煤化工釋放異味氣體的原因及治理

林祥娃

摘 要： 煤化工異味氣體的釋放嚴(yán)重限制了化工產(chǎn)業(yè)的綠色環(huán)保發(fā)展，對(duì)周圍環(huán)境和人體健康也帶來嚴(yán)重的危害。國家也大力推出空氣質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，以此來遏制產(chǎn)業(yè)廢氣排放，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，但是煤化工工藝流程復(fù)雜，產(chǎn)生異味氣體的環(huán)節(jié)和原因多元化，為此，本文結(jié)合煤化工工藝流程方法，分析探討不同工藝流程中出現(xiàn)異味氣體釋放的環(huán)節(jié)和原因，結(jié)合當(dāng)前行業(yè)中所運(yùn)用的異味氣體治理方法，為煤化工產(chǎn)業(yè)異味氣體治理提供建議。

關(guān)鍵詞： 煤化工;異味氣體;治理方式

0 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和人民生產(chǎn)生活對(duì)石化物質(zhì)的需求量越來越高，極大地推動(dòng)了我國石化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。煤化工作為石化產(chǎn)業(yè)的重要環(huán)節(jié)，直接影響到石化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)展，近年來，環(huán)境問題成為國際社會(huì)普遍關(guān)注的問題，降低污染物排放也成為煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中急需解決的問題，而在煤化工污染物排放過程中，揮發(fā)性有機(jī)廢氣（VOCs）對(duì)空氣的污染是煤化工行業(yè)需要重點(diǎn)解決的環(huán)節(jié)。因此，結(jié)合煤化工工藝流程，對(duì)煤化工釋放異味氣體的來源和原因進(jìn)行探析，進(jìn)而分析討論當(dāng)前處理異味氣體的治理方法，對(duì)于促進(jìn)煤化工綠色穩(wěn)定發(fā)展至關(guān)重要。

1 煤化工工藝流程及空氣質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

1.1 煤化工工藝流程概述

煤化工作為一種化工技術(shù)，是以煤炭作為原料，通過煤炭一系列的化學(xué)反應(yīng)過程，最終使得煤炭轉(zhuǎn)化成為不同物理狀態(tài)的半成品或產(chǎn)品，進(jìn)而進(jìn)行再加工成為能源化工產(chǎn)品的過程。煤化工過程較為繁瑣，主要環(huán)節(jié)包括煤氣化過程、煤液化過程和煤焦化過程，其中，煤氣化過程主要是將煤炭在高溫氣化爐中與O2和H2O進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而生成合成氣（H2+CO），通過進(jìn)一步反應(yīng)形成甲醇和合成氨，甲醇產(chǎn)物可以作為汽油和柴油產(chǎn)品用于能源動(dòng)力，此外甲醇則可以進(jìn)一步反應(yīng)生成烯烴，也可以通過烴基化形成醋酸，通過脫水處理形成二甲醚，還可以通過氧化反映形成甲醛。煤液化過程一方面可以通過直接加氫液化，將煤炭放置在高溫（430-465℃）和高壓（17-30MPa）環(huán)境中，在氫類催化劑作用下形成液態(tài)烴，用于汽油柴油等動(dòng)力能源，另一方面還可以通過間接液化方式，采用先氣化再液化的過程，先將煤炭氣化形成合成氣，然后再在催化劑的反映下最終形成低碳混合醇和二甲醚。煤焦化過程則是再隔絕空氣的條件下，將煤炭加熱分解的過程，煤焦化后可形成焦?fàn)t氣、焦炭、煤焦油、粗笨等半成品，通過進(jìn)一步分離提純，最終可形成甲烷、乙烯、電石、苯酚、甲苯等產(chǎn)物，進(jìn)而用于化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1.2 煤化工異味氣體分析

當(dāng)前大氣污染的成分組成復(fù)雜多元，形成了以PM2.5和臭氧為主要特征的復(fù)合式污染形式，隨著國家對(duì)PM2.5可吸入顆粒物污染的控制，當(dāng)前空氣污染中PM2.5含量相對(duì)穩(wěn)定降低，但是臭氧污染物的含量卻不斷增加，成為影響空氣質(zhì)量的重要污染源。揮發(fā)性有機(jī)廢氣（VOCs）作為多種污染物的總稱，涵蓋有烴類、酚類、醇類、脂類等多種污染物，VOCs經(jīng)過光化學(xué)作用后形成臭氧和有機(jī)氣溶膠污染物，是空氣污染物中臭氧含量的主要來源。煤化工產(chǎn)業(yè)所產(chǎn)生的VOCs在各行業(yè)發(fā)展中占據(jù)很大范圍，而且煤化工所產(chǎn)生的VOCs中所含有的甲苯、三氯苯、苯胺等物質(zhì)具有刺鼻的異味，且具有致癌的毒性，這種異味氣體的袖閥值很低，成為環(huán)境污染的重要組成部分。

