资源化利用煤制氢系统CO2尾气和杂醇废液的化学系统
阅读：917发布：2020-06-20
专利汇可以提供资源化利用煤制氢系统CO2尾气和杂醇废液的化学系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供一种资源化利用 煤 制氢CO2尾气和杂醇废液的化学系统，包括邻近设置的煤制氢系统和污 水 处理 系统，煤制氢系统在制备氢气过程中产生CO2废气，在制备甲醇过程中产生杂醇废液，还包括 碳 酸钠制备装置，CO2废气通入到该装置， 碱 性溶液通入该装置，该装置的产物通入 污水处理 系统的第一组或每一组硝化段入口，用于调节硝化段的碱度，同时杂醇废液为污水处理系统的反硝化段入口提供有机碳源，实现高效的硝化过程和反硝化，从而实现脱氮，降低COD和磷的污水处理过程。将煤制氢系统的废气和废液资源化利用，杜绝了其排放，同时减少了污水处理过程中调节碱度和有机碳源的药剂，降低了运行成本，产生经济效益。，下面是资源化利用煤制氢系统CO2尾气和杂醇废液的化学系统专利的具体信息内容。
1.一种资源化利用煤制氢CO2尾气和杂醇废液的化学系统，其特征在于，包括邻近设置的煤制氢系统和污水处理系统，其中：
煤制氢系统用于以煤炭为原料制备氢气，在制备氢气过程中产生CO2废气；
污水处理系统包括：
串联连接的一组或多组反硝化段、硝化段，反硝化段用于在无氧或低氧条件下，通过反硝化细菌将硝酸盐氮(NO3-N)和亚硝酸盐氮(NO2-N)还原成氮气，硝化段与反硝化段连接，用于通过硝化细菌将污水中的氨氧化为硝酸盐或亚硝酸盐；
其中，该化学系统还包括碳酸钠制备装置，CO2废气和碱性溶液通入到该碳酸钠制备装置，该碳酸钠制备装置的产物通入第一组或每一组硝化段入口，用于调节硝化段的碱度。
2.根据权利要求1所述的化学系统，其特征在于，该化学系统还包括气化炉，用于将煤炭作为原料使其气化，生成CO；CO变换装置，与气化炉连接，用于将气化炉生产的CO与通入的水蒸汽反应生成氢气和CO2；和醇制备装置，用于利用煤制氢系统中生成的CO与氢气反应制备醇化合物，醇制备装置连接到第一组或每一组反硝化段入口，用于通入醇化合物来调节反硝化段的有机碳源浓度。
3.根据权利要求2所述的化学系统，其特征在于，醇制备装置还包括甲醇提取装置，用于从醇化合物提纯甲醇；和杂醇废液收集装置，与甲醇提取装置连接，用于收集经过甲醇提取装置后残余的杂醇废液，该杂醇废液收集装置连接到反硝化段入口，用于通入杂醇废液调节反硝化段的有机碳源浓度。
4.根据权利要求1所述的化学系统，其特征在于，硝化段设置在反硝化段的下游。
5.根据权利要求1所述的化学系统，其特征在于，该化学系统还包括CO2废气脱除收集装置，用于将制备氢气过程中产生的CO2废气吸收并存储。
6.根据权利要求5所述的化学系统，其特征在于，所述CO2废气脱除收集装置为碳酸钠制备装置，在碳酸钠制备装置中，CO2和通入的碱性溶液生成碳酸钠或碳酸氢钠。
7.根据权利要求5所述的化学系统，其特征在于，所述CO2废气脱除收集装置存储的CO2通入碳酸钠制备装置，在碳酸钠制备装置中，CO2和通入的碱性溶液生成碳酸钠或碳酸氢钠。
8.根据权利要求6或7所述的化学系统，其特征在于，该化学系统还包括碳酸钠变频泵，连接到CO2废气脱除收集装置的出口端和污水处理系统的硝化段入口之间，用于从CO2废气脱除收集装置的出口端泵送碳酸钠或碳酸氢钠溶液到污水处理系统的硝化段。
