垃圾填埋氣凈化利用工藝設計

鄭藝

摘 要:本文介紹了垃圾填埋氣的一些凈化利用方法,重點設計了一種簡捷實用、經濟可行的填埋氣體利用工藝。為城市垃圾填埋氣的有效利用提供了方法與依據。

關鍵詞:垃圾填埋氣體凈化利用工藝

中圖分類號:X705 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(a)-0104-02

1垃圾填埋氣的凈化方法

垃圾填埋后的有機質在厭氧條件下經微生物發酵而產生含甲烷、二氧化碳等的混合氣體稱為填埋氣體(LFG),也稱為生物氣或沼氣。達到厭氧穩定狀態的填埋垃圾(需1～2年)產生的填埋氣體含CH4(50%～55%),CO2(30%～35%),N2(14%～19%),O2(1%～4%),H2S(0～0.3%)和其它微量物質,水分含量飽和。

由填埋氣體成分分析可知,其主要為CH4和CO2,CH4是我們所需要利用的氣體,所以脫除CO2是凈化填埋氣的重要環節[1]。脫除CO2的方法大致分為三類:化學吸收法,物理吸收法和物理化學吸收法,此外還有膜分析法和變壓吸附法等。表1-1列出了國外在工業上使用的脫除CO2的方法,這些方法主要用于天然氣凈化和合成氨工業[2]。

2垃圾填埋氣利用工藝設計

目前垃圾填埋氣,即沼氣利用較為普遍的方式是發電、替代煤和油作燃料。如果將填埋氣直接送至附近的居民做燃料,有兩點弊端:一是管道鋪設費用高,供氣量不穩定,從經濟上講不劃算;二是燃燒后的廢氣中含有大量的溫室氣體,會對大氣造成二次污染,從環保角度上講不可取。而將填埋氣壓縮后制備成壓縮填埋氣(CompressedLandfillingGas,CLG)利用,可以提高單位體積垃圾填埋氣的能量密度,這樣就有可能提高填埋氣能源化利用的經濟性。較好的利用辦法是在填埋場就地解決,利用低熱值且不用進行復雜工藝凈化的填埋氣發電,以滿足生產CLG的需要。CLG生產規模隨垃圾填埋不同年限的產氣量變化而調整,填埋氣發電可根據CLG生產用電的需要而調整,具有很大的靈活性。

垃圾填埋氣的收集采用水平管收集和豎井抽取相結合的方式。為了更充分地收集填埋氣,水平管隨著垃圾的填埋逐層鋪設。為避免氣味散發到空氣中污染大氣,氣體收集是在垃圾場的表面維持一個負壓狀態下進行的,這樣可以有效地控制臭味和CH4的散發,但空氣不可避免地要進入填埋場。由于收集CH4的同時也聚集了N2,因此,需要安裝一個專門的聚乙烯收集管道,以便提供相對沒有空氣混入的填埋氣,這個專門的分離管線可以將填埋氣以少于2%的N2和O2的成分從深井中抽取出去。收集到的氣體由PVC管輸送到CLG生產系統,該系統主要包括壓縮機、活性炭吸附、除去CO2和水蒸氣的半滲透性膜、貯藏柜、自動售貨機等。CLG生產工藝流程如圖2-1所示。

3垃圾填埋氣凈化系統組成及工藝說明

3.1 冷凝液分離系統

(1)渦輪壓縮機,填埋氣入口壓力是25kPa,出口壓力是0.7MPa。螺旋壓縮機是變容壓縮機,用螺旋形葉片引導壓縮流體,提供靜態處理工藝需要的流量。在螺旋壓縮機前安裝一臺結合過濾器,目的是過濾掉以上的微粒。

(2)兩極往復式壓縮機,填埋氣入口壓力為0.7MPa,出口壓力為4MPa。往復式壓縮機是一種活塞式壓縮機,直接壓縮氣體。每臺往復式壓縮機都配備一臺空氣冷卻熱交換器,冷卻壓縮后的氣體。

(3)往復式壓縮機,位于膜和脫水器后,把4MPa的氣體壓縮到25MPa。螺旋壓縮機和第二組往復式壓縮機應按負載(千瓦或馬力)平均分開,這樣能使使用周期成本最小,還可使兩臺壓縮機使用同型號的電機,使維修更方便。壓縮機采用油壓壓縮機?？紤]到壓縮機攜帶油的問題,可采用合成油。合成油可粘在結合過濾器上,并選擇適當的透過率(最小通過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氣中的水和其他污染物,以免破壞膜。活性炭床里含有硅膠,先去除水分,然后用活性炭除掉污染物質。活性炭對硫和鹵化物有較強的吸附力。此部分包括兩個活性炭床,一個吸附一個再生,循環使用。進入炭床的氣體溫度要維持在30℃～50℃,這樣炭床更有效。

3.3 氣體凈化膜

氣體凈化膜由一系列螺旋形纖維乙酸脂膜單元組成的管狀套。SeparexTM膜是一種分離小極性分子(如CO2、濕氣、H2S)的膜,能把CH4從小極性分子CO2、水蒸氣和H2S中分離出來,將填埋氣中的CO2減少到1%以下。氣體通過膜后,含CH4為88%～96%,水和揮發性有機物體積含量為0.01%。滲透氣被導入活性炭床用于再生,然后用火炬燒掉。循環氣體含CH4為50%,被導回渦輪壓縮機的吸入口。在活性炭床和凈化膜之間安裝氣體加熱器,將氣體溫度加熱至60℃,使水呈氣態,提高膜的效率。為了防止微粒物質被帶入系統損壞SeparexTM膜,在加熱器與膜之間安裝一個0.1的過濾器和一個小型連續氣體清洗器。

3結語

垃圾填埋場中產生的以甲烷為主的可燃氣體蘊藏著可觀的能量,足可以認為是可利用的工業和城市煤氣。所以,從環境保護和能源回收方面考慮都應該要求有組織地收集垃圾填埋場中產生的填埋氣體,加以凈化予以利用。

參考文獻

[1] C．C．Wang.垃圾填埋氣體的收集和凈化[J].環境衛生工程,1995(3).

[2] 解強,邊炳鑫,趙由才.城市固體廢棄物能源化利用技術[M].化學工業出版社,2004(1).