Технологии за третиране на сметищен газ

Kалоричността на сметищния газ, съдържащ над 500 компонента с микроконцентрация, които представляват около 1% от състава му, зависи предимно от съотношението метан/въглероден диоксид. Газът съдържа халогенирани въглеводороди, висши алкани и ароматни въглеводороди.

Повечето от висшите алкани са горими, но ако калоричността им е по-ниска от тази на метана, наличието им ще намали калоричната стойност на сметищния газ. Някои от ароматните съединения (например бензен) и хлорираните въглеводороди (хлороетен) са рискови за човешкото здраве, други имат силен мирис (терпени, естери и тиоли), а някои могат да повредят оборудването за оползотворяване на газа (органохалогени, серни съединения и силоксани).

Следователно съдържанието на компоненти с микроконцентрация в сметищния газ оказва влияние върху здравето, околната среда и функционирането на газовите двигатели.

Основна част от емисиите от съвременните депа се изпускат през системата за управление на сметищния газ, която може да включва съоръжения за факелно изгаряне и/или за оползотворяване на газа, и от повърхността на депото.

Оборудването в системата за управление на газа до голяма степен елиминира метана и летливите органични съединения, но ползването му може да доведе до получаването на допълнителни продукти от горенето. Качественият състав на димните газове зависи от характеристиките на сметищния газ, конструкцията на електрогенераторния агрегат и конфигурацията на системата за управление на двигателя.

Състав
Сметищният газ съдържа разнообразие от серни съединения, някои от които са със силен неприятен мирис. Сред тях са сулфиди/дисулфиди (сероводород, диметил сулфид, диметил дисулфид, диетил дисулфид и въглероден дисулфид) и тиоли (метил меркаптан, етан- и пропантиол и др.). Серните съединения са корозивни в присъствието на несвързана вода или влага в моторното масло и/или сметищния аз.

Тези съединения могат да доведат до износване на буталните пръстени и облицовката на цилиндрите на двигателя. Прилагането на системи за рециркулация на газа може да повиши влагосъдържанието в двигателната система. Това оказва въздействие и върху качеството на маслото, което обуславя необходимостта от по-честата му смяна.

Обикновено сметищният газ съдържа Халогенираните съединения, съдържащи хлор, бром и флуор (въглероден тетрахлорид, хлорбензен, хлороформ и трифлуорометан), се разлагат по време на горене и това може да доведе до формирането на киселинни газове, HCl и HF в присъствието на влага.

Тези съединения могат да причинят корозия на металните тръби и компоненти на двигателя. Изгарянето на халогенираните съединения в присъствието на въглеводородите от сметищния газ може да доведе и до образуването на полихлорирани дибензодиоксини и фурани, особено при охлаждането на горивните газове до температури под 400°C.

Скоростта на абсорбция на хлорните съединения от моторното масло определя честотата на смяната му в двигателите за сметищен газ. Обикновено производителите на такива двигатели задават препоръчителни граници за общото съдържание на хлор и флуор на вход.

Влиянието на силиция, силициевия диоксид и силоксаните е различно за всеки отделен случай. Основният източник на силиций в сметищния газ са депонираните потребителски стоки, включително козметични продукти. Понятието силоксани се отнася до група съединения със Si-O връзки с органични радикали (метилни, етилни, или други функционални групи), свързани към силициевия атом.

При горене органичните силициеви съединения от сметищния газ могат да се отложат върху главите на цилиндрите. Тези твърди отлагания съществено редуцират експлоатационния живот на двигателя. В такива случаи се налага разглобяване и ръчно отстраняване на отлаганията от буталата, главите на цилиндрите и клапаните. Силоксаните не създават пряко проблеми с емисиите от двигателите за сметищен газ, но износването вследствие на наличието им може да увеличи емисиите на SOx, заради изгарянето на смазочно масло.

Първично пречистване
Посредством технологиите за първично пречистване се осъществява първият етап от редуцирането на замърсителите, съдържащи се в сметищния газ. Те обикновено са прости физични процеси, чрез които се отстраняват водата (кондензата) и частиците. Тези технологии се използват отдавна и вече са се утвърдили като стандартен елемент на инсталациите за третиране на сметищен газ.

Наличието на вода в течно състояние в тръбопроводите за сметищен газ може да окаже негативно въздействие върху ефективността на инсталацията. Първо, събирането на вода намалява пространството за преминаване на газовия поток и води до загуба на налягане. Второ, нестабилният характер на тези двуфазни потоци (течност и газ) може да причини колебания, които да затруднят управлението на инсталацията.

Замърсената вода, от друга страна, може да причини отлагания върху стените на газопроводите, което също намалява стабилността на експлоатация и увеличава загубата на налягане. Поради тези причини съдържанието на вода в тръбопроводите за сметищен газ трябва да се контролира и свежда до минимум.