9.根据权利要求2或3所述的化学系统，其特征在于，该化学系统还包括醇变频泵，连接到醇制备装置出口端和反硝化段入口之间，用于将醇化合物从甲醇制备装置的出口端泵送甲醇到污水处理系统。
10.根据权利要求8所述的化学系统，其特征在于，该化学系统还包括pH探头及溶解氧在线分析仪，设置在污水处理池的第一个或每一个硝化段的出水处，其与碳酸钠变频泵联锁，通过碱度和氧浓度控制碳酸钠变频泵的开启或停止。
11.根据权利要求10所述的化学系统，其特征在于，当pH探头检测到pH值小于8时，开启碳酸钠变频泵，投加碳酸钠，将pH值调节到8～8.4之间。
12.根据权利要求9所述的化学系统，其特征在于，还包括在线COD检测设备，设置在污水处理池的一个或多个反硝化段和硝化段组的上游的进水处以及污水处理池的出水处，测量污水的COD量，其与醇变频泵联锁，通过COD的值控制醇变频泵的开启或停止。
资源化利用煤制氢系统CO2尾气和杂醇废液的化学系统
技术领域
背景技术
[0002] 我国是以煤炭为主要能源的国家，以煤炭为原料制取氢气，集中处理，是一种相对环保的制氢路线。
[0003] 图1是煤制氢系统的流程图，从图1中可以看出，原料煤27在气化炉21中与通入的氧气28及水或蒸汽29一起加热，使煤生成CO，然后在CO变换装置22中达到催化剂温度之后，使CO与水蒸气反应生成CO2和氢气，将生成的CO2和氢气通入酸性气脱除装置23，得到纯度较高的CO2。所得氢气在氢气提纯装置24中进一步提纯，然后存储到储氢罐31中。
[0004] 酸性气脱除装置23通常采用的酸性气脱除方法有溶液物理吸收、溶液化学吸收、低温蒸馏和吸附4大类，溶液物理吸收、溶液化学吸收两种方法应用最多。溶液物理吸收法主要用于压力较高的场合；化学吸收方法主要用于压力相对较低的场合。溶液物理吸收法中以低温甲醇洗法能耗最低，可以在脱除CO2的同时完成精脱硫。低温甲醇洗法以冷甲醇为吸收溶剂，利用甲醇在低温下对酸性气体溶解度极大的优良特性，脱除原料气中的酸性气体。流程一般包含一个吸收塔和多个解析塔，吸收塔吸收酸性气体，解析塔解析出酸性气体并将贫液甲醇返回吸收塔，达到循环利用甲醇。因此煤制氢中CO2尾气是煤制氢过程中酸性气脱除环节脱除的大量高浓度、高纯度的CO2尾气。
[0005] 煤制氢得到的氢气可以与CO在制甲醇装置25中经过加热、加压，在催化剂作用下合成甲醇，因合成条件如压力、温度、合成气组成及催化剂性能等因素的影响，在产生甲醇反应的同时，还伴随着一系列副反应，产生了水、醚、醛、酮、酯、烷烃、有机酸、有机胺、高级醇等几十种有机杂物。甲醇作为有机化工的基础原料，其纯度具有一定的要求，因此，粗甲醇需要通过精馏，制得不同纯度的精甲醇。
[0006] 甲醇精馏是多个简单蒸馏组合，在甲醇精馏装置26中进行。根据液体混合物中所包含的物质其沸点不同，进行不断的冷凝、气化，使混合液中的甲醇完全分离出来，同时，排出杂醇废液32，从而得到精甲醇33。杂醇废液32的主要成分是醇类和水，醇类中主要有甲醇和其他多醇。
[0007] 从图1可知，煤制氢在酸性气脱除环节产生大量CO2尾气，且纯度高，杂质少。
