氣體污染物甲烷

氣體污染物甲烷第1頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月基本介紹：

甲烷在自然界分布很廣，是天然氣、沼氣、天然氣水合物、坑氣及煤氣的主要成分之一。它可用作燃料及制造氫、一氧化碳、炭黑、乙炔、氫氰酸及甲醛等物質(zhì)的原料。

第2頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月甲烷的物理性質(zhì):中文名稱：甲烷英文名稱：methane；Marsh

gas別名：沼氣分類：有機(jī)物分子式：CH4結(jié)構(gòu)式：Ｈ｜Ｈ－Ｃ－Ｈ｜Ｈ第3頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月外觀與性狀：無色無臭氣體分子結(jié)構(gòu)：甲烷分子是正四面體形分子、非極性分子。溶解性：微溶于水，溶于醇、乙醚密度：相對密度（水=1）0.42（-164℃）；（空氣=1）0.55第4頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月甲烷的化學(xué)性質(zhì)（1）穩(wěn)定性：通常情況下，甲烷的性質(zhì)比較穩(wěn)定，跟強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或強(qiáng)氧化劑等一般不起反應(yīng)，不能使酸性KMnO4溶液和溴水褪色。（2）取代反應(yīng)：在光照條件下，甲烷可以跟氯氣發(fā)生取代反應(yīng)：

CH4+Cl2→CH3Cl+HClCH3Cl+Cl2→CH2Cl2+HClCH2Cl2+Cl2→CHCl3+HClCHCl3+Cl2→CCl4+HCl（3）氧化反應(yīng)：甲烷易燃燒，燃燒時(shí)發(fā)出藍(lán)色火焰。（4）加熱分解：隔絕空氣加熱到1000℃以上，甲烷發(fā)生分解可制取炭黑。

第5頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月大氣中甲烷的來源:掩埋的垃圾分解、農(nóng)業(yè)——尤其是稻子耕種、反芻動(dòng)物消化食物、糞便處理以及家養(yǎng)動(dòng)物都能產(chǎn)生甲烷。據(jù)德國核物理研究所的科學(xué)家經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，植物和落葉都產(chǎn)生甲烷，而生成量隨著溫度和日照的增強(qiáng)而增加。另外，植物產(chǎn)生的甲烷是腐爛植物的10到100倍。他們經(jīng)過估算認(rèn)為，植物每年產(chǎn)生的甲烷占到世界甲烷生成量的10％到30％。預(yù)計(jì)2010年甲烷排放量全世界將增至2800萬t，其中70％來自低濃度煤礦瓦斯。第6頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月甲烷的溫室效應(yīng)：

甲烷的溫室效應(yīng)要比二氧化碳大上25倍。據(jù)最新數(shù)據(jù),大氣中甲烷的濃度已經(jīng)從1750年1.06×10-12增加到1983年的1.61×10-12,到1998年這個(gè)數(shù)值已經(jīng)達(dá)到1.75×10–12。大氣中甲烷濃度從工業(yè)革命開始每年以0.5%～0.8%的速度增加,而在1992～1998年間其增長速率為4.9×10-9a–1而且由于甲烷分子具有很強(qiáng)的紅外線吸收能力,單分子的、增溫潛勢是CO2的15～30倍,甲烷濃度的升高對全球氣候變暖的貢獻(xiàn)大約在25%左右。同時(shí),甲烷能與大氣污染物(如氟利昂)發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生其它溫室氣體(臭氧、一氧化碳、二氧化碳),因此甲烷被認(rèn)為是繼二氧化碳之后最重要的溫室氣體之一,其產(chǎn)生與消耗機(jī)制引起了廣泛關(guān)注。第7頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月甲烷的治理：甲烷收集船瓦斯的開發(fā)利用天然氣水合物的利用垃圾掩埋場的處理國家控制第8頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月甲烷收集船

甲烷收集船是一種用于收集江河湖海及部分淺層永凍土帶氣態(tài)或水合態(tài)甲烷的設(shè)備。為適用于不同作業(yè)環(huán)境和不同作業(yè)目的的要求，甲烷收集船可分為多種類型。其中應(yīng)用于污染湖泊治理的，甲烷收集船可以從湖泊底部的淤泥中收集甲烷，通過對水體的過濾、加氧、加二氧化碳、清除水面漂浮物、清除淤泥等等方式達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。同時(shí)可以制造水上移動(dòng)式夜景燈光噴泉對湖面進(jìn)行美化，剩余部分甲烷和產(chǎn)生的二氧化碳還可以進(jìn)行商品化。

