4.5.4 天然气利用过程中的环境问题

天然气的利用方式有能源利用和化工利用。无论哪种方式，其利用过程中都会产生一系列的环境问题。

4.5.4.1 天然气能源利用过程中的环境问题

天然气能源利用是通过燃烧装置将天然气的化学能转化为热能的利用方式，主要设备是燃烧器。

天然气主要由碳和氢组成，正常燃烧时生成二氧化碳、水蒸气和过量的氧等物质，因此是一种清洁能源，在热值、环保、安全性等领域具有明显优势。然而，作为能源利用的天然气中往往还含有其他杂质和添加剂，且常常不能完全燃烧，常排出一些有害物质。研究表明，天然气不完全燃烧产生的污染物主要包括一氧化碳、烃类化合物、氮氧化物、硫氧化物。

天然气在使用过程中所产生的环境问题主要体现在以下几个方面。

（1）一氧化碳

天然气的主要成分是甲烷，完全燃烧的产物是二氧化碳和水，但在不完全燃烧时会产生大量的一氧化碳。一氧化碳会阻碍人体血液吸收和输送氧气，影响人体造血机能，随时可能诱发心绞痛、冠心病等疾病。

（2）非甲烷烃类化合物

在天然气的成分中含有大量的非甲烷烃类化合物，这些非甲烷烃类化合物如果不完全燃烧，所产生的物质会在大气中形成气溶胶，而且在阳光的作用下会发生光化学作用，加剧气溶胶的产生，会形成毒性很强的光化学烟雾，伤害人体，并会产生致癌物质。产生的白色烟雾对家畜、水果及橡胶制品和建筑物均有损坏。此外，天然气中含有部分颗粒物，这部分物质如果不能完全燃烧，也将随燃烧产物进入空气中，使空气中PM_2.5的含量增加。因此，即使对于天然气这种“洁净型”能源，也应注意可能产生的环境问题。

（3）硫氧化物

天然气中本身也含有一定量的有机硫化物，在进行天然气处理时难以将其除净，所以在天然气使用过程中会产生硫氧化物污染。另外，为使工作人员及时察觉泄漏并采取相关措施，天然气在使用过程中会加入一定量的加臭剂。加臭剂的主要成分是有机硫，从而产生硫化物污染。

排入大气中的硫氧化物在金属飘尘的触媒作用下，会被氧化成SO₃，遇水形成硫酸雾，若被雨水淋落即形成硫酸雨，可使植物由绿色变为褐色直至大面积死亡。硫酸雾凝结于微粒表面，使一些微粒相互黏结，长大成雪片状的酸性尘。另外，当锅炉低负荷运行时，烟气温度低于烟气露点产生的低温腐蚀硫酸物和未保温的金属烟囱及烟道内的酸蚀金属硫酸盐等脱落成块状或片状物质，随烟气排入大气，也成为酸性尘。

（4）氮氧化物

与其他气体燃料相比，天然气较为清洁，但燃烧也会产生一定量的氮氧化物。氮氧化物不是大气污染的主要来源，但是当大气中的氮氧化物浓度较高时，会对人体、动植物的生长及自然环境有很大的危害，主要表现在以下方面。

1）危害人体健康

NO具有一定毒性，很容易和血液中的血色素结合，使血液缺氧，引起中枢神经麻痹症。大气中的NO可氧化为毒性更大的NO₂。NO₂对呼吸器官黏膜有强烈的刺激作用，引起肺气肿和肺癌；在阳光作用下NO_x与挥发性有机化合物反应能生成臭氧，臭氧是一种有害的刺激物。NO_x参与光化学烟雾的形成，其毒性更强。

2）危害森林和农作物

大气中NO_x对森林和农作物的损害是很大的，可引起森林和农作物枯黄，产量降低，品质变劣。NO_x还可以生成酸雨和酸雾，对农作物和森林的危害很大。

3）产生温室效应

NO_x也是一种温室气体，大量排放会产生温室效应。

（5）二氧化碳

天然气的主要成分以碳为主，在使用过程中不可避免地会产生二氧化碳。CO₂不是有毒气体，但也存在一些危害性，主要表现在：

1）影响人体舒适感

二氧化碳使空气中含氧量减少，因而使人感到头痛和呼吸短促。

2）产生温室效应

大气中CO₂的最大危害是产生温室效应，能选择性吸收地球表面的低温辐射红外光谱，使大气层温度升高，同时发出较强烈的热辐射，使地球表面得到的总辐射量增加而变暖。

综上所述，天然气能源利用过程中环境问题的形成原因及危害如表4-8所示。

4.5.4.2 天然气化工利用过程中的环境问题

天然气的化工利用是以天然气为原料生产化学品的利用方式。由于天然气成分相对简单，以天然气为原料的化工生产装置投资省、能耗低、占地少、人员少、环保性好、运营成本低，因此以天然气为原料的化工利用近年来发展很快，主要领域是生产甲醇、合成氨、乙炔等。但化工利用过程也会产生大量的有害物质，从而导致严重的环境问题，给人类的生产生活环境带来了很大的威胁。

（1）大气污染

天然气化工利用过程中造成大气污染的主要原因是生产过程中产生的各类废气。

天然气化工利用产生的废气往往成分较为复杂，主要包含粒子类物质、含硫氧化物、含氮化合物、一氧化碳和有机化合物等。这些物质具有强烈的腐蚀性、毒害性，是危害大气环境的主要污染源。

1）粒子类物质

天然气中含有部分颗粒物，这部分物质如果不能完全燃烧和转化利用，将转移进入空气中，使空气中PM_2.5的含量增加。另外，天然气化工利用过程大多需在高温条件下进行，其温度条件几乎都是采用燃料燃烧的方式提供，在燃料燃烧过程中也会产生烟气、烟尘和粉尘等。粒子类物质的危害主要表现为：

