垃圾填埋气发电预处理工艺研究
摘要：对垃圾填埋气在用于发电前进行调温调压、脱硫、除硅、去除粉尘，同时降低其他微量有机物含量等预处理。结果表明，经处理后填埋气可完全满足发电要求。
关键词：垃圾填埋气；预处理；发电
中图分类号：X701.7 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）06-0041-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.022
Abstract： The landfill gas was treated by temperature and pressure adjustment， desulphurization， silicon removal， dust removal and other micro organic matter content reduction before . Results showed that the landfill gas can fully meet the requirements of power generation after the pretreatment.
Keyword： Landfill gas； Pretreatment； Electric power generation
垃圾填埋场中的有机物在厌氧过程中讲解，会产生大量的垃圾填埋气（也称生物气或沼气），目前利用较为普遍的方式为发电、替代煤和油作为燃料[1]。达到厌氧稳定状态时的填埋垃圾产生的填埋气体主要成分包括CH4（50%～55%），CO2（30%～35%），N2（14%～19%），O2（1%～4%），H2S（0%～0.3%），水分含量饱和，除此以外其他被检测出的微量物质有140种以上[2-3]。
在利用填埋气燃烧发电过程中，其中的H2S、H2O和卤化物会形成腐蚀性酸[4]；硅氧烷在高温下转化为氧化硅，会堵塞或损害设备[5]；其他有害物质，如烃类、硫醇类和挥发性有机物等，也会对填埋气的燃烧特性造成不利影响[6]。因此，在利用之前，应先对填埋气进行预处理，以除去其中的有害成分。
1 试验部分
本试验所用填埋气采自杭州某大型垃圾填埋场，占地约1700亩，日处理垃圾1940～4000吨，服务年限约25年，日均产气量约13万方。填埋气主要成分如下：CH4为46.7%，CO2为37.5%，H2为0.8%，N2为5.0%，O2为1.1%，H2S为0.2%，其他微量气体为0.6%。
2 垃圾填埋气发电预处理工艺组成及说明
2.1 预处理工艺目标
根据NY/T 1704-2009《沼气电站技术规范》，填埋气用于发电的质量要求如下：
（1）低热值不低于14MJ/Nm3（相当于甲烷含量不低于40%的体积百分比）；（2）沼气温度为0～50℃；（3）沼气成分见表1。
另外，由于硅氧烷对发电系统设备具有危害性，英国环境机构要求用于引擎内部燃烧的发动机燃料气体，挥发性甲基硅氧烷的含量应低于20mg/Nm3。因此，本文在NY/T 1704-2009规定基础上，增加硅量<1mg/Nm3。
2.2 工艺组成及说明
对比填埋气成分及其用于发电时的质量目标，需在填埋气用于发电前对其进行预处理。主要目标为调温调压、脱硫、除硅、去除粉尘，同时降低其他微量有机物含量。
2.2.1 总体工艺
经设计的主要工艺流程图如下。
垃圾填埋气经增压及风冷后输送至汽水分离器脱水，进入脱硫、脱硅处理单元，经活性炭吸附净化后，进入冷干机冷却降温，随后经过滤器过滤后由风机加压输送至发电系统。
2.2.2 脱硫
采用活性炭吸附的干法脱硫。所选活性炭孔径与气态H2S结构大小匹配，含有更多对硫化氢具有特定吸附性能的孔隙容积，并在活性炭内添加高效催化剂成分，将化学氧化吸收与物理吸附工艺相结合，吸附效果明显，根据检测该活性炭是氧化铁吸附效果的4倍。吸附硫化氢和硫醇的活性炭饱和后不属于危险废物，可减少后期处理成本。
2.2.3 脱硅
该单元主要目的在于去除填埋气中的二氧化碳及硅氧烷等微量有机物。以往对沼气中硅氧烷去除技术的研究表明，活性炭吸附对硅氧烷有十分有效的去除效果，总硅浓度可以去除到0.1mg·m3以下[7]。在操作过程中采用变压吸附，使用吹扫气来实现分压的快速变化。经预处理后的填埋气主要成分见表2，可完全满足发电要求。
3 结语
对垃圾填埋气进行预处理以提高其品质，使其充分满足发电要求，对提高其应用价值、创造经济效益具有十分积极的意义。
参考文献
[1] Attal A， Akunna J， Camacho P， et al. Anaerobic digestion of municipal wastes in landfill [J]. Water Sci Tech， 1992， 25： 243-253.
[2] Allen M R， Braithwaite A， Hills C C. Trace organic compounds in landfill gas at seven UK waste disposal sites [J]. Environmental Science Technology， 1997， 31： 1054-1061.
[3] Spiegela R J， Prestonb J L， Trocciolab J C. Fuel cell operation on landfill gas at Penrose Power Station [J]. Energy， 1999，24： 723-742.
[4] Sosuke N， Motoyiki Y. Removal of hudrogen sulfide from an anaerobic biogas using a bio-crubber [J]. Wat Sci Tech， 1997，36（6-7）： 349-356.
[5] Martin S， Reinhard N. Removal of siloxanes in biogases [J]. Journal of Hazardous Materials， 2001， B83： 183-196.
[6] Troost J R. Method and system for removing volatile organics from landfill gas [P]. US： 5529612， 2001.
[7] Rossol D， Schmelz K G， Hohmann R. Siloxane im Faulgas[J]. KA-AbwasserAbfall， 2003，8： 8.