1.3 煤化工環(huán)境空氣質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

近年來國家不斷加大對(duì)環(huán)境質(zhì)量的管控力度，制定了一系列針對(duì)煤炭加工和轉(zhuǎn)化行業(yè)異味氣體排放的制度措施。2016年，國家環(huán)境保護(hù)部門在對(duì)煤化工項(xiàng)目進(jìn)行環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，在原有評(píng)價(jià)因子的基礎(chǔ)上，新增了總揮發(fā)性有機(jī)物（TVOC）、非甲烷總烴、甲醇、酚等評(píng)價(jià)因子，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)方法也從傳統(tǒng)的單因素評(píng)價(jià)方法轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘁蛩卦u(píng)價(jià)體系，此外，在空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)中引進(jìn)了數(shù)學(xué)模型和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)方法技術(shù)更加科學(xué)有效，適應(yīng)性更強(qiáng)。針對(duì)煤化工異味氣體的排放問題，環(huán)保部門所指定的《揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）污染防治技術(shù)政策》中明確表示，煤化工行業(yè)應(yīng)該積極采用先進(jìn)清潔技術(shù)，實(shí)現(xiàn)廢氣的清潔轉(zhuǎn)化，及時(shí)識(shí)別和排查化工管道，防止VOCs泄露，行業(yè)部門也應(yīng)該制定科學(xué)有效的預(yù)防VOCs泄漏和處置緊急事件的措施，為抑制煤化工產(chǎn)業(yè)廢氣污染物排放有著非常重要的制度制約。

2煤化工工藝流程異味氣體產(chǎn)生來源及原因分析

結(jié)合煤化工工藝流程和工作經(jīng)驗(yàn)，煤化工工藝環(huán)節(jié)和過程非常復(fù)雜，而且當(dāng)前煤化工項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模一般比較龐大，對(duì)煤化工工藝廢氣的排放缺少科學(xué)有效的配置和設(shè)計(jì)，因此產(chǎn)生異味氣體的環(huán)節(jié)和原因是多種多樣的，具體來說，煤化工異味氣體產(chǎn)生的來源主要有以下幾點(diǎn)：

2.1 煤氣化過程異味氣體來源及原因分析

煤氣化過程是將煤炭資源與氣化劑通過反映形成合成氣的過程，該過程中產(chǎn)生異味氣體的主要環(huán)節(jié)有以下幾點(diǎn)：第一，煤氣化反應(yīng)爐在開車過程中受到外界因素影響，進(jìn)而導(dǎo)致反應(yīng)爐出現(xiàn)非正常停車狀況，因?yàn)楫?dāng)前煤氣化過程中對(duì)煤炭顆粒進(jìn)行加壓氣化的反應(yīng)爐溫度在1000-1200℃，因此反應(yīng)爐混合氣體中含有大量H2S、酚類、焦油等物質(zhì)，由此在對(duì)反應(yīng)爐進(jìn)行啟閉過程中產(chǎn)生異味氣體的散出;第二，反應(yīng)爐開車過程中，煤炭物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生的異味氣體，當(dāng)反應(yīng)爐進(jìn)行排氣處理時(shí)，如果煤化工工藝中缺少尾氣回收和凈化處理，就會(huì)產(chǎn)生異味氣體污染物。具體來說，煤化工對(duì)煤氣化所產(chǎn)生廢氣的處理方式主要有直接燃燒和尾氣洗滌凈化兩種方式，煤氣化所產(chǎn)生的芳香烴類物質(zhì)，在進(jìn)行直接燃燒排氣處理時(shí)，如果燃燒溫度低于1200℃，那么這些芳香烴類物質(zhì)就很難發(fā)生裂解，進(jìn)而逸散到空氣中。煤氣化產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過酸性氣洗滌分離液時(shí)，由于分離液中H2S含量嚴(yán)重超標(biāo)，就會(huì)使得所排出氣體中H2S含量超標(biāo)。