① 危害人类的健康。飘逸在大气中的粉尘往往很难沉降。当人体吸入粉尘后，小于5μm的微粒极易深入肺部，引起中毒性肺炎或硅肺，有时还会引起肺癌。沉积在肺部的污染物一旦被溶解，就会直接侵入血液而引起血液中毒，未被溶解的污染物也可能被细胞所吸收，导致细胞结构的破坏。

② 污染建筑物。飘散在大气中的粒径稍大的粉尘在重力作用下落在建筑物表面，或者在建筑物外墙的吸附作用下被吸附，会污染建筑物，影响建筑物的使用寿命，甚至使有价值的古代建筑遭受腐蚀。

③ 影响植物生长。降落在植物叶面的粉尘会阻碍植物的光合作用，抑制其生长。

④ 存在爆炸隐患。由于粉尘的粒径小，比表面积大，因此表面能也较大。粉尘与空气混合能形成可燃的混合气体，若遇明火或高温物体，极易着火，顷刻间完成燃烧过程，释放大量热能，使燃烧气体温度骤然升高，体积猛烈膨胀，形成很高的膨胀压力。

2）硫氧化物

天然气中含有一定浓度的硫化物（包括二氧化硫、硫化氢、有机硫等），这些硫化物在生产条件下会转化为硫氧化物。排入大气中的硫氧化物在金属飘尘的触媒作用下，会被氧化成SO₃，遇水形成硫酸雾，若被雨水淋落即形成硫酸雨，可使植物由绿色变为褐色直至大面积死亡。硫酸雾凝结于微粒表面，使一些微粒相互黏结，长大成雪片状的酸性尘。

3）有机化合物

天然气化工生产产生的有机化合物中最多是的非甲烷烃类化合物，部分有机化合物还含有少量的硫或氮。这些有机化合物常常带有强烈的刺鼻性气味，具有较强的毒害性，可对人体器官造成不利影响，其中含有较多的致癌物。

4）含氮化合物

天然气中的含氮杂质在生产条件下会转化为含氮化合物，主要是NO和NO₂。含氮化合物对人体、动植物的生长及自然环境有很大的危害，主要表现在以下方面。

① 危害人体健康。NO具有一定毒性，很容易和血液中的血色素结合，使血液缺氧，引起中枢神经麻痹症。大气中的NO可氧化为毒性更大的NO₂。NO₂对呼吸器官黏膜有强烈的刺激作用，引起肺气肿和肺癌；在阳光作用下NO_x与挥发性有机化合物反应能生成臭氧，臭氧是一种有害的刺激物。NO_x参与光化学烟雾的形成，其毒性更强。

② 危害森林和农作物生长。大气中NO_x对森林和农作物的损害是很大的，可引起森林和农作物枯黄，产量降低，品质变劣。NO_x还可以生成酸雨和酸雾，对农作物和森林的危害很大。

③ 产生温室效应。NO_x也是一种温室气体，大量排放会产生温室效应。

5）一氧化碳

天然气的主要成分是甲烷，完全反应的产物是二氧化碳和水，但反应不完全时会产生大量的一氧化碳，因此天然气化工生产排放的烟气中含有大量CO。

一氧化碳会阻碍人体血液吸收和输送氧气，影响人体造血机能，随时可能诱发心绞痛、冠心病等疾病。

（2）水体污染

天然气化工利用过程中导致水体污染的原因是生产过程中产生的各类废水。

天然气化工企业在生产过程中会产生多种含有害物质的废水，不仅成分复杂，而且排放量大，处理起来非常困难。因此，天然气化工产生的废水不仅浪费了大量的水资源，而且直接排放还会对环境造成严重的污染，给地表水体带来一定程度的破坏。

地表水作为农业生产的主要灌溉水源，一旦污染会直接造成农作物污染以及影响水体的自净作用，危害水生生物的生存，污染物被水生生物吸收后，能在水生生物中富集、残留，并通过食物链进入家畜及人体中，最终危及人体健康。另外，被污染的地表水还会由于渗流作用而导致土壤污染和地下水污染。

（3）土壤污染

天然气化工生产过程中会产生很多的固体废弃物，有些还含有重金属。固体废弃物随意抛弃在土壤中，会改变了土壤原有的理化性质和结构，使原有土壤的结构和物理化学性状都难以恢复。天然气化工产品在运输过程中，也会有一些油类物质吸附在土壤颗粒上并深入到土壤中，污染物中含有的各类反应基团与氮、磷结合，限制了微生物的硝化作用和脱磷作用，从而导致土壤中有效氮、有效磷减少，土壤肥力降低，各类污染物附着在植物根系表面形成油膜，阻碍植物根系呼吸和对养分的吸收，从而导致植物根系腐烂，影响农作物的生长。

（4）噪声污染

随着天然气化工生产规模的不断扩大，大型机械设备、大功率机组等的广泛应用，噪声的辐射可想而知。天然气化工产生的噪声主要有以下几种，即火炬噪声、电动机噪声、管道噪声，以及放空噪声等，都是非常严重的噪声污染。噪声会引起员工的听觉疲劳，时间久后引起听力损失，最后导致耳聋，影响交流质量；长时间处于噪声环境，会引起头晕、头痛、耳鸣、心血管等疾病，进而影响健康；处于噪声环境中，会导致员工心理烦躁，造成疲劳，降低工作效率。

综上所述，天然气化工利用过程中环境问题的形成原因及危害如表4-9所示。