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变沼气为高热甲烷

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变沼气为高热甲烷

【摘要】:
据美国环保署(EPA)的垃圾填埋场甲烷开发计划(LMOP)称:在经历一些年的沉寂之后,垃圾填埋场高热量甲烷利用项目又开始如雨后春笋般涌现。从2006年开始,美国共有11个高热量甲烷项目开工建设。  今天的高热甲烷项目采用了最新的技术,能清除其中的二氧化碳和杂质,获得95%纯度的甲烷气体,其热量值与天然气相当。技术的进步以及更高的收益率使得高热甲烷项目成为更多垃圾填埋场的一个可行的选择。  一般的垃

  据美国环保署(EPA)的垃圾填埋场甲烷开发计划(LMOP)称:在经历一些年的沉寂之后,垃圾填埋场高热量甲烷利用项目又开始如雨后春笋般涌现。从2006年开始,美国共有11个高热量甲烷项目开工建设。

  今天的高热甲烷项目采用了最新的技术,能清除其中的二氧化碳和杂质,获得95%纯度的甲烷气体,其热量值与天然气相当。技术的进步以及更高的收益率使得高热甲烷项目成为更多垃圾填埋场的一个可行的选择。

  一般的垃圾填埋场沼气只含有约50%的甲烷——甲烷是天然气的主要成分,50%的二氧化碳,还有一小部分的有机化合物和杂质。去除沼气中的二氧化碳和杂质,能使其热量值翻倍,达到与天然气等同的高度——1025-1095英热单位每立方英尺。

  高热甲烷通常被直接注入天然气管道,与天然气混合,被送往千家万户。

 

  趋势

  2006年以前,高热甲烷项目的增长非常平淡,新增项目量大约在每年1个左右。而如今,据LMOP估计,2009年将有10个高热甲烷项目开始运营。

  2007年,辛辛那提市的Rumpke SLF垃圾填埋场投资1500万美元的高热甲烷加工工厂(始建于1986年)扩建项目完工。此次扩建完成后,将使该工厂的垃圾填埋场沼气处理能力从900万提高到1500万立方英尺每天。据该工厂的拥有者Montauk Energy公司(匹兹堡)运营副总裁Rick O’Mahony称:“垃圾填埋场的沼气产量在逐步增多,我们有两个选择,要不花点钱直接把他们烧掉,要不投点钱扩建高热甲烷工厂,把它们制造成高热甲烷卖给用户。”

  促进近几年高热甲烷项目迅猛增长的三大主要因素是:低零售电价,高天然气零售价,和气体分离技术的进步。

  电和天然气的价格,决定垃圾填埋场沼气的哪一种处理方式更有利可图。过去几年,美国的零售电价相对稳定。与此同时,天然气价格却开始显著上涨,很多垃圾填埋场开始上马高热甲烷项目。技术的进步同样刺激了这一趋势。制造商们降低了沼气处理设备的价格和压力要求,使得高热甲烷项目在垃圾填埋场(即使是那些沼气产能小于3000标准立方英尺每分钟的垃圾填埋场)变得有利可图。

 

  满足规格

  垃圾填埋场沼气必须经过彻底的清洗和升级才能最终出售给用户。首先要满足管道质量,这需要四个步骤。

  最后一步是去除二氧化碳,这是高热甲烷项目的主要组成部分。这是因为二氧化碳占到垃圾填埋场沼气原气的50%,而且去除二氧化碳需要专门的分离设备。与二氧化碳一并被清除的还有碳氢化合物和硅氧烷等。总而言之,需要根据垃圾填埋场沼气的成分,综合运用多种技术,才能制造出管道质量的高热甲烷气体。

 

下面是制造管道质量甲烷气体的四个步骤。

  去氮和去氧

  垃圾填埋场应升级其沼气收集系统,防止气体侵入,以将含氮量和含氧量降到最低。垃圾填埋场沼气收集系统是在真空下进行的,而氮和氧会通过垃圾填埋场的表面侵入到沼气手机系统。通过调整收集井的真空,和修补垃圾填埋场覆盖层上的漏洞可以将这个问题最小化。

 

  除湿

  很多垃圾填埋场用冷却器或是干燥剂来除湿。

 

  除氢化硫

  通常用液体吸收法——化学或物理溶液来去除氢化硫。

 

  去除二氧化碳

  在美国,有四种二氧化碳去除技术得到了应用:洗气,膜分离,分子筛,和CO2Wash。以下是详细介绍。

  洗气是指用一种溶剂选择性地将二氧化碳和其他气体吸入到该液相中。早期的高热甲烷工厂主要采用的就是这种技术。

  洗气技术过去一般多被大型垃圾填埋场采用,其模式与天然气加工工厂类似。洗气工厂需要投入巨大的资本,因此,洗气技术适合于那些沼气产量比较大的垃圾填埋场(比如产能在6000标准立方英尺每分钟的填埋场),以确保长期回报率。

  至于膜分离。不同气体的分子大小不一,它们在通过多孔膜的时候,其速度也是不一样的。二氧化碳通过膜的速度是甲烷的20倍。过去这项技术的一大障碍是——需要600psig的压力来迫使二氧化碳通过膜。如今这一难题得到了解决——200psig的压力就足以完成这个过程,这使得高热甲烷项目在小型垃圾填埋场的应用成为了可能。

  膜分离技术的运营和维护相对简单。LMOP的国家数据库显示2000年后建成的高热甲烷项目中有九个采用的是这种二氧化碳分离技术。

  分子筛采用气相活性炭来去除甲烷有机物和二氧化碳。分子筛媒介会优先将二氧化碳吸附在其表面,当媒介载满了二氧化碳后,将分子筛拿下线,再通过降压和净化循环回收媒介,所以这种技术又被称作变压吸附。

  CO2Wash是一种专利技术,它能将从垃圾填埋场沼气中获得的液态二氧化碳作为一种溶剂。在经过除湿和压缩处理后,沼气向上经过一个三层柱。位于这个柱子顶部的冷却器将二氧化碳浓缩成液体形态。一部分液态二氧化碳用来清洗这根柱子,去除掉气体中的挥发性有机污染物。整个过程生产出两种产品:食品级别的二氧化碳(含量为99.99%)和中度热量甲烷(甲烷含量为70%)。中度热量甲烷可以用作燃料,或者是在经过膜分离法生产出高热甲烷。

 

  未来

  天然气价格显然将继续影响新开工高热甲烷项目的数量。美国能源部的能源情报署(EIA)预计2009年天然气的年平均价格为4.67美元每百万英热单位,到2010年将上涨到5.87美元每百万英热单位,而到2020年时,天然气价格将为每百万英热单位8美元。

  2009年已经两个新项目上线运营,还有六个正在紧张建设中。开发商和技术供应商将继续致力于技术开发,为更多的所有类型和规模的垃圾填埋场生产高热甲烷扫清道路。