[0008] 目前，煤制氢CO2尾气的处理，以向大气排放为主。随着温室效应的加剧，环保标准越来越高，CO2的处置成为研究的焦点。目前，主要有2个方向，一是CO2尾气收集后封存，另一个是对CO2尾气进行资源化利用。收集后封存，有化工厂尝试了煤制氢CO2尾气注入能量衰竭的油田，提高油气田采收率，此方法适用于封存地较近的油田。而资源化利用不仅限制条件少，成本低，产物还能产生经济效益，且煤制氢CO2尾气纯度较高，因此，资源化利用更有优势。
[0009] 目前，煤制氢CO2尾气综合利用路径有：1)制纯CO2，优点是实现了CO2的有效利用，缺点是一次性投资成本巨大，设施复杂，占地大。例如新华粤煤制氢CO2尾气综合利用采用催化氧化与精馏组合技术，产生99.999％的高纯度食品级二氧化碳；2)与碱反应，生产碳酸钠和碳酸氢钠，此方法设施简单，投资小，缺点是产生的碳酸钠和碳酸氢钠利用价值小，如果需要使用，还需要进一步纯化处理。
[0010] 从图1可知，煤制氢在甲醇精馏环节产生大量杂醇废液，杂醇废液的主要成分是醇类和水，醇类中主要有甲醇和其他多醇。
[0011] 目前杂醇废液主要处理方式有：1)杂醇燃烧，处理成本低，但只产生一点热能，经济性低；2)蒸馏回收，一次性投资和运行成本高，设备复杂，占地面积大，但产生各种醇类，可以售出。
[0012] 而在污水处理的生化池内，一般存在着很多菌类，主要有硝化细菌和反硝化细菌，进行硝化反应和反硝化反应，我们把进行硝化反应的叫生化池的硝化段，以O表示；进行反硝化反应的叫反硝化段，以A表示。如果一个生化池有一个硝化段和反硝化段，表示为AO，但多数有多个硝化段与多个反硝化段组合，表示为AxOy，其中x,y分别为反硝化段和硝化段的数量，x为从小到大的自然数，y为从大到小的自然数。
[0013] 硝化段需要工业碳酸钠作为无机碳源，负责提供硝化过程所需的碱度。原理是在硝化过程中，将释放H+从而降低pH,而硝化细菌对pH变化非常敏感，最佳在8～8.4。当原水碱度不足，为对冲反应过程中释放H+，维持最佳pH，需要补充碱度。一般地说，1氨态氮(以氮计)完全硝化，需碱度(以CaCO3)7.14g。
[0014] 反硝化段需要工业甲醇提供反硝化过程所需的有机碳源。原理是反硝化菌是异养型兼性厌氧菌。在厌氧呼吸时，以有机物为电子供体，以硝态氮为电子受体。因此，当原水中碳氮比较低时，需另投加有机碳源，现多采用甲醇，因为其分解产物为CO2和H2O，不留任何难于降解的中间产物，而且反硝化速率高。
[0015] 其中，纯碱价格约1600元/吨，片碱约3000元/吨，甲醇约2800元/吨。对污水处理来说，由于水量很大，导致工业碳酸钠和工业甲醇的投加量也很大，药剂成本很高。
[0016] 因此需要能够消除二氧化碳、杂醇废液的排放及杂醇废液的燃烧、减少温室效应、气体污染及水污染、降低煤制氢系统中CO2尾气和杂醇废液的处理成本或能够利用煤制氢系统中CO2尾气和杂醇废液的化学系统。实用新型内容
[0017] 本实用新型的目的是提供一种资源化利用煤制氢CO2尾气和杂醇废液的化学系统，其能够消除二氧化碳、杂醇废液的排放及杂醇废液的燃烧、减少温室效应、气体污染及水污染，降低或消除煤制氢系统中CO2尾气处理成本，而且进一步地，能够降低或消除杂醇废液的处理成本。
