专利摘要
本发明公开了一种煤化工废水与CO2混合注入地下封存的方法，该方法先检测废水中氨氮和苯酚总含量，然后利用数学模型计算废水中CO2吸收总量与注入深度的关系，根据CO2吸收总量与注入深度关系获得最佳封存深度，根据最佳封存深度获得废水与CO2溶解过程的操作条件，最后将混合后的溶液注入到最佳深度的地层中封存。本发明根据CO2与煤化工废水的反应，应用热力学‑化学势平衡模型、Kent‑Eisenberg反应模型、反应物平衡关系、物料衡算及电荷平衡得到了废水与CO2吸收量的关系以及最佳封存深度，从而为煤化工企业废水与CO2的处理提供了一种新方法，此方法不仅可大幅度降低CO2排放量，亦使煤化工企业的废水得到了很好的处理，进而实现真正意义上的零排放。
权利要求
1.一种煤化工废水与CO
(1)检测废水中氨氮含量[NH
(2)废水中CO
①废水与CO
溶解平衡：
电离平衡：
平衡反应：
非平衡反应：
CO
式中：P表示吸收塔操作压力，MPa；
式(2)～(7)中的平衡常数表示为：
K
式中：[]表示括号内物质在废水中的浓度，mg/L
平衡常数K
ln(K
式中：A、B、C、D为计算系数，T表示吸收塔操作温度，℃；
②混溶体系中的平衡关系
酚类的质量平衡：
[C
体系电荷平衡：
[H
CO
[CO
根据式(10)～(15)及(17)，将式(18)变换为关于[H
a[H
其中，a＝K
根据式(11)、(13)、(14)、(19)，获得废水中CO
③根据式(22)和(23)计算不同地下深度的温度和压力：
T
P
式中：T
(3)确定废水中CO
根据式(22)和(23)计算地下300m～2500m的地下温度T
(4)根据获得的不同注入深度与CO
说明书
技术领域
本发明属于化学工程与技术领域，具体涉及一种将煤化工排放的大量难处理废水与CO2混溶后注入地下封存的方法。
背景技术
我国是富煤少油缺气的国家，大力发展煤化工产业是我国化工行业发展的必然趋势。但随着我国煤化工产业的快速发展，煤化工企业存在的一些问题需要引起足够的重视，例如，煤化工废水含有大量的氨氮、酚类、有机污染物、氰化物和油脂，水质混浊，色度高达几千倍，处理难度大，成本高，且很难达到国家排放标准；煤化工产业也是CO2排放大户，据估算每年排放的CO2高达0.5Gt，CO2的排放急剧增长会造成严峻的环境气候变化问题。因此，如何妥善地处理煤化工企业排放的废水和CO2是制约我国煤化工发展的主要问题，也是缓解环境污染的一个重要方面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将煤化工废水与CO2混溶后注入地下封存的方法。
针对上述目的，本发明采用的技术方案由下述步骤组成：
(1)检测废水中氨氮含量[NH4
(2)废水中CO2吸收总量的计算
①废水与CO2溶解过程中存在的反应
溶解平衡：
电离平衡：
平衡反应：
非平衡反应：
CO2在废水中的溶解平衡(1)由亨利定律表示：
式中：P表示吸收塔操作压力，MPa； 表示气相中CO2的体积分数，％； 为亨利系数，MPa·mol/L。
式(2)～(7)中的平衡常数表示为：
K3＝[H
式中：[]表示括号内物质在废水中的浓度，mg/L。
平衡常数K1～K6由式(16)的安托因方程计算
ln(Ki)＝Ai+Bi/T+Ciln(T)+DiT(16)
式中：A、B、C、D为计算系数，T表示吸收塔操作温度，℃。
②混溶体系中的平衡关系
酚类的质量平衡：
[C6H5OH]t＝[C6H5OH]+[C6H5O
体系电荷平衡：
[H
CO2的质量平衡：
[CO2]t＝[CO2]+[HCO3
根据式(10)～(15)及(17)，将式(18)变换为关于[H
a[H
其中，a＝K5K6
根据式(11)、(13)、(14)、(19)，获得废水中CO2吸收总量[CO2]t：
③根据式(22)和(23)计算不同地下深度的温度和压力：
Tu＝To+GTD(22)
Pu＝Po+GPD(23)
式中：Tu表示地下温度，To表示地表温度，℃；Pu表示地下压力，Po表示地表压力MPa；GT表示地温梯度，℃/km；GP表示地压梯度，MPa/km；D表示地下深度，km。
(3)确定废水中CO2吸收总量与注入深度的关系
根据式(22)和(23)计算地下300m～2500m的地下温度Tu和地下压力Pu，获得相应注入深度的吸收塔操作温度T和吸收塔操作压力P，T＝Tu，P＝Pu；然后利用式(9)计算废水中CO2以分子形式存在的量[CO2]，利用式(16)计算不同吸收塔操作温度下的K1～K6值，利用式(20)计算废水中的氢离子浓度[H
