CN102154046B

CN102154046B - 一种对垃圾填埋场沼气进行处理并加以利用的方法

Info

Publication number: CN102154046B
Application number: CN 201110053315
Authority: CN
Inventors: 罗东晓
Original assignee: Individual
Current assignee: Zhuozhou Binhai Gas Co Ltd
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2031-03-07
Also published as: CN102154046A

Abstract

本发明公开了一种对垃圾填埋场沼气进行处理并加以利用的方法，包括以下步骤：对垃圾填埋场沼气进行收集，然后进行浅度净化处理，以除尘、脱硫化氢，再脱氢气和氧气及脱水，然后加压制成压缩沼气，并以高压管束车运至用户终端所在区域。采用本发明的技术，以沼气量为500m³/小时计算，每年可回收利用的沼气达到432万m³。从节能效益看，回收的热值相当于每年节约4018吨标准煤；从环境效益看，每年可减少6000吨CO₂排放，将起到减少温室气体排放的目的，具有可观的比济效益及重大的环境保护意义。

Description

一种对垃圾填埋场沼气进行处理并加以利用的方法

技术领域

本发明涉及沼气、压缩沼气及天然气利用技术领域。

背景技术

沼气，是各种有机物质在隔绝空气(还原条件)、并在适宜的温度与湿度条件下，经过微生物的发酵作用而产生的一种可燃烧气体。它是多种气体的混合物，一般含甲烷组分(体积分数)50％～70％，其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等组分，其特性与天然气相似，在空气中的爆炸极限为8.6％～20.8％(按体积计)。

保守估计，国内沼气年产量至少在200亿m³/年以上，相当于1500万吨标准煤。但是，目前国内的沼气利用技术研究尚未引起足够的重视，远远满足不了产业发展需求，特别是沼气的经济利用技术严重缺乏，严重阻碍了产业的发展，致使大量的宝贵能源得不到合理利用，被白白的排放掉了。众所周知，沼气中的主要组分甲烷是强温室效应气体，产生的温室效应是二氧化碳的21倍，对臭氧层的破坏力是二氧化碳的7倍，直接排放对大气环境破坏力极大。

沼气来源很广，有来自自然界天然产生的沼气，也可以由人工来生产。人畜粪便、秸秆、污水、垃圾等各种有机物，在厌氧条件下发酵，微生物分解转化，都可以产生沼气。

相比之下，垃圾填埋场产生的沼气，成分最为复杂，产气量、组分不稳定，此外，由于集气系统等原因，沼气中含有一定数量的氢气和氧气，给处理平添不少难度。

尽管沼气用途较广，利用沼气的方式也很多，但综合分析后发现，以沼气作为原料，采取净化处理工艺技术，分离出沼气中的无效成分后将其替代天然气，或通过管道输送方式，或通过CNG槽车运输方式，供用户使用，这一工艺路线具有很多优势，市场应用前景广阔。

但对于垃圾填埋场的沼气，采取这一种利用方式存在几大难点：一是垃圾场一般地处偏远地带，周边绝少有天然气输配管网，很多情况下只能采用对气体加压、槽车外运方式；二是受现场条件限制，往往不具备建设复杂的沼气净化处理装置的水电供应条件。此外，由于垃圾填埋场沼气中含有数量不等的氢气和氧气，采用加压方式，如果对其中的氢气、氧气分离不彻底，加压过程中温升较高，往往潜伏着气体进入爆炸极限范围的风险。而要分离出氢气和氧气，传统工艺分离难度相对较大，无疑会加大生产成本，导致沼气利用失去经济性。更重要的是现场条件受限，流程过长、过于复杂的沼气净化工艺根本无法实施。下表1为某垃圾填埋场产生的沼气组分及燃烧特性参数。

表1

注：表中1#及2#来自两个不同的样本。

按照燃气行业习惯，一般来说，天然气被分为两大类别：一是管输天然气，比如西气东输一线新疆塔里木气田产天然气、由陕京线输送的长庆气田产天然气；二是液化天然气，比如从澳大利亚引进的船运LNG，新疆广汇公司的国产LNG。两类天然气的典型组分及相关的燃烧特性参数如下表2所示。