[0018] 根据本实用新型，提供一种资源化利用煤制氢CO2尾气和杂醇废液的化学系统，其特征在于，包括邻近设置的煤制氢系统和污水处理系统，其中：
[0019] 煤制氢系统用于以煤炭为原料制备氢气，在制备氢气过程中产生CO2废气；
[0020] 污水处理系统包括：
[0021] 串联连接的一组或多组反硝化段、硝化段，反硝化段用于在无氧或低氧条件下，通过反硝化细菌将硝酸盐氮(NO3-N)和亚硝酸盐氮(NO2-N)还原为氮气，硝化段与反硝化段连接，用于通过硝化细菌将污水中的氨氧化为硝酸盐或亚硝酸盐；
[0022] 其中，该化学系统还包括碳酸钠制备装置，CO2废气和碱性溶液通入到该碳酸钠制备装置，该碳酸钠制备装置的产物通入第一组或每一组硝化段入口，用于调节硝化段的碱度。
[0023] 本实用新型通过提供一种资源化利用煤制氢CO2尾气和杂醇废液的化学系统，其中煤制氢系统和污水处理系统邻接设置，使得煤制氢系统的CO2废气能够被合理利用，避免CO2直接排放，有利于环保，减少温室效应。
[0024] 优选地，该化学系统还包括气化炉，用于将煤炭作为原料使其气化，生成CO；CO变换装置，与气化炉连接，用于将气化炉生产的CO与通入的水蒸汽反应生成氢气和CO2，和醇制备装置，用于利用煤制氢系统中生成的CO与氢气反应制备醇化合物，醇制备装置连接到第一组或每一组反硝化段入口，用于通入醇化合物来调节反硝化段的有机碳源浓度。
[0025] 优选地，醇制备装置还包括甲醇提取装置，用于从醇化合物提纯甲醇；和杂醇废液收集装置，与甲醇提取装置连接，用于收集经过甲醇提取装置后残余的杂醇废液，该杂醇废液收集装置连接到反硝化段入口，用于通入杂醇废液调节反硝化段的有机碳源浓度。
[0026] 由此，使得煤制氢系统制得的甲醇或经甲醇提取后残余的杂醇废液得到了直接有效的利用，消除了杂醇废液的排放及燃烧，减少了相应的水污染及气体污染，同时降低了污水处理过程中用于调节有机碳源的药剂的成本。
[0027] 优选地，硝化段设置在反硝化段的下游。
[0028] 本实用新型也可根据污水处理的需要，将反硝化段设置在硝化段的下游。
[0029] 优选地，该化学系统还包括CO2废气脱除收集装置，用于将制备氢气过程中产生的CO2废气吸收并存储。
[0030] 优选地，所述CO2废气脱除收集装置为碳酸钠制备装置，在碳酸钠制备装置中，CO2和通入的碱性溶液生成碳酸钠或碳酸氢钠。
[0031] 优选地，所述CO2废气脱除收集装置存储的CO2通入碳酸钠制备装置，在碳酸钠制备装置中，CO2和通入的碱性溶液生成碳酸钠或碳酸氢钠。
[0032] 根据本实用新型的实施例，煤制氢系统中的CO2废气可通过废气脱除收集装置收集为高纯度的CO2用于其他用途，也可以直接与碱性溶液生成碳酸钠或碳酸氢钠，用于调节污水处理系统的碱度。
[0033] 优选地，该化学系统还包括碳酸钠变频泵，连接到CO2废气脱除收集装置的出口端和污水处理系统的硝化段入口之间，用于从CO2废气脱除收集装置的出口端泵送碳酸钠或碳酸氢钠溶液到污水处理系统的硝化段。
[0034] 优选地，该化学系统还包括醇变频泵，连接到醇制备装置出口端和反硝化段入口之间，用于将醇化合物从甲醇制备装置的出口端泵送甲醇到污水处理系统。
[0036] 优选地，当pH探头检测到pH值小于8时，开启碳酸钠变频泵，投加碳酸钠，将pH值调节到8～8.4之间。