(4)根据获得的不同注入深度与CO2吸收总量的关系，考虑到CO2吸收总量与注入深度存在的波动关系，即CO2吸收总量可能出现多个极值，通过权衡CO2吸收总量的极值与其对应注入深度大小的相对关系，以CO2吸收总量大且注入深度小为原则，选择相应的注入深度为最佳封存深度，根据式(22)和(23)计算该最佳封存深度的地下温度和地下压力，以该地下温度为吸收塔操作温度，以该地下压力为吸收塔操作压力，使废水与CO2按最大CO2吸收总量在吸收塔中混合平衡后，通过注井注入最佳封存深度的地层封存。
本发明针对煤化工废水与CO2的处理问题，基于热力学-化学势平衡模型、Kent-Eisenberg反应模型、反应物平衡关系、物料衡算及电荷平衡，提出了废水吸收CO2的计算模型，进而获得了不同注入深度下废水与CO2吸收总量的关系及废水吸收CO2后的最佳封存深度，最终以该深度下的温度和压力为吸收塔的操作温度和压力，在废水与CO2充分溶解后通过注井注入地下进行封存。本发明为煤化工企业处理废水与CO2提供了一种新方法，此方法不仅可大幅度降低CO2排放量，亦可有效处理煤化工企业排放的废水，最终使煤化工过程对环境的危害降到最低，从而实现真正意义上的零排放。
附图说明
图1是废水与CO2的溶解过程。
图2是实施例中注入深度与CO2溶解度的关系。
图3是废水与CO2混溶后注入地下封存的简要流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于实施例。
实施例1
(1)某年产30万吨的煤制甲醇厂每年的废水排放总量为197.1万吨，合成气单元的CO2排放量为21.56万吨，其废水中氨氮含量[NH4
(2)废水中CO2吸收总量的计算
如图1所示，废水与CO2混合后，混合体系存在的反应如下：
①废水与CO2溶解过程中存在的反应
溶解平衡：
电离平衡：
平衡反应：
非平衡反应：
CO2在废水中的溶解平衡(1)由亨利定律表示：
式中：P表示吸收塔操作压力，MPa； 表示气相中CO2的体积分数，％； 为亨利系数，MPa·mol/L。
式(2)～(7)中的平衡常数表示为：
K3＝[H
式中：[]表示括号内物质在废水中的浓度，mg/L。
平衡常数K1～K6由式(16)的安托因方程计算
ln(Ki)＝Ai+Bi/T+Ciln(T)+DiT(16)
式中：A、B、C、D为计算系数，T表示吸收塔操作温度，℃。
②混溶体系中的平衡关系
酚类的质量平衡：
[C6H5OH]t＝[C6H5OH]+[C6H5O
体系电荷平衡：
[H
CO2的质量平衡：
[CO2]t＝[CO2]+[HCO3
根据式(10)～(15)及(17)，将式(18)变换为关于[H
a[H
其中，a＝K5K6
根据式(11)、(13)、(14)、(19)，获得废水中CO2吸收总量[CO2]t：
③③根据式(22)和(23)计算不同地下深度的温度和压力：
Tu＝To+GTD(22)
Pu＝Po+GPD(23)
式中：Tu表示地下温度，To表示地表温度，℃；Pu表示地下压力，Po表示地表压力MPa；GT表示地温梯度，℃/km；GP表示地压梯度，MPa/km；D表示地下深度，km。
(3)确定废水中CO2吸收总量与注入深度的关系
根据式(22)和(23)计算地下300m～2500m的地下温度Tu和地下压力Pu，获得相应注入深度的吸收塔操作温度T和吸收塔操作压力P，T＝Tu，P＝Pu；然后利用式(9)计算废水中CO2以分子形式存在的量[CO2]，利用式(16)计算不同吸收塔操作温度下的K1～K6值，利用式(20)计算废水中的氢离子浓度[H
(4)根据图2中不同注入深度与CO2吸收总量的关系，当注入深度为800m时，废水中CO2吸收总量为1.269mol/L，而当注入深度大于2700m时，其吸收总量高于1.269mol/L，且随着注入深度的增加逐渐增加。考虑到注入深度太深会引起注井成本的急剧增高，因此选用地下800m为最佳封存深度，此时该煤制甲醇厂废水中CO2吸收总量为1.269mol/L，即每年排放的197.1万吨废水可吸收11.01万吨的CO2，占CO2排放总量的51％。再根据式(22)和(23)计算该最佳封存深度的地下温度为36℃、地下压力为8.1MPa，以该地下温度为吸收塔操作温度，以该地下压力为吸收塔操作压力，如图3所示，使废水与CO2按最大CO2吸收总量在吸收塔中混合平衡后，通过注井注入最佳封存深度的地层封存，从而实现废水的零排放以及CO2排放的大幅降降低。
煤化工废水与CO混合注入地下封存的方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
动态评分
0.0