垃圾填埋氣凈化利用工藝設(shè)計(jì)

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(diǎn)設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)捷實(shí)用、經(jīng)濟(jì)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(jù)。

關(guān)鍵詞:垃圾填埋氣體凈化利用工藝

中圖分類號(hào):X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):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(jī)質(zhì)在厭氧條件下經(jīng)微生物發(fā)酵而產(chǎn)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(dá)到厭氧穩(wěn)定狀態(tài)的填埋垃圾(需1～2年)產(chǎn)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(zhì),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(huán)節(jié)[1]。脫除CO2的方法大致分為三類:化學(xué)吸收法,物理吸收法和物理化學(xué)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(guó)外在工業(yè)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(yè)[2]。

2垃圾填埋氣利用工藝設(shè)計(jì)

目前垃圾填埋氣,即沼氣利用較為普遍的方式是發(fā)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(diǎn)弊端:一是管道鋪設(shè)費(fèi)用高,供氣量不穩(wěn)定,從經(jīng)濟(jì)上講不劃算;二是燃燒后的廢氣中含有大量的溫室氣體,會(huì)對(duì)大氣造成二次污染,從環(huán)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(jīng)濟(jì)性。較好的利用辦法是在填埋場(chǎng)就地解決,利用低熱值且不用進(jìn)行復(fù)雜工藝凈化的填埋氣發(fā)電,以滿足生產(chǎn)CLG的需要。CLG生產(chǎn)規(guī)模隨垃圾填埋不同年限的產(chǎn)氣量變化而調(diào)整,填埋氣發(fā)電可根據(jù)CLG生產(chǎn)用電的需要而調(diào)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(jié)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(shè)。為避免氣味散發(fā)到空氣中污染大氣,氣體收集是在垃圾場(chǎng)的表面維持一個(gè)負(fù)壓狀態(tài)下進(jìn)行的,這樣可以有效地控制臭味和CH4的散發(fā),但空氣不可避免地要進(jìn)入填埋場(chǎng)。由于收集CH4的同時(shí)也聚集了N2,因此,需要安裝一個(gè)專門的聚乙烯收集管道,以便提供相對(duì)沒(méi)有空氣混入的填埋氣,這個(gè)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(chǎn)系統(tǒng),該系統(tǒng)主要包括壓縮機(jī)、活性炭吸附、除去CO2和水蒸氣的半滲透性膜、貯藏柜、自動(dòng)售貨機(jī)等。CLG生產(chǎn)工藝流程如圖2-1所示。

3垃圾填埋氣凈化系統(tǒng)組成及工藝說(shuō)明

3.1 冷凝液分離系統(tǒng)

(1)渦輪壓縮機(jī),填埋氣入口壓力是25kPa,出口壓力是0.7MPa。螺旋壓縮機(jī)是變?nèi)輭嚎s機(jī),用螺旋形葉片引導(dǎo)壓縮流體,提供靜態(tài)處理工藝需要的流量。在螺旋壓縮機(jī)前安裝一臺(tái)結(jié)合過(guò)濾器,目的是過(guò)濾掉以上的微粒。

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

(3)往復(fù)式壓縮機(jī),位于膜和脫水器后,把4MPa的氣體壓縮到25MPa。螺旋壓縮機(jī)和第二組往復(fù)式壓縮機(jī)應(yīng)按負(fù)載(千瓦或馬力)平均分開(kāi),這樣能使使用周期成本最小,還可使兩臺(tái)壓縮機(jī)使用同型號(hào)的電機(jī),使維修更方便。壓縮機(jī)采用油壓壓縮機(jī)。考慮到壓縮機(jī)攜帶油的問(wèn)題,可采用合成油。合成油可粘在結(jié)合過(guò)濾器上,并選擇適當(dāng)?shù)耐高^(guò)率(最小通過(guò)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(zhì)。活性炭對(duì)硫和鹵化物有較強(qiáng)的吸附力。此部分包括兩個(gè)活性炭床,一個(gè)吸附一個(gè)再生,循環(huán)使用。進(jìn)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(lái),將填埋氣中的CO2減少到1%以下。氣體通過(guò)膜后,含CH4為88%～96%,水和揮發(fā)性有機(jī)物體積含量為0.01%。滲透氣被導(dǎo)入活性炭床用于再生,然后用火炬燒掉。循環(huán)氣體含CH4為50%,被導(dǎo)回渦輪壓縮機(jī)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(tài),提高膜的效率。為了防止微粒物質(zhì)被帶入系統(tǒng)損壞SeparexTM膜,在加熱器與膜之間安裝一個(gè)0.1的過(guò)濾器和一個(gè)小型連續(xù)氣體清洗器。

3結(jié)語(yǔ)

垃圾填埋場(chǎng)中產(chǎn)生的以甲烷為主的可燃?xì)怏w蘊(yùn)藏著可觀的能量,足可以認(rèn)為是可利用的工業(yè)和城市煤氣。所以,從環(huán)境保護(hù)和能源回收方面考慮都應(yīng)該要求有組織地收集垃圾填埋場(chǎng)中產(chǎn)生的填埋氣體,加以凈化予以利用。

參考文獻(xiàn)

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

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