قد يكون كل من الغاز الحيوي والغاز التخليقي غازات قابلة للاحتراق، لكن تركيبهما ومصادرهما وملوثاتهما وأهداف مراقبتهما تختلف. لذا، يبدأ اختيار جهاز التحليل المناسب بنوع الغاز نفسه، وليس باسم الجهاز.
A محلل الغاز الحيوي يقيس عادةً CH₄ و CO₂ و H₂S، وأحيانًا O₂، بينما أ محلل الغاز الاصطناعي يقيس عادةً أول أكسيد الكربون، والهيدروجين، وثاني أكسيد الكربون، والميثان، والأكسجين. يعتمد التكوين الصحيح على تركيبة الغاز، وظروف العملية، ونطاق القياس، والتطبيق.
يُصبح هذا الاختلاف بالغ الأهمية عندما يُحدد المهندسون جهاز تحليل غازات يعمل عبر الإنترنت. فقد لا تُوفر وحدة مُصممة لقياس الميثان وثاني أكسيد الكربون قياسات الهيدروجين أو أول أكسيد الكربون اللازمة للغاز التخليقي. وبالمثل، قد يحتاج جهاز تحليل الغاز التخليقي إلى تكوين مختلف عندما يُصبح كبريتيد الهيدروجين أو التكثيف أو تحسين الغاز الحيوي هو الشاغل الرئيسي.
ما الذي يُستخدم جهاز تحليل الغاز الحيوي لقياسه؟
يقوم جهاز تحليل الغاز الحيوي بقياس تركيبة الغاز الناتج عن عمليات مثل الهضم اللاهوائي، واستعادة غاز مدافن النفايات، وتحسين الغاز الحيوي بشكل مستمر.
بحسب وكالة حماية البيئة الأمريكية، يحتوي الغاز الحيوي الناتج عن الهضم اللاهوائي عادةً على 50-75% من الميثان، بالإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون، وكبريتيد الهيدروجين، وبخار الماء، وآثار غازات أخرى. ويختلف تركيبه الدقيق باختلاف المواد الأولية وظروف العملية. ولهذا السبب، يركز نظام مراقبة الغاز الحيوي النموذجي على عدة معايير رئيسية:
| غاز | لماذا يتم قياسه؟ |
|---|---|
| تشو | يشير إلى تركيز الميثان ومحتوى الطاقة |
| ثاني أكسيد الكربون | يساعد في تقييم جودة الغاز وتحسين الأداء |
| H₂S | يدعم مكافحة التآكل وحماية المعدات ومراقبة السلامة |
| أوه | يساعد في تحديد تسرب الهواء عند الحاجة |
| ح | يعتمد على التطبيق وليس دائمًا معيارًا أساسيًا للغاز الحيوي |
| H₂O | مهم لأخذ العينات وتصميم معالجة الغاز |
يختلف هدف القياس باختلاف التطبيق. فعلى سبيل المثال، قد يحتاج الهاضم اللاهوائي إلى مراقبة مستمرة لغازي الميثان وثاني أكسيد الكربون لتتبع إنتاج الغاز. بينما قد يركز نظام تحسين الغاز الحيوي بشكل أكبر على إزالة ثاني أكسيد الكربون وجودة الميثان الحيوي النهائي. لذا، فإن مصطلح "محلل الغاز الحيوي" يصف تطبيقًا، وليس تكوينًا ثابتًا للمحلل.
تغطي المواصفة القياسية ISO 20675:2018 إنتاج الغاز الحيوي ومعالجته وتحسينه واستخدامه، وستظل سارية المفعول بعد مراجعتها في عام 2025. كما أنها تعترف بتطبيقات تشمل معالجة مياه الصرف الصحي، ومحطات معالجة النفايات، ومواقع دفن النفايات، ومرافق الأغذية والمشروبات. هذا النطاق الواسع للتطبيقات يفسر سبب ضرورة تحديد المهندسين لتركيب الغاز قبل اختيار جهاز التحليل.
ما الذي يُستخدم جهاز تحليل الغاز التخليقي لقياسه؟
يقيس محلل الغاز التخليقي تركيبة الغاز التخليقي الناتج عن عمليات مثل تغويز الفحم، وتغويز الكتلة الحيوية، وإعادة التشكيل، وعمليات التحويل الكيميائي الحراري الأخرى.
