摘要:介绍垃圾填埋气用作车辆燃料资源化的优点,应用中需解决的净化、贮存和发动机改造的关键技术问题及国外研究应用现状,指出在我国具有广阔的发展前景。
关键词:LFG;车辆燃料;资源化;发展前景
近些年,城市垃圾卫生填埋场垃圾填埋气(LFG)的二次污染问题及其资源性引起人们的广泛关注。LFG主要由CH4、CO2组成,还包括一些微量成分。其危害主要是加剧温室效应、发生爆炸和火灾等,从而威胁填埋场及其周围人民生命财产的安全。LFG又是一种宝贵的可再生资源,除可用于发电[1]、民用燃料、锅炉燃气外,还可用于车辆。亚洲、欧洲、拉丁美洲[2]许多国家和地区都有LFG车研究应用的实例。本世纪70年代,美国即已开始研究在汽车上使用LFG。80年代,美国的Pueuthill填埋场已成功地将LFG制成压缩天然气用于汽车。发展中国家最有代表性的是巴西。1985年里约热内卢建成LFG充气站投入运营,向全市253辆汽车供气,每月消耗LFG97.25万m3。这些应用实例推动着LFG车的发展。目前,LFG已被认为是一种很有前途的车用燃料。
LFG含40%-60%的甲烷,用作车辆燃料具有诸多优点:(1)降低全球温室气体效应;(2)减轻大气污染;(3)减少对化石燃料的依赖;(4)辛烷值高、着火点高。可采用较高的压缩比;(5)热值较高。以含54%CH4、45%CO2的LFG为计算依据[3],可以看出,LFG的热值与城市煤气的热值相近,每升LFG的能量相当于0.24L柴油、0.31L汽油的能量[4]。热值较高是LFG能够用作车辆燃料的主要原因。
1LFG用作车辆燃料需解决的关键技术问题及国外研究应用现状
LFG用作车辆燃料需解决一系列技术问题,关键是LFG的净化、贮存及车辆内燃机的改装。下面结合国外研究应用现状介绍这些技术的进展。
1.1LFG的净化
根据国外经验[5],LFG用于车辆,必须要去除H2O、H2S、CO2三种成分。实践表明,其存在不仅降低LFG的热值,而且在高温高压条件下,对LFG的利用系统具有强烈的腐蚀作用,现有LFG的净化技术都是从天然气净化工艺及传统的化工处理工艺发展而来的,按反应类型和净化剂种类分类,净化技术见表1。
表1LFG的净化技术表
吸附和吸收是最常用的净化技术,目前已有应用实例。荷兰的Tilburg填埋场运用水洗法去除CO2,将操作条件控制在常温、1MPa下,Wijster和Nuener填埋场运用分子筛去除CO2和H2O。但传统工艺也存在诸多缺陷,成本高、效率低、废酸碱液及其它废物的再处理等问题常常困扰填埋气厂。近些年,人们不断改进单一工艺,发展联合工艺,开发新工艺,如将化学氧化吸收和吸附工艺相结合,利用吸附剂保护催化剂,使处理效率大大增加,对低浓度H2S去除具有明显优势。典型的联合工艺还有化学氧化洗涤、催化吸附等。新工艺发展最快的是生物过滤(见图1)。澳大利亚、美国实验结果表明[6],该工艺具有操作简单,适用范围广、经济、不产生二次污染等许多优点,特别适于处理水溶性低的有机废气,已被认为是最有前途的净化工艺。
①鼓风机②除尘③控制室④调节温度⑤排水⑥过滤⑦气体分配系⑧喷淋
图1LFG的生物过滤处理工艺流程图
生物过滤法可去除H2S,CO2两种杂质,其工作原理是利用滤料中微生物的生物降解作用。整个工艺的核心是生物滤池,关键要控制好滤料特性和微生物活性。滤料通常选泥炭、石楠、锯木、碎树皮。为提高净化效果,再加膨胀黏土、活性炭和聚苯乙烯等惰性物质。滤料温度、含水率、阻力和气体停留时间是影响微生物生长的主要因素。与其它工艺相比,处理量较大时,滤池所占体积大。为此又开发了多级过滤,亦称塔式过滤,显著减少滤池容积。
1.2LFG的贮存
国外填埋气厂一般都有贮气系统[7],以储备气体,满足消费需求。贮气技术按压力大小分为低压、中压和高压贮存三种。70年代有人尝试使用液化贮存,由于甲烷的液化临界点为-82.5℃,工艺复杂,技术要求高,成本大,不适于LFG贮存,逐渐被淘汰。低压贮存要求压力小于5kPa,有干、湿两种,这种贮存技术最大的缺点是气柜容积大,占地面积大。中压贮存压力保持在1-2MPa,气柜容积比低压要小,为1-100m3,中小型填埋场多使用这种技术。目前,最受青睐的贮气技术为高压贮存。贮气容器为30或50L的钢瓶,压力150、250、330、350MPa不等,贮气量大,体积小。缺点是H2S,CO2对压缩设备有腐蚀作用,但就净化过的LFG而言,无须考虑这种隐患。
1.3车辆内燃机的改装
1.3.1纯LFG汽油机的改装
汽油机改烧LFG,关键要引入LFG,使之与空气混合,代替汽油工作[8]。目前,主要采取两种措施:直接对汽油机改装;利用压缩天然气(CNG)内燃机[9]。
a.直接对汽油机改装
最简便、常用的方法是嫁接法(图2)。即在原机化油器上钻个孔,再插入前部斜尖状的填埋气进气管。嫁接凸缘管可以安在空气滤清器和化油器之间,也可以安在化油器和节气门之间。
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2021-05-28
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