将获得的信息输送至所属处理单元进行数据处理，最后输往控制中心。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏凤毅，盛成龙，武小鹰，李金页，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：