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固體廢棄物填埋場填埋氣提純利用研究

文檔作者：賈揚陳運文羅彬文檔來源：深圳市燃氣集團股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月19日
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煤氣與熱力
GAS ＆ HEAT
Vo1．34 No．8
Aug．2014
分布式能源·可再生能源·
乏棄物填埋場填埋氣提純利用研究
賈揚， 陳運文， 羅 彬
(深圳市燃氣集團股份有限公司，廣東深圳518049)
紹填埋氣在國外的提純利用，比較我國填埋氣利用的三種方式(發(fā)電、熱能利用、
寸填埋氣的摻混調(diào)制方案和與天然氣的互換性進行了分析。
物質(zhì)能； 填埋氣； 提純； 摻混； 代天然氣
TU996 文獻標志碼：B 文章編號：1000—4416(2014)08—0A15—04
；5一 )，男，重慶人，工程師 碩
術(shù)管理工作。
會發(fā)展，傳統(tǒng)化石能源將越
生物質(zhì)能等新能源的開發(fā)
，城市固體廢棄物填埋場填
)作為生物質(zhì)能的重要組成
- 方面的重視。填埋氣是填埋
系列化學以及生物反應(yīng)(主要
降解)后形成的混合氣體，主
及其他微量成分如N 、H S、
苯、乙烷、氯甲烷、二甲苯
數(shù)約為45％ ～60％ ，CO：體
％
一08； 修回let期：2014—04—27
填埋氣的低熱值大約在16 MJ／m 左右，雖然含
有害物質(zhì)，卻是一種中低熱值的可燃氣體，若收集后
加以利用，變廢為寶，可以成為一種新型綠色能源，
同時也可解決填埋氣造成的安全和污染問題。在這
方面，發(fā)達國家早在2O世紀70年代就對填埋氣的
利用進行了研究，并已經(jīng)有了填埋氣利用的實例。
1977年，世界上最早的填埋氣收集系統(tǒng)在美國加利
福尼亞州南部建成，自此揭開了填埋氣資源化利用
的序幕。20世紀80年代中期，填埋氣被用于內(nèi)燃
機和蒸汽輪機發(fā)電，90年代人們將填埋氣凈化處理
后供給燃料電池或用作汽車燃料以及化工原料。到
1995年，已有13個國家先后建設(shè)了246個填埋氣
發(fā)電系統(tǒng)。
清華大學核能與新能源研究院在2006年8月
做出的研究報告中指出，截至2006年6月，我國沼
氣(包括填埋氣)資源總量有446×10 m ，如果按
低熱值23．02 MJ／m。折算，相當于3 500×10 t標準
煤，可替代煤炭(低熱值為20．93 MJ／kg)4 900×10
t j
。填埋氣的利用符合國家對垃圾處理的資源化
要求，也是國家鼓勵的可再生能源項目。
2 填埋氣提純利用的必要性
目前我國最常見的生活垃圾處理方法有焚燒、
堆肥、填埋。我國現(xiàn)有的垃圾處理設(shè)施中約80％是
填埋l3j。按照國家頒布的垃圾處理技術(shù)政策，衛(wèi)生
填埋將在長時問內(nèi)作為國家城市生活垃圾處理的主
· A 15 ·
第34卷第8期 煤氣與熱力
要方式和最終手段。我國城市生活垃圾產(chǎn)量已達
1．5×10 t／a左右，截至2010年堆存量逾60 x 10 t，
預(yù)計城市垃圾產(chǎn)量還將以8％ ～10％ 的速度遞增。
長期以來，符合標準的填埋場非常有限，大多數(shù)是簡
單堆放，堆放場氣體無組織釋放，技術(shù)水平較低，垃
圾所產(chǎn)生的填埋氣處于無控制排放狀態(tài)。由于氣體
的無序排放，上海、北京、重慶、岳陽等城市都發(fā)生過
填埋氣導(dǎo)致爆炸的事故 j。
2010年7月19日，深圳市被國家發(fā)展和改革
委員會列為全國八大低碳城市試點之一(發(fā)改氣候
[2010]1587號《關(guān)于發(fā)展低碳省區(qū)和低碳城市試點
工作的通知》)。該通知指出，推進低碳技術(shù)研發(fā)、
示范和產(chǎn)業(yè)化，培育壯大節(jié)能環(huán)保、新能源等戰(zhàn)略性
新興產(chǎn)業(yè)，推進低碳經(jīng)濟發(fā)展，有效控制溫室氣體排
放，將是城市實現(xiàn)科學發(fā)展的必由之路。填埋氣提
純利用項目的實施將徹底改變固體廢棄物填埋場填
