垃圾填埋气净化利用工艺设计

垃圾填埋气净化利用工艺设计

摘要:本文介绍了垃圾填埋气的一些净化利用方法,重点设计了一种简捷实用、经济可行的填埋气体利用工艺。为城市垃圾填埋气的有效利用提供了方法与依据。

关键词:垃圾填埋气体净化利用工艺

1 垃圾填埋气的净化方法

垃圾填埋后的有机质在厌氧条件下经微生物发酵而产生含甲烷、二氧化碳等的混合气体称为填埋气体(LFG),也称为生物气或沼气。达到厌氧稳定状态的填埋垃圾(需1～2年)产生的填埋气体含CH4(50%～55%),CO2(30%～35%),N2(14%～19%),O2(1%～4%),H2S(0～0.3%)和其它微量物质,水分含量饱和。

由填埋气体成分分析可知,其主要为CH4和CO2,CH4是我们所需要利用的气体,所以脱除CO2是净化填埋气的重要环节[1]。脱除CO2的方法大致分为三类:化学吸收法,物理吸收法和物理化学吸收法,此外还有膜分析法和变压吸附法等。表1-1列出了国外在工业上使用的脱除CO2的方法,这些方法主要用于天然气净化和合成氨工业[2]。

2 垃圾填埋气利用工艺设计

目前垃圾填埋气,即沼气利用较为普遍的方式是发电、替代煤和油作燃料。如果将填埋气直接送至附近的居民做燃料,有两点弊端:一

是管道铺设费用高,供气量不稳定,从经济上讲不划算;二是燃烧后的废气中含有大量的温室气体,会对大气造成二次污染,从环保角度上讲不可取。而将填埋气压缩后制备成压缩填埋气(Compressed Landfilling Gas,CLG)利用,可以提高单位体积垃圾填埋气的能量密度,这样就有可能提高填埋气能源化利用的经济性。较好的利用办法是在填埋场就地解决,利用低热值且不用进行复杂工艺净化的填埋气发电,以满足生产CLG的需要。CLG生产规模随垃圾填埋不同年限的产气量变化而调整,填埋气发电可根据CLG生产用电的需要而调整,具有很大的灵活性。

垃圾填埋气的收集采用水平管收集和竖井抽取相结合的方式。为了更充分地收集填埋气,水平管随着垃圾的填埋逐层铺设。为避免气味散发到空气中污染大气,气体收集是在垃圾场的表面维持一个负压状态下进行的,这样可以有效地控制臭味和CH4的散发,但空气不可避免地要进入填埋场。由于收集CH4的同时也聚集了N2,因此,需要安装一个专门的聚乙烯收集管道,以便提供相对没有空气混入的填埋气,这个专门的分离管线可以将填埋气以少于2%的N2和O2的成分从深井中抽取出去。收集到的气体由PVC管输送到CLG生产系统,该系统主要包括压缩机、活性炭吸附、除去CO2和水蒸气的半渗透性膜、贮藏柜、自动售货机等。CLG生产工艺流程如图2-1所示。

3 垃圾填埋气净化系统组成及工艺说明

3.1 冷凝液分离系统

(1)涡轮压缩机,填埋气入口压力是25kPa,出口压力是0.7MPa。螺旋压缩机是变容压缩机,用螺旋形叶片引导压缩流体,提供静态处理工艺需要的流量。在螺旋压缩机前安装一台结合过滤器,目的是过滤掉以上的微粒。

(2)两极往复式压缩机,填埋气入口压力为0.7MPa,出口压力为4MPa。往复式压缩机是一种活塞式压缩机,直接压缩气体。每台往复式压缩机都配备一台空气冷却热交换器,冷却压缩后的气体。

(3)往复式压缩机,位于膜和脱水器后,把4MPa的气体压缩到25MPa。螺旋压缩机和第二组往复式压缩机应按负载(千瓦或马力)平均分开,这样能使使用周期成本最小,还可使两台压缩机使用同型号的电机,使维修更方便。压缩机采用油压压缩机。考虑到压缩机携带油的问题,可采用合成油。合成油可粘在结合过滤器上,并选择适当的透过率(最小通过0.1的微粒)。

3.2 活性炭吸附床

活性炭吸附床的目的是除去填埋气中的水和其他污染物,以免破坏膜。活性炭床里含有硅胶,先去除水分,然后用活性炭除掉污染物质。

活性炭对硫和卤化物有较强的吸附力。此部分包括两个活性炭床,一个吸附一个再生,循环使用。进入炭床的气体温度要维持在30℃～50℃,这样炭床更有效。

3.3 气体净化膜

气体净化膜由一系列螺旋形纤维乙酸脂膜单元组成的管状套。SeparexTM膜是一种分离小极性分子(如CO2、湿气、H2S)的膜,能把CH4从小极性分子CO2、水蒸气和H2S中分离出来,将填埋气中的CO2减少到1%以下。气体通过膜后,含CH4为88%～96%,水和挥发性有机物体积含量为0.01%。渗透气被导入活性炭床用于再生,然后用火炬烧掉。循环气体含CH4为50%,被导回涡轮压缩机的吸入口。在活性炭床和净化膜之间安装气体加热器,将气体温度加热至60℃,使水呈气态,提高膜的效率。为了防止微粒物质被带入系统损坏SeparexTM 膜,在加热器与膜之间安装一个0.1的过滤器和一个小型连续气体清洗器。

3 结语

垃圾填埋场中产生的以甲烷为主的可燃气体蕴藏着可观的能量,足可以认为是可利用的工业和城市煤气。所以,从环境保护和能源回收方面考虑都应该要求有组织地收集垃圾填埋场中产生的填埋气体,加以净化予以利用。

参考文献

[1] C．C．Wang.垃圾填埋气体的收集和净化[J].环境卫生工程,1995(3).

[2] 解强,边炳鑫,赵由才.城市固体废弃物能源化利用技术[M].化学工业出版社,2004(1).