【专稿】以乳业废料为原料制取的生物甲烷引入现有燃气管网
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编者按：这是美国天然气技术研究院（GTI）关于生物质气引入燃气管网的研究报告之一（报告有3个）。由文习之（就职于港华燃气）、周斌葛（就职于苏州热工研究院田湾核电设备管理处保温QC）、韦逸茗（就职于深圳燃气）等协作完成。文章极具前瞻性和参考价值，推荐收藏！
北美地区关于奶牛场废弃物制取的生物甲烷并入现有天然气管网的指引文件
（GTI项目编号20614）
– 分项3
天然气技术研究所（GTI）编制了一个指导性文件（分项3），构成本项目一部分：符合管道质量标准的生物甲烷——北美地区以奶牛场废弃物制取的生物甲烷并入现有天然气管网的指引文件。本文件并非规范性文件，它旨在提供一个框架，便于有效探讨关于生物甲烷的质量。它提供了将可再生天然气（RNG）——乳业生物甲烷引入北美天然气管网的相关参考及其引进建议。这份指导文件整合了部分总体项目里分项1和分项2中包含的信息和数据。分项3报告文件旨在促进生物甲烷供应商与天然气公司之间的有效沟通。
分项1报告文件涵盖了具有代表性的生物甲烷生产工艺；分项2报告文件汇总了采样和分析测试项目结果；分项3即所谓的“指引文件”，包括将生物甲烷引入管道时可能要考虑的成分和参数事宜。
尽管具体的不同品质燃气的收费情况有所不同，但对气质总归有诸多基本的质量要求。指引涵盖了生物甲烷基本的质量衡量标准、特定参数条件下管道费用的变化、特定分析测试；此外，验证测试计划和气体质量监测计划也在此呈现。通过GTI对这一具体项目的努力和基于对生物甲烷样本（两个来源）进行评估的标准，得出可以践行以乳品废物为基础的、在允许差异范围内将高品质生物甲烷并入天然气供应的结论。
沼气的净化/过滤要根据农场沼气池的具体情况进行调整。被注入到天然气管道网络的生物甲烷、被消化的生物质原料是有具体要求的。生物甲烷在何种程度上进行处理将因公司而异。为了拟定合适的生物甲烷供应合同，须额外考虑天然气公司所面临的税费要求。
目的和范围
本项目“符合管道质量标准的生物甲烷：北美地区关于奶牛场废弃物制取的生物甲烷并入现有天然气管网”中分项3指导性文件旨在建立一个共同体系引进可再生天然气、生物甲烷到现有的天然气管网。该做法在北美天然气行业内是相对较新的，因此了解引入气体的质量及其对管网质量的潜在影响很有必要。
这份文件并非生物甲烷的“净化标准”明细。然而，它可以作为本行业基本的生物甲烷质量/特点和测量技术的参考文件，可以应用于各类合同和价格条款。本文档介绍了生物甲烷（清洁的沼气）的分析参数，这对于确定北美天然气价格范围非常重要。
本文件的旨在建立所有利益相关方之间的共识：天然气企业、农民、厌氧消化技术供应商和沼气清理技术供应商。
指导文件由如下部分组成：每个参数的概述、参数的范围（考虑合同要求及针对性的分析测试）。本文件还为生物甲烷的质量检验/测试计划提供了一个范例项目。测试目的在于提供一个测试模型，以此来判断气体质量是否理想。这样的测试有助于确保燃气公司的产品符合引入管网的要求。
验证测试项目是基于爱达荷州一个有销路的生物甲烷生产商（Intrepid Technology andResources, Inc.）和一家天然气公司（Intermountain Gas）共营的成功方案。验证测试项目可以根据测试生物质质量随时间的变化结果、设备清洁、季节变换等因素进行修改或扩展，以满足特定情况。引入如生物甲烷等可再生天然气至管网事宜，往往还取决于多种具体气体质量以外的因素。因此，各方之间的有效对话显得尤为重要。
本文档中引用的参考文献源于美国天然气协会（AGA）报告的第4A条——天然气合同的计量和质量条例（草案更新，2009年）、AGA报告中的规定（见www.ferc.gov）。这份文件关注点是气体相关参数，尤其是从乳品废物厌氧消化产生的生物甲烷。在某些情况下，潜在的生物甲烷成分未纳入分析标准（即农药、医药等）。因此，对该生物甲烷作独立的成分评估是有必要的。考虑到制造商的水平，会适当引用美国的NIOSH和OSHA标准。
尽管这份指导性文件一直致力于乳制品废料业务，但它也可适用于其他农事业务（猪、鸡养殖等）。本文件对净化技术的具体方法或设计不做点评或者认可，气体本身质量才是重点。本报告中出现的价格和数值并不意在取代已有的合同或者关税值。在此强烈建议具体公司在将任何适用性气体引入现有管道网络的同时要考虑气体质量关税和其他参数。天然气公司和接入点在引进生物甲烷时的条件可能有所不同。这里提到的关税范围可能并不代表实际的特定市场区域的物资供应情况。我们强烈建议读者用恰当的关税信息、考虑在一个特定的市场环境的情形下看待这一供应情况。
指导文件背景
本指导文件汇集了输配企业和地方燃气企业评估生物甲烷纳入到天然气管网可行性的大量工作成果。研究的目的是了解沼气和生物甲烷的生产，根据指导文件中的气体质量所规定的具体要求进行测试并评估样本。GTI已经执行了九个月、共计三项分项的工程。冠名为“管道质量生物甲烷：将乳业废料引入现有燃气管网的北美指导文件”。该项目报告包括以下内容：
分项1报告（标题：技术调查、评估和分析）
详细检索了（国际和国内的）一些可用的信息，充实了与沼气生产、沼气净化为管道质量生物甲烷方面的现有信息知识库。虽然这一分项的焦点是源于乳制品的沼气/生物甲烷，但仍然较为容易地完成了信息收集。分项1范畴内未进行实验室测试。
分项2最终报告（标题：实验室测试和分析）