埋氣的焚燒處理方式，最大限度地減少焚燒等處理
方式中污染物的排放，改善城市環(huán)境質(zhì)量，對城市經(jīng)
濟的可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能減排和城市環(huán)境優(yōu)化將起到
積極的推動作用。
3 填埋氣利用方式
3．1 填埋氣在國外的提純利用
填埋氣的收集利用在國外已經(jīng)有多年的運行經(jīng)
驗，2007年底，美國天然氣技術(shù)研究所(Gas Tech—
nology Institute，GTI)通過對27個填埋場提純的填
埋氣樣品的分析，編寫了一篇提純填埋氣進入天然
氣管網(wǎng)的指導(dǎo)性報告。經(jīng)過慎重分析，推薦了3種
提純工藝 』：
① 物理溶劑工藝(Physical Solvent，PS)，利
用物理溶液吸收的方式，將垃圾填埋氣中的CO 等
雜質(zhì)脫除。
② 變壓吸附工藝(Pressure Swing Adsorption，
PSA)。
③ 氣體分離濾膜工藝(Gas Separation Mere—
brane，GSM)，利用纖維素膜或促進傳遞膜將垃圾填
埋氣中的CO 和CH 分離。
其中變壓吸附工藝早在1960年就已由
Skarstrom提出，通過改進于60年代中期投入工業(yè)
化生產(chǎn)，至今變壓吸附的應(yīng)用已經(jīng)超過50 a。在這
幾十年中，隨著人們對吸附劑物理性質(zhì)的不斷研究，
變壓吸附工藝也得到了相當?shù)耐晟坪桶l(fā)展，使得變
壓吸附從早期的一種輔助性操作，逐步發(fā)展成為煤
化工、石油化工、冶金、電子、醫(yī)藥、環(huán)境保護及生物
化工等領(lǐng)域中氣體分離的重要單元操作。變壓吸附
技術(shù)于2O世紀90年代廣泛運用于固體廢棄物填埋
場的填埋氣、農(nóng)場中的沼氣提純。美國Rumpke固
體廢棄物填埋場作為俄亥俄州最大的固體廢棄物填
埋場之一，使用變壓吸附設(shè)備提純填埋氣中的甲烷
并輸入城市管網(wǎng)，截至2011年，已經(jīng)給25 000個家
庭供氣。
該技術(shù)先將原料氣由常壓經(jīng)風機加壓至50
kPa，進入采用兩臺預(yù)凈化器交替吸附的預(yù)凈化工
序。預(yù)凈化器內(nèi)裝填有不同選擇性的吸附劑，可脫
除原料氣中大部分的微量雜質(zhì)。再采取變溫脫氧初
步將原料氣中的單質(zhì)氧脫離出來，再將填埋氣加熱
到200～400 oC，在耐硫脫氧催化劑床層發(fā)生氧化還
原反應(yīng)進行精脫氧，絕大部分的微量有機物和揮發(fā)
性有機化合物(Volatile Organic Compounds，VOC)
被氧化成CO 和H：O，同時部分硫、磷、砷等雜質(zhì)轉(zhuǎn)
化為氧化態(tài)物質(zhì)。經(jīng)脫氧后的氣體在40 cC下再通
過變溫吸附(Temperature Swing Adsorption，TSA)工
序，進一步脫除其中的硫化物、其他微量雜質(zhì)等。脫
除指標可根據(jù)要求通過對TSA工藝操作參數(shù)和吸
附劑的選擇進行控制。TSA工序后，填埋氣由下至
上通過胺液罐，脫除氣體中CO (罐中的胺溶液通過
吸收氣體中的CO：形成富液)，填埋氣從胺液罐出
來之后，再通過分子篩對氣體進行物理干燥脫水。
在整個提純工藝過程中，均配備氣相色譜儀等在線
檢測儀表，采取監(jiān)測措施對提純氣氣質(zhì)組分進行有
效控制。
3．2 填埋氣在我國的利用
填埋氣的收集利用在我國起步較晚，目前我國
填埋氣的主要利用方式為填埋氣發(fā)電、填埋氣熱能
利用和填埋氣提純代天然氣。
3．2．1 填埋氣發(fā)電
填埋場填埋氣發(fā)電原理是將固體廢棄物填埋場
產(chǎn)生的填埋氣通過收集系統(tǒng)集中，再通過預(yù)處理裝
置凈化(除塵、除水等)、穩(wěn)壓后送人燃氣發(fā)電機組，
發(fā)電后通過配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，將發(fā)出的電能輸送
到電網(wǎng)(填埋氣發(fā)電工藝流程見圖1)。
3．2．2 填埋氣熱能利用
填埋氣具有一定熱值，對工業(yè)區(qū)內(nèi)的燃燒器稍