2.2 煤液化過程異味氣體來源及原因分析

煤液化過程產(chǎn)生的廢氣十分有限，不論采取直接液化或間接液化方式，煤炭在氣化形成合成氣時(shí)會(huì)產(chǎn)生碳氧化合物，但是經(jīng)過進(jìn)一步燃燒反應(yīng)，最終排出的是二氧化碳?xì)怏w，對(duì)環(huán)境污染較小。煤液化過程產(chǎn)生異味氣體的主要原因就是廢氣的意外泄漏，廢氣泄漏使得反映過程中產(chǎn)生的合成氣直接逸散到空氣中造成環(huán)境污染。此外，煤液化過程中在對(duì)液化后尾氣進(jìn)行凈化處理過程中也會(huì)出現(xiàn)與煤氣化過程尾氣處理過程中存在的由于尾氣燃燒不充分、H2S含量嚴(yán)重超標(biāo)所帶來的異味氣體逸散

2.3 煤焦化過程異味氣體來源及原因分析

煤焦化過程中備煤、配煤、焦化、回收等過程都很容易產(chǎn)生異味氣體污染物，具體來說有以下三點(diǎn)，第一，煤焦化過程中在備煤和配煤環(huán)節(jié)，煤炭物質(zhì)在高溫環(huán)境中與空氣發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵，這些煙塵中所含硫氧化物、碳氧化物含量很高，對(duì)周圍環(huán)境污染很嚴(yán)重，而且，煙塵中所含的荒煤氣中含有大量的多環(huán)芳烴物質(zhì)，這種物質(zhì)對(duì)人體健康危害很嚴(yán)重。第二，煤焦化過程煉焦和熄焦環(huán)節(jié)中，焦炭與空氣在高溫環(huán)境中相互反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生大量的碳氧化物和氮氧化物氣體，進(jìn)而產(chǎn)生較為濃烈的黑煙，黑煙中還有酚類化合物、苯類化合物、碳氧化合物等多種分子顆粒，飄散到空氣中會(huì)造成非常嚴(yán)重的污染。第三，煤焦化過程煤氣凈化環(huán)節(jié)，在進(jìn)行低溫甲醇清洗環(huán)節(jié)，混合氣中H2S的含量很高，因此在混合氣經(jīng)過H2S濃縮塔進(jìn)行凈化過程中，由于濃縮塔的再吸液量相對(duì)偏低，使得排除的氣體中甲醇和硫化氫含量超標(biāo)，進(jìn)而逸發(fā)出異味氣體。

3 煤化工異味氣體治理方法

3.1 熱氧化法

熱氧化法是當(dāng)前煤化工產(chǎn)業(yè)進(jìn)行異味氣體凈化處理使用作為廣泛的方法。常見的熱氧化法形式有以下幾種：第一，利用尾氣焚燒爐直接對(duì)排放的尾氣進(jìn)行凈化燃燒，通過充分徹底燃燒，使得最終排出的氣體中只有CO2和H2O，這種方法簡單易用，使用最為廣泛;第二，在煤氣化反應(yīng)爐中設(shè)置間壁式熱氧化器，利用反應(yīng)爐中的高溫氣體對(duì)廢氣進(jìn)行直接充分氧化，這種方法也極大減少了輔助燃料的利用，但是整個(gè)設(shè)備造價(jià)相對(duì)較高，且室內(nèi)反應(yīng)溫度不易控制;第三，采用蓄熱陶瓷等先進(jìn)材料，對(duì)排除廢氣中的熱風(fēng)進(jìn)行熱量的吸收，通過切換廢氣的傳輸閥門，進(jìn)而對(duì)廢氣進(jìn)行徹底氧化處理，這種方法熱回收率高，廢氣處理效率高，具有很高的應(yīng)用前景;第四，采用有機(jī)催化劑對(duì)尾氣進(jìn)行徹底氧化，這種方式可以降低尾氣徹底氧化所需的溫度條件，降低熱量的使用，但是有機(jī)催化劑應(yīng)用不當(dāng)還有可能造成二次污染。

3.2 吸收和吸附

吸收法是將煤化工環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的異味氣體通過海水、酸堿溶液等洗滌液中，因?yàn)楫愇稓怏w在洗滌液中的溶解度增大，所以可以對(duì)異味氣體進(jìn)行溶解吸收或化學(xué)反應(yīng)吸收。通常情況下煤化工異味氣體洗滌液吸收需要在洗氣塔內(nèi)完成，常見的有噴灑塔、氣泡塔等。由于煤化工所產(chǎn)生的異味氣體種類繁雜，因此吸收法所使用的洗滌液也應(yīng)該因地制宜，由此會(huì)使得采取吸收法對(duì)廢氣進(jìn)行吸收的費(fèi)用相對(duì)較高，且處理后所產(chǎn)生的廢水也會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。

