RNG处理设施的空气许可挑战

由于应对气候变化的社会压力不断增加，可再生天然气(RNG)的生产和使用在过去几年有了显著增长。根据美国环境保护署(EPA)的数据，自2017年以来，可运行的RNG项目增加了两倍多。虽然垃圾填埋场通常占RNG运营项目的大部分，但大部分新增长来自农业消化器项目。

RNG背后的想法很简单:将甲烷作为温室气体(GHG)释放到大气中，并将其转化为与现有天然气基础设施兼容的产品。

然而，将这一概念付诸实践是相当复杂的。虽然RNG具有脱碳(减碳)的好处，但在工厂设计中必须解决许多技术工程和空气许可方面的挑战，以确保项目符合环境法规。

背景:RNG和CO2e

沼气含有大约45-65%的甲烷，35-55%的二氧化碳(CO₂)和微量的其他气体。全国有成千上万的地方收集沼气，主要来自垃圾填埋场、污水处理厂和奶牛场或养猪场。

如前所述，这些甲烷源的许多运营商目前处理沼气以产生rng，特别是垃圾填埋场。然而，其他的，要么燃烧(火炬)或释放原始沼气，因为历史上没有足够的激励来证明生产RNG的成本增加是合理的。

当有限公司₂等价(有限公司₂e)量化减排，RNG行业增长如此迅速的原因就显而易见了。甲烷的温室效应是CO的25倍₂从沼气来源可以是:

1. 作为无组织排放物释放到大气中。
2. 在耀斑中燃烧。
3. 加工成RNG，注入天然气管道供最终使用。

当甲烷作为一种无组织排放物被释放到大气中时，它代表了温室气体排放的最坏情况。而有一些相关的在逃人员和直接CO₂在处理RNG和地质天然气时所涉及的排放，它们在一定程度上相互抵消。RNG能够将某些沼气碳排放量减少约90%。

生物甲烷的三大命运(CH₄)包括逸散大气释放、收集和燃除，或处理成有用的可再生气体。当释放到大气中或收集和燃烧时，CO₂天然气燃烧(绿色部分)也会释放出二氧化碳，否则RNG将取代天然气。

工厂设计空气允许考虑因素

RNG加工厂的典型空气许可考虑因素与其他工艺排放源类似。RNG加工厂面临的独特挑战与量化硫化氢(H₂S)和二氧化硫(SO₂)排放，适应原料废物的变化，并进行H₂S和SO₂分散建模。这些细微差别创造了额外的复杂性，并与植物设计相互关联。

量化H₂S vs SO₂排放

任何涉及空气污染物排放的开发项目必须在施工前获得空气许可证或豁免。然而，与许多正在开发的项目一样，在需要许可证之前，设计可能无法完成。

在某些情况下，特别是RNG加工厂，项目设计依赖于空气许可的各个方面，特别是排放的量化。由于量化排放可能是一个反复试验的过程，排放计算和设计修改通常需要多次迭代。许可证分类通常基于整个设施的潜在排放，RNG处理设施的潜在排放水平可能差异很大。

因为H₂S在燃烧时被破坏，硫转化为SO₂，重要的是要了解排放量化后果的H₂工艺流程中存在S去除系统。例如，如果H₂S从耀斑的上游去除，产生SO₂排放量可能相对较低，因此对许可证分类的影响最小。

如果H₂S的去除是耀斑的下游，另一方面，潜在的排放可能相当高。在某些情况下，每年可能远远超过200吨，因此许可证分类可能会导致更繁重的许可证条件。在其他情况下，州或地方监管机构可能有具体的规则来推动项目设计，并在许可证分类中发挥重要作用。

考虑这样一个场景，一个州的法规影响RNG加工厂的设计。如果国家规定限制SO₂从工艺源排放到10磅每小时(磅/小时)，当排放率高于这一限制时，需要排放控制(或最佳可用控制技术分析，说明为什么这些控制不合理)。

在这种情况下，项目开发人员制定了初始计划，将H2S从设施火炬的下游去除，这样在工厂停机或停机期间，沼气将被火炬燃烧。而H的沼气组成相对较高₂S含量，排放速率约为50磅/小时₂．

如果最初的工厂设计是在初步的空气许可活动和国家法规确定之前完成的，那么对设计的修订将需要H₂S移至耀斑上游。结果:不同的气体处理和H₂由于生物气源的特定地点性质，S去除技术。