يختلف التركيب الكيميائي للغاز التخليقي عن الغاز الحيوي الخام. وتصف وزارة الطاقة الأمريكية الغاز التخليقي الناتج عن عملية التغويز بأنه خليط يحتوي بشكل أساسي على الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون، مع كميات أقل من غازات أخرى مثل الميثان.
وبالتالي، غالبًا ما يحتاج محلل الغاز التخليقي إلى قياس: أول أكسيد الكربون، والهيدروجين، وثاني أكسيد الكربون، والميثان، والأكسجين. بالإضافة إلى هيدروكربونات أخرى عند الحاجة. والسبب واضح: توفر هذه الغازات معلومات حول عملية التغويز أو الإصلاح نفسها. على سبيل المثال، يُعدّ كل من أول أكسيد الكربون والهيدروجين عنصرين أساسيين في تركيب الغاز التخليقي. ويمكن أن يوفر الميثان معلومات مفيدة حول أداء التغويز أو الإصلاح، بينما يساعد ثاني أكسيد الكربون المهندسين على فهم تحويل الكربون وظروف العملية اللاحقة. وهذا ما يجعل تحليل الغاز التخليقي أكثر من مجرد قياس بسيط لغاز الوقود.
لماذا تختلف تطبيقات التحليل بين الغاز الحيوي والغاز التخليقي؟
يكمن الاختلاف الرئيسي في كيفية إنتاج الغاز والمعلومات التي يحتاجها المصنع منه. عادةً ما ينتج الغاز الحيوي عن التحلل البيولوجي، بينما ينتج الغاز التخليقي عادةً عن التحويل الكيميائي الحراري. هذا الاختلاف يُغير تركيبة الغاز، وبالتالي يُغير تكوين جهاز التحليل.
الغاز الحيوي
مواد أولية عضوية ← هضم لاهوائي ← غاز حيوي ← ميثان + ثاني أكسيد الكربون + كبريتيد الهيدروجين + ماء
لذلك يركز جهاز التحليل على جودة الغاز، وتركيز الميثان، والملوثات، وأداء العملية.
الغاز المتزايد
الفحم/الكتلة الحيوية/مواد أولية أخرى ← التغويز أو إعادة التشكيل ← الغاز التخليقي ← أول أكسيد الكربون + الهيدروجين + ثاني أكسيد الكربون + الميثان + غازات أخرى
هنا، غالباً ما يحتاج المحلل إلى تحديد خصائص خليط الغاز القابل للاحتراق ودعم التحكم في العملية.
النقطة المهمة هي أن كلا الغازين لا يمتلك تركيبة ثابتة. فالمواد الأولية، وتصميم المفاعل، ودرجة حرارة التشغيل، والضغط، وإمدادات الهواء أو الأكسجين، وإضافة البخار، والمعالجة اللاحقة، كلها عوامل تؤثر على تركيزات الغاز المقاسة. لذا، ينبغي على المهندسين اختيار جهاز تحليل الغاز بناءً على التركيبة الفعلية للغاز وظروف العملية.
قد يكون جهاز تحليل الغازات المتعددة قادراً تقنياً على قياس الغازات من كلا التطبيقين. ومع ذلك، قد يلزم تغيير نطاقات القياس، واختيار الكاشف، ونظام أخذ العينات، ومعالجة الغاز.
ما الفرق بين محلل الغاز الحيوي ومحلل الغاز التخليقي من الناحية العملية؟
أسهل طريقة لفهم الفرق هي النظر إلى مهمة القياس بدلاً من اسم المنتج.
| عامل الاختيار | محلل الغاز الحيوي | محلل سينغاس |
|---|---|---|
| العملية الرئيسية | الهضم اللاهوائي / استخلاص الغاز الحيوي | التغويز / إعادة التشكيل |
| الغازات الرئيسية | CH₄، CO₂ | CO، H₂، CO₂، CH₄ |
| أهمية كبريتيد الهيدروجين | عالية في كثير من الأحيان | يعتمد على العملية |
| أهمية الهيدروجين | يعتمد ذلك عادةً على التطبيق | عالية في كثير من الأحيان |
| رطوبة | مهم | مهم |
| غبار | يعتمد على التطبيق | غالباً ما يكون مهماً في الغاز التخليقي الخام |
| قطران | عادة ما تكون أقل هيمنة | يمكن أن تكون ذات أهمية |
| التكنولوجيا النموذجية | مستشعرات الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة + مستشعرات خاصة بالتطبيقات | NDIR + TCD + استشعار الأكسجين |
| الغرض الرئيسى | مراقبة جودة الغاز والعمليات | مراقبة تكوين الغاز التخليقي والعملية |
| تصميم أخذ العينات | إدارة الرطوبة/كبريتيد الهيدروجين | إدارة الغبار/القطران/الرطوبة |
لا يعني الجدول أن كل مصنع يتبع النمط نفسه تماماً، بل يوفر نقطة انطلاق لاختيار بنية المحلل.