表2

依据天然气的燃烧特性参数(华白指数和燃烧势)，“国标”《城镇燃气分类和基本特性》(GB/T13611-2006)将其划分为五个类别，12T类别的天然气相应的技术参数指标(折算成0℃、101.325kpa，干气)如下表3。

表3

分析比较表1、表2、表3数据可以得出如下结论：

1、无论是与管输天然气、液化天然气还是“国标”要求相比较，垃圾填埋场沼气的热值、华白指数、燃烧势、密度等参数，都与其存在较大差异。

2、垃圾填埋场沼气成分较为复杂。因为含有一定数量的氢气和氧气组分，必须予以脱除，否则，对其加压时存在气体可能进入爆炸极限范围的风险。

3、垃圾填埋场沼气中二氧化碳含量较高，对其加压过程中，有可能会出现二氧化碳组分液化凝结问题，造成对压缩机缸体的损害，必须要有相应的对策。

鉴于此，能否开发出一种简捷、先进、新颖、实用，且占地极少、能耗低的工艺技术和方法，在垃圾填埋场所在地，利用现场有限的电力和水资源，将沼气进行必要的处理，脱除其中的氢气、氧气、水组份以及硫化氢、尘等杂质后，将其加压制成压缩沼气，借助于管束车外运至用户所在区域，或再进一步净化分离处理、或与其它燃气直接掺混使用，实现低值产品(沼气)高值利用(替代天然气)的目的，大幅度提高经济效益。可见，这是一个极有现实意义的课题。

发明内容

本发明的目的在于解决以上问题，提供一种对垃圾填埋场沼气进行处理并加以合理利用的方法。

为了达到以上目的，本发明采用了以下技术方案：一种对垃圾填埋场沼气进行处理并加以利用的方法，其特征在于包括以下步骤：对垃圾填埋场沼气收集并进行浅度净化处理，以除尘、脱硫化氢，再脱氢气和氧气及脱水，然后加压制成压缩沼气，并以高压管束车运至用户终端所在区域。

进一步地，所述方法还包括以下步骤：利用所述压缩沼气的高压作为动力，在用户终端所在区域的终端净化装置中对所述压缩沼气进行二氧化碳深度分离处理，以脱除沼气中的二氧化碳组分，使二氧化碳组分体积含量在3.0％以下，成为纯净的天然气。

作为另一种实施方式，所述方法还包括以下步骤：将所述压缩沼气减压后直接与其它燃气掺混，使掺混后的混合气体各项指标符合国家的天然气标准。

作为另一种实施方式，所述方法还包括以下步骤：对压缩沼气进行二氧化碳粗分离，并进一步与其它燃气掺混，使掺混后的混合气体各项指标符合国家的天然气标准，以达到加大沼气掺混量的目的。对二氧化碳粗分离的深度越深，则其含量就越低，可掺混的量则越大。

其中，所述浅度净化处理包括以下步骤：

(1)沼气集输与储存

将分布在各个不同部位的集气井产生的沼气，经管道汇集后，由沼气排送机加压送入双层膜式沼气储气柜储存，储气柜内沼气压力借助于防爆鼓风机，始终保持在3.0kPa，在沼气排送机进、出口管路上，均设置有超压联锁保护装置，以确保集气井略微负压；

(2)过滤

由沼气排送机加压后的沼气进入过滤器分离出沼气中的绝大部分物理杂质后，送入下一道工序；

(3)脱硫；

(4)脱除氢气和氧气

在常温常压条件下添加空气，并以催化剂催化氢气和氧气发生反应生成水以完全脱除氢气和氧气，所述的催化剂为“钯-半导体”体系的506HT脱氧催化剂，净化后气体中残氢、残氧量均≤0.5ppm；其中，空气添加量的控制借助于测氧仪测定残余氧含量来实现，确保氢气与氧气量匹配。