Обезводняването директно в поточната линия е често прилагана от операторите практика. Понякога обаче е необходимо да се внедрят и допълнителни мерки за управление, които да гарантират, че в газовия поток няма течна вода. Още по-разпространено е използването на барабани за избиване на водата от газа.

Целта на тези съоръжения е да намалят скоростта на потока в достатъчна степен, че водата да се отдели и да може да бъде дренирана или препомпана. Това оборудване е доста опростено и може да обслужва газови потоци с голям дебит (до 10 000 m3/h), отстранявайки повече от 1 l/min вода.

Повишаването на налягането на една газова смес води до покачване на температурата. Част от получената топлина се разсейва при източника, но все пак температурата на компресирания газов поток неизбежно ще е по-висока от тази на околната среда. Това може да наложи необходимостта от охлаждане на газа с цел предпазване леглото на регулиращите вентили, предотвратяване претоварването на полиетиленовите тръбопроводи и постигане на съответствие с изискванията за надеждно измерване и безопасност за персонала.

Охлаждането на газа преди и след кондициониране се извършва по различни причини, като количеството на енергията, която трябва да бъде отстранена зависи от специфичния топлинен капацитет на газовата смес, масовия дебит на газа и специфицираната крайна температура. При компресиране относителната влажност на газа намалява. Това се определя от специфичното влагосъдържание на газовия поток, изпускан от депото.

Понижаването на относителната влажност може да доведе до кондензация, което би представлявало проблем за потребителя. Затова е важно операторите на инсталациите за оползотворяване на сметищен газ да определят температурния профил по продължение на тръбопроводите, и, ако е необходимо, да поставят изолация или подгряващи съоръжения.

Много по-сложни и съответно по-рядко прилагани методи за охлаждане на газа включват използването на кожухотръбни топлообменници, охладителни кули и рекуператори със студена вода.

Ако газът, подаван към инсталация или крайни потребители, съдържа частици, той може да причини щети и износване на системите и оборудването. Следва да се внимава при използването на барабани за избиване на вода, тъй като е възможно върху повърхността на съда да се развият микроорганизми, които да доведат до отделянето на частици в газа.

Съдържанието на частици в газовия поток може да се контролира чрез филтър (обикновено изработен от тел от неръждаема стомана), който може да служи и за решетка за улавяне на пяна, или циклонен сепаратор. Циклоните могат да отстраняват частици с диаметър 15 mm (или дори 5 mm за високоефективните съоръжения), докато филтрите могат да задържат и частици с диаметър 2 mm.

И при двата вида системи обаче може да се стигне до запушване, и затова се изисква редовна поддръжка и отстраняване на натрупаните твърди материали. Друг подход за филтрация включва пропускането на газа през филтри с пълнеж от чакъл или керамика, който задържа както частиците с диаметър до 150 mm, така и водните капки от газовия поток.

Вторично пречистване
Налични са много техники за по-качествено пречистване, включващи и физични, и химични процеси. Необходимостта от вторично пречистване на газа може да нарасне в зависимост от измененията в състава на депонираните отпадъци в отговор на прилаганите стратегии за отклоняване на определени видове отпадъци. Филтрите с активен въглен са едни от най-често използваните съоръжения за пречистване на сметищен газ.

Ефективността им на задържане намалява в реда сероводород – халогенирани органични вещества – силоксани. Основно предимство на системите с активен въглен е възможността им да отстраняват няколко вида компоненти с микроконцентрация едновременно. Ключови параметри, които трябва да бъдат отчетени при проектирането на филтър с активен въглен, са натоварването и точката на насищане на въглена.

Съществуват два вида съоръжения за отстраняване на сероводород от сметищен газ – сухи и мокри скрубери. Като цяло, мокрите скрубери са с по-висока производителност, но за тях са необходими много по-големи първоначални капиталови разходи. Сухите скрубери са с по-малък капацитет и по-ниски първоначални разходи.

Химикалите за мокро пречистване могат да бъдат в твърдо или течно състояние и да бъдат инжектирани директно в газопровода или да бъдат прибавяни към газовия поток в специални контакторни съоръжения. Налични са и няколко вида процеси за пречистване на сметищен газ от повечето халогенирани органични съединения, които имат предимството, че отстраняват и въглеродния диоксид и други компоненти с микроконцентрация.

Все още няма стандартен метод за третиране на сметищен газ с цел елиминиране или минимизиране на силоксаните. В някои инсталации в САЩ например се използва комбинация от понижаване температурата на газа до 4°C и отстраняване на допълнителната влага с коалесцентен филтър/сепаратор.

Ефективните системи с активен въглен обикновено са доста скъпи, а отработеният въглен не може да бъде регенериран и трябва да бъде обезвреден, което също изисква значителни разходи. Освен това активните зони на въглена задържат и водни пари и халогенирани съединения, което съществено скъсява експлоатационния му живот.