專利名稱：甲烷、硫化氫和氧氣含量檢測的沼氣脫硫自動(dòng)化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于甲烷、硫化氫和氧氣含量檢測的沼氣脫硫自動(dòng)化控制系 統(tǒng)，適用于沼氣脫硫工程。
背景技術(shù)：
沼氣作為一類清潔的能源，在當(dāng)今世界能源短缺的情況下，充分利用沼氣能，可以 緩解我國能源緊缺帶來的壓力。沼氣是一種可燃性混合氣體，一般含甲烷、二氧化碳、以 及少量的氨氣、氫氣和一氧化碳等，不同的原料制成的沼氣中往往含有不同含量的硫化氫 (H2S)。H2S是一種劇毒的有害氣體，它對(duì)管道、儀表及設(shè)備有強(qiáng)烈的腐蝕作用，泄漏在空氣 中將污染大氣，危害人體健康。因此，為了保護(hù)人體健康，延長設(shè)備使用壽命，必須采取有效 措施進(jìn)行沼氣脫硫。我國環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格規(guī)定利用沼氣能源時(shí)，沼氣氣體中H2S含量不得超 過20mg/m3。沼氣中的H2S質(zhì)量濃度一般為1 12g/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。所 以，H2S的脫除成為沼氣使用過程中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。沼氣脫硫的方法有化學(xué)法、物化法和生物法。常用的物化法一般可分為直接脫硫 和間接脫硫兩大類。沼氣直接脫硫方法的原理可分為濕式法和干式法兩類。濕法脫硫是利 用特定的溶劑與氣體逆流接觸而脫除其中的H2S,溶劑通過再生后重新進(jìn)行吸收；干法脫硫 是以O(shè)2使H2S氧化成硫或硫氧化物的一種方法，也可稱為干式氧化法。沼氣的生物脫硫是利用微生物的代謝作用將沼氣中的硫化氫轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫或硫 酸鹽。其過程可分為3個(gè)階段一是H2S氣體的溶解過程，即由氣相轉(zhuǎn)移到液相；二是溶解 后的H2S被微生物吸收，轉(zhuǎn)移至微生物的體內(nèi)；三是進(jìn)人微生物細(xì)胞內(nèi)的H2S作為營養(yǎng)被微 生物分解、轉(zhuǎn)化和利用，從而達(dá)到去除H2S的目的。沼氣脫硫的主要優(yōu)點(diǎn)為不需要化學(xué)催 化劑，沒有二次污染；耗能少，處理成本低；H2S去除率高，并可回收單質(zhì)硫。目前，國內(nèi)脫硫技術(shù)已比較成熟，脫硫方法及脫硫工藝眾多。但無論是生物脫硫還 是物化法脫硫，都存在安全隱患。當(dāng)空氣中沼氣含量達(dá)到5% 15%時(shí)，遇明火會(huì)發(fā)生爆 炸，并且脫硫后沼氣中氧氣含量超過1 %時(shí)，同樣會(huì)帶來安全危險(xiǎn)。另外，脫硫后沼氣中若仍 含有較多量的H2S氣體，會(huì)破壞后期沼氣的利用裝置。為此，沼氣脫硫裝置的安全控制系統(tǒng) 作為脫硫裝置的智能控制單元，是保障沼氣脫硫反應(yīng)的安全運(yùn)行和沼氣脫硫技術(shù)應(yīng)用推廣 的關(guān)鍵所在。此外，如何通過自動(dòng)化控制合理的曝氣量，使生物脫硫后的終產(chǎn)物控制為硫單 質(zhì)，實(shí)現(xiàn)單質(zhì)硫的回收利用是目前沼氣脫硫技術(shù)的難點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)沼氣脫硫安全控制系統(tǒng)的空白，提供一種基于甲烷、硫 化氫和氧氣含量檢測的沼氣脫硫自動(dòng)化控制系統(tǒng)?；诩淄?、硫化氫和氧氣含量檢測的沼氣脫硫自動(dòng)化控制系統(tǒng)包括沼氣脫硫反應(yīng) 區(qū)氣體含量控制系統(tǒng)和沼氣排放區(qū)氣體含量檢測系統(tǒng)，沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)氣體含量控制系統(tǒng) 包括空氣氣體流量計(jì)、空氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥、沼氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥、沼氣氣體流量計(jì)、第一
3氧氣探頭、第一氧氣報(bào)警器、溶解氧探頭和數(shù)據(jù)采集分析調(diào)控裝置，空氣氣體流量計(jì)經(jīng)空氣 進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥與沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)相連，沼氣氣體流量計(jì)經(jīng)沼氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥與沼氣脫 硫反應(yīng)區(qū)相連，沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)有第一氧氣探頭和溶解氧探頭，第一氧氣報(bào)警器一端 