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气体污染物——甲烷甲烷的基本介绍甲烷的来源甲烷的危害甲烷的治理制作人：李珍、赵娅丽、何扬锦、熊亚运基本介绍：甲烷在自然界分布很广，是天然气、沼气、天然气水合物、坑气及煤气的主要成分之一。它可用作燃料及制造氢、一氧化碳、炭黑、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。甲烷的物理性质:中文名称：甲烷英文名称：methane；Marshgas别名：沼气分类：有机物分子式：CH4结构式：Ｈ｜Ｈ－Ｃ－Ｈ｜Ｈ外观与性状：无色无臭气体分子结构：甲烷分子是正四面体形分子、非极性分子。溶解性：微溶于水，溶于醇、乙醚密度：相对密度（水=1）0.42（-164℃）；（空气=1）0.55甲烷的化学性质（1）稳定性：通常情况下，甲烷的性质比较稳定，跟强酸、强碱或强氧化剂等一般不起反应，不能使酸性KMnO4溶液和溴水褪色。（2）取代反应：在光照条件下，甲烷可以跟氯气发生取代反应：CH4+Cl2→CH3Cl+HClCH3Cl+Cl2→CH2Cl2+HClCH2Cl2+Cl2→CHCl3+HClCHCl3+Cl2→CCl4+HCl（3）氧化反应：甲烷易燃烧，燃烧时发出蓝色火焰。（4）加热分解：隔绝空气加热到1000℃以上，甲烷发生分解可制取炭黑。大气中甲烷的来源:掩埋的垃圾分解、农业——尤其是稻子耕种、反刍动物消化食物、粪便处理以及家养动物都能产生甲烷。据德国核物理研究所的科学家经过试验发现，植物和落叶都产生甲烷，而生成量随着温度和日照的增强而增加。另外，植物产生的甲烷是腐烂植物的10到100倍。他们经过估算认为，植物每年产生的甲烷占到世界甲烷生成量的10％到30％。预计2010年甲烷排放量全世界将增至2800万t，其中70％来自低浓度煤矿瓦斯。甲烷的温室效应：甲烷的温室效应要比二氧化碳大上25倍。据最新数据,大气中甲烷的浓度已经从1750年1.06×10-12增加到1983年的1.61×10-12,到1998年这个数值已经达到1.75×10–12。大气中甲烷浓度从工业革命开始每年以0.5%～0.8%的速度增加,而在1992～1998年间其增长速率为4.9×10-9a–1而且由于甲烷分子具有很强的红外线吸收能力,单分子的、增温潜势是CO2的15～30倍,甲烷浓度的升高对全球气候变暖的贡献大约在25%左右。同时,甲烷能与大气污染物(如氟利昂)发生反应产生其它温室气体(臭氧、一氧化碳、二氧化碳),因此甲烷被认为是继二氧化碳之后最重要的温室气体之一,其产生与消耗机制引起了广泛关注。甲烷的治理：甲烷收集船瓦斯的开发利用天然气水合物的利用垃圾掩埋场的处理国家控制甲烷收集船甲烷收集船是一种用于收集江河湖海及部分浅层永冻土带气态或水合态甲烷的设备。为适用于不同作业环境和不同作业目的的要求，甲烷收集船可分为多种类型。其中应用于污染湖泊治理的，甲烷收集船可以从湖泊底部的淤泥中收集甲烷，通过对水体的过滤、加氧、加二氧化碳、清除水面漂浮物、清除淤泥等等方式达到净化水质的目的。同时可以制造水上移动式夜景灯光喷泉对湖面进行美化，剩余部分甲烷和产生的二氧化碳还可以进行商品化。举例：以太湖为例，太湖位于江苏省，是中国经济最发达的区域之一，太湖流域在其3万多平方公里的土地上创造国民生产总值几乎占据全国总产值的十分之一。但发展经济的同时也对太湖造成了严重的污染。2007年来，由于严重的富营养化和水体缺氧，导致太湖蓝藻大规模爆发，严重威胁沿湖生态和正常的生产和生活。类似污染较重的水体在国内外还有很多。太湖位于热量相对较高的亚热带地区，全年气温在十度以上的天数多。由于水体的富营养化及其淤泥中有机质含量丰富，甲烷及其氧化亚氮的产出量较高。