(5)脱水；

(6)加压

对经过上述各级处理工序后所得到纯净沼气经压缩机加压至15～25MPa压力，成为压缩沼气。

进一步地来说，所述加压步骤采用五级压缩方式，将沼气由5.0kPa加压至25.0kPa，所述压缩机汽缸采用防腐缸套，所述压缩机的末级冷却器之后设置一个高压气液分离器，通过气液分离方式将被液化的二氧化碳组分从沼气中脱除掉。

其中，所述被分离出来的液相高压二氧化碳经减压气化成低温二氧化碳气体，该低温二氧化碳气体用于冷却压缩机末级冷却器中的压缩沼气，以增强压缩沼气中二氧化碳组分液化效果。

考虑到操作的方便性及对减小对场地的占用，所述浅度净化处理的设备集成在一个可移动的“沼气压缩壳”壳体里。

所述燃气掺混设置有混合气热值检测仪，实时监控热值并采取有效措施确保热值达标、燃烧特性参数符合要求。

采用本发明的技术，以沼气量为500m³/小时计算，每年可回收利用的沼气达到432万m³。从节能效益看，回收的热值相当于每年节约4018吨标准煤；从环境效益看，每年可减少6000吨C0₂排放，将起到减少温室气体排放的目的，具有可观的比济效益及重大的环境保护意义。

附图说明

图1是生产压缩沼气工艺流程框图。

具体实施方式

工艺流程简述

(一)首先对垃圾填埋场沼气进行浅度净化处理，步骤如下：

(1)沼气集输与储存

分布在各个不同部位的集气井产生的沼气，经过专用管道汇集后，由沼气排送机(罗茨风机)加压送入双层膜式沼气储气柜(中间储罐)储存，储气柜内沼气压力借助于防爆鼓风机，始终保持在3.0kPa。双层膜式沼气储气柜一般选用2个，一开一备，单个容量为100～20000m³。

在沼气排送机进、出口管路上，均设置有超压联锁保护装置，一方面确保集气井略微负压(其作用除加大采气量和产气速率外，还有利于地下沼气不向其它地方扩散、渗漏，避免地下气体污染和渗透液污染)；另一方面，确保后续系统压力需求及系统安全。

(2)过滤

在干法脱硫装置之前设置有过滤器，由沼气风机加压后的沼气进入过滤器分离出沼气中的绝大部分物理杂质后，送入下一道工序。

(3)脱硫

主要是脱除沼气中的无机硫——硫化氢(H₂S)组分

脱除硫化氢的工艺主要有干法、湿法和膜分离法等几种工艺。一般来说，硫化氢含量较低、处理量较小、或者对硫化氢杂质含量要求不太严格的场合，采用干法脱硫工艺；而硫化氢含量较高、处理量较大、或者对硫化氢杂质含量要求严格的场合，则采用“先湿法后干法”的混合脱硫工艺。

因为垃圾填埋场沼气中硫化氢含量不是太高，所以，本发明采用干法脱硫工艺，主要设备为2台并联的精脱硫塔，采用一开一备的运行模式，脱硫塔为圆柱形，立式安装，内装氧化铁脱硫剂。

常温下沼气通过脱硫剂床层，沼气中的硫化氢与活性氧化铁接触，生成硫化铁和亚硫化铁，然后含有硫化物的脱硫剂与空气中的氧接触，当有水存在时，铁的硫化物又转化为氧化铁和单体硫。这种脱硫再生过程可循环进行多次，直至氧化铁脱硫剂表面的大部分空隙被硫或其他杂质覆盖而失去活性为止。一旦脱硫剂失去活性，则需将脱硫剂从塔内卸出，摊晒在空地上，然后均匀地在脱硫剂上喷洒少量稀氨水，利用空气中的氧，进行自然再生。多次循环使用，氧化铁脱硫剂失效后，采用深度填埋方式处理，不对环境造成二次污染。脱硫剂消耗量与沼气处理量和其中的硫化氢含量有关。

