Войти
Сбор свалочного газа с закрытой свалки Свалочный газ Утилизация - это процесс сбора, обработки и обработка метана или другого газа, выделяемого при разложении мусора, для производства электроэнергии, тепла, топлива и различных химических соединений. После ископаемого топлива и сельского хозяйства свалочный газ является третьим по величине источником метана, произведенным человеком. По сравнению с CO. 2, метан в 25 раз более эффективен как парниковый газ. Важно не только контролировать его выбросы, но, где позволяют условия, использовать его для выработки энергии, тем самым компенсируя вклад двух основных источников парниковых газов в изменение климата. По данным Агентства по охране окружающей среды США, количество проектов по переработке свалочного газа, которые преобразуют этот газ в электроэнергию, увеличилось с 399 в 2005 году до 519 в 2009 году в США. Эти проекты популярны, потому что они контролируют затраты на энергию и сокращают выбросы парниковых газов. Эти проекты собирают и обрабатывают метановый газ, чтобы его можно было использовать для производства электроэнергии или переоборудовать в газ трубопроводного качества. Эти проекты обеспечивают электроэнергией дома, здания и транспортные средства.
Процентный состав каждого основного компонента свалочного газа во времени. Свалочный газ (LFG) образуется в результате разложения твердые бытовые отходы (ТБО) и другие биоразлагаемые отходы, вызываемые микроорганизмами. Аэробные условия, присутствие кислорода, в основном приводит к выбросам CO. 2. В анаэробных условиях, типичных для свалок, метан и CO. 2 производятся в соотношении 60:40. Метан (CH. 4) является важным компонентом свалочного газа, так как он имеет теплотворную способность 33,95 МДж / Нм ^ 3, что дает преимущества в производстве энергии. Количество производимого метана значительно варьируется в зависимости от состава отходов. Большая часть метана, производимого на полигонах ТБО, происходит из пищевых отходов, композитной бумаги и гофрированного картона, которые составляют 19,4 ± 5,5%, 21,9 ± 5,2% и 20,9 ± 7,1% соответственно на полигонах ТБО в Соединенные Штаты. Скорость производства свалочного газа зависит от возраста свалки. Существует 4 общих этапа, которые проходит часть полигона ТБО после размещения. Как правило, на большой свалке разные участки полигона одновременно находятся на разных стадиях. Добыча свалочного газа достигнет максимума примерно через 5 лет и начнет снижаться. Свалочный газ следует кинетическому распаду первого порядка после начала снижения со значением k в диапазоне 0,02 год-1 для засушливых условий и 0,065 год-1 для влажных условий. Программа по изучению метана на свалках (LMOP) предоставляет модель распада первого порядка для помощи в определении производства свалочного газа под названием LandGEM (Модель выбросов свалочного газа). Как правило, скорость извлечения газа на полигоне твердых бытовых отходов (ТБО) колеблется от 25 до 10000 м3 / ч, а на полигонах - от 100000 м3 до 10 миллионов м3 отходов. Свалочный газ ТБО обычно содержит примерно от 45 до 60% метана и от 40 до 60% углекислого газа, в зависимости от количества воздуха, поступающего на площадку, либо за счет активной добычи газа, либо из-за неадекватной герметизации (перекрытия) полигона. В зависимости от состава имеющихся отходов существует множество других второстепенных компонентов, которые составляют примерно 1%, включая H. 2S, NO. x, SO. 2, CO, неметановые летучие органические соединения. (НМЛОС), полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), полихлорированные дибензодиоксины (ПХДД), полихлорированные дибензофураны (ПХДФ) и т.д. Все вышеперечисленное Агенты вредны для здоровья человека в высоких дозах.
Типовая скважина для добычи газа. 
Воздуходувка для свалочного газа. 
Схема системы сбора свалочного газа. Свалка Сбор газа обычно осуществляется путем установки скважин, установленных вертикально и / или горизонтально в массе отходов. Эвристика проектирования вертикальных скважин требует примерно одной скважины на акр поверхности полигона, тогда как горизонтальные скважины обычно располагаются на расстоянии от 50 до 200 футов друг от друга по центру. Эффективный сбор газа может осуществляться как на открытых, так и на закрытых свалках, но закрытые свалки имеют системы, которые более эффективны благодаря более широкому развертыванию инфраструктуры сбора, поскольку активного заполнения не происходит. В среднем закрытые свалки имеют системы сбора газа, которые улавливают около 84% добытого газа по сравнению с примерно 67% на открытых свалках.