加調(diào)整便可對其加以利用，常見應(yīng)用有磚瓦廠燃料、
鍋爐燃料等。其優(yōu)點在于對氣體的熱值要求較低，
· A 16 ·
賈揚，等：固體廢棄物填埋場填埋氣提純利用研究 第34卷第8期
墨望 卜 堅叁 ±l— 墮塵魚垡
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圖1 填埋氣發(fā)電工藝流程
通常填埋氣只經(jīng)過簡單預(yù)處理即可利用，預(yù)處理費
用低。然而，這種利用方式只能用于一些簡單的加
熱工序，用途受到限制。同時，這種加熱利用方式要
求周圍有大型的熱用戶，限制條件較多。
3．2．3 填埋氣提純代天然氣
在我國，填埋氣提純工藝已經(jīng)運用多年，技術(shù)相
對安全可靠，國內(nèi)設(shè)備供應(yīng)商相對成熟，故造價和維
護成本相對較低。提純氣經(jīng)壓縮后可制成CNG，具
有較高的經(jīng)濟價值。另外，提純過程中已將硫等雜
質(zhì)去除，燃燒時不會產(chǎn)生二次污染。提純氣中甲烷
體積分數(shù)在88％以上，其熱效率高于同類發(fā)電和熱
能利用項目。
3．3 利用方式的比較
填埋氣利用方式的比較見表1。
表1 填埋氣利用方式的比較
評價項目 發(fā)電 熱能利用 提純代天然氣
技術(shù)成熟度 一般 高 高
填埋氣熱效率 一般 較高 高
提純設(shè)備性能要求 高 一般 一般
經(jīng)濟價值 由 低 高
二次污染程度 高 中 低
綜合評價 一般 一般 好
4 填埋氣的摻混調(diào)制
目前對于填埋氣發(fā)電等已有成熟應(yīng)用案例，但
是對于提純代天然氣的公開文獻國內(nèi)并不多。
提純氣作為代天然氣，需要滿足現(xiàn)行國家標準
GB 17820-2012《天然氣》、GB／T 1361l 006《城
鎮(zhèn)燃氣分類和基本特性》。如果某城市的天然氣基
準氣是12T，那么提純氣也應(yīng)滿足相應(yīng)的要求：高華
白數(shù)滿足45．67—54．78 MJ／m 的范圍，燃燒勢滿足
36．3～69．3的范圍。如果提純氣不能滿足12T天
然氣要求，則可以通過摻混氣體等調(diào)制方式(如與
液化石油氣、純丙烷混合等)達到標準。
本文選取某固體廢棄物填埋場填埋氣提純氣進
行研究。假設(shè)該市的基準氣為12T天然氣，采用提
純氣與西氣東輸二線天然氣(以下簡稱西二線氣)
進行摻混調(diào)制分析。
提純氣與西二線氣組成見表2，提純氣與西二
線氣燃燒特性參數(shù)見表3。
表2 提純氣與西二線氣組成
摩爾分數(shù)／％
組分 提純氣 西
二線氣
CH4 88．46 94．39
02 0．85
CO2 0．18 1．68
N2 10．51 3．93
表3 提純氣與西二線氣燃燒特性參數(shù)
項目 提純氣 西二線氣
相對密度 0．62 0．59
低熱值／(MJ·in。) 32．82 34．61
高熱值／(MJ·m ) 33．41 38．29
低華白數(shù)／(MJ·nl ) 41．55 44．91
高華白數(shù)／(MJ·nl。) 42．31 49．69
燃燒勢 35．42 38．65
提純氣的調(diào)制要求是在滿足12T天然氣的情況
下與西二線氣滿足燃氣互換性的要求。經(jīng)計算，當
提純氣與西二線氣以體積比為1：1．5摻混時，調(diào)制
氣高華白數(shù)為47．1 MJ／m ，燃燒勢為37．36，滿足
12T天然氣標準。
5 結(jié)論及展望
通過上述分析可知，填埋氣與西二線氣按照一
定比例混合后，可以滿足國家標準GB 17820-2012
《天然氣》、GB／T 13611--2006《城鎮(zhèn)燃氣分類和基
本特性》的氣質(zhì)要求和互換性要求，是一種合格的
代天然氣。
2012年8月，國家能源局發(fā)布了《可再生能源
發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，明確地提出了可再生能源發(fā)
展的目標、任務(wù)和布局，提出了生物質(zhì)能年利用量為
5 000×10 t／a標準煤的目標。填埋氣的提純利用
符合國家對垃圾處理的資源化要求，是國家鼓勵的
可再生能源項目。通過運用先進的填埋技術(shù)、提純