新设计将有资格获得更精简的空气许可程序，因为H₂S的移除发生在耀斑之前，SO₂上游耀斑的排放速率将小于1磅/小时。

适应不断变化的废物趋势

RNG处理厂的设计是一个挑战，废物本身的特性是另一个挑战。奶业沼气和养猪业沼气长期以来相对稳定，废水沼气也是如此。然而，填埋气体取决于进入填埋地的废物的成分。废物趋势的变化会对RNG生产商捕获和处理的垃圾填埋气的质量和数量产生重大影响。

在过去的60年里，废物回收、庭院废物堆肥和其他废物管理趋势的变化导致了堆填区有机废物的减少。因此，许多堆填区正寻求非传统来源，以取代部分都市固体废物合约。根据区域趋势，这些垃圾填埋场正在接受工业和商业建筑和拆除垃圾以及工业过程废物，如污泥和石油和天然气钻井液。

自1960年以来，不断变化的废物趋势和废物处理技术改变了某些材料的填埋量。请注意，自1980-1990年达到峰值以来，纸张和庭院垃圾填埋量大幅减少。“其他”类别包括玻璃、橡胶、皮革、纺织品和其他杂项废物。这七个类别代表堆填都市固体废物的种类。

这些不断变化的废物趋势可能对遵守空气许可产生不利影响。让我们考虑一个2007年在垃圾填埋场开发RNG加工厂的设施。利用历史垃圾趋势来建立气体特性，该设施最初被允许用H₂S含量可达400ppm。

然而，多年以后，来自建筑和拆迁废墟的石膏板的涌入改变了垃圾填埋场的垃圾趋势。石膏，又称二水合硫酸钙，可以增加H的浓度₂S在垃圾填埋气体中。因此,H₂原始垃圾填埋气体中的硫含量开始达到1000ppm的水平，平均水平远远超过400ppm。

因此，设施火炬的排放率开始超过许可限制，导致遵守空气许可的挑战。虽然国家机构了解这个问题，但他们需要许可证修改申请来重新建立适当的许可证限制。该应用还需要空气污染物扩散模型来解决自颁布以来的一小时SO₂国家环境空气质量标准(NAAQS)，这是对大气中SO浓度的健康限制₂在环境空气中限制在十亿分之七十五。

H的色散模型₂S和SO₂

RNG处理设施的空气污染扩散建模分析通常侧重于州级H的合规演示₂S环境标准和一小时SO₂达标。如前所述，任何H₂在燃烧气体中存在的S会导致SO₂排放。如果气体被排出，H₂S可能需要建模以满足严格的环境空气质量标准。

排气装置不能提供理想的分散特性。较低的温度、流速和堆叠高度对于证明符合适用的H可能存在问题₂美国空气质量标准。如果高H₂含硫气体燃烧?一小时SO₂在进行色散建模时，NAAQS可能是一个挑战。

一小时SO₂NAAQS有一个复杂的统计定义，这使得EPA提供了关于如何进行合规性演示的具体指导，这在分散建模界被通俗地称为“间歇源指导”。

为了简化这一复杂而令人困惑的技术问题，EPA指南指出，由于一小时NAAQS的统计性质，不常见和不可预测的排放情景没有必要包括在这种建模分析中。尽管EPA指南特别侧重于间歇NOx排放的豁免(即应急发电机或燃烧涡轮启动和关闭)，但该指南可以推断用于燃烧高H的间歇使用照明弹₂S含量沼气。

在前面的例子中，升高的H₂燃烧原料气体的S含量需要使用空气污染物扩散模型进行空气许可证修改申请。该设施需要证明遵守一小时SO₂NAAQS在2007年还不存在，当时该工厂最初被批准。关于SO升高的担忧₂由于严格的NAAQS，排放率变得更加困难。间歇源指南包括有关历史原始气体燃除事件的文件。这些为测定提供了依据，解决了H升高的问题₂年代。

复杂的项目，复杂的许可

RNG处理设施面临的技术工程挑战可以通过多种方式解决。RNG加工设备，H₂S去除系统，原料气体特性和州和地方法规可能在每个项目现场有所不同。

这些技术挑战适用于从工厂设计到空气许可和合规的方方面面。虽然与其他石油和天然气燃料加工设施相比，许多RNG加工设施可能相对较小，但空气许可的考虑仍然很重要。

在工厂设计最终确定之前，必须在航空许可证申请过程中通过良好的规划和专家分析来确保设施寿命的符合性。

文章最初发表在POWER Engineers的网站上。万博manbetx手机投注今天就订阅我们的通讯及时了解影响您项目的环境见解和法规更新。