煤制天然气排放废气协同处理方案研究

苏柳俊

关键词：低温甲醇洗废气;污水处理废气;蓄热式热氧化工;混合气体爆炸下限

能否处理好煤制天然气过程中的“三废”成了这一项目的瓶颈。最近，在“三废”处理方面出现了一些新方向、新成果。随着这些新成果的应用，煤制天然气项目的环保优势将更明显，也会为产业发展带来更大的机遇。

1. 废水

煤气项目产生大量的废水主要来源于煤炭气化阶段的自来水洗水、蒸汽等。这些溶解煤气化废水产生的水溶性污染物，包括氨、苯酚、挥发酚、石油等氰化物是剧毒物质，可引起中枢神经中毒，导致瘫痪、窒息;苯、吡啶和多环芳烃具有致癌性，影响人的身体健康;酚属于高毒物质，对皮肤和黏膜表皮有很强的腐蚀性;废水排入水体后，同样使水生生物有毒。煤气化废水是一种典型的高浓度、高污染、有毒的工业有机废水，难以降解，对人民和环境有很大危害。因此，煤气项目必须想尽办法，将产生的废水回收回来。目前，煤气化废水通常分为一级处理、二级处理和深度处理。一级处理包括沉淀、过滤、剥离装置，去除灰尘的一部分石油等，主要的过程就是注意回收有价值的物质。二级处理主要是生化法，如活性污泥法和生物过滤法等。一般经二级处理后，废水可达到排放标准。深度处理普遍应用的方法是臭氧氧化法和活性炭吸附法。在这些技术的基础上，国内一些企业又研发出一些新的水处理技术。研究开发减量化零排放工艺，采用组合膜（SMCTM），通过优化膜系统的回收率及操作条件，以特殊的方式来实现浓盐水的浓缩减量化，大幅度降低高盐水水量，同时回用水可代替新鲜水进行重复使用。

2.废气

天然气项目在生产出大量清洁能源天然气的同时还会产生大量的废气，其成分主要是二氧化碳、少量硫化物及其他杂质。目前这些气体的处理有两个途径：一是净化污染物;二是废气综合利用。净化污染物主要是指对环境产生危害的气体进行处理，减少向外界的排放量，主要涉及到脱硫脱硝技术，目前我国该技术发展比较成熟。废气综合利用指利用企业排放的烟气，回收可燃气、焦炉气、高炉放散气等;余热余压回收利用指通过改进工艺结构和增加节能装置，以最大幅度地利用生产过程中产生的余热，可用于发电项目，比如把废气收集起来用于集中供暖。目前，煤制天然气产生的大量CO2主要是处理后直接排空，这会加剧温室效应。今后国家对环境保护将越来越重视，中国开征碳税将是大势所趋。碳税的征收势必会降低企业的经济收益。如何高效利用煤制天气项目产生的CO2，将其变废为宝是目前关注的焦点。就这一主题，国外的研究主要集中在两个方面：一方面是将CO2作为原料，直接生产甲醇;另一个方面是进行CCS（CarbonCaptureandStorage，碳捕获与封存）处理。二氧化碳甲醇：目前，科学家们已经发现一种新的镓镍催化剂，它可以把H2和CO2转化为甲醇，低于传统催化剂生成的副产品。CCS：碳捕获和储存技术，是生产过程中二氧化碳的净化，进而到新的生产工艺，实现碳的回收，其主要原理是二氧化碳和胺材料在较低温度下，在适当的地方加热液体胺分离。碳封存技术可分为“封存”和“海洋封存”两类。英国政府正在考虑现在捕获碳储存北海油田的油孔的集群，留下的采空区北海石油为基础的碳储存。美国的研究结果是水泥的二氧化碳封存。美国大平原的煤炭天然气项目的二氧化碳捕获和净化处理后，被送到两个加拿大油田注入地下提高恢复效率，经济效益非常可观。现在在国内，神华集团鄂尔多斯煤炭基地建设的二氧化碳捕获与封存示范工程、陕西延长石油集团的二氧化碳驱实验，成功列入“十二五”国家科技支撑计划和国家863计划。

3.废渣

煤气项目实施过程的废渣主要来自于剩余煤炭气化厂生产锅炉燃烧的煤灰、垃圾焚烧渣和废催化剂等的一部分，如果没有科学合理的处理，将极大地影响空气、地下水等，尤其是对地下水污染更加严重。当前主要采用废渣填埋。填埋法是填入孔或固体废物残留萧条，帮助恢复和维护生态平衡的格局。具体做法是：在垃圾填埋场稀释，用专用机械压实;累积厚度满足过程要求，然后覆盖设计和黏土压实厚度;在垃圾填埋场压实、覆盖，直到充满了垃圾填埋场，然后对垃圾填埋场进行封场处理，关闭垃圾填埋场进行绿化。垃圾填埋的方法并没有从根本上解决垃圾污染的问题，只是暂时将废物隔离，让它暂时不会对周围的自然环境造成负面影响。雨水的侵蚀会导致废渣的浸出或流入地下水，这会造成水体的污染。除了形成大量的垃圾填埋场渗滤液的成分复杂、高浓度的有害物质，排入水体之前必须治理，这将增加项目投资的成本。除了破坏环境，废渣还是有其利用价值的。结合国家环保产业政策，根据不同的固体废物残渣，可以采用不同的方法进行处理：粉煤灰，粉煤灰砖是相对成熟的技术，设备和工艺都较成熟，产品成本低，性能好，可以使用该项目排放的粉煤灰、矿渣资源为主要原料，在建设投资高含量的粉煤灰烧结砖，用于工业和民用建筑。由于各种矿产资源的限制，日本催化剂的主要原料需要进口，其开始在19世纪50年代早期进行废催化剂的回收。工业生产中的废催化剂由常用的催化剂、催化剂回收工厂和专门的回收工厂三方协调。美国进行了环境管制，在进入必要的环境时，有害物质变成了无害物质。废催化剂在美国不允许随便倾倒，埋废催化剂需要支付巨大的税收。美国现在已逐渐用一个全面、扇形、跨学科的研究项目来解决催化剂回收的问题。美国的復苏贵金属催化剂的价值远超过回收成本，几乎所有的贵重金属冶炼厂回收的都是贵金属催化剂。

结语

我国的能源现状是“富煤、贫油、少气”，在常规化石能源中，煤炭资源占90%以上。我国探明可直接利用的煤炭储量达1886亿吨，但煤炭直接燃烧利用会产生大量的污染物，对生态环境造成严重的影响。而我国天然气开采量的增加却赶不上需求量的增加，导致天然气对外依存度不断攀升，严重危及国家能源安全，如何清洁高效利用作为能源主体的煤炭，调整能源结构，保障国家能源安全，是必须直面的一个难题。

参考文献：

[1]李轶.煤制天然气排放废气协同处理工艺研究[J].产业科技创新，2019，1（34）：103-105.

[2]刘玉炜，林兴军.煤制天然气排放废气协同处理方案[J].当代化工研究，2017（12）：66-68.