一种热解气或气化气自动储存及检测系统和方法

1.本发明属于气体储存与检测技术领域，具体涉及一种热解气或气化气自动储存及检测系统和方法。


背景技术：

2.随着人类经济社会的快速发展，固体废弃物的产量和增量与日俱增，利用现代技术实现固体废弃物的高效能源转化是保护生态环境、减少对化石资源的长期依赖、应对气候变化和全球变暖的重要途径。高能量固体废物（如城市固体废物、工业废物、林业废物、农业废物）以及高能量固体废物（废橡胶、废轮胎和废塑料）的热能转化是固体废弃物规模化处理的快速途径。
3.固体废弃物热解技术是将固体废弃物在没有氧气或空气的情况下的热降解过程，产生各种气体成分、焦油和固体产物等。对于固体废弃物，热解能够释放出高能量密度的挥发性气体，可冷凝高分子量化合物和不可冷凝低分子量产品，即热解气，以及高能量密度的含碳固体产物等，其中热解成气除了直接用于热能生产外，还可用于合成燃料和高附加价值产品。固体废弃物气化技术可通过在中高温下对固体废弃物进行热分解，同时与适当的气化气氛（如氧气、空气、h2o或co2为高热含量的合成气（含有h2、co、 co2、ch4、c2h6和其它碳氢化合物的气体），气化技术是缓解不可再生化石燃料消耗的主要方法，同样，气化气可以直接用于产生热能、合成燃料和高附加价值产品。
4.一般情况下，热解或气化的时间与反应温度、物料有关，反应温度越高热解或气化完成所需要的时间越短，物料越容易热解（如生物质相比废轮胎更容易热解），需要的时间也越短。目前，热解气或气化气的检测主要有两种方式，一种是在线检测的方式，一种是储气后再检测。固体废弃物热解或气化过程的前几分钟产气量较大，对检测手段和标准要求较高。
5.热解气或气化气的在线检测时利用气相色谱能够实现高分辨率和检测精度，然而目前市面上检测快的色谱需要大概2.5分钟时间才能检测出c4以下的气体，往往不能满足热解气或气化气的产生速度；储气罐的数量根据物料不同、热解气或气化气的反应温度不同进行选择，物料越易热解或气化，选择储气罐越少；反应温度越高选择储气罐越少。利用储气袋或储气罐检测时可以储存多个样品之后再进行检测，然而采用手动储气的效率低，采集气体样品多的时候还会出现储气袋多易混淆的现象。目前针对热解气或气化气的特点，巧妙地构思发明出自动储存和自动检测系统及方法还未见报道。


技术实现要素：

6.针对现有热解气或气化气储存和检测的缺陷和不足以及需求，本发明提供一种热解气或气化气自动储存及自动检测系统和方法，其具有结构简单巧妙，储气罐的储气和放气方便快捷，能有效克服手动储气和放气效率低、使用储气袋的易漏气和易混淆、便携式检测器分析不精确等缺点，解决气相色谱检测时间相对于热解气或气化气的产生时间长的客
观矛盾，满足热解气或气化气的在线检测连续性和精准性，提高气体检测效率。进而提升有机固体废弃物的能源化和利用效率，加快保护环境和加速碳中和目标实现。
7.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种热解气或气化气自动储存及检测系统，其特征在于，包括若干平行排列的储气罐、与储气罐数量相应的电磁阀、抽气泵、气相色谱、排空处理装置、压力检测系统、plc控制系统；每个储气罐的进气端和出气端分别通过通气管道分别连接进口电磁阀和出口电磁阀；第一电磁阀通过通气管道连接抽气泵，抽气泵通过抽气管道连接热解气或气化气的气源；第二电磁阀通过通气管道连接冲刷气体（如氩气）的气源，第三电磁阀为三通电磁阀，可分别通过通气管道与每个储气罐的出气端连接的出口电磁阀、检测装置（如气相色谱）或排空处理装置相连接；通过第一电磁阀的热解气或气化气可通过通气管道与旁通管道的第四电磁阀以及与每个储气罐的进气端连接的进口电磁阀相连，旁通管道与所有储气罐并联，通过第二电磁阀的氩气可通过通气管道与旁通管道的第四电磁阀以及与每个储气罐的进气端连接的进口电磁阀相连；各储气罐分别通过压力传感线连接压力检测系统，压力检测系统通过信号传输线连接plc控制系统，plc控制系统通过电磁阀电线连接所有电磁阀。