[0037] 优选地，还包括在线COD检测设备，设置在污水处理池的一个或多个反硝化段和硝化段组的上游的进水处以及污水处理池的出水处，测量污水的COD量，其与醇变频泵联锁。
[0038] 通过根据本实用新型的化学系统，能够利用煤制氢CO2尾气与碱反应生成Na2CO3及NaHCO3的混合物，作为无机碳源，调节水处理生化池碱度；利用煤制氢的杂醇废液作为生化池的有机碳源，补充反硝化菌所需的能量。从而实现资源化利用，既解决了尾气和废液的排放问题，又作为生化池的药剂，节约了运行成本。而且本工艺装置简单，占地面积小，一次性投资和运行成本低，减少了水处理生化池的药剂投加，取得了良好的经济效益。同时，避免CO2直接排放，减少温室效应，消除了杂醇废液的排放及燃烧，减少了相应的水污染及气体污染。附图说明
[0039] 图1是煤制氢工艺的流程图；
[0040] 图2是根据本实用新型的化学系统的局部流程图；
[0041] 图3是根据本实用新型的化学系统的局部设备工艺图。
具体实施方式
[0042] 下面将参照附图描述根据本实用新型的化学系统的一般原理。
[0043] 发明人在生产实践中注意到，在污水处理的生化池内，一般存在着很多菌类，主要有硝化细菌和反硝化细菌，进行硝化反应和反硝化反应，我们把进行硝化反应的叫生化池的硝化段，以O表示；进行反硝化反应的叫反硝化段，以A表示。如果一个生化池有一个硝化段和反硝化段，表示为AO，但多数有多个硝化段与多个反硝化段组合，表示为AxOy，其中Ax表示第几个反硝化段，x为从小到大的自然数，Oy表示第y个硝化段，y为从大到小的自然数。
[0044] 硝化段需要工业碳酸钠作为无机碳源，负责提供硝化过程所需的碱度。碱度是表示水吸收质子的能力的参数，通常用水中所含能与强酸定量作用的物质总量来标定。原理是在硝化过程中，硝化反应的亚硝酸菌和硝酸菌都是化能自养菌，它们利用CO2、CO32-、HCO3-等做为碳源，将释放H+从而降低pH,而硝化细菌对pH变化非常敏感，最佳在8～8.4。所以补充硝化过程所需的碱度是给硝化菌提供无机碳源，也可以说补充硝化过程所需的碳酸盐碱度是给硝化菌提供无机碳源，当原水碱度不足，为对冲反应过程中释放H+，维持最佳pH，需要补充碱度。一般地说，1氨态氮(以氮计)完全硝化，需碱度(以CaCO3计)7.14g。
[0045] 反硝化段需要工业甲醇提供反硝化过程所需的有机碳源。原理是反硝化菌是异养型兼性厌氧菌。在厌氧呼吸时，以有机物为电子供体，以硝态氮为电子受体。因此，当原水中碳氮比较低时，需另投加有机碳源，现多采用甲醇，因为其分解产物为CO2和H2O,不留任何难于降解的中间产物，而且反硝化速率高。
[0046] 对污水处理来说，由于水量很大，导致工业碳酸钠和工业甲醇的投加量也很大，药剂成本高。
[0047] 而煤制氢的CO2尾气中含有高浓度的CO2，一般大于80％，含有部分氢气，一氧化碳等，排放温度在30℃左右，输送压力0.16Mpa左右。其另一特征是排放量很大，例如神木化学位于陕西榆林的60万t/a甲醇项目产生纯度80％～99％的CO2尾气100万t/a，神华宁夏煤业位于宁夏银川的60万t/a甲醇和50万t/a烯烃项目产生纯度80％～98％的CO2尾气300万t/a。而杂醇废液中含有的主要成分是甲醇和其他多醇。杂醇排放温度一般在40℃左右，，输送压力在0.25MPa左右。
