變沼氣為高熱甲烷

　　據美國環保署（EPA）的垃圾填埋場甲烷開發計劃（LMOP）稱：在經歷一些年的沉寂之后，垃圾填埋場高熱量甲烷利用項目又開始如雨后春筍般涌現。從2006年開始，美國共有11個高熱量甲烷項目開工建設。

　　今天的高熱甲烷項目采用了最新的技術，能清除其中的二氧化碳和雜質，獲得95%純度的甲烷氣體，其熱量值與天然氣相當。技術的進步以及更高的收益率使得高熱甲烷項目成為更多垃圾填埋場的一個可行的選擇。

　　一般的垃圾填埋場沼氣只含有約50%的甲烷——甲烷是天然氣的主要成分，50%的二氧化碳，還有一小部分的有機化合物和雜質。去除沼氣中的二氧化碳和雜質，能使其熱量值翻倍，達到與天然氣等同的高度——1025-1095英熱單位每立方英尺。

　　高熱甲烷通常被直接注入天然氣管道，與天然氣混合，被送往千家萬戶。

  趨勢

　　2006年以前，高熱甲烷項目的增長非常平淡，新增項目量大約在每年1個左右。而如今，據LMOP估計，2009年將有10個高熱甲烷項目開始運營。

　　2007年，辛辛那提市的Rumpke SLF垃圾填埋場投資1500萬美元的高熱甲烷加工工廠（始建于1986年）擴建項目完工。此次擴建完成后，將使該工廠的垃圾填埋場沼氣處理能力從900萬提高到1500萬立方英尺每天。據該工廠的擁有者Montauk Energy公司（匹茲堡）運營副總裁Rick O’Mahony稱：“垃圾填埋場的沼氣產量在逐步增多，我們有兩個選擇，要不花點錢直接把他們燒掉，要不投點錢擴建高熱甲烷工廠，把它們制造成高熱甲烷賣給用戶?！?/p>

　　促進近幾年高熱甲烷項目迅猛增長的三大主要因素是：低零售電價，高天然氣零售價，和氣體分離技術的進步。

　　電和天然氣的價格，決定垃圾填埋場沼氣的哪一種處理方式更有利可圖。過去幾年，美國的零售電價相對穩定。與此同時，天然氣價格卻開始顯著上漲，很多垃圾填埋場開始上馬高熱甲烷項目。技術的進步同樣刺激了這一趨勢。制造商們降低了沼氣處理設備的價格和壓力要求，使得高熱甲烷項目在垃圾填埋場（即使是那些沼氣產能小于3000標準立方英尺每分鐘的垃圾填埋場）變得有利可圖。

  滿足規格

　　垃圾填埋場沼氣必須經過徹底的清洗和升級才能最終出售給用戶。首先要滿足管道質量，這需要四個步驟。

　　最后一步是去除二氧化碳，這是高熱甲烷項目的主要組成部分。這是因為二氧化碳占到垃圾填埋場沼氣原氣的50%，而且去除二氧化碳需要專門的分離設備。與二氧化碳一并被清除的還有碳氫化合物和硅氧烷等?？偠灾?，需要根據垃圾填埋場沼氣的成分，綜合運用多種技術，才能制造出管道質量的高熱甲烷氣體。

下面是制造管道質量甲烷氣體的四個步驟。

  去氮和去氧

　　垃圾填埋場應升級其沼氣收集系統，防止氣體侵入，以將含氮量和含氧量降到最低。垃圾填埋場沼氣收集系統是在真空下進行的，而氮和氧會通過垃圾填埋場的表面侵入到沼氣手機系統。通過調整收集井的真空，和修補垃圾填埋場覆蓋層上的漏洞可以將這個問題最小化。

  除濕

　　很多垃圾填埋場用冷卻器或是干燥劑來除濕。

  除氫化硫

　　通常用液體吸收法——化學或物理溶液來去除氫化硫。

  去除二氧化碳

　　在美國，有四種二氧化碳去除技術得到了應用：洗氣，膜分離，分子篩，和CO2Wash。以下是詳細介紹。

　　洗氣是指用一種溶劑選擇性地將二氧化碳和其他氣體吸入到該液相中。早期的高熱甲烷工廠主要采用的就是這種技術。

　　洗氣技術過去一般多被大型垃圾填埋場采用，其模式與天然氣加工工廠類似。洗氣工廠需要投入巨大的資本，因此，洗氣技術適合于那些沼氣產量比較大的垃圾填埋場（比如產能在6000標準立方英尺每分鐘的填埋場），以確保長期回報率。

　　至于膜分離。不同氣體的分子大小不一，它們在通過多孔膜的時候，其速度也是不一樣的。二氧化碳通過膜的速度是甲烷的20倍。過去這項技術的一大障礙是——需要600psig的壓力來迫使二氧化碳通過膜。如今這一難題得到了解決——200psig的壓力就足以完成這個過程，這使得高熱甲烷項目在小型垃圾填埋場的應用成為了可能。

　　膜分離技術的運營和維護相對簡單。LMOP的國家數據庫顯示2000年后建成的高熱甲烷項目中有九個采用的是這種二氧化碳分離技術。

　　分子篩采用氣相活性炭來去除甲烷有機物和二氧化碳。分子篩媒介會優先將二氧化碳吸附在其表面，當媒介載滿了二氧化碳后，將分子篩拿下線，再通過降壓和凈化循環回收媒介，所以這種技術又被稱作變壓吸附。

　　CO2Wash是一種專利技術，它能將從垃圾填埋場沼氣中獲得的液態二氧化碳作為一種溶劑。在經過除濕和壓縮處理后，沼氣向上經過一個三層柱。位于這個柱子頂部的冷卻器將二氧化碳濃縮成液體形態。一部分液態二氧化碳用來清洗這根柱子，去除掉氣體中的揮發性有機污染物。整個過程生產出兩種產品：食品級別的二氧化碳（含量為99.99%）和中度熱量甲烷（甲烷含量為70%）。中度熱量甲烷可以用作燃料，或者是在經過膜分離法生產出高熱甲烷。

  未來

　　天然氣價格顯然將繼續影響新開工高熱甲烷項目的數量。美國能源部的能源情報署（EIA）預計2009年天然氣的年平均價格為4.67美元每百萬英熱單位，到2010年將上漲到5.87美元每百萬英熱單位，而到2020年時，天然氣價格將為每百萬英熱單位8美元。

　　2009年已經兩個新項目上線運營，還有六個正在緊張建設中。開發商和技術供應商將繼續致力于技術開發，為更多的所有類型和規模的垃圾填埋場生產高熱甲烷掃清道路。