煤制天然氣排放廢氣協同處理方案研究

蘇柳俊

關鍵詞：低溫甲醇洗廢氣;污水處理廢氣;蓄熱式熱氧化工;混合氣體爆炸下限

能否處理好煤制天然氣過程中的“三廢”成了這一項目的瓶頸。最近，在“三廢”處理方面出現了一些新方向、新成果。隨著這些新成果的應用，煤制天然氣項目的環保優勢將更明顯，也會為產業發展帶來更大的機遇。

1. 廢水

煤氣項目產生大量的廢水主要來源于煤炭氣化階段的自來水洗水、蒸汽等。這些溶解煤氣化廢水產生的水溶性污染物，包括氨、苯酚、揮發酚、石油等氰化物是劇毒物質，可引起中樞神經中毒，導致癱瘓、窒息;苯、吡啶和多環芳烴具有致癌性，影響人的身體健康;酚屬于高毒物質，對皮膚和黏膜表皮有很強的腐蝕性;廢水排入水體后，同樣使水生生物有毒。煤氣化廢水是一種典型的高濃度、高污染、有毒的工業有機廢水，難以降解，對人民和環境有很大危害。因此，煤氣項目必須想盡辦法，將產生的廢水回收回來。目前，煤氣化廢水通常分為一級處理、二級處理和深度處理。一級處理包括沉淀、過濾、剝離裝置，去除灰塵的一部分石油等，主要的過程就是注意回收有價值的物質。二級處理主要是生化法，如活性污泥法和生物過濾法等。一般經二級處理后，廢水可達到排放標準。深度處理普遍應用的方法是臭氧氧化法和活性炭吸附法。在這些技術的基礎上，國內一些企業又研發出一些新的水處理技術。研究開發減量化零排放工藝，采用組合膜（SMCTM），通過優化膜系統的回收率及操作條件，以特殊的方式來實現濃鹽水的濃縮減量化，大幅度降低高鹽水水量，同時回用水可代替新鮮水進行重復使用。

2.廢氣

天然氣項目在生產出大量清潔能源天然氣的同時還會產生大量的廢氣，其成分主要是二氧化碳、少量硫化物及其他雜質。目前這些氣體的處理有兩個途徑：一是凈化污染物;二是廢氣綜合利用。凈化污染物主要是指對環境產生危害的氣體進行處理，減少向外界的排放量，主要涉及到脫硫脫硝技術，目前我國該技術發展比較成熟。廢氣綜合利用指利用企業排放的煙氣，回收可燃氣、焦爐氣、高爐放散氣等;余熱余壓回收利用指通過改進工藝結構和增加節能裝置，以最大幅度地利用生產過程中產生的余熱，可用于發電項目，比如把廢氣收集起來用于集中供暖。目前，煤制天然氣產生的大量CO2主要是處理后直接排空，這會加劇溫室效應。今后國家對環境保護將越來越重視，中國開征碳稅將是大勢所趨。碳稅的征收勢必會降低企業的經濟收益。如何高效利用煤制天氣項目產生的CO2，將其變廢為寶是目前關注的焦點。就這一主題，國外的研究主要集中在兩個方面：一方面是將CO2作為原料，直接生產甲醇;另一個方面是進行CCS（CarbonCaptureandStorage，碳捕獲與封存）處理。二氧化碳甲醇：目前，科學家們已經發現一種新的鎵鎳催化劑，它可以把H2和CO2轉化為甲醇，低于傳統催化劑生成的副產品。CCS：碳捕獲和儲存技術，是生產過程中二氧化碳的凈化，進而到新的生產工藝，實現碳的回收，其主要原理是二氧化碳和胺材料在較低溫度下，在適當的地方加熱液體胺分離。碳封存技術可分為“封存”和“海洋封存”兩類。英國政府正在考慮現在捕獲碳儲存北海油田的油孔的集群，留下的采空區北海石油為基礎的碳儲存。美國的研究結果是水泥的二氧化碳封存。美國大平原的煤炭天然氣項目的二氧化碳捕獲和凈化處理后，被送到兩個加拿大油田注入地下提高恢復效率，經濟效益非常可觀。現在在國內，神華集團鄂爾多斯煤炭基地建設的二氧化碳捕獲與封存示范工程、陜西延長石油集團的二氧化碳驅實驗，成功列入“十二五”國家科技支撐計劃和國家863計劃。

3.廢渣

煤氣項目實施過程的廢渣主要來自于剩余煤炭氣化廠生產鍋爐燃燒的煤灰、垃圾焚燒渣和廢催化劑等的一部分，如果沒有科學合理的處理，將極大地影響空氣、地下水等，尤其是對地下水污染更加嚴重。當前主要采用廢渣填埋。填埋法是填入孔或固體廢物殘留蕭條，幫助恢復和維護生態平衡的格局。具體做法是：在垃圾填埋場稀釋，用專用機械壓實;累積厚度滿足過程要求，然后覆蓋設計和黏土壓實厚度;在垃圾填埋場壓實、覆蓋，直到充滿了垃圾填埋場，然后對垃圾填埋場進行封場處理，關閉垃圾填埋場進行綠化。垃圾填埋的方法并沒有從根本上解決垃圾污染的問題，只是暫時將廢物隔離，讓它暫時不會對周圍的自然環境造成負面影響。雨水的侵蝕會導致廢渣的浸出或流入地下水，這會造成水體的污染。除了形成大量的垃圾填埋場滲濾液的成分復雜、高濃度的有害物質，排入水體之前必須治理，這將增加項目投資的成本。除了破壞環境，廢渣還是有其利用價值的。結合國家環保產業政策，根據不同的固體廢物殘渣，可以采用不同的方法進行處理：粉煤灰，粉煤灰磚是相對成熟的技術，設備和工藝都較成熟，產品成本低，性能好，可以使用該項目排放的粉煤灰、礦渣資源為主要原料，在建設投資高含量的粉煤灰燒結磚，用于工業和民用建筑。由于各種礦產資源的限制，日本催化劑的主要原料需要進口，其開始在19世紀50年代早期進行廢催化劑的回收。工業生產中的廢催化劑由常用的催化劑、催化劑回收工廠和專門的回收工廠三方協調。美國進行了環境管制，在進入必要的環境時，有害物質變成了無害物質。廢催化劑在美國不允許隨便傾倒，埋廢催化劑需要支付巨大的稅收。美國現在已逐漸用一個全面、扇形、跨學科的研究項目來解決催化劑回收的問題。美國的復蘇貴金屬催化劑的價值遠超過回收成本，幾乎所有的貴重金屬冶煉廠回收的都是貴金屬催化劑。

結語

我國的能源現狀是“富煤、貧油、少氣”，在常規化石能源中，煤炭資源占90%以上。我國探明可直接利用的煤炭儲量達1886億噸，但煤炭直接燃燒利用會產生大量的污染物，對生態環境造成嚴重的影響。而我國天然氣開采量的增加卻趕不上需求量的增加，導致天然氣對外依存度不斷攀升，嚴重危及國家能源安全，如何清潔高效利用作為能源主體的煤炭，調整能源結構，保障國家能源安全，是必須直面的一個難題。

參考文獻：

[1]李軼.煤制天然氣排放廢氣協同處理工藝研究[J].產業科技創新，2019，1（34）：103-105.

[2]劉玉煒，林興軍.煤制天然氣排放廢氣協同處理方案[J].當代化工研究，2017（12）：66-68.