对超过40个样本的包括原沼气（非清洁后的燃气）、部分清洁的沼气（仅清除一到两种成分）、生物甲烷（完全清洁的沼气）收集、准备和分析评估工作。
为此，两个天然气样本和一个环境空气样本均被收集。每个样品的分析测试和评价都遵循既定协议进行，在本指导文件中有详细参数。沼气评估没有纳入任何毒性测试。生物甲烷样本测试值与AGA报告4A (2001) 中提及的成分要求值范围、其他天然气公司所得的分析值范围进行了比较。值得注意的是，两家生物甲烷供应商提供的合同文本是不同的。因此，这两种生物甲烷来源的分析要求是不同的。这项研究的结果和其他参考文献可作为“推荐生物甲烷范围”的具体生物甲烷参数有关结论的依据。样本测试详情请参阅分项二。
分项3指导文件（标题：乳业废物衍生生物甲烷说明性指导文件）
分项三指导文件包括：1）参数概述；2）生物甲烷范围指引；3）参数的样本分析。这份指导文件还提供了一个样本验证测试程序/测试时间表术语和定义列表。
通过GTI对此项目的努力，它总结并表明了现有关税条件下以乳业废品为基础的高质量生物甲烷有望引入到天然气管网。沼气是否需要被调节、清洁和/过滤取决于农场沼气池的具体情况和管道的具体要求。管网要求受各种因素影响、因地而异。
指导文件目标
本指导文件的目的是为成功将乳业废品整合到现有管网输送和分配系统而提供框架和方法。这份文件可以作为评估生物甲烷其他来源（垃圾填埋气、污水处理等等）的一个模板，尽管它们的各异的特征可能会、也可能不会在本文件中体现。本指导文件重点对乳业废料生物质方面的内容进行了描述。根据其他来源的沼气特性，由此产生的生物甲烷可能含有多种有机和无机化合物，以及其他成分。指导文件中相关内容还可用于其他生物质转换试验。
这份文件可以作为生物甲烷供应商产品技术方面的参考。天然气公司可以将此文件用于与供应商签订合同。本指导文件的目的不是取代具体的天然气输送和分销公司的关税。通过本文件的推介和考虑，可以确保让天然气输配公司可以被接入高品质、符合公司标准的生物甲烷产品。这类可再生天然气整合到现有天然气的供应系统就能得以实现。
引入生物甲烷到天然气管网的注意事项
互换性的定义为：在不使引起操作安全、效率、效用及对空气污染的巨大改变的条件下，在燃烧装置上由一种气体燃料置换为另一种气体燃料的能力。替代或补充现有气体燃料供应的能力取决于在一些列交换性评估法则下“交换”后的燃烧效果，这些法则包括如AGA通报36、韦弗、或替代参数、如沃贝热值的组合评价方法。
互换性评价法则是基于过往供应于一定市场范围内燃气的成分和参数。关于燃气互换性的更多细节，可以在对天然气的互换性和非燃烧最终用途NGC+白皮书中发现（NGC+白皮书，请阅参考资料）。建议每个系统运行人员都进行全面的互换性评估。这项评估至少应该包括：
·历史性地评估市场供应（气体质量成分和参数的互换性定义，又名“调整气”，关注具体成分等）
·理解所提出的生物甲烷净化技术和最大成分浓缩（净化系统的界限，提出“替代气”）
·以示范区为模型研究替代气体的影响并确定整体供应是否符合合同及关税的要求。
·评估影响区域内的任何感应元件（终端用户对气体质量的变化很敏感，包括系统中处于“节点”用户，这类用户对气体质量变化更为显著）
·优化净化系统并平衡潜在敏感终端用户的关注点（如果适用范围有限，则考虑在终端用气点进行特定改造）
·引用AGA报告（4A，2001年），互换性通过各种指数（单重指数和多重指数）的验证，证明在用终端用户中得到了广泛应用。
考虑到已安装设备的入口或者特定的最终用户的要求和性质，有人曾建议对互换性的使用范围进行评估，并推广至一个特定的市场领域。此外，在AGA报告（4A，2009年）中指出当涉及到关税值范围时要谨慎使用本文件，因为根据当地的不同要求可能会有不同的关税标准。
本指导文件提出了生物甲烷的一般互换性和建议容差限度。构建一个合适的生物甲烷合同应征询个别天然气公司的相关税费要求。这些限度在燃气进入特定的市场领域事宜中可能并不具备代表性，因此提醒读者要完全理解气体在实际交付过程中的质量变化。
特殊合同注意事项
本指导文件中的一些参数和监测技术可作为一些典型的通用条款的补充条款为承包合同所用。具体条款和条件无法在此处引用，因为这将取决于特定的管道运营商的要求和当地的实际情况。同时，此处所述的建议是根据编制文件时最全面的信息写就的指导性文件。符合安全气体置换的必要条件一般是强制性的，适当的参数和税费范围由联邦能源管制委员会（FERC）提出。
本指导文件中一些缔约方所述的参数通常作为税费的补充。文件指出，天然气公司、管道公司和生物甲烷供应商会因安全置换考虑这些额外的参数。本指导文件每一个特定的参数，将验证被测评的生物甲烷样本是否满足于适用税费的质量目标。
生物甲烷质量指导
个体燃气公司的税费未完全考虑以下参数。本网站所提供的指导，包括针对天然气税费的参数和术语。生物甲烷引入天然气管网的评估应考虑单独的和特殊的税费平衡点。本文件的目的是协助天然气公司，分析各种参数，特别是沼气和生物甲烷，这可能会影响其管道网络的整体煤气质量。它特别建议天然气公司分析和审查所有使用的有关税费的边界条件。
“原始”沼气因其固有特点一般符合互换性要求。因此，原始沼气一般可以净化到能满足天然气公司生产生物甲烷的需求。以下所述是审议的准则。相对于原始沼气和部分清洁的沼气测试样本，由GTI在分项2中测试的生物甲烷样本在天然气范畴内被观察以生产具有分析价值的RNG（正如2009年编制的AGA报告4A）并满足由特定的天然气公司接收天然气所提出的要求。
热值
参数概述