干法脱硫工艺还可以采用活性炭法。

常见的湿法脱硫工艺采用的是液体吸收剂，通过“吸收-解吸-再吸收-再解吸”闭路循环方法，实现对硫化氢的分离。吸附下来的硫可以制作硫磺外售。

吸收剂可选择碱液，比如碳酸钠溶液、蒽醌二磺酸钠溶液、氨水溶液、碳酸钠溶液、氢氧化钠水溶液等。也可以选用一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)，三乙醇胺(TEA)等，除去硫化氢的同时还可以除去沼气中的部分二氧化碳。

(4)脱除氢气和氧气

垃圾填埋场沼气中同时含有氢气和氧气，本发明采用常温常压条件下以催化剂催化氢气和氧气发生反应生成水的方法，脱除氢气和氧气，彻底消除安全隐患。

与氧气含量相比，垃圾填埋场沼气中氢气过量，此时，采用添加少量空气的方式，使氢气和氧气含量匹配，将两种组分能够全部消耗净。空气添加量的控制是借助于测氧仪测定残余氧含量来实现的。完全脱除氢气和氧气后，剩余的是氮气，由于量少，不会对沼气质量和性能造成太大的影响。

脱“氢+氧”催化剂为“钯-半导体”体系的506HT脱氧催化剂，具有抗中毒能力强，强度高等特点，装在管式反应器中。净化后气体中残氢、残氧量均≤0.5ppm，沼气单位处理成本大致为0.004～0.005元/m³。

(5)脱水

对纯净沼气加压，必须脱除掉其中的水份，常见的有冷凝法、吸收法和吸附法三种。

冷凝法：是在热交换系统中通过冷却器冷却气体而除去冷凝水。

吸收法：利用乙二醇、三乙二醇等吸水性较好的液相物质吸收沼气中的水分。

吸附法：通过硅胶、氧化铝或氧化镁等干燥剂来吸收气体中的水分。通常使用两套装置，一套装置吸附，另一套装置再生。

本发明采用CNG加气站常用的分子筛脱水装置，是一种吸附方法。出本工序的是脱除了部分杂质的中间原料——纯净的低硫、无固体杂质、含有二氧化碳组分的沼气。

本工序被脱除下来的水分进行无害化处理，达标后排放。

(6)加压

经过上述各级处理工序后，得到低硫、微含水量、无固体杂质的纯净沼气(中间原料)，再由压缩机加压至25MPa压力左右，成为压缩沼气。对于沼气压力低的情况，采用五级压缩方式，将沼气由5.0kPa加压至25.0MPa。

由于二氧化碳临界温度和临界压力都不高(临界温度31.1℃；临界压力7.38MPa)，且含量高达40％左右，对沼气的分级加压过程中，随着压力的升高，在压缩机的第五级汽缸内，如果温度不够高，极有可能会出现二氧化碳被液化问题，从而对压缩机造成损坏。

为了解决这一问题，本发明采用如下技术措施，获得一举两得的效果：

a)将压缩机汽缸改为防腐缸套，抗击酸性气体(二氧化碳)对汽缸的腐蚀影响，避免造成设备损坏。

b)鉴于二氧化碳在高压、低温条件下有被液化的趋势这一条件，且二氧化碳组分又是沼气利用中的多余组分。因此，本发明干脆将二氧化碳液化，在压缩机末级冷却器之后设置一个高压气液分离器，通过气液分离方式，将二氧化碳从沼气中脱除掉一部分。

液相二氧化碳在降压气化被排出的过程中会吸收大量的热量，温度大大降低，将低温的二氧化碳气体替代原混冷活塞式压缩机的冷却空气，对压缩沼气进行降温，从而使进入气液分离器的高压沼气进一步冷却，更加剧了压缩沼气中二氧化碳的液化速度，从而构成良性循环。

切向进入高压气液分离器的气液二相流在螺旋板的导流作用下，气体做旋转运动，由于离心作用，二氧化碳液体被甩到分离器内壁，向下流到底部，被分离出的液相高压二氧化碳减压排出实现对压缩沼气的降温冷却。

为了避免二氧化碳直接排放对大气造成的污染，本发明采取将从压缩机冷却系统排出的二氧化碳气体，通过专用管道引至一个碱性溶液(比如石灰水溶液)池中进行酸碱中和反应的方式去除掉二氧化碳。