据估计，太湖每年甲烷产出量大致在4-5万吨，由此造成的温室气体排放约相当于80-100万吨二氧化碳当量。采用甲烷收集船可以将这些甲烷中的大部分收集并应用用于水体水质的净化和景观营造。按70%收集率的保守数字，每年甲烷收集量约在3万吨左右。收集这些甲烷不仅可以解决太湖水体净化对能量的要求，同时还可以减少温室气体排放约60万吨。通过这种设备，可以科学的实现节省资源、保护环境、化害为宝的目的。瓦斯的合理开发利用瓦斯气体的主要成分是甲烷，甲烷的温室效应是二氧化碳的21倍，预计2010年甲烷排放量全世界将增至2800万t，其中70％来自低浓度煤矿瓦斯。目前，我国的泛风煤矿瓦斯（由于甲烷浓度低于5％）排入大气中，会加剧温室效应，严重地浪费资源和污染环境。我国煤矿瓦斯的利用，主要集中于瓦斯抽采量及抽采率较高的国有煤矿区，以民用和工业燃气为主。1）民用燃气：每立方米瓦斯的发热量相当于1.3千克标准煤，当甲烷浓度大于30%，有足够的气源、稳定的气压、气体混合物中无有害杂质时，煤矿瓦斯可用于民用，用于烧水、做饭、烧锅炉、取暖等。与人工煤气相比，尽管具有更洁净、更方便、更高效的特点；但其作为民用燃料也受到浓度以及以及成分复杂的影响。由于浓度过低、成分复杂、富含氧气，限制了其利用范围的扩大，不能进行远距离输送。用户只能局限于矿区附近，难以形成规模效益。2）发电：目前的瓦斯发电技术有：大功率燃气轮机发电、蒸汽机发电、往复活塞式内燃机发电。由于受到瓦斯抽采量及瓦斯浓度、成分的影响，采用内燃机组发电是目前利用矿井低浓度瓦斯发电的最佳途径，它有一次性投资小、建设周期短等优点。矿井瓦斯发电尽管经济效益不是显著，但其减少大气污染、减少资源浪费等的环保和社会效益较好，应该得到大力支持。3）化工原料：高浓度瓦斯以甲烷为主。当开采或抽放的是纯净的高浓度瓦斯时，瓦斯气体可作为基本的化工原料，通过转化合成原料气可生产多种化工产品。4）低浓度瓦斯的提纯：提纯技术有变压吸附、膜分离技术及低温液化技术。经过提纯后，气体中甲烷含量（相对于井下抽采的原料气）可达90％以上，而且氧含量大幅度减少，可使低浓度瓦斯气体直接用于民用燃料，也能长距离输送，扩大了利用范围，产生了规模效益。瓦斯的合理开发和利用将有效减少温室气体的排放、改善大气环境，对保护我们赖以生存的大气环境具有重要意义；煤矿瓦斯的合理利用也可以在一定程度上改善我国的能源结构，增加洁净的气体能源，弥补我国常规天然气在地域分布和供给量上的不足，有利于能源结构的调整。天然气水合物的合理开采：甲烷是天然气水合物即“可燃冰”的主要气体成分，通过对国内外最新资料的分析指出,与上个世纪估算的全世界天然气水合物总资源量相比,最新估算的天然气水合物资源量明显减少,已经不是煤、石油和天然气总资源量的2倍;但是,仍然相当于目前全世界的油气资源总量,又因其分布广、资源量巨大、能量密度高而极具开发前景。在自然界,压力和温度的微小变化都会引起天然气水合物分解,并向大气中释放甲烷气体。在开采天然气水合物过程中,如果向大气中排放大量甲烷气体,这必然会进一步加剧全球的温室效应,极地温度、海水温度和地层温度也将随之升高,这会引起极地永久冻土带之下或海底的天然气水合物自动分解,大气的温室效应进一步加剧。因此合理的开采天然气水合物也是对甲烷的释放的一种控制。“可燃冰”的利用，除直接开采使用自然界有的现成资源外，还可以和环境保护工作结合起来，如目前，日本就正在研究从下水道污泥中提取“可燃冰”的实用技术，其基本步骤为：①把下水道污泥中产生的沼气集中起来；②再将沼气(实际是甲烷)制为可燃冰。这中间第①步容易做到，普通的污水处理厂也是这样操作的，但由于其所产生的沼气中的甲烷含量不固定，加之总量又较少，一般只能就地利用或燃烧掉(如重庆市唐家桥污水处理厂)，要利用就必须扩大污水处理厂的规模，以增加甲烷的产量。