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一種填埋氣提純處理制取壓縮天然氣工藝的研究及應用

瀏覽次數: 日期:2017-7-23 9:50:39

摘要:為了達到資源的綜合利用,將填埋氣提純處理制取壓縮天然氣,將收集來的垃圾填埋氣經預處理(脫硫、脫水、除塵)系統、螺桿壓縮、催化脫氧系統、變壓吸附提純系統及CNG壓縮系統等進行處理。這樣不僅能減少有害氣體排放,還可以將廢氣資源化,產生良好的經濟和社會效益。

關鍵詞:垃圾填埋氣;預處理;催化脫氧;變壓吸附提純;CNG壓縮;


一、引言

垃圾填埋場產生的填埋氣產量較大,釋放出來會對環境和人類造成嚴重的危害。其中填埋氣中甲烷氣體占50%,而甲烷氣體是一種寶貴的清潔能源,具有較高的利用價值。目前常采用火炬燃燒的方式來處理填埋氣,但這樣的處理不僅沒有真正達到減少環境污染的目的,還造成嚴重的資源浪費。為了從根本上解決填埋氣對大氣環境的污染,現將填埋氣提純處理制取壓縮天然氣(CNG),這樣不僅能減少有害氣體排放,還可以將廢氣資源化,產生良好的經濟和社會效益。


二、工藝流程

垃圾填埋場中收集到的填埋氣,經填埋氣預處理系統將填埋氣中的H2S、H2O等除去,再經過填埋氣壓縮機加壓至0.5MPa·G,然后再通過催化脫氧將填埋氣中的O2脫除,然后再經過變壓吸附工藝將填埋氣提純至車用壓縮天然氣,最后經過加臭、CNG壓縮機加壓至20MPa·G直接經加氣柱充入CNG運輸管束車。工藝流程圖如圖1所示。


填埋氣提純.png

圖1 工藝流程圖


三、工藝方案

3.1 預處理系統

預處理系統是垃圾填埋場填埋氣利用工程中的一個重要環節,該系統不僅用于實現對填埋氣的增壓、穩壓、溫度調節、除雜質、脫水、脫硫、除臭和安全保護等處理功能,同時還是垃圾填埋場氣體收集系統與提純系統之間的燃氣輸送橋梁。

垃圾填埋氣(LFG)由羅茨風機抽采進入預處理系統。預處理系統設置降溫除水除塵裝置。系統入口設置初級過濾器以過濾LFG中的大顆粒雜志及部分液態水;設置一臺換熱器將原料氣溫度降至20℃以內,使原氣體中的飽和水份以游離態析出,后經氣液分離器有效去除,分離器除水率達97%以上;風機后端設置一水冷換熱器用于調節預處理系統出口溫度;預處理系統出口設置精密過濾器,以保證氣體中固體雜志有效去除。脫硫采用干式脫硫工藝,脫硫劑采用固體氧化鐵,同時為了提高脫硫劑的利用效率,本工程粗脫硫部分設計兩臺脫硫塔,兩塔之間可以并聯也可以串聯操作。除臭系統采用雙塔吸附,一塔再生的工藝,以保證系統能夠連續運行。

3.2螺桿壓縮

為了實現變壓吸附提純裝置的最佳分離效果,原料氣必須被壓縮到適合PSA工作的工藝壓力。壓縮機采用整體橇裝式噴油螺桿壓縮機,工藝氣壓力和流量穩定,同時出口氣路設置冷卻設備以調節氣體溫度。原料氣壓縮機采用噴油螺桿壓縮機,設計出口壓力0.6MPa,排氣量2250Nm3/h,出口溫度40℃。

3.3催化脫氧系統

催化脫氧是在催化劑的作用下使填埋氣中的O2和CH4、H2或者甲醇(乙醇)等氣體反應脫除。本工程原料氣為垃圾填埋氣,在催化脫氧過程中不需要引入外源物質,直接利用氣體中的甲烷進行催化燃燒,減少配套工程。