[0048] 本实用新型的原理就是提供一种化学系统，其利用煤制氢CO2尾气与碱反应生成Na2CO3及NaHCO3的混合物，作为无机碳源，从而调节水处理生化池碱度；杂醇废液作为生化池的有机碳源，补充反硝化菌所需的能量。由此实现资源化利用，既解决了尾气和废液的排放问题，减少CO2的排放，减少温室效应，消除了杂醇废液的排放或燃烧，消除了相应的水污染和气体污染，又作为生化池的药剂，对CO2尾气和杂醇废液加以利用，变废为宝，降低了生化池的药剂成本，减少了设备，节约了运行成本。而且本实用新型的化学系统结构简单，占地面积小，一次性投资和运行成本低，减少了水处理生化池的药剂投加，取得了良好的经济效益。
[0049] 图2是根据本实用新型的化学系统的流程图。
[0050] 首先，利用煤制氢CO2废气制备Na2CO3。如图2中所示，先通过进碱管线把45％的碱液10补到碳酸钠制备罐1，碳酸钠制备罐1上有液位计和搅拌器，保持匀速搅拌，加入工业水11，使氢氧化钠的浓度稀释到5％，当达到稀释液位后，搅拌1h后，打开二氧化碳曝气阀门，将CO2废气8通入碳酸钠制备罐1中，使二氧化碳与氢氧化钠反应，反应式如下：
[0051] 2NaOH+CO2＝Na2CO3+H2O，
[0052] 为保证Na2CO3浓度饱和，所以制备过程中CO2少量过量，会产生部分碳酸氢钠，反应式如下：
[0053] Na2CO3+H2O+CO2＝2NaHCO3，
[0054] 制备的Na2CO3浓度为6.625％；CO2排放温度30℃左右，输送流量Q1Nm3/h；输送压力0.16Mpa左右。制得的饱和Na2CO3溶液进入碳酸钠储存罐2，匀速搅拌。碳酸钠储存罐2可以储存饱和碳酸钠溶液，并保持搅拌均匀，等待使用。
[0055] 该CO2废气可以是煤制氢过程中与H2混合的形式，其直接通过含有碱性溶液的装置中由碱性溶液吸收，并且生成碳酸钠或碳酸氢钠溶液用于后续污水处理系统调节碱度使用，也可以是通过CO2废气脱除装置，例如物理-化学吸附吸收CO2的装置或利用CaO或氨水进行化学吸收CO2的装置，获得高纯CO2，这样获得的高纯CO2也可以用于其他用途，或再用于通入含有NaOH的碱性溶液中生成碳酸钠或碳酸氢钠溶液用于后续污水处理系统调节碱度使用。
[0056] 通常工业上使用的碱液为NaOH，但本实用新型不限于本实施例中描述的NaOH，只要能实现碱度调节的碱液均可使用，例如KOH。
[0057] 下面继续参照图2描述杂醇废液制备工艺。煤制氢系统中，通过原料煤27在气化炉中气化与氧气生成的CO及经过CO变化装置22、酸性气脱除装置23以及氢气提纯装置24之后获得的氢气通入制甲醇装置24中，进行以下反应：
[0058] CO+2H2＝CH3OH
[0059] 反应后的产物经甲醇精馏装置26进行精馏，得到纯度较高的精甲醇33以及甲醇及多醇等混合液的杂醇废液9。杂醇废液9经过管道运输到杂醇储存罐6，杂醇储存罐6上有液位计和搅拌器，保持匀速搅拌，等待使用。
