变废为宝——将废气转换为“绿色”能源

德国倍福自动化有限公司

直到 2035 年，位于 Schoteroog 的旧垃圾填埋场为绿色天然气厂都能够提供足够的垃圾填埋气，每小时可以接收 280 立方米气体，并相应地生成 190 立方米的天然气。这可以满足 500 户家庭所需的天然气量

1 引言

荷兰Gas treatment Services（GtS）工程公司主营业务是设计和实施沼气气体处理系统以及沼气的输送。由GtS研发的Gastreatment Power Package®可以用于将垃圾填埋场、废水处理厂或农场的沼气转换为天然气气质的燃料。沼气可以用来为机器或汽车供电，或作为环保的家用型能源。2012年12月1日，GtS在荷兰位于近哈勒姆的Schoteroog前垃圾填埋场的第一台“绿色”天然气设备投入运营。

“我们已经在全球建造了四台这样的设备，但位于近哈勒姆的Schoteroog垃圾填埋场旧址上的，并与Hoogheemraadschap Rijnland水务局的废水处理厂邻近的这台设备是荷兰境内第一个采用绿色天热气处理系统的设备。”Gas treatment Services公司共同创始人兼项目经理Mathieu de Bas说道。设备采用了一个复杂的工艺，将退役的垃圾填埋场排放的沼气转换为天然气气质的燃气，同时产生液态二氧化碳作为副产品。

2 将垃圾填埋气转换为天然气气质的燃气

在20世纪70年代中期和80年代，Schoteroog有一个22,000平米的垃圾堆。1992年，当人们都发现垃圾填埋场开始污染地下水时，政府根据最新的标准封掉了这个垃圾堆。在当时很正常的做法是，垃圾生物降解所产生的甲烷和其它气体与废水处理厂排放的沼气聚集在一起并焚烧掉，造成的污染让北荷兰省和哈莱姆自治市的居民不堪其扰。当地官员决定推行可持续发展计划，使用这些气体生成能源。

2009 年，GtS和能源供应公司Essent一起启动了这项计划，并与北荷兰省和哈莱姆自治市、污水管理公司Afvalzorg以及Hoogheemraadschap Rijnland水务局联合研发了这样一套设备：它能够清洁和提纯旧垃圾填埋场和废水厂排放出的沼气，以生成天然气气质的沼气。净化后的气体可以用于烹饪、供暖以及用作燃气。这一工艺的另外一个好处就是，温室气体不再会排放到大气中。

“位于 Schoteroog 的旧垃圾填埋场将提供足够的垃圾填埋气直到2035年。一开始，每年约为800,000平米，预计到2025年可以减少到600,000平米。”Mathieu de Bas解释道。系统每小时最多可以接收280标准立方米的气体，对应生成190立方米的天然气，可以满足500户家庭所需的天然气消耗量。“我们将这些天然气输送给能源供应商Essent，他们将这些天然气卖给哈莱姆自治市。”Mathieu de Bas如此说道。

压缩机受到恒定的2mbar压力，以防止垃圾填埋气排放到大气中。区域内分布的16个气井中的气体通过阀控制并通过导管输送给“绿色”天然气设备。

“绿色”天然气设备由 Gas treatment Services 开发而成，安装在荷兰 Schoteroog 旧垃圾填埋场边上，将分解处理的有机垃圾排放的气体加工成天然气气质的沼气

Gas treatment Services 公司共同创始人兼项目经理 Mathieu de Bas 在“绿色”天然气设备内的一台控制柜前

沼气厂的设计基于一个分离工艺，在这个工艺里，剩余的二氧化碳从气体混合物中提取出来并以液体形式输送给用户或者在GtS处理厂中用作冷却剂。垃圾填埋气包含水蒸汽、二氧化碳、氮气、甲烷及其它各种杂质。设备首先在30mbar的压力下将气体冷却到5℃，以去除水蒸汽。水冷凝后排放到邻近的废水处理厂。将气体混合物压缩并冷却到-25℃，去除掉易挥发的有机成分（VOC）和硅氧烷。最后，过滤气体，除去剩余的杂质，无需使用催化剂。

然后将气体冷却到-60℃，分离出液态二氧化碳。接着继续冷却到-80℃，生成固态二氧化碳，然后再次融合并以液体形式保存在低温箱内（压力为20bar，温度为-30℃）。最终生成的液态二氧化碳用途多样，例如运输公司可用它来进行冷链运输，或金属加工厂可用它来进行焊接或收缩接合处。产生的“绿色”天然气可以输送到天然气输配管网中或进行进一步的液化处理，然后储存起来。基于此一旦系统出现故障，GtS能够继续供应天然气14天。

3 基于 PC 的控制系统满足高计算能力要求

为了控制其“绿色”天然气设备，GtS决定选用Beckhoff基于PC的控制平台，它由一台C6930 工业PC、实时TwinCAT PLC软件和总线端子模块构成。“Beckhoff工业PC的一大优点就是具有满足复杂控制过程要求的高CPU性能，冷却和重新加热，提高和降低压力，控制压力鼓的替换，连续测量压力和温度，加上控制整个工艺。”位于哈雷姆的荷兰分销合作伙伴Beckhoff Industrial Automation Link公司办公室经理兼销售经理Jurjen Verhoeff说道。“此外，工业PC的计算能力足以支持用于趋势分析和历史数据存储的SCADA软件包，让操作人员能够更好地查看系统状态，操作起来也更加方便。”JurjenVerhoeff补充道。

“Beckhoff I/O端子盒的种类繁多，确保为我们提供一个能够与工艺中用到的所有传感器类型通讯的定制化解决方案。”Mathieu de Bas解释说道。所有温度都使用KL3314测量端子模块测量，压力测量则通过KM3702端子模块实现。总共有162个点用来记录温度数据，另外67个点用于记录压力和流量数据。