煤制油企業污染物治理探討

石琛，霍瑜姝

（天津現代職業技術學院 生物工程學院，天津 300350）

煤制油企業污染物治理探討

石琛，霍瑜姝

（天津現代職業技術學院 生物工程學院，天津 300350）

我國煤制油項目在最近幾十年發展很快，企業規模越來越大，數量不斷增多。但煤制油項目會產生大量的固體粉塵、污水和有毒有害氣體。探討了這些污染物的種類及治理方法和現階段存在的一些問題，并對煤制油項目未來的發展趨勢進行展望。

煤直接液化；大氣污染；水污染；固體廢物污染

石油作為一種重要的戰略資源，每個國家對于石油的需求都非常旺盛，全世界圍繞石油資源的爭奪戰爭從未停止過，同時，石油作為一種不可再生資源，它的獲得也非常寶貴，我國的石油資源相對來說比較短缺，大部分都靠進口，工業發展又離不開石油，為了讓有限的石油資源發揮更大層面的作用，就必須找到可替代的能源，維護我國經濟和社會的安全平穩發展。我國對煤制油等的項目研究在不斷的進行，開發了多種煤化工項目，在國際油價高企的今天，以煤炭為原料的新型煤化工工程不僅成為可以獲利的商業項目，對我國經濟發展提供能源儲備，確保了國家的政治安全，意義巨大[1]。

2004 年，內蒙鄂爾多斯的神華煤直接液化項目啟動建設，4 年后，第一條油品年產能 100 萬 t的生產線試車成功，并于 2009 年正式投產。作為國內首個煤直接液化示范工程以及世界目前唯一的工業規模的煤直接液化廠，其成功的運行將為我國乃至世界石油替代能源技術創造新的途徑。與此同時，2008 年，我國內蒙古伊泰煤制油公司也開發了煤液化，生產規模每年達到 16 萬 t，這個項目是我國第一次將煤間接液化進行工業化生產[2]。

煤制油項目生產過程中會產生煤渣、煤粉、CO2、SO2、雜醇、含油污水等氣體、液體、固體污染物，還需要耗費大量的水和能源，對所在地的環境可能會造成一定影響，因此都采取了大量的環保措施。本文以煤制油項目為例，分析其對環境可能造成的影響，制訂有針對性的環境保護方法。

1 煤制油工藝污染物分析

煤制油工藝有兩種加工方法，煤的直接液化和間接液化的工藝稍有不同[3]。以直接液化為例，加工的時候先把煤進行研磨，形成粉狀后，對其進行干燥，將水分蒸發，形成油煤漿，經過加氫一系列反應后，在催化劑的作用下轉化成石腦油液化石油氣等各種石油產品，見圖 1。加上制氫用煤，約 3～4 t無水無灰原煤產 1t石油產品，其油煤渣還可用作燃料。

圖1 煤直接液化工藝流程示意圖Fig.1Schematic diagram of coal direct liquefactionprocess

煤間接液化的工藝是先氣化煤粉生成氫氣或一氧化碳，添加催化劑后可生成液體油，見圖 2。雖然間接液化適用的煤種比直接液化廣，技術簡單成熟，但油收率低（需 5～7 t煤產 1t油），產品油成本比直接液化高出較多，且生產的環保性也不如直接液技術。

圖2 煤間接液化工藝流程示意圖Fig.2 Schematic diagram of indirect coal liquefactionprocess

煤制油企業在生產過程中會對環境造成各種形式的污染，主要類型如下：

（1）粉塵污染

煤制油企業均采用煤炭為原料，根據煤氣化工藝的不同，需要將原煤加工成為粒徑數十微米至數毫米的煤粉，有的煤粉還與鐵系催化劑混合制成催化劑煤粉。這些煤粉的粒徑極細，含水量低，帶來嚴重的粉塵污染。此外，煤粉氣化后還會形成灰分和煤渣，灰分在煤氣化框架內回收、外輸，煤渣經撈渣機撈出后外輸，灰分的粒徑極細，為數十微米，煤渣中可能攜帶部分未轉化完全的煤粉，干燥后也會造成粉塵污染[4]。

上述粉塵可隨空氣進入人體肺部，在肺泡壁上進行附著，通過血液循環，這些污染物質會到達全身，還能加劇呼吸道病的惡化。尤為重要的是，煤制油企業中部分涉及煤粉的工藝裝置還位于開放的高大框架內，如發生煤粉泄漏，煤粉可以隨風飄散，污染范圍可能擴大。煤制油企業中涉及煤粉的工藝裝置見表1所示。

表1 煤制油企業中產生粉塵污染的部位及污染物種類Table 1Theparts of dustpollution and the kinds ofpollutants in the coal-oilproducing enterprises

