案例分享 | 沼气发酵产气分析评价，为绿色资源再生保驾护航
作为全球最大的能源消费国，中国经济发展高度依赖化石能源。2018年中国能源消费总量达46.4亿吨标准煤，其中煤炭占比59%。据有关报道分析显示，2020年可用于生物质能源利用的城市有机废弃物、农业有机废弃物和工业有机废弃物资源量分别约为3.6亿吨、42.7亿吨、65.4亿吨。假如将以上有机废弃物全部用于生物燃气工程，可实现9.6亿吨二氧化碳当量的温室气体减排潜力，然而，目前仅有约10%的有机废弃物用于生物燃气工程。
然而，在双碳政策大背景下，中国面临着巨大的减排压力。因此，不断调整能源结构、持续降低能源利用排放，建立以新能源和可再生能源为主体的可持续能源发展体系，是未来中国能源发展的重要方向，这就势必离不开生物燃气工程，及沼气发酵产气的进一步推广与发展。
中国沼气发展规模位居世界前列。沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵，是指有机物质（如人畜家禽粪便、秸秆、杂草等）在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等可燃性混合气体的过程。据农业农村部不完全统计，截止到2020年底，全国累计农村户用沼气保有量3380万户，以农业有机废弃物为原料的各类中小型沼气工程和大型及超大型沼气工程分别为9.49万处和7737处，总装机容量达341.5MW，其中包括64处规模化生物天然气示范工程，生物燃气工程是实现中国“双碳”目标和应对全球气候变化的重要举措。
——数据引用自龚维政等《“双碳”愿景下生物燃气工程的环境影响评价》
正因沼气发酵的原料来源广泛、种类繁多、成分复杂，且发酵条件多变复杂，尤其是沼气的有效成分、安全性、性能等问题导致产品质量控制难，是制约沼气发酵产业快速发展及阻碍成品沼气并入天然气管网从而实现更大程度利用的关键因素。针对此类问题，微谱积累了大量相关分析案例和技术经验，推出了准确可靠的多仪器联合成分分析方案，辅助客户解决例如安全性评价、性能评价、价值评价等问题。
案例一
安全性评价问题-硫化物筛查
项目背景：发酵气生产企业经常发生设备管路腐蚀问题，严重影响正常生产进程、产生高昂的设备维修成本。
项目需求：对发酵气产品进行成分分析，关注腐蚀性组分，推测腐蚀产生根源。
项目实施：通过HS-GCMS、GC-FID、TDS-GCMS、GC-TCD、GC-FPD等进行成分分析，硫化物筛查，酸性气体筛查。
分析结果：
重点物质筛查：
1、SHIMADZU QP2010 Ultra顶空-气相色谱质谱联用仪进行测试，分析样品的成分分析，发现有硫化氢、二氧化碳。
2、SHIMADZU GC-2030气相色谱热导检测器进行测试，分析样品的成分分析，同样发现有硫化氢、二氧化碳。综合其他测试项目完成样品组分定性定量分析，计算得到各组分比例。
结果简述：
根据组分分析结果可知，样品主要是甲烷和二氧化碳等组分，存在少量硫化氢以及三氧化硫、氯化氢等酸性气体。酸性气体可能在一定条件下与金属管道发生反应造成管道腐蚀，可能是由于投料中存在硫酸盐等盐类物质，在硫酸还原菌等菌群的作用下释放出的。
案例二
沼气发酵工艺的性能评价问题-品控
项目背景：沼气发酵工艺研发企业开展新工艺研发，需要对工艺效果、工艺变量以及产品质量进行监控。
项目需求：对不同工艺下的发酵气产品进行成分分析，关注主量成分含量变化。
项目实施：通过HS-GCMS、GC-FID、TDS-GCMS、GC-TCD等进行成分分析，微量组分筛查，对比分析。
分析结果：
重点物质筛查：
1、SHIMADZU QP2010 Ultra顶空-气相色谱质谱联用仪进行测试，分析样品的成分分析，发现有多种有机物。
2、SHIMADZU 2010 plus气相色谱火焰离子化检测器进行测试，分析样品的成分分析，同样发现有多种有机物。
综合其他测试项目完成样品组分定性定量分析，计算得到各组分比例。
结果简述：
根据组分分析结果及对比分析结果可知，三种工艺产出的产品气在组分构成上差异较小，在组分含量上存在少量差异，比如主量组分中氮气、一氧化碳和乙烷含量差异较为明显，其他组分则含量差异较小。
案例三
沼气发酵气产品的价值评价问题-发热量
项目背景：电力企业使用沼气发酵气发电，使用过程中发现产能与预期不符，需要对问题进行研究溯源。
项目需求：对沼气发酵气进行成分分析与发热量评价。
项目实施：通过HS-GCMS、GC-FID、TDS-GCMS、GC-TCD等进行成分分析，并结合理化测试结果发热量计算。
分析结果：
重点物质筛查：
1、SHIMADZU GC-2030气相色谱热导检测器进行测试，分析样品的成分分析，发现有二氧化碳、氧气等物质。
2、SHIMADZU 2010 plus气相色谱火焰离子化检测器进行测试，分析样品的成分分析，发现有多种有机物。
综合其他测试项目完成样品组分定性定量分析，计算得到各组分比例及对应热值。
结果简述：
根据组分分析结果及发热量计算结果可知，样品主要是甲烷气，但存在少量不燃气体和水分等杂质，影响了整体样品发热量，样品发热量与纯甲烷气相比偏低。
沼气发酵气分析产品的价值：
01
解决沼气发酵气的成分分析问题
沼气发酵气成分过于繁杂导致市面上缺少通行的标准化检测方法。通过微谱多年积累的多仪器联合气体成分分析方案，能够实现从主量组分到微量组分的筛查扫描，了解发酵气组分构成，为实际应用提供重要依据。
02
解决沼气发酵气的安全性评价问题-危险物筛查
沼气发酵气生产原料成分复杂，导致时常可能产生硫化物、小分子氨等副产物，引起设备腐蚀、人员中毒等安全问题。通过沼气发酵气成分分析可筛查样品中硫化物与氨类物质的组成与含量，进而结合现场工况协助判进行安全性评价，规避安全风险。
03
解决沼气发酵工艺的性能评价问题-品控
微生物厌氧发酵过程复杂，投料、菌群等不确定因素导致难以实现过程控制，产品质量波动大。通过多组控制变量对比分析，紧抓产品气组分变化规律，能够极大助力生产工艺性能评价与优化，推动实现产品质量可控。
04
解决沼气发酵气产品的价值评价问题-发热量
沼气发酵气产品来源广泛，不同原料、工艺下的产品差异较大，缺乏系统化规范化的产品质量评价、价值评估方法。通过组分分析结果对产品发热量——产品燃烧产能的核心指标——进行计算，从而直观展现产品客观价值，促进产品销售。
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