考虑到现场场地的限制，为节省土地成本，本发明将上述所有浅度净化处理工序的设备均组合在一起，集成在一个壳体里，且这个壳体可以依据需要移动。以处理量为500m³/h为例，不含脱硫装置的壳体体积为5000×2800×2500mm。本发明称之为“沼气压缩壳”。

通过这种集成技术，节省了大量设备基础建设费用、土建费用和安装费用，节省了人力成本，减少了设备安装时间。更为重要的是，壳体可以自由移动，必要的时候可运至其它地方使用，充分发挥设备的利用率。

从“沼气压缩壳”出来的沼气就成为了压缩沼气，通过装运台计量后直接给压缩天然气管束车装车，管束车将中间原料(净化后的压缩沼气)运往位于用户所在地区域。同时，也可以进入高压管束储罐储存待运。

(二)在用户终端对压缩沼气进行进一步处理及利用

与天然气比较，运送至用户终端的压缩沼气，除二氧化碳组分含量高外，其它与“国标”要求的天然气指标完全相近。

依据用户工况，在用户终端对压缩沼气的利用模式有三种。

第一种，是压缩沼气与其它燃气直接掺混后供应天然气管网

众所周知，按照《国标》对天然气指标的要求，每一类别的天然气均允许其组分(热值、华白指数、燃烧势)有一定的变化幅度，杂质含量也有一定的许可范围。尽管压缩沼气组分、热值及杂质含量指标、燃烧特性参数等并不满足“国标”要求，不能单独进入天然气管网使用。但在其总量不大(不作为主导气源)、且存在大量的其它燃气情况下，将其不再经过净化处理(脱除二氧化碳组分)，而是直接与其它燃气混合，确保“沼气+其它燃气”混合气的热值及燃烧特性符合“国标”要求。比如，少量压缩沼气与一定量的、高热值的LNG混合，制成热值及燃烧特性均满足管输天然气标准的“沼气+LNG”混合气。显而易见，这种直接利用模式是一种最为经济的利用模式，只是存在一定的前提和条件限制：沼气利用量与其它燃气的流量、组分、热值有关，沼气掺混量的比例有一定限制。

为确保热值符合要求，本环节设置有混合气热值检测仪，实时监控热值并采取有效措施，确保热值达标，燃烧特性参数符合要求。此外，还设置有安全联锁保护系统，确保整个系统在安全可靠的条件下运行。

第二种，是对压缩沼气进行二氧化碳深度分离处理后供应天然气管网

如果要增大压缩沼气的利用量，且没有其它高热值燃气存在的条件，此时，可对压缩沼气进行脱除二氧化碳净化处理，确保脱碳后的沼气(体积含量低于3％，实质上已成为天然气)符合《国标》相关要求。

本发明采用的是借助于压缩沼气“与生俱来”的高压力作为动力源，在低成本条件下脱除沼气中的二氧化碳。

常见的二氧化碳脱除工艺有干法脱除工艺、湿法脱除工艺及膜分离脱除工艺三大类型。其中，湿法脱除工艺有物理吸收法、化学吸收法及物理-化学吸收法三种。本发明采用物理-化学溶剂吸收法：砜胺法。物理溶剂为环丁砜，化学溶剂则是甲基二乙醇胺(MDEA)。高压力的沼气进入砜胺溶液中，由于砜胺溶液对二氧化碳的吸收能力远远超过甲烷，因此，二氧化碳得以选择性分离。在二氧化碳吸收过程中，溶于脱碳剂(砜胺溶液)中的甲烷会被溶入的二氧化碳置换出来。因此，选择性脱碳剂对甲烷几乎不吸收，并且在生产中不消耗蒸汽，采用该方法具有收率高，能耗低，节能，运行成本低，维护简便的特点。

脱碳吸收塔由两个塔构成，一级脱炭吸收塔及二级脱炭吸收塔。一级脱碳吸收塔的作用一是使沼气温度降到最佳脱碳吸收温度，二是脱去部分二氧化碳，一级脱碳沼气进入二级脱碳吸收塔，通过两级脱碳后，把二氧化碳体积含量降到3％以下。