8.优选的，储气罐的数量根据不同的反应温度和物料来确定，例如通常为3-5个储气罐；对于废塑料原料，则为5-7个储气罐；对于废轮胎原料，则为6-8个储气罐。
9.优选的，plc控制系统用于启动自动储气阶段、储气罐气体自动检测阶段和检测后续阶段，进行关键环节的顺序控制、定时控制、压力控制；电磁阀和plc控制系统均为防爆级别。
10.优选的，利用plc控制系统，启动自动储气阶段、储气罐气体自动检测阶段和检测后续阶段，进行关键环节的顺序控制、定时控制、压力控制。
11.优选的，所述自动储气阶段的关键环节包括储气罐置空环节、储气罐待用环节、储气罐储气环节。
12.优选的，所述储气罐置空环节操作如下，在上一个储气罐内气体分析完毕之前完成气体管路的冲刷任务，依次关闭氩气冲刷电磁阀，上一个储气罐的进口阀和出口阀，并调整三通阀至气相色谱方向。重复以上方法，直至所有储气罐内气体分析完毕。
13.所述储气罐待用环节：待确定储气罐被置空后，控制每个储气罐的进气端和出气端分别连接的进口电磁阀和出口电磁阀为关闭状态，之后控制旁通管道的第四电磁阀为开启状态、控制第三电磁阀转向至排空方向；所述储气罐储气环节：待热解气和气化气产生之前，第三电磁阀一直转向至排空处理装置；启动固体废弃物热解气或气化气系统，产生的气体后，通过抽气泵注入储气罐开始储气阶段，具体操作是：加大抽气泵的速度；等待抽气泵运行至热解气或气化气开始快速产生时(约30秒)，立刻关闭旁通管道的第四电磁阀，同时打开为首的第一个储气罐进气端的电磁阀和出气端的电磁阀，待压力检测系统显示预定值后（例如预设为1个大气压），关闭该电磁阀，同时打开后续紧接的下一个储气罐的进气端的电磁阀和出气端的电磁阀；等待抽气泵运行至热解气或气化气开始快速上升(约60秒)，立刻关闭该储气罐出气端的电磁阀，待压力检测系统为压力表显示预定值后（例如预设1个大气压），关闭该储气罐进气端的电磁阀，同时打开再后续紧接的下一个储气罐的进气端的电磁阀和出气端的电磁阀；等待抽气泵运行至热解气或气化气开始快速上升(约90秒)，立刻关闭该储气罐出气端的电磁
阀，待压力检测系统压力表显示预定值后（例如预设为1个大气压），关闭电磁阀该储气罐进气端的电磁阀，同时打开再后续紧接的储气罐的进气端的电磁阀和出气端的电磁阀；优选的，进行后续的热解气或气化气的在线检测，具体是在储气结束后，plc控制系统依据气相色谱检测时间，对储气罐进行逐个放气检测和管路冲刷，直至所有储气罐的气体被检测。
14.更具体的操作如下：（1）待热解气或气化气的在线检测结束后，利用plc控制系统依次关闭抽气泵和第一电磁阀，之后开启第二电磁阀，间隔交替开启第三电磁阀至排空处理装置和至气相色谱方向，利用氩气冲刷色谱30-90秒，优选60秒；（2）利用plc控制系统依次关闭第二电磁阀和第四电磁阀，保持第一电磁阀转向气相色谱，依次进行各个储气罐内气体的分析；（3）利用plc控制系统开启为首的第一个储气罐出气端的电磁阀，进行储气罐内气体分析，待储气罐内的气体进入气相色谱，开始检测并生成检测曲线时，调整第三电磁阀至排空处理装置，然后依次开为首的第一个储气罐的进气端的电磁阀、第二电磁阀，进行为首的储气罐的冲刷；完成冲刷任务须在该储气罐的气体气相色谱内分析完毕之前，依次关闭第二电磁阀、为首的第一个储气罐进气端的电磁阀和出气端的电磁阀，并调整第三电磁阀至气相色谱方向；之后，开启后续紧接的下一个储气罐进气端的电磁阀、出气端的电磁阀，进行该储气罐内气体分析，待该储气罐内的气体进入气相色谱，开始检测并生成检测曲线时，调整第三电磁阀至排空处理装置，依次开该储气罐的进气端的电磁阀、出气端的电磁阀和第二电磁阀，进行该储气罐的冲刷；完成冲刷任务须在该储气罐的气体分析完毕之前，依次关闭第二电磁阀、该储气罐进气端的电磁阀和出气端的电磁阀，并调整第三电磁阀至气相色谱方向；重复以上方法，直至所有储气罐的气体分析完毕。
15.优选的，冲刷气体管路的气体为氩气。