总热值，又称高热值（HHV），总热值就是一种物质完全燃烧后冷却到初始状态时（环境温度273.15K,1.01325bar）所释放出来的热量，其中燃烧产物中的水蒸气凝结成水。
天然气的储运一般是基于能源（每BTU/SCF，使用HHV）上。因此，输配低热值燃气可能会降低管道的经济效益。此外，本地燃气输配企在计量燃气、考虑热值时可能需要考虑到低热值气体对整体计费/会计处理过程中影响。
生物甲烷范围指引
报告中的天然气范围：最小热值（干，HHV）950-1000Btu/scf，最大热值（干，HHV）1075-1200Btu/scf。与其他高热值气体如丙烷等相比，生物甲烷处于一个较低端的BTU范畴。为确保兼容性，与现存供应的管道气掺混是可行的。
根据GTI这一项目中生物甲烷的部分测试结果来看，可接受的完税价格是能够实现的。结果表明，生物甲烷的纯度可高达99.6%，这相当于60％纯度和14.73绝对压力下总值为BTU1010.3Btu/scf的燃气。BTU值是在特定的温度和压力条件下计算得出。
该参数的分析测试范例
气体热值由气相色谱（GC）摩尔成分分析数据决定。生物甲烷气体的气象色谱分析可根据ASTM D1945或GPA2261执行。这种分析以物理方法利用气象色谱分析仪（热导检测器、或其与火焰电离检测器的结合）区分出燃气的主要和次要成分。经验上看，气相色谱气体分析可以报告将碳氢化合物中戊烷以内的烷烃成分。所有其他碳氢化合物组分通过气象色谱分析仪被反算成作为C6+组分。C6，C7和C8组分的比例有限定范围并包含于反算的C6 +组分测定值之中。这种做法在天然气行业内适用于早期气相色谱分析机制，因为它是在等温条件下进行的。
每种组分各自的理想气体值是通过比率分析、校正、使用压缩因子计算等步骤确定。该程序和理想气体值从2172ASTM3588-98、政府产业署和政府产业署2145表获得。
温度
参数概述
应考虑设备、材料和配件有关气体温度的影响和限制。温度限制在于主要保护外部涂料、管道材料，以及下游天然气工艺处理设备。
生物甲烷范围指引
报告的温度范围通常根据天然气收费标准建立：不低于200华氏度（报200到650F）和不超过1200华氏度（报800到1200 F）。根据生物甲烷测试结果并作为本GTI计划的一部分，温度方面的标准是可以达到的。个体公司的税费和质量要求应考虑温度。
代表此参数的分析测试
生物甲烷温度可用传感器在测试线上连续测量。
烃露点
参数概述
碳氢化合物露点（HDP）是天然气的非甲烷部分开始凝结成液时相应的状态温度。在此情况下，要监控天然气的HDP以防止或控制液体在管道形成，避免其给操作带来的影响。
重烃类气体具有较高的露点温度，可能造成当管道燃气温度低于HDP时形成液态的碳氢化合物。这个参数在生物甲烷是从奶制品废物制取这一情形下不会有太大问题，因为在之前预期中认为是几乎没有重烃成分的。
生物甲烷范围指引
烃露点值通常在交付天然气取费标准中是在0到25℃温度范围、固定或运行压力下。以一部分生物甲烷作为本GTI方案的测试结果来看，标准中的规定可以实现。个别公司的税费和碳氢露点的质量要求应予以考虑。
代表性参数的分析测试
与BTU分析一同进行，碳氢露点分析按照ASTMD1945或全球行动纲领2261执行。这种做法的准确性因气体的质量而异。最精确的烃露点计算，应分析出已知含有较重的烃类气体至少至C20。然而，这在生物甲烷方面是不太可能的。这通常涉及到一个单独的气相色谱分析，要用到最敏感的、专门的火焰离子检测器。
烃露点计算使用的成分数据和过程需要一个仿真程序，它包含一个状态方程（EOS）模型。气体成分通过气相色谱分析确定。在确定碳氢露点时，还须引进行冷冻镜面露点测试仪和实时分析仪器。
水分含量
参数概述
生物甲烷水蒸气的存在，正如天然气一样，可能会造成很多问题，尤其是腐蚀。二氧化碳（CO2）和硫化氢（H2S）是原料沼气的常见组成部分，因为其系有机废物厌氧消化生成的典型气体。在一定条件下，CO2和H2S与水结合后可形成酸性混合物，将导致腐蚀管道系统的腐蚀。
水蒸气含量应予以限制，避免凝结及减少水合物的形成。
水合物即在水蒸气含量较高时、高压状态下形成的冰状水和碳氢化合物。
生物甲烷范围指引
报告的水汽值通常在交付天然气的关税发现如下：交付液态水和应包含在气相每百万立方英尺天然气（MMSCF）不超过4至7磅水之间。
根据生物甲烷测试结果作为本GTI计划的一部分，标准规定的水汽含量就可以实现。应考虑个别公司的税费和水汽含量的质量要求。
具代表性的参数分析测试
水分可使用“冷镜技术”（ASTM D1142），上线测试基于含有传感器的磷电子水分测定仪（ASTM D5454）五氧化二钒(V2O5)、三氧化二铝（Al2O3）、硅(Si)等等或检测传感器，它利用的是激光技术。
总硫、硫化氢和硫醇
参数概述
总硫含量是指含硫气体中所含硫化合物的总和，计算方法是基于个别含硫化合物在复合硫中的相对分子量。硫在有或没有水存在时均有腐蚀性。原料沼气中主要的硫化合物是硫化氢，它是从动物粪便中的硫酸盐和含硫有机物的厌氧微生物种分解产生的。此外，一些农业水源含有硫酸和硫化氢。硫化氢和其他含硫的气体的含量是受到限制的，因为其对管道材料潜在的腐蚀性和破坏性。含硫化合物可以在水中存在，最终形成硫酸，具有积极的腐蚀电位的强酸。其他化合物存在时会增强硫的腐蚀作用，尤其与是二氧化碳和氧气共存时。硫醇是自然存在于天然气或添置于天然气的有气味的的气体硫化物。低分子量的硫醇，如甲硫醇，通常在生物气中发现。在浓度大于1 ppmv的时，这些硫醇严重降低了加臭质量，并导致输配系统的运行问题。一些管道标准或相关行业法规包括硫醇浓度限制。