كيف يقوم نظام ESEGAS بتهيئة أجهزة تحليل الغاز لتطبيقات الغاز التخليقي والغاز الحيوي؟
يقوم برنامج ESEGAS بالتهيئة محللات الغاز وفقًا لتركيب الغاز ونطاق القياس وظروف التشغيل لكل تطبيق. وبدلًا من استخدام تكوين مستشعر ثابت واحد، يجمع نظام ESEGAS بين تقنيات استشعار مختلفة لتتوافق مع خصائص الغاز الحيوي والغاز التخليقي.
كيف يقوم برنامج ESEGAS بتهيئة محلل الغاز الحيوي؟
لرصد الغاز الحيوي، يجمع نظام ESEGAS بين استشعار الليزر CH₄-TDLAS، واستشعار الأشعة تحت الحمراء CO₂-NDIR، والكشف الكهروكيميائي عن H₂S و O₂، مدعومًا بمعالجة الإشارات الرقمية لقياس الغازات المتعددة بشكل مستقر.
تتضمن التكوينات النموذجية ما يلي:
CH₄: 0–100% حجمًا
ثاني أكسيد الكربون: 0-50% حجمًا
H₂S: 0–5000 جزء في المليون
الأكسجين: 0-25% حجمًا
N₂: 0–100% حجم، محسوب
يُعد هذا التكوين مناسبًا لرصد المكونات الرئيسية للغاز الحيوي والملوثات. يشير كل من الميثان وثاني أكسيد الكربون إلى تركيب الغاز، بينما يساعد كبريتيد الهيدروجين في رصد الملوثات المسببة للتآكل، ويمكن أن يشير الأكسجين إلى تسرب الهواء.
كيف يقوم برنامج ESEGAS بتهيئة محلل الغاز التخليقي؟
يحتوي الغاز التخليقي عادةً على نطاق أوسع من الغازات القابلة للاحتراق، لذلك يجمع نظام ESEGAS بين تقنيات كشف متعددة:
CH₄: مستشعر ليزر TDLAS
CO₂ / CO: مستشعر الأشعة تحت الحمراء NDIR
الهيدروجين: مستشعر TCD قائم على تقنية MEMS
الأكسجين: مستشعر كهروكيميائي
يتضمن تكوين القياس النموذجي ما يلي:
CH₄: 0–60%
ثاني أكسيد الكربون: 0-30%
أول أكسيد الكربون: 0-60%
الهيدروجين: 0-100%
يسمح هذا التصميم متعدد التقنيات لجهاز التحليل بقياس المكونات الرئيسية للغاز التخليقي مع مطابقة كل غاز بمبدأ الكشف المناسب.
يختلف تركيب الغاز الحيوي عن تركيب الغاز التخليقي، لذا لا ينبغي اعتبار تكوينات أجهزة التحليل الخاصة بهما قابلة للتبادل. تختار ESEGAS تقنية الاستشعار ونطاق القياس وفقًا للغازات المستهدفة ومتطلبات العملية الفعلية. نطاقات القياس المذكورة أعلاه هي للإشارة فقط. يمكن لـ ESEGAS تخصيص نطاقات القياس وفقًا لمتطلبات التطبيق الفعلية للمستخدم.
خاتمة
يُلبي محلل الغاز الحيوي ومحلل الغاز التخليقي احتياجات قياس مختلفة نظرًا لاختلاف تركيبات الغازات وعملياتها. عادةً ما يركز رصد الغاز الحيوي على الميثان وثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين، بينما يتطلب رصد الغاز التخليقي غالبًا أول أكسيد الكربون والهيدروجين وثاني أكسيد الكربون والميثان والأكسجين. ويعتمد الحل الأمثل على التركيب الكامل للغاز وظروف أخذ العينات.