这第②步制“可燃冰，在技术上也是可行的，我国的青岛海洋地质研究所就已经试验成功了。但要制造“可燃冰”，一要高压(30个大气压)，二要低温(0℃)，所花的代价(即生产成本)太高，与制成的可燃冰其体积减少为原来的1／160左右所带来的便利相比(且不谈高价的储存运输设备及带来的相应危险性)，实在是得不偿失。这就像普通的天然气现在完全可以将其液化后用罐储存、运输，但我们日常使用却还是采用管道输送一样。但从长远来看，在全国大量的大型污水处理厂建立起来以后，则应该说是具有一定价值的。实际上，我国燃气界也已开始关注此事，重庆大学燃气教研室与重庆燃气集团已经联手开始此项工作，并已开始对此类燃气新技术开展研发，以此作为燃气行业的新技术储备之一。垃圾掩埋场:甲烷是填埋场气体(LFG)的主要成分，当释放到大气中时成为强效温室气体。通过收集LFG并将其作为能源来减少其排放量，这样能产生显著的能源、经济以及环境效益。实施填埋场气体能源项目可以减少温室气体和空气污染物，进而改善当地空气质量并降低潜在的健康风险。LFG项目也能增进能源独立性、节约成本、创造就业机会以及协助发展地方经济。国际上存在着大量开发填埋场气体能源的机会。垃圾掩埋场的回收利用机会:通过使用一系列的气井和真空系统从填埋场采集LFG，然后将采集到的气体引导至某一地点进行加工（参看下图）。之后，LFG可以用于各种的用途。一种方式是通过发动机、涡轮机、微型涡轮机及其他技术来生产电能。第二种方式是对LFG进行加工，并作为一种替代燃料提供给需要连续燃料供应的地方工业客户或其他机构—LFG非常可靠，只需简单加工就可以直接使用，现有燃烧设备也不必进行重大改装。第三种方式是将LFG加工成符合管道外输标准的天然气或汽车替代燃料。项目案例研究：墨西哥蒙特雷都市固体废物加工系统(SIMEPRODESO)填埋场气体能源项目在墨西哥，填埋场的甲烷排放量占人类引发之温室气体排放总量的百分之10。墨西哥的蒙特雷市有将近4百万人口，每天超过4,500吨都市固体废物倾倒在都市固体废物加工系统填埋场上，从2001年起该市开始探讨将填埋场甲烷作为能源进行回收同时减少甲烷排放的可能性。政府与商业团体建立了合资企业将LFG转化为电能，白天为公共交通系统供电，晚上照亮城市街道，最终将填埋场这样的负债项目变成一项资产。这个发电厂部分资金来自全球环境基金拨给的5百万美元，其7百万瓦特的容量足以为15,000户家庭提供照明。实际上，这个耗资1千2百万美元的项目将满足市政府80%的用电需求。此外，随着SIMEPRODESO填埋场不断扩展，LFG产量也在不断增加，预计可为2016年完工的25百万瓦特设施提供燃料。通过私营部门的参与，而且以及为了将LFG引入墨西哥而加强巩固监管及社会框架建设，该这个项目的成功为以后更多LFG能源项目的实施提供了制度化架构，同时也为墨西哥及拉丁美洲其他地方提供了可复制的到墨西哥及拉丁美洲其他地方应用技术范例。现在墨西哥其他城市和私营公司已开始研究LFG作为更廉价更清洁燃料的潜力，以替代在墨西哥广泛用于发电的传统矿物燃料。国家规定（美国）：在2009年6月25日，公听会，空气资源委员会（ARB或董事会）批准通过加州守则规定，标题17条，第4，第6款下，第95460至95476，甲烷排放城市固体废弃物填埋场（“规例”）。这项规定是一个离散及早采取行动的温室气体减灾措施，为32描述在加利福尼亚全球变暖解决方案法2006（议会法案;统计。2006年，第488章）。这将减少业主，并要求从垃圾填埋场的甲烷排放量的主要垃圾填埋场经营者的某些失控安装气体收集和控制系统，并规定现有和新安装的气体收集和控制系统的操作优化。Theendandthankyou！