吸附法通常是使用活性炭、活性氧化鋁、硅膠等吸附劑對(duì)煤化工產(chǎn)生異味氣體進(jìn)行物理吸附，通常情況下，運(yùn)用吸附劑對(duì)廢氣進(jìn)行吸附之前，需要對(duì)廢氣進(jìn)行除油、除灰、除水等預(yù)處理，進(jìn)而才能更大限度地發(fā)揮出吸附劑的吸附效果。近年來，隨著材料化學(xué)的不斷發(fā)展，活性炭纖維（ACF）以其吸附效果好，動(dòng)力消耗低等有點(diǎn)，在煤化工產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。

3.3 光化學(xué)催化法

光化學(xué)催化法是直接利用空氣中的O2作為氧化劑，使用二氧化鈦、氧化鋅等金屬氧化物或硫化物作為光化學(xué)反應(yīng)催化劑，在常溫常壓狀態(tài)下，利用光能對(duì)煤化工異味氣體進(jìn)行催化氧化處理，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，光化學(xué)催化方法可以有效處理煤化工異味氣體中的甲醛和甲醇等惡臭物質(zhì)，而且整個(gè)過程對(duì)動(dòng)力的需求極低，但是，由于光能的不穩(wěn)定性，采用光化學(xué)催化法對(duì)煤化工異味氣體進(jìn)行處理時(shí)，異味氣體的流速不宜過快，惡臭氣體的濃度不宜過高，因此需要跟等離子方法進(jìn)行結(jié)合使用才能實(shí)現(xiàn)更好的效果。

3.4 生物法

利用生物法對(duì)異味氣體進(jìn)行處理的方法技術(shù)研究開展很早，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的研究，生物法處理異味氣體的技術(shù)越來越成熟，行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣闊。生物法是利用微生物通過吸收異味氣體中的惡臭物質(zhì)，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成為自身營養(yǎng)物質(zhì)，排出無臭物質(zhì)的過程，在此過程中，需要將煤化工所產(chǎn)生的異味氣體通過土壤、堆肥等濾料，經(jīng)過濾料中微生物的化解處理，進(jìn)而通過排氣筒進(jìn)行排出。技術(shù)的發(fā)展使得處理異味氣體的微生物種類不斷增多，對(duì)異味氣體的處理活性不斷加強(qiáng)，處理后的氣體除臭率高達(dá)90%以上，因此也有很大的應(yīng)用。但是，采取生物法對(duì)異味氣體進(jìn)行處理的過程一般較慢，需要較大的處理場地，因此也限制了生物法的推廣。

3.5 等離子法

等離子法是近二十年來不斷推廣和應(yīng)用的方法，低溫等離子作為物質(zhì)的第四態(tài)，在外加電壓作用下可以實(shí)現(xiàn)異味氣體中分子的降解，進(jìn)而達(dá)到凈化異味氣體的效果。近年來，介質(zhì)阻擋放電（DBD）低溫等離子體技術(shù)的可行性應(yīng)用不斷推廣和發(fā)展，這種DBD低溫等離子方法是利用電子在介質(zhì)阻擋放電過程中吸收能量，電子在高速碰撞過程中將能量傳遞給異味氣體分子，使得這些異味氣體分子激發(fā)電離產(chǎn)生活性基團(tuán)，等離子體中富含電子、粒子、自由基等物質(zhì)，因此在于這些活性基團(tuán)進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)后，最終生成CO2和H2O，達(dá)到異味氣體凈化的作用。等離子法對(duì)煤化工異味氣體進(jìn)行處理過程中能有效抑制電極的腐蝕問題，而且針對(duì)苯類、醛類、硫化物、氮化物等揮發(fā)性異味氣體的處理效果極佳，未來有很強(qiáng)的應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

煤化工產(chǎn)業(yè)工藝流程繁雜，產(chǎn)生的異味氣體所含物質(zhì)多元化，產(chǎn)生異味氣體的環(huán)節(jié)和原因復(fù)雜化，對(duì)環(huán)境和人體健康帶來不良影響，也限制了化工產(chǎn)業(yè)的綠色穩(wěn)定發(fā)展。隨著化工凈化技術(shù)的不斷發(fā)展，熱氧化催化法、吸收和吸附法、光化學(xué)催化法、生物法和等離子法不斷發(fā)展，針對(duì)化工產(chǎn)業(yè)不同工藝條件和環(huán)境，通過不同凈化方法及結(jié)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)煤化工異味氣體的凈化處理，實(shí)現(xiàn)煤化工產(chǎn)業(yè)的綠色環(huán)保可持續(xù)發(fā)展。

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