标准总硫和硫化氢值通常在交付天然气的价目中发现如下：每一百标准立方英尺天然气（SCF）的0.5~20格令的总硫化合物（如硫）（转换为PPM硫（S）：1克S/100scf=16.96215 PPMS（V）（@15C及101.325千帕），因此等效范围是8.48至339.24的PPM（V））和硫化氢的浓度在每一百标准立方英尺天然气0.25~1.0格令。硫醇浓度范围每一百标准立方英尺天然气0.20~2.0格令。但是根据测试发现原料和部分清洁的沼气中甲基硫醇浓度高于1 ppmv。因此，考虑生物甲烷硫醇浓度尤为重要。根据生物甲烷测试判别，所有的硫醇化合物浓度可以实现低于检测限（0.05 ppmv）。根据生物甲烷测试结果作为本GTI计划的一部分，总硫标准中硫化氢和硫醇含量值可以实现的。应予以考虑个别公司的税费及的质量要求。
具代表性的参数分析测试
离线硫分析通常执行以下气相色谱法：ASTM D6228或D5504。这两种方法使用不同的技术检测硫物种。D6228采用火焰光度检测器（FPD）、D5504使用硫化学发光检测器（SCD）。可以使用ASTM D3246采用氧化微库仑法进行总硫分析。由于气体燃料的气味是有法规要求，实时或接近实时监控系统，天然气输送企业测量含硫化合物在是很常见的。这种“在线”的硫分析也采用GC技术。各种探测器用于包括硫化学发光法（D5504）火焰光度（D6228），电化学电池（目前ASTM D03委员会考虑使用）氧化单元和还原单元。
粉尘、树胶和生物制品
参数概述
如灰尘、树胶和生物制品这样的微粒物，可通过各渠道进入燃气输配管网。 生物甲烷生产过程中，微粒物便可随生产过程进入到最终生物甲烷气体产品。另一种来源可能是伴随原料沼气中气体组分之间的化学作用。所包含的特定微生物反应器/沼气池可能诱发/加剧管道腐蚀（微生物诱导腐蚀）。根据反应堆条件和初始反应生物质，微生物种群可能存于生成气体中。生物甲烷中微粒物的数量和大小应尽量减少，以避免污染、堵塞和加工车间和配电线元件的侵蚀。粒子可以通过过滤、沉淀或离心分离除去。
生物甲烷范围指引
天然气收费标准规定燃气应满足“商业上无粉尘和树胶”或气体或固体颗粒必须在3 - 15微米的范围内。没有关于生物制剂（微生物和孢子）的具体要求。然而，生物制剂可视为颗粒物，因为其可被过滤清除。
作为本GTI计划的一部分，根据生物甲烷的测试结果，灰尘、树胶等微粒物可通过使用同轴过滤（精度1微米过滤器）达到标准。然而，生物质可能需要一个0.3微米精度的过滤器，因为孢子和细菌可以通过1微米的过滤器。应考虑个别公司的税费和为对吸入颗粒物的质量要求。
代表性的参数分析测试
粉尘
过滤器可同轴安装于沼气净化工艺后，定期收集和分析粒子的存在情况。对可吸入颗粒物的分析，也可以通过在线仪器采用等速采样方法（如EPA方法5）进行。
生物制品
下游的管道环境是可能导致微生物腐蚀的，因此建安装0.2或0.3微米的过滤器对微生物进行有效过滤。关于这一主题的进一步细节，请参考附录。
惰性气体和稀释气体汇总
概述
惰性和稀释剂气体作为非烃气体会减少生物甲烷整体热值。惰性气体（氮气，氩气，氦气等）不与周围环境发生化学反应。然而，稀释剂气体与周围环境发生化学反应；生物甲烷中最基本的稀释剂是二氧化碳，但可能存在其他稀释剂如氧气。一些管道系统中所有非烃类气体统称为“惰性气体”，但有时对惰性气体不同成分含量进行区分。
惰性气体/或稀释剂的浓度和组合可能对各种管道工艺、燃气设施和终端使用设备有不同影响。这些在下面的章节详细介绍。
二氧化碳（CO2）
二氧化碳被认为是一种稀释剂，是一种无色无味的气体。二氧化碳降低了单位体积气体的热值。在缺水的情况下二氧化碳是无腐蚀性的，但在一定条件下，它可以与水形成碳酸。此外，二氧化碳可能与H2S和O2发挥协同作用，从而加速管道材料的腐蚀。
6.7.1.2氧气（O2）
氧气可能存在于沼气生产过程中。氧气的存在影响很大，因为它增加其他腐蚀机制的效果和速率。与自由水/或其他成分相结合，如二氧化碳，硫化氢和细菌（自然发生的）会强化腐蚀的结果。因此，需要干的生物甲烷产品。少量的氧气皆会导致硫酸盐还原菌菌落的存活，特别是在潮湿环境中时。
6.7.1.3氮气（N2）
氮是一种惰性气体，无色、无味、无腐蚀性。其比例通常受到限制，因为它影响气体或天然气为原料（燃料电池，氢的生产和天然气液化）使用的热值。浓度升高，燃烧的操作可能会受到影响，可能会导致火焰的稳定性差，产生黄焰。
6.7.2 生物质甲烷范围指引
报告中总稀释剂的气体（总惰性气体）按占气体总体积2~6％的范围。氧气体积比例为0.001- 1％的范围值，氮气体积比例为1-4％的范围，二氧化碳体积比例1-3％的范围值。根据生物甲烷测试结果作为本GTI计划的一部分，典型惰性和稀释剂气体的标准就可以达到。个别公司这些气体的税费和质量要求，单独或全部予以考虑。
对以下变量进行代表性分析测试（二氧化碳、氧气和氮气）
可通过气相色谱仪，热导探测器ASTM D1945/1946 分析二氧化碳，氧气和氮气。
其他微量元素成分
概述
在质量和成分均是生物材料和生物质的厌氧消化条件下，它可能是较高的有机化合物和其他所谓的“跟踪”物质，可引入生产出的沼气。微生物能降解或转化为多种有机酶，以不完全的分解转化为无机化合物。同时，某些化合物只是通过在生物反应器（沼气池）的搅拌挥发。一些微量成分会造成管道（诱导/加剧腐蚀，气味褪色，管道积累墙壁等）或设备使用（燃烧器喷嘴的积累，设备/产品磨损，原料应用等）方面的问题。