[0060] 下面继续参照图2描述污水处理过程中使用Na2CO3调节生化池碱度和使用杂醇废液补充有机碳源的方法。生化池包括多个硝化段4,4’与反硝化段5,5’组，本文分别以Ax，Oy表示第x个反硝化段，x为从小到大的自然数，或第y个硝化段，y为从大到小的自然数。生化池的进水12一般有在线和人工的化学需氧量COD检测(C1)，以及定期的生化需氧量BOD检测(B1)。因为BOD不是实时检测，所以一般运行时，可以根据经验公式，可以通过COD量推测出BOD量。当检测到进水12的BOD较少时，生化池A1反硝化段4需要补充有机碳源，使用与杂醇储存罐6连接的杂醇变频泵7投加。生化池A1反硝化段4有出水15混合后的检测，pH(D1)和氧化还原电位(H1)检测，同时，二沉池13的出水15，即整个生化池出水也有在线和人工的COD检测(C2)，以及定期的BOD检测(B2)。同理，可以通过COD量推测出BOD量。把在线COD检测C1、C2、D1、H1等参数与杂醇变频泵7连锁，控制杂醇变频泵7的启停，调节变频泵的频率，从而控制出水水质。例如，当出水水质变差时，增加杂醇变频泵7的频率，从而提高杂醇变频泵7的投加量，增加菌类反应速率和数量，从而提高生化池处理效果。另外，因为杂醇比甲醇成分更复杂，所以会少量增加难降解COD(hard COD)的量。因此，需注意出水COD和BOD的差值，从而调节杂醇的投加周期和投加量。
[0061] 本实用新型不限于该实施例的具体情形，本实施例中的杂醇也可直接由煤制氢系统获得的精甲醇33(见图1)取代，只要能实现调节有机碳源的量同时降低污水处理成本也属于本实用新型范围。本实施例中的硝化段及反硝化段的顺序也不限于图2中所示，即生化池A1反硝化段4在生化池Ox硝化段5上游，可根据污水处理需要将生化池A1反硝化段4设置在生化池Ox硝化段下游。
[0062] 根据本实用新型的图2中所示的实施例，生化池A1反硝化段4的出水进入生化池Ox硝化段5，因为在硝化反应过程中，不断产生酸，因此还需补充碱度。使用碳酸钠变频泵3投加碳酸钠，来调节碱度，同时补充无机碳源。碳酸钠变频泵3与生化池Ox硝化段5的出水检测指标连锁，pH探头(Dx)及浸入式溶解氧在线分析仪(Hx)，通过在线仪表来调节进苛性碱的量。例如，当pH小于8时，增加碳酸钠变频泵3的频率，从而提高碳酸钠变频泵3的投加量，增加苛性碱的投加，调节pH到8～8.4之间，增加菌类反应速率和数量，从而提高生化池处理效果。反之，当碳酸钠加入过多时，水的碱度较大，不利于菌类生长，需要减少碳酸钠的投加。
[0063] 该碱度的调节可直接使用碱性溶液调节，但是通常所处理的污水成分复杂，具有一定的缓冲性，也就是说碱度随时间会有变化，因此直接使用碱性溶液调节效果有时并不理想，而使用碳酸钠进行调节，由于碳酸钠具有碱性的缓冲性能，因此，当污水的碱度变化时，碳酸钠会根据污水的碱度而提供相应的碱度，因此效果优于直接用碱性溶液进行调节。而且实际工业应用中，例如氢氧化钠等碱性物质的价格低于碳酸钠的价格，因此利用碱性溶液吸收CO2制备碳酸钠既可吸收废气CO2，又可制备获得碳酸钠或碳酸氢钠，利用碳酸钠或碳酸氢钠来调节污水的碱度及无机碳源。
[0064] 图3是根据本实用新型的化学系统的局部设备工艺图。图中示意性示出位于下部的生化池16，包括多个反硝化段和硝化段组，反硝化段分别标有序号A1……Ax，硝化段分别标有序号Oy……O1，反硝化段和硝化段间隔设置，在该实施例中，硝化段Ox设置在反硝化段A1下游，可以根据污水处理的需要，将反硝化段A1设置在硝化段Ox下游。