與第一氧氣探頭相連，沼氣排放區(qū)氣體含量檢測系統(tǒng)包括硫化氫報(bào)警器、硫化氫探頭、第二 氧氣探頭、沼氣外排自動(dòng)調(diào)節(jié)閥和第二氧氣報(bào)警器，沼氣排放區(qū)內(nèi)設(shè)有硫化氫探頭、第二氧 氣探頭，硫化氫報(bào)警器一端與硫化氫探頭相連，第二氧氣報(bào)警器一端與第二氧氣探頭相連， 沼氣外排自動(dòng)調(diào)節(jié)閥一端與沼氣排放區(qū)相連，沼氣排放區(qū)與沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)相連，數(shù)據(jù)采 集分析調(diào)控裝置分別與第一氧氣報(bào)警器另一端、硫化氫報(bào)警器另一端、第二氧氣報(bào)警器另 一端、空氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥、沼氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥、溶解氧探頭和沼氣外排自動(dòng)調(diào)節(jié)閥相 連。所述的數(shù)據(jù)采集分析調(diào)控裝置的內(nèi)部模連接關(guān)系為主控處理器分別與模擬量輸 入模塊、開關(guān)量輸入調(diào)理模塊、傳感器無限通訊模塊、電源電路、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制模塊、數(shù)字 量輸出模塊和數(shù)字量輸入模塊相連接，傳感器無限通訊模塊與傳感器供電接口、電源電路 和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制模塊相連接。本實(shí)用新型的有益效果有①通過對(duì)沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)氣體含量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí) 現(xiàn)沼氣脫硫的高效、安全運(yùn)行；②通過利用沼氣排放區(qū)氣體氣含量檢測系統(tǒng)，控制沼氣內(nèi)硫 化氫和氧氣含量，進(jìn)一步保障凈化后沼氣可安全使用；③通過自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)沼氣脫硫連 續(xù)運(yùn)行，并可回收硫單質(zhì)；④本沼氣脫硫自動(dòng)化控制系統(tǒng)既適合于沼氣的物化法脫硫，也適 合于沼氣的生物脫硫。

圖1是基于甲烷、硫化氫和氧氣含量檢測的沼氣脫硫自動(dòng)化控制系統(tǒng)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集分析調(diào)控裝置的電路框圖；圖3是基于甲烷、硫化氫和氧氣含量檢測的沼氣脫硫自動(dòng)化控制方法流程圖；圖中空氣氣體流量計(jì)1、空氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥2、沼氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥3、沼氣氣 體流量計(jì)4、第一氧氣探頭5、第一氧氣報(bào)警器6、溶解氧探頭7、數(shù)據(jù)采集分析調(diào)控裝置8、硫 化氫報(bào)警器9、硫化氫探頭10、第二氧氣探頭11、沼氣外排自動(dòng)調(diào)節(jié)閥12、第二氧氣報(bào)警器 13。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，基于甲烷、硫化氫和氧氣含量檢測的沼氣脫硫自動(dòng)化控制系統(tǒng)包括 沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)氣體含量控制系統(tǒng)和沼氣排放區(qū)氣體含量檢測系統(tǒng)，沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)氣體 含量控制系統(tǒng)包括空氣氣體流量計(jì)1、空氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥2、沼氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥3、沼氣 氣體流量計(jì)4、第一氧氣探頭5、第一氧氣報(bào)警器6、溶解氧探頭7和數(shù)據(jù)采集分析調(diào)控裝置 8，空氣氣體流量計(jì)1經(jīng)空氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥2與沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)相連，沼氣氣體流量計(jì)4 