重金属
生物甲烷处理过程中，重金属含量值得关注；因为可通过降解释放挥发性金属浓缩的植物材料和乳制品业务中使用含有金属的产品，如其中含有铜的杀菌剂。重金属可能导致毒物和环境问题。主要的影响是气流中的一些重金属的存在可能会造成制造天然气处理设备的铝金属和合金腐蚀。这个问题较为严重，因为重金属，如汞，可能会集中在低温液体和其他工艺处理液中。
使用混合喷头对可挥发性金属含有过氧化氢、硝酸在线采样，回到实验室进行ICP或AAS分析。（喷头技术类似烟气取样EPA方法29，将已知量的气体通过起泡器进行扩散）。
ASTM D5954或D6350可以做以下常规汞分析。这些镀金的二氧化硅吸附剂管实验室分析方法利用现场采集原子吸收或原子荧光光谱。这些技术需要通过干测试仪（首选）或流量计的天然气总采样。在线分析仪可有效的连续监测。应从金属二氧化硅气体中提取样点。准确的汞分析无法通过收集二氧化硅在一个汽缸里运往实验室作进一步分析。
个别公司的税费和重金属的质量要求，应经过仔细考虑。
氢
氢不是一种典型的天然气的成分，但一些未加工过的天然气井中含有氢，还含有二氧化硅。氢气存在与钢接触时，可能发生氢应力开裂或氢脆。氢应力开裂是一个退化过程，起源于氢原子在铁的合金晶格的极端溶解度。氢原子可能会由自发解离的氢分子引起。气体中的氢硫化物的存在加速了氢原子的渗透进入铁晶格。氯化合物，尤其是在有水存在，形成硫酸和盐酸。关注的其他问题是氢和硫之间的反应。
氢含量可以通过在线固态传感器测得，或从实验室实地采样，使用气相色谱热导检测器（美国ASTM D1945/1946）。如果关注氢的含量，其他探测器可用于缩小探测范围。
作为本GTI计划的一部分，根据测试结果，判断氢气可以达到标准要求。报告中氢含量的标准在400-1000 ppm范围内。个别公司的税费和氢的质量要求应予以考虑。
氨
一些用于饲养奶牛的蛋白质中过量氮含量会产生大量泥浆状的尿素。这些尿素可以通过酶被转换为尿素氨。氨的存在会影响上下游天然气加工设备和管道燃气加臭。氮氧化物是环境的关注，因为它们是被认为是加剧制造雾霾，导致臭氧层耗竭和产生酸雨的。
氨可以通过在线或从现场采样在实验室进行氮化学发光检测。应考虑个别公司的税费和氨的质量要求。
硅氧烷
硅氧烷，是一种含有硅、氧、氢和碳的有机化合物。因个人卫生、卫生保健和工业硅附加产品的增加，导致硅氧烷在废物废料也相应增加。然而，奶牛养殖场在人工操作时通常不使用硅氧烷，所以在沼气中发现的硅氧烷是最少的。由于含硅的废物流进行了消化和厌氧消化处理，硅转化为硅氧烷化合物并产生沼气。当这种气体在高温和压力下燃烧形成二氧化硅。硅尘损害内燃发动机、涡轮机，并附加空气污染控制设备。虽然管道天然气还没有对硅氧烷含量确定普遍可接受的含量范围，但尽量避免其进入管道。
硅氧烷的分析是通过两种方式进行。一种是利用惰性气体样品收集缸检测这些化合物，可直接进行实验室分析而无需额外的样本分析，最终测试工具为GC - AED。原子发射探测器是专门针对硅元素的探测器，可以专门监测硅排放的反应。另一种方法是使用酒精充气的玻璃喷头，其样品的采集必须在实验室使用GC - MS作最后检测。
个别公司的质量要求和最终使用的硅氧烷允许浓度应经过仔细考虑。
农药
农场常用的农药常被不经意引入乳制品粪便。具体的化学品使用应根据其实际情况审慎使用。杀虫剂出现在由此产生的二氧化硅中是没有征兆的。从奶牛养殖场沼气和二氧化硅样品在美国各地的测试，包括分项2 GTI的工作的一部分，下面的农药类型确定存在于的奶牛场运营中：a-BHC、b-BHC G-BHC d-BHC、七氯，奥尔德林，环氧七氯，氯丹，硫丹，狄氏剂，4,4’DDE、异狄氏剂、硫丹二世，4,4’DDD、异狄氏剂醛,硫酸硫丹,4,4’DDT、异狄氏剂酮和甲氧滴滴涕。
沼气中农药的抽样，可以在线使用XAD- 2吸附剂管。样品应使用附有两个系列的吸附剂管连接到一个收集个人空气采样泵，取样速率高达5升/分钟。样品收集速率为2L/分钟，持续四个小时。XAD吸附剂管抽样方法类似NIOSH的5601或5600方法。
应考虑个别公司的税费标准和农药的质量要求。
药品
在传统的奶牛养殖场，以药物和其他种类化学品以促进和维护奶牛的健康。这些化学品，让奶牛通过消化，或通过外部设施，可在粪便中存在或最终进入沼气池和产品沼气。因此，建议对乳品二氧化硅样品和动物药品和保健产品进行分析。从奶牛养殖场沼气和二氧化硅样品在美国各地的测试，包括分析确定为以下典型药品的奶牛养殖场操作：氨苄西林，阿莫西林，催产素，氟苯尼考，苄吡二胺，盐酸盐，头孢噻呋，呋喃苯胺酸，氟尼辛葡甲胺，苯硫咪唑和多拉菌素。
建议的抽样方法（这与现有NIOSH的方法类似）在线使用Porapak - R吸附剂管。样本应收集使用串联连接的两个吸附剂管连接到一个个人空气采样泵。样品应以1 L /分钟（4小时）的速度收集。应随后利用已知的标准裁定使用GC / MS和/或LC / MS分析动物药品和保健产品的样品。
个别公司的税费和药品质量的要求应予以考虑。
高等的有机/氯化合物（多氯联苯）
在天然气行业中，多氯联苯（PCB）属于有害物质微量成分的一种化学物质，是受到严格监管的。尽管多氯联苯是极不可能存在于乳品废料生物质甲烷的，但也存在于分项2沼气采样和分析测试之中。
二氧化硅多氯联苯的抽样可以使用在线XAD- 2吸附剂管。样品收集应使用附有两个系列的吸附剂管连接使人工空气采样泵能够维持在5升/分钟的速度。样品收集应保持2L/min（四个小时）的速率。这XAD吸附剂管抽样方法类似美国NIOSH方法5503。样品应使用EPA方法分析8082多氯联苯。
