[发明专利]煤化工废水与CO2

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。

主权项

1.一种煤化工废水与CO2混合注入地下封存的方法，其特征在于该方法由下述步骤组成：(1)检测废水中氨氮含量[NH4+]和苯酚总含量[C6H5OH]t(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+][OH‑]     (12)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‑]     (17)体系电荷平衡：[H+]+[NH4+]＝[OH‑]+[HCO3‑]+2[CO32‑]+[C6H5O‑]        (18)CO2的质量平衡：[CO2]t＝[CO2]+[HCO3‑]+[CO32‑]+[H2CO3]    (19)根据式(10)～(15)及(17)，将式(18)变换为关于[H+]的多项式，即a[H+]4+b[H+]3+c[H+]2+d[H+]+e＝0    (20)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+]；最终利用式(21)获得不同注入深度与CO2吸收总量的关系；(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。