两级脱碳出来的脱碳液汇集送入再生塔，再生过程中释放的二氧化碳排空，解吸二氧化碳后的脱碳液送入吸收塔循环使用，脱碳液的再生不需消耗蒸汽。

压缩沼气首先经过一级调压装置减压，温度降低，压力较高，进入二氧化碳吸收塔后借助于高压，沼气中的二氧化碳组分被砜胺溶液吸收，余下的甲烷气体(实际上就是天然气)经过脱水处理后进入天然气管网供用户使用。

吸收完二氧化碳后的高压溶液通过减压使其中的二氧化碳组分被释放出来，脱碳剂得到再生。

第三种，是对压缩沼气进行二氧化碳粗分离，与其它燃气掺混后供应天然气管网

(1)对二氧化碳进行粗分离

前已述及，采用本发明特有的沼气压缩工艺，压缩沼气中被脱除掉部分二氧化碳组分，但还是不能满足国标对天然气的指标要求。因此，运抵用户区域的压缩沼气，可能还必须再进一步进行脱碳处理。

脱除沼气中的二氧化碳，必然会有分离成本。对二氧化碳脱除越彻底(脱除深度越深)，成本就越大。但是，大多数情况下，沼气是作为一种补充气源(辅助气源)进入城市天然气管网的，对二氧化碳组分、杂质等都有个允许接受的范围。基于这一点，为减少沼气的处理成本，很多情况下，并不需要对沼气进行特别深度的净化处理，100％的脱除尽其中的杂质组分，而是依据需要控制净化处理深度。比如，存在热值较高的其它燃气情况下，视其掺混后的混合气体质量指标情况，只对沼气进行二氧化碳粗分离处理，之后将其与纯净、且热值较高的液化天然气，或接近天然气燃烧特性的其它纯净的可燃气体混合，混合气体的各项指标均符合“国标”相关要求。可见，这种技术方案是完全可行的，达到了低成本利用沼气的目的，这种经济的利用方式应优先采用。

通过改变操作条件，可以依据需要灵活控制二氧化碳脱除深度，达到降低成本的目的。

显而易见，对沼气进行二氧化碳粗分离处理后，与只对沼气进行浅度净化处理的压缩沼气比较，特性更加接近天然气。因此，和第一种利用模式比较，沼气的掺混掺混比例可大为提高，在低运行成本的条件下加大沼气利用量。

(2)气质调配处理

本生产环节的宗旨是遵循《城镇燃气设计规范》(GB50028-2006)、《天然气》(GB17820-1999)、《城镇燃气分类与燃烧特性》(GB16121-2008)等“国家标准”要求，确保混合燃气满足用户需求。

实施例

实施例1

本例为压缩沼气不进行脱碳处理，直接与LNG掺混使用的应用实例。

某市垃圾填埋场远离城市天然气管网，且周边没有可使用燃气的用户，沼气集气系统已全部建成，每天产沼气量为1.2万m³/日，采取燃烧放散的方式排放，沼气的组成见下表4。

而沼气回收现场场地面积有限，也不具备建设沼气深度净化处理装置的水电供应条件。在远离垃圾填埋场的用户所在区域，有一规模较大的LNG气化站，气相LNG供应量为23.6万m³/日。

1)压缩沼气的制作

现场调研及分析后发现，在垃圾填埋场可以实施本发明技术，将该垃圾填埋沼气经过初步处理后制备成压缩沼气并加以经济利用，制备压缩沼气的工艺流程如下图1所示。

对垃圾填埋场生产的沼气进行收集、过滤、脱硫化氢、脱氢脱氧及深度脱水等净化处理后，将其加压至25.0MPa成为压缩沼气，加压过程中应用气液分离方式顺势脱除掉一部分二氧化碳，借助于高压管束车外运至用户所在区域的LNG气化站。