半挥发和挥发性化合物（s和SVOCs）
奶制品废料或牛粪产生的沼气，主要成分通常为甲烷，但也可以包含数以百计的其他化学品，其中大部分是“非甲烷有机物”(NMOCs)。大多数NMOCs是易挥发的有机化合物（VOCs）。挥发性有机化合物的形成是粪便中的有机降解中间代谢产物。在富氧条件下，任何挥发性有机化合物迅速氧化生成二氧化碳和水。在厌氧条件下，复杂的有机混合物初步降解为微生物在挥发性有机酸及其他挥发性有机化合物前完成转换产生甲烷菌的甲烷和二氧化碳。当甲烷菌的代谢未受到抑制，几乎所有的挥发性有机化合物都被消耗、挥发性有机化合物的排放潜力有限。然而，甲烷的形成受到抑制后，挥发性有机化合物将在最终的沼气中积累。抽样的中挥发性和半挥发性有机化合物（半挥发性有机化合物），包括多环芳烃（PAHs），可在线使用XAD-2吸附剂管。收集的样本，应使用两根连接空气泵（或其他合适的抽水设备）的吸附剂管，保证高达5 L / min的采样率。样品应收集保持四个小时2升/分钟的速度。XAD吸附剂管取样方法是与NIOSH方法5515类似。也有实时分析的检测仪器，监测和记录单一及总的挥发性有机物，需要使用FID或TCD探测仪器。
个别公司的税费和挥发性有机化合物和半挥发性有机化合物的质量要求应予以考虑。
卤烃
卤烃是含有碳、氢、氯、氟和溴的有机化合物。它们应用于不同的系统，如空调系统，制冷系统，灭火剂，气雾剂和泡沫的发泡剂。例如，氟利昂的各种形式的卤烃。也存在一些在农场使用卤烃产品，但在此类产品中使用这种化合物的整体比例很低。
目前卤烃存在于气流中会造成气体处理工艺中的问题。燃烧时氯离子会造成潜在的管道腐蚀。即使是少量的卤烃化合物也能使得气体火焰呈毒性和酸性，影响诸多生产工艺。虽然这是不大可能被发现于大量清洁的沼气乳品废物成分转换过程之中，但测量其含量是有必要的。
使用电子捕获检测器的色谱分析（ECD）或电解电导检测器（ELCD）检测卤烃气体。用GC- ECD和GC-ELCD技术能够检测含氯化合物，前者GC检测器比后者更敏感。然而，ECD对含硫有机物和芳烃检测也有效，降低了卤烃的单一选择性。后一种方法更具有选择性，有效识别卤代烃更容易。
应考虑个别公司的税费和卤烃的质量要求。
其他
消化的生物质原料，原料引入沼气池，消化条件，气体净化，生产气量的体积与质量，因地制宜的管道网络，终端应用或人类健康和环境方面的考虑，以及其他因素，额外的有机/无机或生物成分的浓度都是必须考虑的。
7.0生物甲烷质量检验的一个范例程序
7.1目的
被引进的天然气管道前，生物甲烷产品应进行谨慎的质量测试。取决于有关任何单独的天然气公司的具体情况，作为本案例及项目目的来讲，已经进行了三个月的测试阶段。在测试期间，现场样品测试重新进行，为保障准确性，设立独立实验室并使用在线测试仪器仪表。建议相关测试均安排在产品在引入天然气管网之前进行。下面是一个这样的测试流程样本，被称为“生物甲烷的验证计划”。本案例提供了一个气体检测模型，旨在确认生物甲烷从离散系统给定一个生物质原料输入，可以使得生物甲烷中各类化合物均达到要求值范围。
这个例子验证计划达成了3个目标：
1）在试用期一段时间内，天然气公司能够监测和保证燃料产品和日常生产的产品的质量；
2）生物甲烷供应商能够验证该产品的在管网内的一致性和安全性；
3）双方可以在引入至管网之前更好地了解气体的质量性质，为此进行优化和净化处理工艺。
三个月的密集的测试程序后，提出了下列简化程序。
7.2样品分析程序
为了提升生物甲烷系统可持续供应的质量安全性，建议对其进行全面的监控测试。这里提出3个月的样本测试，冠名为生物甲烷核查计划。每家天然气公司应评估是否适用本测试程序；该计划并非硬性规定的。
测试/验证期间须考虑到系统的变化，因为废料供应情况会变化、系统的稳定度也会提高。直到具体工艺的细节能够完全被掌握之前，建议使用英热单位标准进行在线GC计算测试并进行读数，应尽可能的进行多次。当前的现在分析可适用于每5-15分钟的间隔使用。天然气在贸易中需要经常测量BTU热值，因为结算是以热量计，而非以体积计。亦有其他替代测试方法可达到该检查水平。
同时建议安装一个在线硫分析仪，以消除对于硫的稳定和保压时间的顾虑，其他组分的在线监测也是如此（水分，颗粒物等）。
建议所有在线测量方法，都能使各具备资质的人员在测试期间的能够对质量进行监控。这一时期的测试和系统的分析是为接收管道系统提供数据，确保例行参照严格的气体质量标准。
作为一个参考点，当环保局监控一种来源（燃气内燃机）的硫排放量时，需要1-3年的月度分析监测。当最低气体质量一直定期报道，可以建立“维护”测试计划。如果报告是满意的样品三个月的验证测试方案已经完成，则建议报告降低频次但在未来两年维持。通过生物质甲烷处理系统安装仪器，热值在线测试应在接收管道中继续进行。根据测试的阶段性结果来看，有必要的话，测试项目应当持续到在测试期结束前的三个月。
8.0术语/定义
这里所提供的定义范围有限，仅提供常规信息。
沼气，是生物质厌氧分解产生的气体。根据分解过程使用和分解的条件，沼气含有40 - 65％的甲烷。沼气其余的35 - 60％的成分由“其他”气体构成，主要包括二氧化碳、其他天然气伴生气体，包括氮化合物（氨等）、水蒸气、含硫化合物（硫化氢等）及其他成分，取决于使用的生物质分解情况。沼气被认为是“原始气体”或未“清洗”至满足最终使用或并入管网要求的气体。“原始气体”沼气被认为是不可替换管道天然气的。