[0065] 图3中右上部示意性示出用于引入碳酸钠溶液来调节生化池16的碱度的装置，从右向左依次包括碳酸钠制备罐1、碳酸钠存储罐2以及碳酸钠变频泵3。从煤制氢系统产生的CO2废气8以及工业水11、浓度为45％的NaOH溶液通入碳酸钠制备罐1中，在碳酸钠制备罐1中进行反应，反应生成的Na2CO3溶液或NaHCO3溶液通入碳酸钠存储罐2，碳酸钠存储罐2连接有碳酸钠变频泵3，碳酸钠变频泵3设置有pH和氧化还原电位检测装置，其测量生化池16的硝化段Ox的pH值及氧化还原电位，该测量参数与碳酸钠变频泵3连锁，控制碳酸钠变频泵3的开启和停止。当生化池16处理的污水碱度发生变化时，Na2CO3溶液或NaHCO3溶液可通过水解来调节污水碱度，并将污水碱度较稳定地保持在需要水平。
[0066] 图3中左上部示意性示出用于将煤制氢系统中制备的甲醇或产生的杂醇废液引入生化池16来调节生化池中的有机碳源的装置，从左向右依次包括杂醇存储罐6及与杂醇存储罐连接的杂醇变频泵7，在煤制氢系统中制备甲醇，提纯甲醇后产生残余的杂醇废液9，杂醇废液9存储在杂醇存储罐6中，杂醇变频泵7设置有生化池16的反硝化段A1处的COD及出水COD检测装置，该测量参数与杂醇变频泵7连锁，控制杂醇变频泵7的开启和停止。
[0067] 实例
[0068] 恒力石化(大连)炼化有限公司160万吨/年乙烯工程中，把污水处理场项目和煤制氢项目相结合，应用此专利来处理煤制氢CO2尾气和杂醇废液，来调节生化池的碱度和供给有机碳源，变废为宝，取得了很好的经济效益和环境保护效果。
[0069] 该项目煤制氢工程采用低温甲醇来进行酸性气脱除，脱出的CO2尾气参数如下：
[0070]
[0071] CO2排放温度31℃，输送流量1000Nm3/h；输送压力0.16Mpa。
[0072] 该项目在甲醇精馏环节产生大量杂醇废液，其杂醇废液参数如下：
[0073]组分 CH3O H20 其他杂醇
浓度 28％ 22％ 49％
浓度 28％ 22％ 49％
[0074] 杂醇排放温度40℃ 输送流量8.3m3/h 输送压力0.25MPa。
[0075] 本实用新型是利用煤制氢CO2尾气与碱反应生成Na2CO3及NaHCO3的混合物，作为无机碳源，调节水处理生化池碱度；利用煤制氢的杂醇废液作为生化池的有机碳源，补充反硝化菌所需的能量，从而实现资源化利用。既解决了尾气和废液的排放问题，又作为生化池的药剂，节约了运行成本。而且本工艺装置简单，占地面积小，一次性投资和运行成本低，减少了水处理生化池的药剂投加，取得了良好的经济效益。同时，避免CO2直接排放，减少温室效应，消除了杂醇废液的排放及燃烧，减少了相应的水污染及气体污染。
[0076] 煤制氢CO2尾气和杂醇废液资源化利用，为恒力企业节省了运行费用，降低温室气体二氧化碳的排放量，减少电耗和药剂消耗。同时，由于药剂消耗的减少，也降低了药剂运输途中引起的社会安全隐患。取得了很好的经济效益和环保效益。经核算，使用本专利工艺后，恒力石化炼化一体化项目减少CO2排放量2,116吨/年，减少碱投加量9,506吨/年，节约费用1,228万元/年；减少有机碳源投加1,460吨/年，节约费用360万元/年。
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