制备压缩沼气的压力，可视用户要求和经济性予以调整，可低于20.0MPa。压缩机采用W-7.5/250型CNG压缩机，电机额定功率160kW，轴功率≤150Kw，处理能力为1.2万m³/日。压缩机为W型五级压缩混冷活塞式压缩机，排气温度≤160℃，冷却后气体温度≤30℃，噪声≤85dB，电价按照0.85元/kw.h计算，压缩一立方米沼气所需电费约为0.30元。沼气压缩撬体积大致为5000×2800×2500mm。

在垃圾填埋场对沼气进行浅度净化处理后，由管束车运抵用户终端区域的压缩沼气组成如下表4所示。

表4

2)压缩沼气的掺混利用

在用户终端区域有一座LNG气化站，日供气量为23.6万m³/日，LNG为深圳大鹏槽车LNG(澳大利亚气)。

利用LNG热值高于12T类别天然气标准值，LNG基本上不含硫化氢及其它杂质，不含二氧化碳的特性，可将运抵LNG气化站的未进行深度脱碳处理、且硫化氢及其它杂质含量略高于“国标”要求的压缩沼气，在气化站内降压后直接与一定量的气相LNG掺混后形成“LNG+沼气”混合气，在满足相应“国标”各项质量指标要求的前提下，直接进入天然气管网供用户使用。

压缩沼气量为1.2万m³/日，与23.6万m³/日的气相LNG掺混后，“LNG+沼气”混合气的相关技术参数如下表5所示。

表5

注：表中参比条件为101.325kPa，0℃；

对比《国标》“天然气”(GB17820-1999)技术指标，二类气(民用燃料)：高位发热量＞31.4(MJ/m³)；总硫(以硫计)≤200(mg/m³)；硫化氢≤20(mg/m³)；二氧化碳％≤3.0(V/V)。

以及“国标”《城镇燃气分类和基本特性》(GB/T13611-2006)中，12T天然气华白指数标准值为50.73，允许变化范围为45.67～54.78；燃烧势标准值为40.3，允许变化范围为36.3～69.3(15℃，101325Pa)。

本例中，沼气与LNG混配比例为5.0％∶95.0％。

可见，上述“LNG+沼气“混合气的热值与燃烧特性及总硫、硫化氢杂质含量、二氧化碳组分含量等，完全符合“国标”相关要求，可以直接输入天然气管网供用户使用。

实际上，从混合气的参数看，沼气与LNG混配比例还可提高至10.5％∶89.5％。

实施例2

本例为对压缩沼气进行二氧化碳深度分离处理，再供应给天然气管网使用的应用实例。

某市有一座垃圾填埋场，远离城市天然气管网，且周边没有可使用燃气的用户，沼气集气系统已全部建成，每天产沼气量为1.2万m³/日，采取燃烧放散的方式排放。而沼气回收现场场地面积有限，也不具备建设沼气深度净化处理装置的水电供应条件。在远离垃圾填埋场的用户所在区域，有管输天然气管网，使用西气东输的天然气，没有LNG气化站。

按照实施例1的情形，先在垃圾填埋场现场制备压缩沼气：对沼气进行浅度净化处理后，的压缩沼气组成如下表4所示。

在天然气管网覆盖区域的用户终端，建设有一套二氧化碳脱除装置。用于对压缩沼气进行二氧化碳深度分离处理。

将压缩沼气运至该装置，按照本发明技术方案，借助于压缩沼气“与生俱来”的高压力作为动力源，脱除沼气中的二氧化碳，使二氧化碳体积含量低于3.0％，使之成为名副其实的天然气，供应管网用户。

脱除二氧化碳的吸收剂是砜胺溶液脱碳剂，对甲烷几乎不吸收。压缩沼气首先经过一级调压装置减压，温度降低，压力依然较高，进入二氧化碳吸收塔后借助于高压，沼气中的二氧化碳组分被吸附剂溶液吸收，余下的甲烷气体(实际上就是天然气)经过脱水处理后进入天然气管网供用户使用。在吸收二氧化碳组分过程中，借助于高压，砜胺溶液还可同时吸附一部分氮气和硫化氢气体。