生物质，有机材料通过分解可能会被转换为气体燃料（消化分解）或高温转化（气化）。这些材料可能包括所有的有机物质，但一些生物质材料拥有比其材料更多的热值，从而产生更多的能量。生物质能源有很大的不同，包括动物废物、禽畜操作残留物、森林和工厂的残留物、农作物和废物、木材和木材废料、水生植物、快速成长的树木和植物和市政工业废物。二氧化硅-沼气主要由甲烷部分构成。
生物甲烷，是一般提取原料的沼气，通过清理或“净化”，以消除“其他”气体对气质影响。使用有效的沼气清理（移除气体影响整体煤气质量），生物甲烷，可在“其他”气体存在的情况下，含可高达99％的甲烷。但是，“原始”的沼气可能只包含35- 65％甲烷。生物甲烷被认为是适合许多终端应用，并可能认为适合于一般的管道系统中，其应用取决于气质状况和税费标准的要求。
生物甲烷验证测试计划，用于确认生物甲烷生产过程的质量。程序包含因工艺设计需求而不同的沼气和生物甲烷的质量，生物量输入，净化设备的选择以及其他参数。建议验证程序在生物甲烷引入至管网之前执行，以便配套测试此前便开展开来。
双周，或每隔一周。
色谱仪-分析仪器，用于分析气体样本、通过分组分测试来确定气体的质量数据，如热值，相对密度（比重）。
传统的乳品生产，实践于美国的现代奶牛养殖场。化学品被用来作为控制入侵昆虫、作物生产和疫苗有害的细菌，抗生素和其他药物来治疗或预防有害奶牛疾病。
乳业废物，从奶牛的粪便储存饲料生产以及浪费的其他副产品，未使用的饲料，挤奶设备的清洁水等。于谷仓通过“刷”和“刮”的方式获取有机肥料处理被认为是本文件的准备工作。
探测范围，报告中的下限定义为50％。报告限制被定义为相当于最低的线性校准样品目标分析物的浓度。因此，如果检测结果显示“低于检测限“（BDL），则被测物的浓度未达到检测范围的下限。
沼气池（厌氧），一种有盖容器，将生物质转化为转换沼气。沼气池的生物质转换取决于细菌降解或化合物的气化情况，这些气态产物已出现在沼气当中。沼气池的复杂性和设计方式各异。消化产生的沼气的最大数量生物质能是取决于沼气池（温度的设计和水力停留时间）、生物学上可能降解的原材料和其他因素的。沼气通过在沼气池厌氧消化产生的生物量，使用前需要在天然气管道系统进一步净化（交汇处）。
燃气净化，净化生物质产生的在原料沼气转换产品（厌氧消化或填埋消化）。天然气净化设备的目标是为了清除原料沼气成分、生产干净的“生物质甲烷，能并入天然气管网，供进一步的终端使用。特定成分的清理效率或因净化设备而存在差异。
格令，一体测重单位。7000格令= 1英镑。
元素周期表中的第7主族，卤素-元素氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）和砹（AT）。这些元素组成的化合物，常用于消毒液。降解后，元素可能随气体释放出去。
重烃，较重的分子量碳氢化合物更容易凝结为天然气流和烃类的主要成分—凝析油。
重金属，是指一组大多具有较高的有毒金属原子量的物质。有些总是有毒（如铅、汞、镉、砷、铬）和达到高浓度时具备毒性的（如锌、铜）。他们在自然环境中无处不在，因为它们是自然的地壳的一部分或由于使用的一种化合物，包含了集中在金属元素的高重量的废料中。当一个含有重金属的化合物降解时，会释放有毒气体。
互换性，在燃气置换范畴一种气体替换另一种气体的能力，天然气置换没有重大改变或影响环境健康和安全、最终的使用性能或管道完整性。
粪便，奶牛排出的尿液和粪便的混合物。
微生物诱导腐蚀（MIC），在由细菌引起的管网腐蚀。特定群体的细菌通过点蚀和氧化产生酸恶化管道。微生物细菌分组包括但不限于：硫酸盐还原菌（SRB）、产酸菌（建业），其中包括醋酸酸产生菌（总菌落）和丁酸的产酸菌（总菌落）、铁氧化菌（IOB）、反硝化细菌（DNB）和产甲烷菌-微生物产生甲烷（古生菌）。MIC对管道完整性非常有害，并已造成管道故障。
有机乳制品生产，美国的现代奶牛养殖正在进行。使用化学物质来控制入侵昆虫和对作物生产和疫苗有害的细菌，抗生素和其他药物用于治疗或预防乳制品牛病。
农药，使用起来以减少或消除被视为“害虫”的生物的化学用品。经常使用农药对农业用地、庭院、路旁及高尔夫球场，以消除不良或有害的物种。杀虫剂可能纳入人类健康和环境有害的元素，降解时可能会释放化合物。
药物，旨在治愈，防止物质或通过其在生物体中的应用来识别疾病和减轻痛苦。这些产品是专用于照顾与保护动物的。药物产品的分解和挥发可能会造成非初衷的、对受体健康的影响。
硅氧烷，R2Sio2的形式，其中R是单位的任何化合物组成的一个氢原子或烃类组。硅氧烷可能存在支链或非支链，硅原子和氧原子交替的Si-O-si-O-Si，与侧链连接到硅原子。硅氧烷取词于“硅”、“氧气”、“烷烃”。硅氧烷中可用于产品中，如化妆品、除臭剂、挡风挡玻璃涂料、食品添加剂和一些肥皂。当燃烧硅氧烷时，会产生硅尘，这是非常有磨损性和容易损坏发动机内部组件的物质。硅氧烷的燃烧特性也导致其在燃烧器头部和换热器顶端形成玻璃状物质。硅氧烷燃烧造成的硅尘可能会造成对人体以及其他受体的健康风险。
9.0参考文献
AGA天然气合同的测量和质量传输测量委员会的报告，2001年第4A；
AGA报告第4A - 天然气合同的计量和质量条款2009年（草案）修订；
对天然气的互换性和非燃烧最终用途的NGC +互换性工作组，2005年2月28日（白皮书）；
附录A：MIC简介；