Свалочный газ также можно добывать через горизонтальные траншеи вместо вертикальных скважин. Обе системы эффективны при сборе. Свалочный газ извлекается и направляется в главный сборный коллектор, где он направляется на переработку или сжигание. Главный коллектор может быть подключен к системе сбора фильтрата для сбора конденсата, образующегося в трубах. Необходим нагнетатель для отвода газа из сборных колодцев в сборный коллектор и далее по потоку. Система сбора свалочного газа площадью 40 акров (160 000 м) с факелом, рассчитанным на скорость извлечения 600 футов / мин, оценивается в 991 000 долларов США (приблизительно 24 000 долларов США за акр) с ежегодными затратами на эксплуатацию и техническое обслуживание в размере 166 000 долларов США в год из расчета 2250 долларов США на скважину. 4500 долларов за факел и 44 500 долларов в год на работу воздуходувки (2008 г.). LMOP предоставляет программную модель для прогнозирования затрат на систему сбора.
Факелы: открытый (слева) и закрытый (справа) факел. Если объем добычи газа не требует прямого использования или производства электроэнергии и, чтобы избежать неконтролируемого выброса в атмосферу, газ можно сжигать. 100 м / ч - это практический порог для факельного сжигания в США. В Великобритании используются газовые двигатели с производительностью менее 100 м3 / ч. Факелы полезны во всех системах захоронения газа, поскольку они могут помочь контролировать чрезмерные всплески добычи газа и периоды простоя для технического обслуживания. В Великобритании и ЕС закрытые факелы, от которых не видно пламени, являются обязательными на современных полигонах. Факелы могут быть открытыми или закрытыми, но последние, как правило, более дороги, поскольку обеспечивают высокие температуры сгорания и определенное время пребывания, а также ограничивают шум и световое загрязнение. В некоторых штатах США требуется использование закрытых ракет над открытыми. Более высокие температуры сгорания и время пребывания разрушают нежелательные компоненты, такие как несгоревшие углеводороды. Общепринятыми значениями являются температура выхлопных газов 1000 ° C с временем удерживания 0,3 секунды, что, как говорят, приводит к эффективности разрушения более 98%. Температура горения является важным контролирующим фактором, поскольку если она превышает 1100ºC, существует опасность экспоненциального образования термических NOx.
Свалочный газ необходимо очищать от примесей, конденсата и твердых частиц. Система лечения зависит от конечного использования. Для непосредственного использования газа в котлах, печах или обжиговых печах требуется минимальная очистка. Использование газа для производства электроэнергии обычно требует более тщательной обработки. Системы очистки делятся на первичную и вторичную обработку. Системы первичной обработки удаляют влагу и твердые частицы. Охлаждение и сжатие газа широко используются при первичной обработке. В системах вторичной очистки используются несколько процессов очистки, физических и химических, в зависимости от характеристик конечного использования. Два компонента, которые могут потребоваться удалить, - это силоксаны и соединения серы, которые наносят ущерб оборудованию и значительно увеличивают затраты на техническое обслуживание. Адсорбция и абсорбция являются наиболее распространенными технологиями, используемыми при вторичной обработке.
Модернизация котла для приема свалочного газа. По трубопроводам газ подается в котлы, сушилки или печи, где он используется почти так же, как природный газ. Свалочный газ дешевле природного газа и составляет примерно половину теплотворной способности - 16 785 - 20 495 кДж / м3 (450 - 550 БТЕ / фут3) по сравнению с 35 406 кДж / м3 (950 БТЕ / фут3) природного газа. Бойлеры, сушилки и печи используются часто, потому что они максимально используют газ, необходима ограниченная обработка и газ можно смешивать с другими видами топлива. Котлы используют газ для преобразования воды в пар для использования в различных сферах. Для котлов от 8000 до 10000 фунтов пара в час может производиться на каждый 1 миллион метрических тонн отходов на полигоне. В большинстве проектов прямого использования используются котлы. General Motors ежегодно экономит 500 000 долларов на энергозатратах на каждом из четырех заводов, принадлежащих General Motors, которые установили газовые котлы на свалке. Недостатки котлов, сушилок и обжиговых печей состоят в том, что их необходимо модернизировать, чтобы принимать газ, а конечный пользователь должен находиться поблизости (примерно в 5 милях), поскольку потребуется строительство трубопроводов.
В ситуациях с низким уровнем извлечения газа газ может использоваться для питания инфракрасных обогревателей в зданиях, расположенных поблизости от полигона, обеспечивая тепло и электроэнергию для местных теплиц, и обеспечивают энергоемкую деятельность студии, занимающейся керамикой, обработкой металлов или выдуванием стекла. Тепло довольно дешево использовать с использованием бойлера. Микротурбина потребуется для обеспечения энергии в ситуациях с низкой скоростью извлечения газа.