具體脫氧工藝為:原料氣經壓縮、出脫硫塔后進入脫氧前余熱回收系統,可實現原料氣預熱以達到精脫硫工作溫度及脫氧催化劑起活溫度,同時降低脫氧后氣體溫度,有效利用反應熱源,降低裝置能耗,同時增加裝置安全性;脫氧催化劑采用設備廠家自主研發的低溫高效金屬催化劑,催化劑起活溫度在300℃以內,同時根據反應溫度配比進氣量,維持催化燃燒反應在較低溫度內,既能保證O2有效燃燒脫除,又能保證裝置在安全穩定工況下運行;最終經余熱回收系統后氣體溫度仍較高,根據項目氣候溫度情況,采用風冷水及水冷雙重方式保證氣體溫度,既能為氣體降溫,又能有效利用自然環境降低裝置能耗。

3.4變壓吸附提純系統

變壓吸附法(PSA)是在加壓條件下,使CO2吸附在活性炭、分子篩、硅膠等吸附劑表明,以實現氣體分離脫除CO2。其工藝原理是利用吸附劑對不同組分氣體吸附力的不同,選擇性吸附混合氣體中的某些組分,使之與其他氣體組分得以分離。

本研究設計六個吸附塔,內裝專用吸附劑,可有效保證產氣中甲烷純度在90%以上,甲烷回收率大于92%。裝置經過吸附、均壓降壓、順放、均壓升壓、產品氣升壓過程后,吸附塔便完成了一個完整的“吸附—再生”循環,又為下一次吸附做好了準備。

3.5CNG壓縮

CNG壓縮機組采用一體化集成式壓縮機橇采用高效節能型壓縮機組,四缸五級壓縮,水平往復活塞式結構,機組整體橇裝,水冷自動帶隔音房型機組,機組采用高壓填料密封、無油潤滑結構設計和無平衡段設計,強制少油潤滑運行。機組為四曲拐兩兩互成90°,使得機組平衡性較好。同時橇內還配置進氣緩沖罐、回收裝置(集油罐)、儲氣瓶組和充氣柱(預留)。


四、實際應用

豐臺循環經濟產業園垃圾填埋場項目每小時可產生填埋氣約為4000Nm3,原采用9個火炬進行燃燒的方式來處理填埋場產生的填埋氣。這樣的處理方式不僅沒有真正達到減少環境污染的目的,還造成嚴重的資源浪費。填埋氣燃燒時會排放出粉塵、二氧化硫、氮氧化物等有害氣體,這些氣體溶于水會形成酸雨和霧霾,對當地環境造成污染。

為了達到資源的綜合利用,北京華泰潤達節能科技有限公司將豐臺區循環經濟產業園垃圾填埋氣進行提純制車用天然氣,將收集來的垃圾填埋氣經預處理(脫硫、脫水、除塵)系統、螺桿壓縮、催化脫氧系統、PSA系統及CNG壓縮系統等進行處理。該項目每年處理垃圾填埋氣為3504萬m3,可產生生物天然氣1900萬m3,每年可節約21024噸標煤,每年可減少CO2排放量約為70萬噸。將垃圾填埋氣提純制取天然氣,這樣不僅能減少有害氣體排放,還可以將廢氣資源化,產生更大的經濟效益。


五、結論

采用火炬燃燒的方式處理垃圾填埋氣,不僅沒有真正達到減少環境污染的目的,還造成嚴重的資源浪費。而將填埋氣提純處理制取壓縮天然氣,不僅能減少有害氣體排放,還可以將廢氣資源化,產生良好的經濟和社會效益。垃圾填埋氣資源的充分利用是實現生活垃圾的減量化、資源化和無害化的重要途徑。垃圾填埋氣利用本身是解決環境污染的有效途徑,同時符合國家對垃圾處理的資源化要求,還有效的彌補了我國氣體能源的缺口。


參考資料

[1]鄒宏建,填埋氣凈化提純抽取CNG的工藝技術研究   中國石油大學(北京)

[2]呂俊 蔣恪彥 王衛星,垃圾填埋場填埋氣提純利用的探討 《城市燃氣》

[3]孟昭滿  楊全斌,垃圾填埋場的沼氣提取與利用  《燃料與化工》2007


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