微生物诱导腐蚀（MIC）是在天然气工业管道失效的主要原因之一。这是由细菌产生的酸性物质，造成管道点腐蚀。这是特别多见于易于聚集水汽，或在潮湿的气体系统。与MIC相关的细菌很难枚举和标识。传统上，腐蚀造成的细菌检测和量化，通过简单的加以浓缩介质进行的细菌生长试验可进行。在这些测试中，进行样品的收集并提供生长介质（食品和营养素）供细菌生长。不过，在测试中也有这类问题：1）细菌可能在所选介质上并不繁衍；2）细菌可能会很缓慢增长，因此不计算在内；3）条件（温度等）不适合的目标细菌的生长。引起的MIC细菌是很难使用培养皿生长方法进行培养的，结果常往往被忽视或在最后数据上出错。此外，由于生物甲烷生产和净化的条件下，细菌可能目前存在于净化后的气体中，但非存活状态。在天然气行业常用的培养皿测试方法并不能解释死去的细菌。
最传统的增长测量方法，被称为最有可能的数字测试或MPN的测试。它依赖于含有活细菌的液体样品，需要4周获得结果。不幸的是，许多研究人员已经证明，只有0.1％至10％的细菌，实际可以在人工培养中生长，如在使用MPN测试和细菌生长的很大一部分实际上不是目标细菌。因此，这个增长试验无法准确量化样品的细菌。
已开发的新方法，以更准确地评估微生物的种群。常见和广泛使用的分子生物学技术，可以部署到实时检测。例如GTI已开发并申请了专利基于一个共同的和引进的分子生物学技术存活或死去的细菌（16SrRNA序列分析）的程序，专门针对细菌造成MIC，克服MPN法检测困难。该技术可以直接检测和定量，腐蚀造成的微生物，通常发现在石油，化工，水和废水行业管道和其他天然气使用的设备。这个测试可以量化活的或死去的细菌鉴定，因为它不涉及细菌的生长。这种测试专门针对功能基因（DNA片段）与细菌引起的腐蚀。换句话说，它看起来专门针对死亡或活细菌的DNA序列，这些序列与MIC腐蚀能力相关。测试技术的测试精度为± 10％，比传统微生物检测手段更准确，并能分析几乎任何类型的样品（液体，生物膜，或固体样品），包括其中只包含死菌的干固体样本。检测很迅速，基因测试可在24至48小时内完成。这种测试被称为定量PCR（定量聚合酶链反应）。定量PCR试验是一种常见的的分子生物学技术，并已用于多种类型的微生物测试方案，但GTI的开发了具体MIC的测试和鉴定。其他定量PCR，也可进行蛋白质或核酸检测。
细菌传播天然气系统引发了对病原体同样进入天然气的顾虑。检测菌株病原可通过基因库分析。审议的传输病原微生物和孢子的产生已被欧洲的研究文件提及（邦戈集体）。
细菌/微生物的说明
腐蚀产生菌可以分为五个基本组安排：
·硫酸盐还原菌（SRB）
·产酸菌（APB）
醋酸产酸菌（总菌落）
丁酸的产酸菌（总菌落）
·铁氧化菌（IOB）
纤毛菌属和球衣菌属
披毛菌属
·反硝化细菌（DNB）
·甲烷菌-古生菌中产生甲烷的细菌微生物
上面列出的设置，SRB, APB 和IOB被广泛认为是最积极的腐蚀造成细菌，即使SRB的往往不是最富余的管道内微生物样本。DNB和产甲烷菌是经常从管道中检索样品，且也造成腐蚀。值得注意的是，分项2报告中APB的总数量的这个项目包括醋酸生产菌，丁酸生产细菌，这是两种最常见的管道内APB。这里报告的IOB种类包括纤毛菌属、和球衣菌属、披毛菌属，这是IOB最常引发的腐蚀。产甲烷菌不属于细菌域，他们是一个非常原始有机体，属于古生菌。
9.1有关孢子的说明
一种细菌孢子是一种坚硬的保护涂层，包绕细菌的关键部件，由细菌生长条件不利时产生。细菌孢子约0.8～1.2μm大小，由保护膜及其包裹着在未来的细菌生存所需的必不可少的遗传基因组成。他们可以是球形和椭圆形。在这些膜和硬涂层，处于休眠状态的细菌能够存活数周，甚至数年，抗旱、耐热和辐射。当条件变得更加有利的（更多的水或食物），细菌的得以“重生”，从而由一个孢子转变为细胞。一些细菌孢子在地下数千年后得以复原。
特定类型的细菌在环境中很容易产生孢子。有些细菌产生孢子的群体的时候转换生物质能甲烷或执行附件内降解过程厌氧消化。产生孢子的细菌存在于需氧菌（要求空气增长）和厌氧菌（成长过程中没有的空气）之中。孢子可被收集，计量和鉴定。
为进行生物收集和测试，设置一个大小为0.2μm的过滤器，不锈钢压力过滤漏斗，可安装在沼气净化工艺后初级生物甲烷过滤过程。该过滤器可定期收集和评估存在的微生物和孢子。滤波时间取决于生物甲烷通过过滤器传递的质量和体积。过滤器是向内折叠并放置在头晚装运到实验室的无菌塑料袋。细菌/孢子计数单位为每100万标准立方英尺的天然气。
为检测活的和死的细菌的测试的存在情况，对各样本类型的细菌使用定量PCR引物（GTI）或其他的qPCR检测（基因片段测试，证明造成腐蚀的细菌等的存在，列在第8.0节）。这些测试可确定总数与样品中的细菌（活的和死的），并可以识别造成腐蚀的细菌。活的细菌可以通过传统的细菌MPN法检测（TG媒体列举，商业微生物）。MPN的测试，过滤悬浮液10倍稀释并接种，一式三份，在巯基中37℃量化培育活细菌，持续一个星期。然后根据制造商的说明，参考每个培养瓶中的正和负的读数来决定最可能的数值结果。
对于样品使用MPN培养法的得出的正值结果（当前存活的细菌），可以用于DNA提取和定量PCR分析，可根据现状确定细菌的种类在介质中的增长情况。
可以使用美国航空航天局的标准NHB5340.1D对孢子进行检测。用于检索细菌的过滤样品可用于细菌孢子测试。GTI的分项2测试包括基于基因分析的生物甲烷样本中孢子类别鉴定。出于关注的的袍子对致病原的携带，对其进行鉴定会变得迫切。
微生物测试的更多信息，请参阅分项2。
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