經(jīng)沼氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥3與沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)相連，沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)有第一氧氣探頭5 和溶解氧探頭7，第一氧氣報(bào)警器6 —端與第一氧氣探頭5相連，沼氣排放區(qū)氣體含量檢測 系統(tǒng)包括硫化氫報(bào)警器9、硫化氫探頭10、第二氧氣探頭11、沼氣外排自動(dòng)調(diào)節(jié)閥12和第二 氧氣報(bào)警器13，沼氣排放區(qū)內(nèi)設(shè)有硫化氫探頭10、第二氧氣探頭11，硫化氫報(bào)警器9 一端與硫化氫探頭10相連，第二氧氣報(bào)警器13 —端與第二氧氣探頭11相連，沼氣外排自動(dòng)調(diào) 節(jié)閥12 —端與沼氣排放區(qū)相連，沼氣排放區(qū)與沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)相連，數(shù)據(jù)采集分析調(diào)控裝 置8分別與第一氧氣報(bào)警器6另一端、硫化氫報(bào)警器9另一端、第二氧氣報(bào)警器13另一端、 空氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥2、沼氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥3、溶解氧探頭7和沼氣外排自動(dòng)調(diào)節(jié)閥12相 連。如圖2所示，數(shù)據(jù)采集分析調(diào)控裝置的內(nèi)部模連接關(guān)系為主控處理器分別與模 擬量輸入模塊、開關(guān)量輸入調(diào)理模塊、傳感器無限通訊模塊、電源電路、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制模 塊、數(shù)字量輸出模塊和數(shù)字量輸入模塊相連接，傳感器無限通訊模塊與傳感器供電接口、電 源電路和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制模塊相連接。模擬量輸入模塊的型號(hào)為R-802X，開關(guān)量輸入調(diào)理模塊的型號(hào)為SAGS/XD-2600， 傳感器無限通訊模塊的型號(hào)為STR-30，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制模塊的型號(hào)為CPA101-220，數(shù)字量 輸出模塊的型號(hào)為EM223CN，數(shù)字量輸入模塊的型號(hào)為EM222CN。如圖3所示，通過硫化氫探頭讀取硫化氫含量，通過第一氧氣探頭和和第二氧氣 探頭讀取氧氣含量，通過沼氣流量計(jì)和空氣流量計(jì)分別讀取沼氣流量和空氣流量，通過溶 解氧探頭讀取溶解氧(DO)濃度。當(dāng)硫化氫探頭檢測到的硫化氫濃度超過報(bào)警閾值(20mg/ m3)時(shí)，硫化氫報(bào)警器啟動(dòng)報(bào)警，關(guān)閉沼氣外排自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，并同時(shí)關(guān)閉沼氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)劑 閥和空氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥；當(dāng)硫化氫探頭檢測到的硫化氫濃度小于20mg/m3時(shí)，硫化氫報(bào)警 器關(guān)閉報(bào)警，開啟沼氣外排自動(dòng)調(diào)節(jié)閥；當(dāng)硫化氫探頭檢測到的硫化氫濃度大于調(diào)節(jié)閾值 1 (10mg/m3)時(shí)，適當(dāng)減小沼氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥；當(dāng)硫化氫探頭檢測到的硫化氫濃度小于調(diào) 節(jié)閾值2(5mg/m3)時(shí)，適當(dāng)增大沼氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥。當(dāng)?shù)谝谎鯕馓筋^測得的氧氣含量超過 報(bào)警閾值(1.0%)時(shí)，第一氧氣報(bào)警器開啟報(bào)警，直至第一氧氣探頭測得的氧氣含量小于 1. 0%，第一氧氣報(bào)警器停止報(bào)警。當(dāng)?shù)诙鯕馓筋^測得的氧氣含量超過報(bào)警閾值(1. 0% ) 時(shí)，第二氧氣報(bào)警器開啟報(bào)警，并關(guān)閉沼氣外排自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，直至第二氧氣探頭測得的氧氣 含量小于1.0%，第二氧氣報(bào)警器停止報(bào)警，并開啟沼氣外排自動(dòng)調(diào)節(jié)閥。當(dāng)溶解氧探頭測 得的溶解氧濃度超過調(diào)節(jié)閾值1(0. lmg/L)時(shí)，減小空氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥；當(dāng)溶解氧探頭測 得的溶解氧濃度小于調(diào)節(jié)閾值2(0. 