16.本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明热解气或气化气自动储存和自动检测系统与方法，结构简单、设计巧妙、储气罐的储气和放气方便快捷。相比手动储气和放气，本发明大大提高工作效率，避免失误，能有效克服手动储气和放气效率低、使用储气袋的易漏气和易混淆等缺点。相比气相色谱在线检测，解决热解气或气化气产气快，气体成分变化过程中需要检测，利用便携式检测器往往不能满足精度要求；气相色谱检测精度高，但检测时间过长，跟不产气速度的问题。本发明可解决气相色谱检测时间相对于热解气或气化气的产生时间长的客观矛盾，从而保证了热解气或气化气的在线检测连续性和精准性，提高气体检测效率。有利于提升有机固体废弃物的能源化和利用效率，加快保护环境和加速我国碳中和目标的实现。
附图说明
17.图1为本发明具体实施方式中热解气或气化气自动储存和检测系统的示意图。
18.第一至第五储气罐标号分别为1-1、1-2、1-3、1-4、1-5；控制热解气或气化气来源的第一电磁阀为2-0a，控制氩气来源的第二电磁阀为2-0b，控制至气相色谱为6和至排空处理装置7的三通电磁阀为第三电磁阀为2-0c，控制各储气罐进气端的电磁阀相应分别依次为2-1a、2-2a、2-3a、2-4a、2-5a，控制各储气罐出气端的电磁阀分别依次为2-1b、2-2b、2-3b、2-4b、2-5b；所有储气罐的旁通管道第四电磁阀为2-6；控制系统plc标号为3，压力检测系统为4，抽气泵为5，气相色谱为6，排空处理装置为7，氩气的气源为8，热解气或气化气的
气源为9，压力传感线为10，信号传输线为11，电磁阀电线为12，通气管道为13。
具体实施方式
19.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
20.实施例一、热解气或气化气自动储存和自动检测系统如图1所示，该热解气或气化气自动储存及检测系统包括若干个储气罐1、与各储气罐进气端和出气端连通的电磁阀2、plc控制系统3、压力检测系统4、抽气泵5、气相色谱6，电磁阀和plc控制系统为防爆级别。每个储气罐的进气端和出气端分别通过通气管道分别连接进口电磁阀和出口电磁阀，图中所示，为首的第一储气罐1-1通过通气管道分别连接相应的电磁阀2-1a和2-1b，紧接着的第二储气罐1-2通过通气管道分别连接相应的电磁阀2-2a和2-2b，后续的第三储气罐1-3通过通气管道分别连接相应的电磁阀2-3a和2-3b，第四储气罐1-4通过通气管道分别连接相应的电磁阀2-4a和2-4b，第五储气罐1-5通过通气管道分别连接相应的电磁阀2-5a和2-5b；第一电磁阀2-0a通过通气管道连接抽气泵5，抽气泵5通过抽气管道连接热解气或气化气的气源9；第二电磁阀2-0b通过通气管道连接氩气的气源8，第三电磁阀2-0c通过通气管道连接气相色谱6或排空处理装置7；通过电磁阀2-0a的热解气或气化气可以通过通气管道与旁通管道的第四电磁阀2-6相连，通过第二电磁阀2-0b的氩气可以通过通气管道与旁通管道的第四电磁阀2-6相连；其中旁通管道可分别与各储气罐的进口电磁阀和出口电磁阀连通。
21.第一至第五储气罐1-1、1-2、1-3、1-4、1-5分别通过压力传感线10连接压力检测系统4，压力检测系统4通过信号传输线11连接plc控制系统3，plc控制系统3通过电磁阀电线12连接所有电磁阀。
22.第一电磁阀通过通气管道连接抽气泵，抽气泵通过抽气管道连接热解气或气化气的气源；第二电磁阀通过通气管道连接氩气的气源，第三电磁阀为三通电磁阀，可分别通过通气管道与每个储气罐的出气端连接的出口电磁阀、气相色谱或排空处理装置相连接；通过第一电磁阀的热解气或气化气可通过通气管道与旁通管道的第四电磁阀以及与每个储气罐的进气端连接的进口电磁阀相连，旁通管道可分别与各储气罐的进口电磁阀和出口电磁阀连通；通过第二电磁阀的氩气可通过通气管道与旁通管道的第四电磁阀以及与每个储气罐的进气端连接的进口电磁阀相连；各储气罐分别通过压力传感线连接压力检测系统，压力检测系统通过信号传输线连接plc控制系统，气相色谱通过信号传输线连接plc控制系统，plc控制系统通过电磁阀电线连接所有电磁阀。
23.其中，根据不同的反应温度和物料，选择储气罐的数量。一般生物质原料：3-5个储气罐；废塑料原料：5-7个储气罐；废轮胎原料：6-8个储气罐。