技術(shù)、混氣技術(shù)制取價格相對低廉、安全的提純氣，
不僅能減少大量溫室氣體的排放，防止發(fā)生爆炸事
故，同時還有效回收、利用可再生能源，是一項利國
利民的能源綜合利用項目，且積極響應(yīng)了國家環(huán)境
保護總局于2002年10月發(fā)布的《中國城市垃圾填
· A 17 ·
第34卷第8期 煤氣與熱力 、 ．watergasheat．corn
埋氣體收集利用國家方案》的要求。隨著我國生活
水平的不斷提高，城市生活垃圾的處理也成為日益
艱巨的工作，固體廢棄物填埋場填埋氣的提純利用，
為城市發(fā)展和環(huán)境保護之間的協(xié)調(diào)發(fā)展提供了新途
徑。
參考文獻：
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究[C]／／中國環(huán)境科學學會．2010中國環(huán)境科學學
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gas pipelines[R]。Des Plaines(USA)：Gas Technology
Institute，2012：6 —10．
Research on Purification and Utilizati0n
of Landfll Gas in M unicipal Solid
W aste Landfill Site
JIA Yang，CHEN Yunwen，LUO Bin
Abstract： The foreign purification and utiliza—
tion technologies of landfill gas are introduced． Three
kinds of landfill gas utilization methods in China，in—
cluding power generation， thermal energy utilization
and purification for producing substitute natural gas are
compared．The blending of landfill gas and the inter—
changeability between landfill gas and natural gas are
analyzed．
Key words： biomass energy；landfill gas；purl—
fication；blending；substitute natural gas
· 信息·
中國一中亞天然氣管道C線進氣投產(chǎn)
2014年5月31日1l：00，在鳥茲別克斯坦境內(nèi)
中國一中亞天然氣管道首站，隨著中烏雙方工作人
員打開進氣閥門，來自土庫曼斯坦的天然氣進入中
國一中亞天然氣管道C線，宣告這條中國石油和中
亞伙伴聯(lián)手建設(shè)的跨國新管道順利投產(chǎn)。
中國一中亞天然氣管道c線工程是中國石油
在已建成投運的A、B線基礎(chǔ)上，規(guī)劃建設(shè)的又一條
能源大動脈，是中國與中亞國家油氣合作新的重要
成果。C線與A、B線并行敷設(shè)，總長1 830 km，設(shè)
計輸氣能力250×10 ITI ／a。起于土烏邊境的格達
依姆，經(jīng)鳥茲別克斯坦和哈薩克斯坦，于我國新疆
霍爾果斯1：2岸入境，與國內(nèi)的西氣東輸三線相連。
C線于2012年9月全面啟動建設(shè)，2013年年底完
成線路整體焊接工作，實現(xiàn)線路貫通。
2015年年底C線相關(guān)配套設(shè)施全面建成后，這
條管道將達到250 x 10 m ／a的設(shè)計輸氣能力，中
國一中亞天然氣管道總輸送能力將達到550×10
m ／a，可滿足國內(nèi)1／5以上的天然氣消費需求，相
當于替代0．73×10 t／a煤炭，可分別減少二氧化碳
和二氧化硫排放0．78×10 t／a、121×10 t／a。
(摘編自中國石油天然氣集團公司網(wǎng)站
http：／／news．cnpe．tom．cn／system／
2014／06／03／001489924．shtm1)
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