甲烷检测仪在沼气服务体系中的应用.doc

甲烷检测仪在沼气服务体系中的应用 摘　要:本文对比总结了沼气成分中甲烷的三种主要检测方法:奥氏气体分析法、热导元件检测法、红外光谱检测法,分析了三种方法的特点及其在我国农村沼气服务体系中的适应性。奥氏气体分析法由于不能实现自动化,很难在农村沼气技术服务体系中推广；热导甲烷检测法原理简单,但是存在精度低、标定困难、寿命短等问题,对于含有空气,N2，H2等成分的沼气测量误差很大；红外光谱检测法能够独立监测CH4和CO2,精度高、寿命长,可用于沼气中高浓度甲烷检测,也可用于沼气泄漏中低浓度甲烷报警。 1　 前言 根据全国农村沼气工程建设规划的要求,到2010年底,全国用户沼气总数达到4000万户左右。从我国沼气技术发展的“三起三落”来看,沼气技术服务体系对于农村沼气事业的发展至关重要,各级政府充分认识到了加强沼气服务体系建设的重要性和紧迫性。国家发改委和农业部已经将沼气技术服务体系的建立纳入政府重点支持的领域优先发展,其中沼气检测仪器是各级政府重点支持购置的设备。从2007年开始, 甲烷检测仪等设备已经成为我国沼气服务体系能力建设的基本配置。然而农村能源部门,尤其是一线的沼气技术服务队伍,对甲烷检测仪的用途是什么,不同甲烷检测仪器的原理、优缺点、使用方法以及如何选择合适的甲烷检测仪还不是十分了解。本文将从甲烷检测仪的工作原理出发,探讨各类仪器在农村沼气服务体系建设中的适用性。 2 甲烷检测方法　　在沼气检测领域,沼气成分中甲烷的检测方法主要有:奥氏气体分析方法、热导元件检测方法和红外光谱检测方法,下文将介绍各种检测方法的工作原理。2．1奥氏气体分析方法 传统的奥氏气体分析方法的工作原理是:取定量的气体,一般为100mL,通过气体吸收后体积变化来测出CH4,CO2的含量。通常是采用氢氧化钠溶液吸收CO2；以焦性没食子酸碱性溶液吸收O2；爆炸燃烧法后采用吸收法测量CH4。目前传统的奥氏气体分析方法在沼气成分检测中很少用。针对农村沼气服务体系的特定应用,通常采用检测管法,该方法操作更简便,常用的检测管有硫化氢、氧气、二氧化碳、一氧化碳等,但没有直接测试甲烷的检测管,甲烷含量是通过计算所得,即100%-[CO2]-[空气]-[H2S]-[CO]等,因此存在一定误差。 图1为常见的奥式气体装置2．2热导元件检测方法 　　如表1所示,不同气体的导热系数存在差别,热导元件检测方法就是根据气体的这一特性,来确定气体的体积浓度。沼气的主要成分是CH4和CO2 ,被测沼气的导热系数由CH4和CO2共同决定的。对于彼此之间无相互作用的多组分气体,其导热系数可近似地认为是各组分导热系数按含量的加权平均值。  因此,根据沼气的导热系数与各组分导热系数之间的关系,就可以实现沼气多组分气体的含量分析。热导元件检测方法传感器结构如图2所示。  图2　热导元件检测方法传感器结构 2．3红外光谱检测方法 异种原子构成的分子在红外线波长区域具有吸收光谱,其吸收强度遵循郎伯—比尔定律。当对应某一气体特征吸收波长的光波通过被测气体时,其强度将明显减弱,强度衰减程度与该气体浓度有关,两者之间的关系遵守朗伯—比尔定律。沼气成份中的CH4，CO2对红外光的吸收光谱如图3所示,其主要吸收峰波长为3.4μm, 4.26μm。 因此通过检测红外光吸收率的变化可以得到沼气中的CH4，CO2体积浓度。目前,红外光谱检测方法已经成为国际上开展沼气研究和沼气发酵过程检测的标准仪器。图4为红外光谱检测传感器结构。 3　 不同方法甲烷检测仪适应性分析　　目前,甲烷检测仪已经在我国沼气服务体系中广泛推广,但是不同部门、单位对甲烷检测仪的用途理解不一样。有些部门主要侧重沼气成分的检测,判断沼气池的发酵状态,确定沼气灶打不着火的原因；有些部门用于沼气池、沼气管网的泄露检测。从沼气成分检测的功能上讲,奥氏气体分析方法、热导元件检测方法,红外光谱检测方法都可以使用。以下对这三种不同的检测方法在农村沼气成分检测中的适应性进行分析。3．1奥氏方法甲烷检测适应性分析 在中国90年代,限于当时的技术条件比较落后,奥氏气体分析方法曾经在我国的农村沼气技术服务中发挥了重要作用。然而,其暴露的问题也较多,比如:1.需要采集具有代表性的气体,且不能现场实时分析；2.每年都需要购置化学试剂,耗材费用较大；3.人员需要培训,分析测试劳动强度较大；4.受人为因素影响较大,不同操作人员或者不同的操作方法,测试结果也有可能不同。 此外,在农村沼气服务体