5mg/L)時(shí)，加大空氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥?；诩淄?、硫化氫和氧氣含量檢測的沼氣脫硫自動(dòng)化控制方法是通過溶解氧探 頭7實(shí)時(shí)監(jiān)測沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)內(nèi)液相中溶解氧的含量，并根據(jù)數(shù)據(jù)采集分析調(diào)控裝置8控 制空氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥2和沼氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥3調(diào)整甲烷和空氣的進(jìn)氣流量及比例，使 沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)液相部分溶解氧的濃度維持在0. 05 0. 10mg/L之間；通過第一氧氣探頭 5實(shí)時(shí)監(jiān)測沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)內(nèi)氧氣的含量，使沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)內(nèi)氣相中氧氣體積百分比含 量小于1.0%，若沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)中氧氣體積百分比含量大于1.0%，第一氧氣報(bào)警器6發(fā) 出報(bào)警，數(shù)據(jù)采集分析調(diào)控裝置8將進(jìn)一步控制空氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥2和沼氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào) 節(jié)閥3調(diào)整甲烷和空氣的進(jìn)氣流量及比例，使沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)氣相中氧氣體積百分比含量 小于1. 0%，第一氧氣報(bào)警器6停止報(bào)警；通過硫化氫探頭10測定沼氣排放區(qū)氣體含量檢 測系統(tǒng)中的硫化氫含量，設(shè)定檢測到的硫化氫含量大于20mg/m3，硫化氫報(bào)警器9發(fā)出報(bào)警， 通過數(shù)據(jù)采集分析調(diào)控裝置8使沼氣外排自動(dòng)調(diào)節(jié)閥12處于關(guān)閉狀態(tài)，并調(diào)控沼氣脫硫反 應(yīng)區(qū)內(nèi)沼氣的進(jìn)氣量，直至沼氣排放區(qū)所測硫化氫含量小于20mg/m3，硫化氫報(bào)警器9停止 報(bào)警；通過第二氧氣探頭11測定沼氣排放區(qū)氣體含量檢測系統(tǒng)中的氧氣含量，設(shè)定檢測到
5的氧氣含量大于1.0%，第二氧氣報(bào)警器13發(fā)出報(bào)警，通過數(shù)據(jù)采集分析調(diào)控裝置8使沼氣 外排自動(dòng)調(diào)節(jié)閥12處于關(guān)閉狀態(tài)，并調(diào)控沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)內(nèi)空氣的進(jìn)氣量，直至沼氣排放 區(qū)所測氧氣含量小于1. 0%，第二氧氣報(bào)警器13停止報(bào)警，當(dāng)硫化氫報(bào)警器9和第二氧氣報(bào) 警器13都未發(fā)出報(bào)警時(shí)，數(shù)據(jù)采集分析調(diào)控裝置8控制沼氣外排自動(dòng)調(diào)節(jié)閥12處于打開 狀態(tài)，沼氣得以外排。
權(quán)利要求1.一種基于甲烷、硫化氫和氧氣含量檢測的沼氣脫硫自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于包 括沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)氣體含量控制系統(tǒng)和沼氣排放區(qū)氣體含量檢測系統(tǒng)，沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)氣 體含量控制系統(tǒng)包括空氣氣體流量計(jì)(1)、空氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥(2)、沼氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥 (3)、沼氣氣體流量計(jì)(4)、第一氧氣探頭(5)、第一氧氣報(bào)警器(6)、溶解氧探頭(7)和數(shù)據(jù) 