吸收完二氧化碳后的高压溶液通过减压使其中的二氧化碳组分(包括氮气和硫化氢气体)被释放出来，脱碳剂得到再生。

压缩沼气经过二氧化碳深度分离处理后的组成如下表6所示。

表6

注：表中参比条件为101.325kPa，0℃；

对比“国标”《天然气》(GB17820-1999)和《城镇燃气分类和基本特性》(GB/T13611-2006)，进行过二氧化碳深度分离处理后的气体(沼气，实际上和天然气特性无异)，完全符合“国标”相关要求，可以直接输入天然气管网供用户使用。

实施例3

本例为对压缩沼气进行二氧化碳粗分离，再与LNG掺混使用的应用实例。

某市有一座垃圾填埋场，远离城市天然气管网，且周边没有可使用燃气的用户，沼气集气系统已全部建成，每天产沼气量为1.2万m³/日，采取燃烧放散的方式排放。而沼气回收现场场地面积有限，也不具备建设沼气深度净化处理装置的水电供应条件。在远离垃圾填埋场的用户所在区域，有一LNG气化站，具有建设二氧化碳脱除装置的场地条件，该站气相LNG供应量为2.8万m³/日。

为减少运行成本，压缩沼气运抵二氧化碳脱除装置后不进行深度分离处理，只进行粗分离。之后，粗分离后的沼气(1.2万m³/日)再与大鹏LNG气(2.8万m³/日)混配，粗分离后的沼气组成与“LNG+沼气”混合气的相关技术参数如下表7所示。

表7

注：表中参比条件为101.325kPa，0℃；

本例中，沼气与LNG混配比例为30.0％∶70.0％。与实施例1相比，沼气掺混比例大为提高，达到了大量利用沼气的目的。

Claims

1.一种对垃圾填埋场沼气进行处理并加以利用的方法，其特征在于：包括以下步骤：对垃圾填埋场沼气进行收集，然后进行浅度净化处理，以除尘、脱硫化氢，再脱氢气和氧气及脱水，然后加压制成压缩沼气，并以高压管束车运至用户终端所在区域；

所述浅度净化处理包括以下步骤：

（1）沼气集输与储存

（2）过滤

（3）脱硫；

（4）脱除氢气和氧气

在常温常压条件下添加空气，并以催化剂催化氢气和氧气发生反应生成水以完全脱除氢气和氧气，所述的催化剂为“钯—半导体”体系的506HT脱氧催化剂，净化后气体中残氢、残氧量均≤0.5ppm；其中，空气添加量的控制借助于测氧仪测定残余氧含量来实现，确保氢气与氧气量匹配；

（5）脱水；

（6）加压

对经过各级处理工序后所得到纯净沼气经压缩机加压至15～25MPa压力，成为压缩沼气。

2.根据权利要求1所述的对垃圾填埋场沼气进行处理并加以利用的方法，其特征在于：所述方法还包括以下步骤：利用所述压缩沼气的高压作为动力，在用户终端所在区域的终端净化装置中对所述压缩沼气进行二氧化碳深度分离处理，以脱除沼气中的二氧化碳组分，使二氧化碳组分体积含量在3.0％以下，成为纯净的天然气。

3.根据权利要求1所述的对垃圾填埋场沼气进行处理并加以利用的方法，其特征在于：所述方法还包括以下步骤：将所述压缩沼气减压后直接与其它燃气掺混，使掺混后的混合气体各项指标符合国家的天然气标准。

4.根据权利要求1所述的对垃圾填埋场沼气进行处理并加以利用的方法，其特征在于：所述方法还包括以下步骤：对压缩沼气进行二氧化碳粗分离，并进一步与其它燃气掺混，使掺混后的混合气体各项指标符合国家的天然气标准。

5.根据权利要求1所述的对垃圾填埋场沼气进行处理并加以利用的方法，其特征在于：所述浅度净化处理的设备集成在一个可移动的沼气压缩壳壳体里。

6.根据权利要求3或4所述的对垃圾填埋场沼气进行处理并加以利用的方法，其特征在于：燃气掺混设置有混合气热值检测仪，实时监控热值并采取有效措施确保热值达标、燃烧特性参数符合要求。