摘要：介绍了垃圾掩埋气的发展现状和净化工艺，报告了506HT催化剂对于垃圾掩埋气脱氧净化的测试效果。
关键词：垃圾填埋气，净化，脱氧，催化剂
1. 垃圾掩埋气净化的发展前景
在我国，垃圾处理的主要方式仍然是填埋，填埋处理量占总垃圾处理量的70%。在卫生填埋过程中，有机物在厌氧微生物的作用下生化分解产生含有大量CH4和CO2的垃圾填埋气，同时含有少量氨、一氧化碳、氮氧、硫化氢、氮等成分。其中，甲烷在填埋气中一般可占40%-65%。当甲烷在空气中的体积比达到5%-15%的爆炸范围时，就可能导致爆炸和火灾，由填埋气引发填埋场着火爆炸的事故新闻媒体时有报道。甲烷是一种强烈的温室效应气体，对温室效应所起的作用比CO2大得多。因此，卫生填埋场必须将填埋气体收集，防止无序排放。
同时，作为一种有价值的可再生能源，甲烷回收具有节能的意义。填埋气的热值一般为7450～22350kJ／m3，脱水后热值可提高10％ ，除去co2、H2S及其它杂质组分后，又可将热值提高到22360- 26000kJ／m 3(天然气的热值为37260kJ／m 3)。世界上许多国家如美国、荷兰、英国早在20世纪70年代就开始了对填埋气的研究，20世纪80年代初便开始利用填埋气。在广泛利用垃圾填埋气的国家，如美国、英国和德国中，垃圾填埋气回收用于发电占55％、锅炉占23％ 、熔炉和烧窑占13％ ，管道供气占9％。目前，较新的填埋气利用技术还包括用作汽车的替代燃料，生产甲醇或者燃料电池等。
我国城市每年垃圾产生量目前约3亿吨，如果其中有70%填埋处置，可回收利用的能量，就相当于40亿~280亿标准立方米的天然气。垃圾填埋场内产生的大量填埋气，现在主要是直接排空或放空燃烧，仅有少数的垃圾填埋场进行收集、净化、发电，垃圾填埋气的回收和应用具有广阔的发展前景。
2. 净化工艺中的脱氧净化
在垃圾填埋气的回收利用过程中，浓缩和净化过程所需的投资通常约占整个回收成本的50％以上。垃圾填埋气的用途不同,净化处理工艺也有所不同。用作管道气等高热值的燃料时，需要脱除H 2 O 、C O 2 、高分子碳烃化合物，并需对微量组分进行深度处理；用作锅炉、熔炉等中热值的燃料时，在过滤除去其中的颗粒后，需要冷凝脱水；垃圾填埋气最普遍的应用是在现场用作发动机或涡轮机的电力，因其附属设备比较简单和廉价，所以常作为能源回收利用的首选。
垃圾降解过程，本身是厌氧的，但是空气的混入，使得垃圾填埋气中总含有一定量的氧气。填埋气中的氧气的存在是危险的，因为它会造成气体处理设备的腐蚀，增加维修和更换的成本。另外，氧气会与硫化氢反应形成单质硫，沉积并堵塞管道和设备。所以，垃圾填埋气中的氧应该脱除。脱氧的方式有：
1） 分子筛法
Engelhard Corporation 发明一种特制的分子筛，它含有几种与待分离气体的分子大小相适应的孔径结构，以实现不同组分气体的分离。但该工艺有待进一步完善，而且分子筛需要特制，成本非常高。
2） 金属处理法
有国外专利报道，将气体通过一种由镍、钴、铜、铁和银组成的金属材料，使得混合气体中的氧与金属反应形成氧化物而去除。
3） 催化反应法
采用催化剂，使混合气体中的氧与还原性气体发生化学反应，实现氧的脱除。Newpoint Gas Company 的除氧系统X-O2™，就是这样一种催化除氧装置。
3. 催化脱氧净化的工艺选择
根据垃圾填埋气的组成，选用最适宜与氧化合的气体组分和催化剂，使得反应容易进行且催化剂可长期使用。例如，河北某垃圾填埋场的气体成分如下：
表1
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序号
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分子式
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MOL%
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1
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甲烷
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45~50
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2
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二氧化碳
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35~40
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3
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氮气+氩气
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9~12
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4
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氧气
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2~3
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5
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氢气
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7~10
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5
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硫化氢、一氧化碳、苯、氨气
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均≤1ppm
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6
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乙烷、丙烷、丁烷等烷烃；气态硅化物、甲苯、乙苯、二甲苯等。
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未检测到
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由气源组分可知，主要成分为甲烷、二氧化碳、氮气、氩气和氧气，其他成分均为微量，可不必考虑。因垃圾掩埋气中同时含有氢气和氧气，最适合的方式就是，在常温、常压条件下，以氢气和氧气化合来脱除氧气。由于气源中氢气过量，氧气被全部消耗而实现完全脱除。
4. 催化脱氧试验
模拟以上垃圾填埋气组成，本公司在实验室进行催化脱氧的测试试验。
1） 测试方法
在管式反应器中装填大连科联新技术开发公司506HT脱氧催化剂，以常温常压条件，通过模拟表1垃圾掩埋气成分的气体，处理后的气体经脱水管除去水分，用测氧仪测定残余氧含量。（常温，是指不需额外施加热源，实际上因氧含量在2-3%，放热使反应器升温200-300℃。）
2）气源成分 （大连大特气体有限公司配气）
表2
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气体组分
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甲烷
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二氧化碳
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氧气
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氢气
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含量（vol%）
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51.66%
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34.52%
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2.96%
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10.86%
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3）测试结果
表3
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时间 （分）
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10
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20
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30
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40
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50
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60
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70
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80
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处理后含氧量（%）
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0.02
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0.01
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0
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0
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0
|
0
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0
|
0
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4）结论
以上实验结果表明，用506HT脱氧催化剂处理垃圾填埋气，可有效去除垃圾掩埋气中的氧气，残留氧在10ppm以下。催化反应可在安全平稳地在常温常压下进行。。