收稿日期：2018-05-15
作者簡介：李了（1980-），男，大学本科，工程师，研究方向为生态环境保护。
关键词：垃圾填埋气；预处理；发电
中图分类号：X701.7 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）06-0041-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.022
Abstract： The landfill gas was treated by temperature and pressure adjustment， desulphurization， silicon removal， dust removal and other micro organic matter content reduction before . Results showed that the landfill gas can fully meet the requirements of power generation after the pretreatment.
Keyword： Landfill gas； Pretreatment； Electric power generation
垃圾填埋场中的有机物在厌氧过程中讲解，会产生大量的垃圾填埋气（也称生物气或沼气），目前利用较为普遍的方式为发电、替代煤和油作为燃料[1]。达到厌氧稳定状态时的填埋垃圾产生的填埋气体主要成分包括CH4（50%～55%），CO2（30%～35%），N2（14%～19%），O2（1%～4%），H2S（0%～0.3%），水分含量饱和，除此以外其他被检测出的微量物质有140种以上[2-3]。
在利用填埋气燃烧发电过程中，其中的H2S、H2O和卤化物会形成腐蚀性酸[4]；硅氧烷在高温下转化为氧化硅，会堵塞或损害设备[5]；其他有害物质，如烃类、硫醇类和挥发性有机物等，也会对填埋气的燃烧特性造成不利影响[6]。因此，在利用之前，应先对填埋气进行预处理，以除去其中的有害成分。
1 试验部分
本试验所用填埋气采自杭州某大型垃圾填埋场，占地约1700亩，日处理垃圾1940～4000吨，服务年限约25年，日均产气量约13万方。填埋气主要成分如下：CH4为46.7%，CO2为37.5%，H2为0.8%，N2为5.0%，O2为1.1%，H2S为0.2%，其他微量气体为0.6%。
2 垃圾填埋气发电预处理工艺组成及说明
2.1 预处理工艺目标
根据NY/T 1704-2009《沼气电站技术规范》，填埋气用于发电的质量要求如下：
（1）低热值不低于14MJ/Nm3（相当于甲烷含量不低于40%的体积百分比）；（2）沼气温度为0～50℃；（3）沼气成分见表1。
另外，由于硅氧烷对发电系统设备具有危害性，英国环境机构要求用于引擎内部燃烧的发动机燃料气体，挥发性甲基硅氧烷的含量应低于20mg/Nm3。因此，本文在NY/T 1704-2009规定基础上，增加硅量<1mg/Nm3。
2.2 工艺组成及说明
对比填埋气成分及其用于发电时的质量目标，需在填埋气用于发电前对其进行预处理。主要目标为调温调压、脱硫、除硅、去除粉尘，同时降低其他微量有机物含量。
2.2.1 总体工艺
经设计的主要工艺流程图如下。
垃圾填埋气经增压及风冷后输送至汽水分离器脱水，进入脱硫、脱硅处理单元，经活性炭吸附净化后，进入冷干机冷却降温，随后经过滤器过滤后由风机加压输送至发电系统。
2.2.2 脱硫
采用活性炭吸附的干法脱硫。所选活性炭孔径与气态H2S结构大小匹配，含有更多对硫化氢具有特定吸附性能的孔隙容积，并在活性炭内添加高效催化剂成分，将化学氧化吸收与物理吸附工艺相结合，吸附效果明显，根据检测该活性炭是氧化铁吸附效果的4倍。吸附硫化氢和硫醇的活性炭饱和后不属于危险废物，可减少后期处理成本。
2.2.3 脱硅
该单元主要目的在于去除填埋气中的二氧化碳及硅氧烷等微量有机物。以往对沼气中硅氧烷去除技术的研究表明，活性炭吸附对硅氧烷有十分有效的去除效果，总硅浓度可以去除到0.1mg·m3以下[7]。在操作过程中采用变压吸附，使用吹扫气来实现分压的快速变化。经预处理后的填埋气主要成分见表2，可完全满足发电要求。
3 结语
对垃圾填埋气进行预处理以提高其品质，使其充分满足发电要求，对提高其应用价值、创造经济效益具有十分积极的意义。
参考文献
[1] Attal A， Akunna J， Camacho P， et al. Anaerobic digestion of municipal wastes in landfill [J]. Water Sci Tech， 1992， 25： 243-253.
[2] Allen M R， Braithwaite A， Hills C C. Trace organic compounds in landfill gas at seven UK waste disposal sites [J]. Environmental Science Technology， 1997， 31： 1054-1061.
[3] Spiegela R J， Prestonb J L， Trocciolab J C. Fuel cell operation on landfill gas at Penrose Power Station [J]. Energy， 1999，24： 723-742.
[4] Sosuke N， Motoyiki Y. Removal of hudrogen sulfide from an anaerobic biogas using a bio-crubber [J]. Wat Sci Tech， 1997，36（6-7）： 349-356.
[5] Martin S， Reinhard N. Removal of siloxanes in biogases [J]. Journal of Hazardous Materials， 2001， B83： 183-196.
[6] Troost J R. Method and system for removing volatile organics from landfill gas [P]. US： 5529612， 2001.
[7] Rossol D， Schmelz K G， Hohmann R. Siloxane im Faulgas[J]. KA-AbwasserAbfall， 2003，8： 8.
收稿日期：2018-05-15
作者簡介：李了（1980-），男，大学本科，工程师，研究方向为生态环境保护。