采集分析調(diào)控裝置(8)，空氣氣體流量計(jì)(1)經(jīng)空氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥(2)與沼氣脫硫反應(yīng)區(qū) 相連，沼氣氣體流量計(jì)(4)經(jīng)沼氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥(3)與沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)相連，沼氣脫硫反 應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)有第一氧氣探頭(5)和溶解氧探頭(7)，第一氧氣報(bào)警器(6) —端與第一氧氣探 頭(5)相連，沼氣排放區(qū)氣體含量檢測系統(tǒng)包括硫化氫報(bào)警器(9)、硫化氫探頭(10)、第二 氧氣探頭(11)、沼氣外排自動(dòng)調(diào)節(jié)閥(12)和第二氧氣報(bào)警器(13)，沼氣排放區(qū)內(nèi)設(shè)有硫化 氫探頭(10)、第二氧氣探頭(11)，硫化氫報(bào)警器(9) 一端與硫化氫探頭(10)相連，第二氧 氣報(bào)警器(13) —端與第二氧氣探頭(11)相連，沼氣外排自動(dòng)調(diào)節(jié)閥(12) —端與沼氣排放 區(qū)相連，沼氣排放區(qū)與沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)相連，數(shù)據(jù)采集分析調(diào)控裝置(8)分別與第一氧氣 報(bào)警器(6)另一端、硫化氫報(bào)警器(9)另一端、第二氧氣報(bào)警器(13)另一端、空氣進(jìn)氣自動(dòng) 調(diào)節(jié)閥(2)、沼氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥(3)、溶解氧探頭(7)和沼氣外排自動(dòng)調(diào)節(jié)閥(12)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于甲烷、硫化氫和氧氣含量檢測的沼氣脫硫自動(dòng)化控 制系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集分析調(diào)控裝置的內(nèi)部模連接關(guān)系為主控處理器分別 與模擬量輸入模塊、開關(guān)量輸入調(diào)理模塊、傳感器無限通訊模塊、電源電路、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控 制模塊、數(shù)字量輸出模塊和數(shù)字量輸入模塊相連接，傳感器無限通訊模塊與傳感器供電接 口、電源電路和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制模塊相連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于甲烷、硫化氫和氧氣含量檢測的沼氣脫硫自動(dòng)化控制系統(tǒng)。它包括沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)氣體含量控制系統(tǒng)和沼氣排放區(qū)氣體含量檢測系統(tǒng)。沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)氣體含量控制系統(tǒng)設(shè)有空氣進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥、甲烷進(jìn)氣自動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣體流量計(jì)、溶解氧探頭、氧氣探頭、氧氣報(bào)警器和數(shù)據(jù)采集分析調(diào)控裝置；沼氣排放區(qū)氣體含量檢測系統(tǒng)設(shè)有硫化氫探頭、氧氣探頭、硫化氫報(bào)警器、氧氣報(bào)警器和沼氣外排自動(dòng)調(diào)節(jié)閥。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)①通過對(duì)沼氣脫硫反應(yīng)區(qū)氣體含量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)高效、安全的沼氣脫硫；②通過對(duì)沼氣排放區(qū)氣體氣含量進(jìn)行在線監(jiān)測，進(jìn)一步保障凈化后沼氣可安全使用；③通過自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)沼氣脫硫連續(xù)運(yùn)行，可回收硫單質(zhì)。
文檔編號(hào)C10L3/10GK201788380SQ20102029557
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者葉天強(qiáng), 沈李東, 胡寶蘭, 蔡琛, 鄭平, 陸慧峰, 陳小光 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)