Система выпаривания фильтрата. Газ, поступающий со свалки, можно использовать для испарения фильтрат в ситуациях, когда очистка фильтрата обходится довольно дорого. Установка системы испарения фильтрата стоит от 300 000 до 500 000 долларов США, а затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание составляют от 70 000 до 95 000 долларов в год. Испаритель на 30 000 галлонов в день стоит 0,05–0,06 доллара за галлон. Стоимость галлона увеличивается по мере уменьшения размера испарителя. Испаритель на 10 000 галлонов в день стоит 0,18–0,20 доллара за галлон. Оценки в долларах 2007 года.
Мембранный блок газового сепаратора, используемый в процессе мембранного разделения для извлечения диоксида углерода Свалочный газ можно преобразовать в газ с высоким содержанием британских тепловых единиц за счет снижения содержания в нем диоксида углерода, азота, и содержание кислорода. Газ с высоким содержанием БТЕ может подаваться по трубопроводам в существующие газопроводы или в форме СПГ (сжатый природный газ ) или СПГ (сжиженный природный газ ). КПГ и СПГ можно использовать на месте для перевозки грузовиков или оборудования или продавать на коммерческой основе. Три обычно используемых метода извлечения диоксида углерода из газа - это мембранное разделение, молекулярное сито и очистка амином. Кислород и азот контролируются правильной конструкцией и работой полигона, поскольку основной причиной наличия кислорода или азота в газе является проникновение извне на полигон из-за разницы в давлении. Ожидается, что оборудование для переработки с высоким содержанием британских тепловых единиц будет стоить от 2600 до 4300 долларов за стандартный кубический фут в минуту (scfm) свалочного газа. Годовые затраты на эксплуатацию, техническое обслуживание и электроснабжение составляют от 875 000 до 3,5 миллионов долларов. Стоимость зависит от качества конечного продукта газа, а также от размера проекта. Первым свалочным газом для завода по производству СПГ в США была свалка Фрэнка Р. Бауэрмана в округе Ориндж, Калифорния. Тот же процесс используется для преобразования в СПГ, но в меньшем масштабе. В рамках проекта КПГ на полигоне Пуэнте-Хиллз в Лос-Анджелесе было реализовано 1,40 доллара за галлон бензинового эквивалента при расходе 250 стандартных кубических футов в минуту. Стоимость эквивалента галлона снижается по мере увеличения расхода газа. СПГ может производиться путем сжижения СПГ. Однако содержание кислорода необходимо снизить до менее 0,5%, чтобы избежать опасностей взрыва, содержание углекислого газа должно быть как можно ближе к нулю, чтобы избежать проблем с замерзанием, возникающих при производстве, и содержание азота должно быть уменьшено в достаточной степени для достижения по крайней мере 96% метан. Предполагается, что стоимость предприятия стоимостью 20 миллионов долларов США составит 0,65 доллара США за галлон для завода, производящего 15 000 галлонов СПГ в день (3 000 стандартных кубических футов в минуту). Оценки в долларах 2007 года.
Если объем извлечения свалочного газа достаточно велик, можно использовать газовую турбину или двигатель внутреннего сгорания для производства электроэнергии для продажи или использования на месте.
Двигатели внутреннего сгорания для выработки электроэнергии. Более 70 процентов всех проектов по производству электроэнергии на полигонах используют поршневые двигатели с возвратно-поступательным движением (RP), форма двигателя внутреннего сгорания из-за относительно низкой стоимости, высокой эффективности и хорошего размера, соответствующего большинству полигонов. Двигатели RP обычно достигают КПД от 25 до 35 процентов на свалочном газе. Однако двигатели RP можно добавлять или удалять, чтобы следить за тенденциями в газе. Каждый двигатель может развивать мощность от 150 кВт до 3 МВт, в зависимости от расхода газа. Двигатель RP (менее 1 МВт) обычно может стоить 2300 долларов за кВт при годовой стоимости эксплуатации и обслуживания 210 долларов за кВт. Двигатель RP (более 800 кВт) обычно может стоить 1700 долларов за кВт при годовой стоимости эксплуатации и обслуживания 180 долларов за кВт. Оценки в долларах 2010 года.