第9頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月舉例：

以太湖為例，太湖位于江蘇省，是中國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的區(qū)域之一，太湖流域在其3萬多平方公里的土地上創(chuàng)造國民生產(chǎn)總值幾乎占據(jù)全國總產(chǎn)值的十分之一。但發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)也對太湖造成了嚴(yán)重的污染。2007年來，由于嚴(yán)重的富營養(yǎng)化和水體缺氧，導(dǎo)致太湖藍(lán)藻大規(guī)模爆發(fā)，嚴(yán)重威脅沿湖生態(tài)和正常的生產(chǎn)和生活。類似污染較重的水體在國內(nèi)外還有很多。太湖位于熱量相對較高的亞熱帶地區(qū)，全年氣溫在十度以上的天數(shù)多。由于水體的富營養(yǎng)化及其淤泥中有機(jī)質(zhì)含量豐富，甲烷及其氧化亞氮的產(chǎn)出量較高。據(jù)估計(jì)，太湖每年甲烷產(chǎn)出量大致在4-5萬噸，由此造成的溫室氣體排放約相當(dāng)于80-100萬噸二氧化碳當(dāng)量。采用甲烷第10頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

收集船可以將這些甲烷中的大部分收集并應(yīng)用用于水體水質(zhì)的凈化和景觀營造。按70%收集率的保守?cái)?shù)字，每年甲烷收集量約在3萬噸左右。收集這些甲烷不僅可以解決太湖水體凈化對能量的要求，同時(shí)還可以減少溫室氣體排放約60萬噸。通過這種設(shè)備，可以科學(xué)的實(shí)現(xiàn)節(jié)省資源、保護(hù)環(huán)境、化害為寶的目的。

第11頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月瓦斯的合理開發(fā)利用

瓦斯氣體的主要成分是甲烷，甲烷的溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍，預(yù)計(jì)2010年甲烷排放量全世界將增至2800萬t，其中70％來自低濃度煤礦瓦斯。目前，我國的泛風(fēng)煤礦瓦斯（由于甲烷濃度低于5％）排入大氣中，會(huì)加劇溫室效應(yīng)，嚴(yán)重地浪費(fèi)資源和污染環(huán)境。我國煤礦瓦斯的利用，主要集中于瓦斯抽采量及抽采率較高的國有煤礦區(qū)，以民用和工業(yè)燃?xì)鉃橹鳌?/p>

1）民用燃?xì)猓好苛⒎矫淄咚沟陌l(fā)熱量相當(dāng)于1.3千克標(biāo)準(zhǔn)煤，當(dāng)甲烷濃度大于30%，有足夠的氣源、穩(wěn)定的氣壓、氣體混合物中無有害雜質(zhì)時(shí)，煤礦瓦斯可用于民用，用于燒水、做飯、燒鍋爐、取暖等。與人工煤氣相比，盡管具有更潔凈、更方便、更高效的特點(diǎn)；但其作為民用燃料也受到濃度以及第12頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

以及成分復(fù)雜的影響。由于濃度過低、成分復(fù)雜、富含氧氣，限制了其利用范圍的擴(kuò)大，不能進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送。用戶只能局限于礦區(qū)附近，難以形成規(guī)模效益。2）發(fā)電：目前的瓦斯發(fā)電技術(shù)有：大功率燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、蒸汽機(jī)發(fā)電、往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。由于受到瓦斯抽采量及瓦斯?jié)舛取⒊煞值挠绊?，采用?nèi)燃機(jī)組發(fā)電是目前利用礦井低濃度瓦斯發(fā)電的最佳途徑，它有一次性投資小、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)。礦井瓦斯發(fā)電盡管經(jīng)濟(jì)效益不是顯著，但其減少大氣污染、減少資源浪費(fèi)等的環(huán)保和社會(huì)效益較好，應(yīng)該得到大力支持。3）化工原料：高濃度瓦斯以甲烷為主。當(dāng)開采或抽放的是純凈的高濃度瓦斯時(shí)，瓦斯氣體可作為基本的化工原料，通過轉(zhuǎn)化合成原料氣可生產(chǎn)多種化工產(chǎn)品。第13頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月4）低濃度瓦斯的提純：提純技術(shù)有變壓吸附、膜分離技術(shù)及低溫液化技術(shù)。經(jīng)過提純后，氣體中甲烷含量（相對于井下抽采的原料氣）可達(dá)90％以上，而且氧含量大幅度減少，可使低濃度瓦斯氣體直接用于民用燃料，也能長距離輸送，擴(kuò)大了利用范圍，產(chǎn)生了規(guī)模效益。