24.利用plc控制系统3，根据设定好的储气罐压力（如1个大气压）和气相色谱检测6的气体成分检测时间（如2.5分钟），通过电磁阀控制储气罐的储气和放气、热解气或气化气及氩气的开启、关闭和流向，进而储气或检测。
25.实施例二、热解气或气化气自动储存和自动检测的方法利用实施例一的热解气或气化气自动储存和自动检测系统进行检测的方法描述
如下。该方法主要包括热解气或气化气自动储存阶段、储气罐气体自动检测阶段的两个阶段。
26.一、储气阶段的关键环节如下：（1）储气罐置空环节：通过plc控制系统3控制电磁阀2-0c至排空处理装置7方向，控制电磁阀2-0a为关闭状态、电磁阀2-0b为开启状态、所有储气罐的所有电磁阀为开启状态；通入一定流量的氩气，利用氩气冲刷所有储气罐约1分钟，之后关闭电磁阀2-0b；调整氩气流量满足气相色谱6的进气流量，同时控制电磁阀2-0c转向至气相色谱6，通过气相色谱6分析所有储气罐（1-1、1-2、1-3、1-4、1-5）是否被置空（色谱分析检测不到氩气）。
27.（2）储气罐待用环节：待确定储气罐（1-1、1-2、1-3、1-4、1-5）被置空后，控制电磁阀2-1a、2-2a、2-3a、2-4a、2-5a和 2-1b、2-2b、2-3b、2-4b、2-5b为关闭状态，之后控制旁通管道电磁阀2-6为开启状态、控制电磁阀2-0c转向至排空处理装置。
28.（3）储气罐储气环节：待热解气和气化气产生之前，电磁阀2-0c转向至排空处理装置7；立刻关闭旁通管道电磁阀2-6，同时打开电磁阀2-1a和2-1b；开始储气阶段，加大抽气泵5的速度至一定级别；等待抽气泵5运行至0.5分钟时，关闭电磁阀2-1b，待压力检测系统为4显示一定值后（1个大气压，大约需要10秒钟），关闭电磁阀2-1a，同时打开电磁阀2-2a和2-2b；等待抽气泵5运行至1分钟时，立刻关闭电磁阀2-2b，待压力检测系统为4压力表显示一定值后（1个大气压，大约需要10秒钟），关闭电磁阀2-2a，同时打开电磁阀2-3a和电磁阀2-3b；等待抽气泵5运行至1.5分钟时，立刻关闭电磁阀2-3b，待压力检测系统为4压力表显示一定值后（1个大气压，大约需要10秒钟），关闭电磁阀2-3a，同时打开电磁阀2-4a和电磁阀2-4b。重复以上方法，直至关闭电磁阀2-5b，同时打开电磁阀2-6。之后降低抽气泵的抽气速度为一定级别，电磁阀2-0c转向至气相色谱6，进行热解气或气化气的在线检测（此时关键产气环节已经结束）。
29.二、储气罐气体检测阶段的关键环节如下：（1）待热解气或气化气的在线检测结束后（在线检测时间段：储气罐储气结束至设定的在线检测结束），利用plc控制系统3，依次关闭抽气泵3和电磁阀2-0a，之后开启电磁阀2-0b，间隔交替开启电磁阀2-0c至气相色谱6方向和排空处理装置7方向，利用氩气冲刷气相色谱及通向气相色谱的通气管道1分钟左右。
30.（2）利用plc控制系统3，依次关闭电磁阀2-0b和电磁阀2-6，保持电磁阀2-0c转向至气相色谱6方向，依次进行储气罐1-1、1-2、1-3、1-4、1-5内气体的分析。
31.（3）利用plc控制系统3，开启储气罐1-1的电磁阀2-1b，进行储气罐1-1内气体分析，待储气罐1-1内的气体进入气相色谱6，开始检测并生成检测曲线时，调整电磁阀2-0c至排空处理装置7，依次开储气罐1-1的电磁阀2-0b和电磁阀2-6，进行储气罐1-1的冲刷；完成冲刷任务须在储气罐1-1的气体气相色谱6内分析完毕之前，依次关闭电磁阀2-0b、储气罐1-1的电磁阀1-1a和1-1b，并调整电磁阀2-0c至气相色谱6方向。之后，开启储气罐1-2的电磁阀2-2b，进行储气罐1-2内气体分析，待储气罐1-2内的气体进入气相色谱6，开始检测并生成检测曲线时，调整电磁阀2-6至排空处理装置7，依次开储气罐1-2的电磁阀2-2a和电磁阀2-0b，进行储气罐1-2的冲刷；完成冲刷任务须在储气罐1-2的气体分析完毕之前，依次关闭电磁阀2-0b、储气罐1-2的电磁阀2-2a和2-2b，并调整电磁阀2-0c至气相色谱6方向。重复以上方法，直至所有储气罐的气体分析完毕。