Газовые турбины, использующие свалочный газ. Газовые турбины, другая форма двигателя внутреннего сгорания, обычно имеют КПД от 20 до 28 процентов при полной нагрузке со свалочным газом. КПД падает, когда турбина работает с частичной нагрузкой. Газовые турбины имеют относительно низкие эксплуатационные расходы и выбросы оксидов азота по сравнению с двигателями RP. Газовые турбины требуют высокой степени сжатия газа, при котором для сжатия используется больше электроэнергии, что снижает эффективность. Газовые турбины также более устойчивы к коррозионным повреждениям, чем двигатели RP. Для газовых турбин требуется минимум 1300 кубических футов в минуту, обычно более 2100 кубических футов в минуту, и они могут генерировать от 1 до 10 МВт. Газовая турбина (более 3 МВт) обычно может стоить 1400 долларов за кВт с ежегодными затратами на эксплуатацию и техническое обслуживание в размере 130 долларов за кВт. Оценки в долларах 2010 года.
Микротурбины могут вырабатывать электроэнергию с меньшим количеством свалочного газа, чем газовые турбины или двигатели RP. Микротурбины могут работать от 20 до 200 кубических футов в минуту и выделять меньше оксидов азота, чем двигатели RP. Кроме того, они могут работать с меньшим содержанием метана (всего 35 процентов). Микротурбины требуют обширной очистки газа и бывают мощностью 30, 70 и 250 кВт. Микротурбина (менее 1 МВт) обычно может стоить 5 500 долларов за кВт при ежегодных затратах на эксплуатацию и техническое обслуживание в размере 380 долларов за кВт. Оценки в долларах 2010 года.
Исследования показали, что расплавленный карбонат топливный элемент может работать на свалочном газе. Топливные элементы с расплавленным карбонатом требуют меньшей чистоты, чем обычные топливные элементы, но все же требуют обширной обработки. Разделение кислых газов (HCl, HF и SO 2), окисление ЛОС (удаление H 2 S) и удаление силоксана требуются для топливных элементов с расплавленным карбонатом. Топливные элементы обычно работают на водороде, а водород можно производить из свалочного газа. Водород, используемый в топливных элементах, имеет нулевые выбросы, высокую эффективность и низкие эксплуатационные расходы.
Государства с государственными или частными стимулами. 
Государства со стандартом портфеля возобновляемых источников энергии. Различный свалочный газ Для проектов Соединенных Штатов существуют стимулы на федеральном уровне и уровне штата. Министерство финансов, Министерство энергетики, Министерство сельского хозяйства и Министерство торговли - все они предоставляют федеральные стимулы для проектов, связанных со свалочным газом.. Обычно стимулы имеют форму налоговых кредитов, облигаций или грантов. Например, налоговый кредит на производство возобновляемой электроэнергии (PTC) дает корпоративный налоговый кредит в размере 1,1 цента за кВтч для проектов по захоронению отходов мощностью более 150 кВт. Различные государства и частные фонды стимулируют проекты по свалке газа. Стандарт портфеля возобновляемых источников энергии (RPS) - это законодательное требование к коммунальным предприятиям продавать или вырабатывать часть своей электроэнергии из возобновляемых источников, включая свалочный газ. Некоторые штаты требуют, чтобы все коммунальные предприятия выполняли эти требования, в то время как другие требуют соблюдения требований только коммунальных предприятий.
В 2005 году 166 миллионов тонн ТБО было выброшено на свалки в США. Из каждой тонны ТБО образуется около 120 кг метана. Потенциал глобального потепления метана в 25 раз эффективнее парникового газа, чем углекислый газ, на 100-летнем временном горизонте. По оценкам, более 10% всех глобальных антропогенных выбросов метана приходится на свалки. Проекты по использованию свалочного газа помогают сократить выбросы метана. Однако системы сбора свалочного газа не собирают весь образующийся газ. Примерно от 4 до 10 процентов свалочного газа выходит из системы сбора типичного полигона с системой сбора газа. Использование свалочного газа считается источником зеленого топлива, потому что он компенсирует использование экологически вредных видов топлива, таких как нефть или природный газ, разрушает улавливающий тепло газ метан и газ образуется из-за отложений уже имеющихся отходов. По состоянию на 2007 год на 450 из 2 300 свалок в Соединенных Штатах были действующие проекты по утилизации свалочного газа. По оценкам LMOP, примерно 520 свалок, существующих в настоящее время, могут использовать свалочный газ (достаточно для снабжения энергией 700 000 домов). Проекты, связанные с использованием свалочного газа, также уменьшают местное загрязнение и создают рабочие места, доходы и экономию средств. Из примерно 450 проектов по утилизации свалочного газа, реализованных в 2007 году, было произведено 11 миллиардов кВтч электроэнергии и 78 миллиардов кубических футов газа было поставлено конечным потребителям. Эти общие суммы составляют примерно 17 500 000 акров (7 100 000 га) сосновых или еловых лесов или годовые выбросы от 14 000 000 легковых автомобилей.
