填埋气体制车用燃料的变压吸附提纯研究.pdf

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天然气化工
2010年第35卷
填埋气体制车用燃料的变压吸咐提纯硏究
赵玉杰,王伟2
(1.青海大学化工学院,西宁810016;2.清华大学环境科学与工程系,北京100084)
摘要:填埋气体LFG作为车用替代燃料(CNG)的关键是LG的提纯。对LFG的变压吸附提纯进行了中试试验研究。结果
表明:IFG可以通过变压吸附提纯生产高浓度的气体燃料,该气体燃料达到国家车用压缩天然气的规范要求,整个系统的运行
可以产生巨大的经济和社会效益。
关键词:填埋气体;变压吸附;CNG;车用燃料;提纯
中图分类号:TQ028文献标识码:A文章编号:1001-9219(2010)03-26-04
填埋气体(F)含有40%-70%的CI,与30%-1实验部分
50%的CO2,它们都是重要的温室气体。根据政府间
员会(IPCC)报告:大气中的温室气1.1中试实验流程
体所导致全球气温比20世纪增加近0.6℃,而大气中
气排空
原气
产气出口
的CH和CO2分别比1850年增加142%和35%。全
产品气
尾气
世界每年CH4排放量约5%~20%来自垃圾填埋场,
渦度计
LFC进行控制和利用对减少温室气体是非常重要
流计S
缩枳
的?。到2007年,我国对垃圾的处理量已达到
1.521x10t,是1980年的4.9倍。我国垃圾有80.9%
千燥塔压力计
疝气泵储气
吸附塔
抽气井
被运送到垃圾填埋场,垃圾的处理率已达到62.0%
填埋是主要的垃圾处理技术。
图1中试试验装流程简图
填埋场LG热值约为18765kJ/m-22935kJ/m,Fg, Schematic diagram of pilot scale experimental setup
是一种利用价值较高的清洁燃料,可以开发利用为
城市燃气、内燃机、车用燃料和化工原料等,其已成
中试实验系统包括LFG收集、LFG预处理和吸
附提纯(见图1),LFG的预处理包括冷凝脱水、过滤
为城市垃圾填埋处置技术的组成部分和发展趋势
目前世界各国都对于LFC的开发利用日益重视,纷和活性氧化铝脱水干燥,其主要作用是去除IFG中
纷制定激励政策促进对LFG开发利用和研究,以减的颗粒物质、绝大部分水分和部分微量有机物,以
少本国的温室气体排放。LFG中的组成比较复杂,
保证后续变压吸附提纯的稳定运行。
其中CHI4的含量对于LFG的利用效率和利用途径
1.2吸附剂的选用
有着决定性的影响。因此,对LFC进行提纯处理是
LFG提纯的主要目的是去除气体中的大部分
LFG利用的关键步骤。在LFG的提纯中需要去除CO2,生产含有高浓度CH4的车用燃料气,因此LFG
较高浓度的CO2,变变压吸附是通过气体压力的变
的提纯主要通过CH4与CO2的分离来实现。通过各
化实现气体吸附和吸附剂再生的一种气体分离方种吸附剂对CH4和CO2分离效果的实验研究,选用
分离效果较显著的日本 Takeda生产的碳分子筛
法,其操作简便,运行成本低。本文着重对LFG作
为清洁的车用替代燃料的变压吸附提纯中试试验(CMS)为吸附剂。在中试提纯实验系统中共有4个
进行分析研究。
吸附柱(其中两个吸附柱为备用),每个吸附柱填装
碳分子筛吸附剂32kg,总装填量为128kg
1.3实验原料气
收稿日期:2009-09-29;作者简介:赵玉杰(1972-),女,副教
填埋气体收集系统包括抽气井、气体收集管、水
授,主要从事生活垃圾处理利用技术和填埋气体的开发利用
研究,电话13997031626,电邮zhaoyj(00c163.com
汽凝结器、抽气泵和原料罐,在试验中采用抽气泵
第3期
赵玉杰等:填埋气体制车用燃料的变压吸附提纯研究
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将填埋气体从抽气井中抽出,供分离系统使用。试
Step 2
验原料气为已封场的填埋场产气,经过预处理后气
关
关
体中p(CH)和p(CO2)分别为52.6%和37.6%,成分
波动幅度较小。
1.4变压吸附循环
在变压吸附操作中, Skarstrom于1968年在专
利中提出的 Skarstrom循环操作过程叫是最早开发
且应用最广的循环操作过程,以后开发出的操作循
叫吹气
回吹气产品气
环都是在此基础上的部分改进。本文的实验中采用
AP-8:吸附产气A:并行减压A:解吸再生A:并行增压B:解吸
了改进后的 Kastrom循环过程,主要由4个步骤
再生B:并行增压B:吸附产气B:并行减压
图2变压吸附两塔运行工作程序示意图
组成
Fig. 2 Operation procedure of two-bed PSA process
Step1l.高压吸附(时间为7
Step2.并流均压(时间为T=5s)
Step3.常压解吸(时间为T7)
2结果与讨论
Step4.并流均压(时间为7=5s)
在试验中,衡量系统运行效果的参数是CH4回
两吸附柱变压循环中吸附柱内气体流向和压
收率和产气品质(包括产气中CH4浓度和CO2浓
力随时间的变化见图2。高压吸附是产气阶段,时间度),在两个吸附柱交替工作时,系统的运行参数包
为30s~60s,此时吸附柱A内气体压力PA=3MP
括产气流量、吸附时间和吸附压力等的变化对于
6MPa,原料气在进入柱后易吸附组分被吸附在吸LFG的提纯有着决定性的影响,针对上述运行参数
附剂内,而CH4则基本不被吸附,因此吸附柱A出
对LFG提纯效果的影响进行了详细的分析与讨论
口为高浓度的CH,产气;吸附柱A在完成吸附后进2.1吸附压力对产气品质和CH回收率的影响
行并流均压,柱内压力从吸附压力PH降到PE
图3给出了在两种进气成分时,吸附压力的变
(P=PM2),而已完成再生的吸附柱B内的压力从化对于产气品质的影响。当进气成分中CH4浓度较
常压升高到PE,两柱的均压时间均为58;随后吸
低时,当吸附压力为0.3MPa~0.6MPa时,产气中的
附柱A在常压下完成吸附剂的再生,而吸附柱B高CH4随着吸附压力的增大而增大,同时CO2的浓度
压吸附产气。
下降;当吸附压力为0.5MPa时,产气中CH4的浓度
一甲烷浓度
80
氧化碳浓度
3
6370
?
0.6
吸附压力/MPa
吸附压力/MPa
图3吸附压力对PSA过程的影响
Fig3 Influence of adsorption pressure on PSA process
及回收率最大,因此吸附压力为0.5MPa时,系统的附时间增大时,产气中的CH4的浓度先增加后有所
运行效果较好。
下降,CH4的浓度均大于90%,CO2在45s~105s时
2.2吸附时间对产气品质和CHa回收率的影响
浓度的变化较小;在608时CH4的回收率最大。因
图4表示吸附时间对于产气品质的影响。当吸此,应选择608作为最佳的吸附时间。