瓦斯的合理開發(fā)和利用將有效減少溫室氣體的排放、改善大氣環(huán)境，對保護(hù)我們賴以生存的大氣環(huán)境具有重要意義；煤礦瓦斯的合理利用也可以在一定程度上改善我國的能源結(jié)構(gòu)，增加潔凈的氣體能源，彌補(bǔ)我國常規(guī)天然氣在地域分布和供給量上的不足，有利于能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整。第14頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月天然氣水合物的合理開采：

甲烷是天然氣水合物即“可燃冰”的主要?dú)怏w成分，通過對國內(nèi)外最新資料的分析指出,與上個(gè)世紀(jì)估算的全世界天然氣水合物總資源量相比,最新估算的天然氣水合物資源量明顯減少,已經(jīng)不是煤、石油和天然氣總資源量的2倍;但是,仍然相當(dāng)于目前全世界的油氣資源總量,又因其分布廣、資源量巨大、能量密度高而極具開發(fā)前景。在自然界,壓力和溫度的微小變化都會(huì)引起天然氣水合物分解,并向大氣中釋放甲烷氣體。在開采天然氣水合物過程中,如果向大氣中排放大量甲烷氣體,這必然會(huì)進(jìn)一步加劇全球的溫室效應(yīng),極地溫度、海水溫度和地層溫度也將隨之升高,這會(huì)引起極地永久凍土帶之下或海底的天然氣水合物自動(dòng)分解,大氣的溫室效應(yīng)進(jìn)一步加劇。因此合理的開采天然氣水合物也是對甲烷的釋放的一種控制?！翱扇急钡睦茫苯娱_采使第15頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

用自然界有的現(xiàn)成資源外，還可以和環(huán)境保護(hù)工作結(jié)合起來，如目前，日本就正在研究從下水道污泥中提取“可燃冰”的實(shí)用技術(shù)，其基本步驟為：①把下水道污泥中產(chǎn)生的沼氣集中起來；②再將沼氣(實(shí)際是甲烷)制為可燃冰。這中間第①步容易做到，普通的污水處理廠也是這樣操作的，但由于其所產(chǎn)生的沼氣中的甲烷含量不固定，加之總量又較少，一般只能就地利用或燃燒掉(如重慶市唐家橋污水處理廠)，要利用就必須擴(kuò)大污水處理廠的規(guī)模，以增加甲烷的產(chǎn)量。這第②步制“可燃冰，在技術(shù)上也是可行的，我國的青島海洋地質(zhì)研究所就已經(jīng)試驗(yàn)成功了。但要制造“可燃冰”，一要高壓(30個(gè)大氣壓)，二要低溫(0℃)，所花的代價(jià)(即生產(chǎn)成本)太高，與制成的可燃冰其體積減少為原來的1／160左右所帶來的便利相比(且不談高價(jià)的儲(chǔ)存運(yùn)輸設(shè)備及帶來的相應(yīng)危險(xiǎn)性)，實(shí)在是得不償失。這就像普通的天然氣現(xiàn)在完全可第16頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

以將其液化后用罐儲(chǔ)存、運(yùn)輸，但我們?nèi)粘Ｊ褂脜s還是采用管道輸送一樣。但從長遠(yuǎn)來看，在全國大量的大型污水處理廠建立起來以后，則應(yīng)該說是具有一定價(jià)值的。實(shí)際上，我國燃?xì)饨缫惨验_始關(guān)注此事，重慶大學(xué)燃?xì)饨萄惺遗c重慶燃?xì)饧瘓F(tuán)已經(jīng)聯(lián)手開始此項(xiàng)工作，并已開始對此類燃?xì)庑录夹g(shù)開展研發(fā)，以此作為燃?xì)庑袠I(yè)的新技術(shù)儲(chǔ)備之一。第17頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月垃圾掩埋場:

甲烷是填埋場氣體(LFG)的主要成分，當(dāng)釋放到大氣中時(shí)成為強(qiáng)效溫室氣體。通過收集LFG并將其作為能源來減少其排放量，這樣能產(chǎn)生顯著的能源、經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境效益。實(shí)施填埋場氣體能源項(xiàng)目可以減少溫室氣體和空氣污染物，進(jìn)而改善當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量并降低潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。LFG項(xiàng)目也能增進(jìn)能源獨(dú)立性、節(jié)約成本、創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)以及協(xié)助發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)。國際上存在著大量開發(fā)填埋場氣體能源的機(jī)會(huì)。

第18頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月第19頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月垃圾掩埋場的回收利用機(jī)會(huì):

通過使用一系列的氣井和真空系統(tǒng)從填埋場采集LFG，然后將采集到的氣體引導(dǎo)至某一地點(diǎn)進(jìn)行加工（參看下圖）。之后，LFG可以用于各種的用途。一種方式是通過發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪機(jī)、微型渦輪機(jī)及其他技術(shù)來生產(chǎn)電能。第二種方式是對LFG進(jìn)行加工，并作為一種替代燃料提供給需要連續(xù)燃料供應(yīng)的地方工業(yè)客戶或其他機(jī)構(gòu)—LFG非?？煽?，只需簡單加工就可以直接使用，現(xiàn)有燃燒設(shè)備也不必進(jìn)行重大改裝。第三種方式是將LFG加工成符合管道外輸標(biāo)準(zhǔn)的天然氣或汽車替代燃料。第20頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月項(xiàng)目案例研究：

墨西哥蒙特雷都市固體廢物加工系統(tǒng)(SIMEPRODESO)填埋場氣體能源項(xiàng)目在墨西哥，填埋場的甲烷排放量占人類引發(fā)之溫室氣體排放總量的百分之10。墨西哥的蒙特雷市有將近4百萬人口，每天超過4,500噸都市固體廢物傾倒在都市固體廢物加工系統(tǒng)填埋場上，從2001年起該市開始探討將填埋場甲烷作為能源進(jìn)行回收同時(shí)減少甲烷排放的可能性。政府與商業(yè)團(tuán)體建立了合資企業(yè)將LFG轉(zhuǎn)化為電能，白天為公共交通系統(tǒng)供電，晚上照亮城市街道，最終將填埋場這樣的負(fù)債項(xiàng)目變成一項(xiàng)資產(chǎn)。這個(gè)發(fā)電廠部分資金來自全球環(huán)境基金撥給的5百萬美元，其7百萬瓦特的容量足以為15,000戶家庭提供照明。實(shí)際上，這個(gè)耗資1千2百萬美元的項(xiàng)目將滿足市政府80%的用電需求。此外，隨著SIMEPRODESO填埋場第22頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

不斷擴(kuò)展，LFG產(chǎn)量也在不斷增加，預(yù)計(jì)可為2016年完工的25百萬瓦特設(shè)施提供燃料。通過私營部門的參與，而且以及為了將LFG引入墨西哥而加強(qiáng)鞏固監(jiān)管及社會(huì)框架建設(shè)，該這個(gè)項(xiàng)目的成功為以后更多LFG能源項(xiàng)目的實(shí)施提供了制度化架構(gòu)，同時(shí)也為墨西哥及拉丁美洲其他地方提供了可復(fù)制的到墨西哥及拉丁美洲其他地方應(yīng)用技術(shù)范例。現(xiàn)在墨西哥其他城市和私營公司已開始研究LFG作為更廉價(jià)更清潔燃料的潛力，以替代在墨西哥廣泛用于發(fā)電的傳統(tǒng)礦物燃料。第23頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月國家規(guī)定（美國）：

在2009年6月25日，公聽會(huì)，空氣資源委員會(huì)（ARB或董事會(huì)）批準(zhǔn)通過加州守則規(guī)定