變廢為寶
——將廢氣轉換為“綠色”能源

德國倍福自動化有限公司

直到 2035 年，位于 Schoteroog 的舊垃圾填埋場為綠色天然氣廠都能夠提供足夠的垃圾填埋氣，每小時可以接收 280 立方米氣體，并相應地生成 190 立方米的天然氣。這可以滿足 500 戶家庭所需的天然氣量

1 引言

荷蘭Gas treatment Services（GtS）工程公司主營業務是設計和實施沼氣氣體處理系統以及沼氣的輸送。由GtS研發的Gastreatment Power Package?可以用于將垃圾填埋場、廢水處理廠或農場的沼氣轉換為天然氣氣質的燃料。沼氣可以用來為機器或汽車供電，或作為環保的家用型能源。2012年12月1日，GtS在荷蘭位于近哈勒姆的Schoteroog前垃圾填埋場的第一臺“綠色”天然氣設備投入運營。

“我們已經在全球建造了四臺這樣的設備，但位于近哈勒姆的Schoteroog垃圾填埋場舊址上的，并與Hoogheemraadschap Rijnland水務局的廢水處理廠鄰近的這臺設備是荷蘭境內第一個采用綠色天熱氣處理系統的設備。”Gas treatment Services公司共同創始人兼項目經理Mathieu de Bas說道。設備采用了一個復雜的工藝，將退役的垃圾填埋場排放的沼氣轉換為天然氣氣質的燃氣，同時產生液態二氧化碳作為副產品。

2 將垃圾填埋氣轉換為天然氣氣質的燃氣

在20世紀70年代中期和80年代，Schoteroog有一個22,000平米的垃圾堆。1992年，當人們都發現垃圾填埋場開始污染地下水時，政府根據最新的標準封掉了這個垃圾堆。在當時很正常的做法是，垃圾生物降解所產生的甲烷和其它氣體與廢水處理廠排放的沼氣聚集在一起并焚燒掉，造成的污染讓北荷蘭省和哈萊姆自治市的居民不堪其擾。當地官員決定推行可持續發展計劃，使用這些氣體生成能源。

2009 年，GtS和能源供應公司Essent一起啟動了這項計劃，并與北荷蘭省和哈萊姆自治市、污水管理公司Afvalzorg以及Hoogheemraadschap Rijnland水務局聯合研發了這樣一套設備：它能夠清潔和提純舊垃圾填埋場和廢水廠排放出的沼氣，以生成天然氣氣質的沼氣。凈化后的氣體可以用于烹飪、供暖以及用作燃氣。這一工藝的另外一個好處就是，溫室氣體不再會排放到大氣中。

“位于 Schoteroog 的舊垃圾填埋場將提供足夠的垃圾填埋氣直到2035年。一開始，每年約為800,000平米，預計到2025年可以減少到600,000平米。”Mathieu de Bas解釋道。系統每小時最多可以接收280標準立方米的氣體，對應生成190立方米的天然氣，可以滿足500戶家庭所需的天然氣消耗量。“我們將這些天然氣輸送給能源供應商Essent，他們將這些天然氣賣給哈萊姆自治市。”Mathieu de Bas如此說道。

壓縮機受到恒定的2mbar壓力，以防止垃圾填埋氣排放到大氣中。區域內分布的16個氣井中的氣體通過閥控制并通過導管輸送給“綠色”天然氣設備。

“綠色”天然氣設備由 Gas treatment Services 開發而成，安裝在荷蘭 Schoteroog 舊垃圾填埋場邊上，將分解處理的有機垃圾排放的氣體加工成天然氣氣質的沼氣

Gas treatment Services 公司共同創始人兼項目經理 Mathieu de Bas 在“綠色”天然氣設備內的一臺控制柜前

沼氣廠的設計基于一個分離工藝，在這個工藝里，剩余的二氧化碳從氣體混合物中提取出來并以液體形式輸送給用戶或者在GtS處理廠中用作冷卻劑。垃圾填埋氣包含水蒸汽、二氧化碳、氮氣、甲烷及其它各種雜質。設備首先在30mbar的壓力下將氣體冷卻到5℃，以去除水蒸汽。水冷凝后排放到鄰近的廢水處理廠。將氣體混合物壓縮并冷卻到-25℃，去除掉易揮發的有機成分（VOC）和硅氧烷。最后，過濾氣體，除去剩余的雜質，無需使用催化劑。

然后將氣體冷卻到-60℃，分離出液態二氧化碳。接著繼續冷卻到-80℃，生成固態二氧化碳，然后再次融合并以液體形式保存在低溫箱內（壓力為20bar，溫度為-30℃）。最終生成的液態二氧化碳用途多樣，例如運輸公司可用它來進行冷鏈運輸，或金屬加工廠可用它來進行焊接或收縮接合處。產生的“綠色”天然氣可以輸送到天然氣輸配管網中或進行進一步的液化處理，然后儲存起來。基于此一旦系統出現故障，GtS能夠繼續供應天然氣14天。

3 基于 PC 的控制系統滿足高計算能力要求

為了控制其“綠色”天然氣設備，GtS決定選用Beckhoff基于PC的控制平臺，它由一臺C6930 工業PC、實時TwinCAT PLC軟件和總線端子模塊構成。“Beckhoff工業PC的一大優點就是具有滿足復雜控制過程要求的高CPU性能，冷卻和重新加熱，提高和降低壓力，控制壓力鼓的替換，連續測量壓力和溫度，加上控制整個工藝。”位于哈雷姆的荷蘭分銷合作伙伴Beckhoff Industrial Automation Link公司辦公室經理兼銷售經理Jurjen Verhoeff說道。“此外，工業PC的計算能力足以支持用于趨勢分析和歷史數據存儲的SCADA軟件包，讓操作人員能夠更好地查看系統狀態，操作起來也更加方便。”JurjenVerhoeff補充道。

“Beckhoff I/O端子盒的種類繁多，確保為我們提供一個能夠與工藝中用到的所有傳感器類型通訊的定制化解決方案。”Mathieu de Bas解釋說道。所有溫度都使用KL3314測量端子模塊測量，壓力測量則通過KM3702端子模塊實現。總共有162個點用來記錄溫度數據，另外67個點用于記錄壓力和流量數據。