（2）水污染

煤制油企業中，根據污水中污染物種類及含量的不同，可以分為高濃度污水、低濃度污水、含鹽污水和催化劑污水四種[5]。

煤制油項目過程中會產生各種形式的污水，高濃度廢水和低濃度的含酚廢水，含鹽廢水，催化劑廢水等，某煤直接液化企業中各類污水的情況見表2所示。

表2 煤制油企業中產生污水的部位及污染物種類Table 2 The types of sewage andpollutantsproduced in coal-oilproducing enterprises

（3）空氣污染

煤制油企業中煤氣化、凈化、變換、硫磺回收等工藝均會產生 CO2、SO2、H2S、CS2等氣體污染物[6]。按規定進行操作的話，物料密封管理，不會有泄露的危險，也不會對空氣環境產生嚴重污染；但在事故情況下，上述有害氣體可能泄漏到空氣中，對環境和人員生命安全造成威脅。此外，在事故情況下，汽油、柴油、石腦油等油品的燃燒也會產生未完全燃燒的烴類物質、SOx、NOx等污染物。以某煤直接液化企業為例，氣體污染物的種類及分布見表3所示。

綜上所述，煤制油企業在日常的生產過程中會產生大量的污水、固體粉塵污染物及氣體污染物，在事故情況下污染物的數量和種類還可能會急劇增加，因此需要重視煤制油企業的環境保護，避免對周邊生態環境造成破壞。

表3 煤制油企業中產生氣體污染物的部位及種類Table 3parts and types of gaspollutantsproduced in coal-oilproducing enterprises

2 煤制油工藝污染物的處理

煤制油企業采取了多種工藝手段，在設計之初就考慮到對氣體污染物及固體粉塵污染物的處理，在正常操作條件下不會對環境產生影響，故本文重點針對污水的處理方法進行討論。

以直接液化為例，由于工藝流程的限制，每生產1t油品大約需要消耗 10 t水參與反應，其他用于沖洗、冷卻的水量更大，因此煤制油企業日常生產中產生的污水數量是十分驚人的，在污水處理的過程中，考慮工藝先進性的同時，還需要考慮其處理能力。

（1）處理工藝的對比

煤制油企業不同裝置產生的污水中，污染物的種類和含量有所不同，但與 COD、硫化物、石油類污染物相比，氨氮類污染物最難以脫除，也是目前煤化工企業污水治理的關鍵。煤制油企業中污水的氨氮含量一般多在 200～300 mg/L，適宜采用物化結合生化工藝或純生化工藝[7]。

目前比較常見的污水生化處理工藝見表4所示。

表4 常用污水生化處理工藝的比較Table 4 Comparison of common biochemical treatmentprocesses of wastewater

這些生化處理工藝中會受到各種環境因素的影響，比如溫度，DO，pH 值的變化都會對污水處理工藝產生影響，尤其是各工藝對廢水中的氨氮污染物脫除效果不盡如人意，還需要進行深入的研究，并不斷積累在實際工程中的應用經驗。

（2）曝氣生物流化床技術

煤制油企業中的污水多采用“隔油+氣浮+推流鼓風曝氣+二級曝氣生物流化床（3T-BAF）+二級生化處理改性纖維球過濾+活性炭吸附”處理工藝。其中，曝氣生物流化床技術能夠在污染物濃度較高、污染物種類復雜的情況下，保證出水水質的穩定，還可實現多種污染物的同步降解，是今后一個重要的發展方向[8]。

從本質上說，曝氣生物流化床技術同時具有活性污泥法、生物膜法和固定化微生物技術的優點。作為一種新工藝，它具有污水處理效果極佳，表面積大，壓降低，傳質快等特點，該技術通過在床層內的載體上均勻布置生物降解膜，當污水流過床層時，污染物被生物降解。床層上的載體開有大小不一的孔洞，并且由強極性集團分子構成，能夠對微生物產生較強的吸附性，從而在保證污水快速流動通過生物降解膜的同時，還能防止生物降解膜被污水沖刷破壞。該技術中的活性生物量為常規生物污水處理技術生物量的 5 倍以上，達到 8～40 g/L，故具有極高的污染物降解活性。

以某煤制油企業為例，當采用以曝氣生物流化床技術為主體的污水處理工藝后，污水中主要污染物的脫除率見表5所示。

表5 煤制油企業中污水處理前后數據匯總Table 5 Data collection before and after wastewater treatment in coal-oilprocessing enterprises

3 總 結

隨著煤化工項目在我國各地的陸續投產，迫切需要在煤化工企業污染物處理方面展開更加深入的研究。探索適合我國發展的煤炭的清潔轉化的方式，減少我國的碳排放量，目前污水、有毒有害氣體和固體粉塵污染物方面的處理工藝還存在著一些問題，但是煤制油也是我國能源產業進行調整的重要方向，本文介紹的集中環保工藝也并不是適用于所有的煤化工企業，在實際應用中，還需要考慮企業采用的煤質、工藝流程、規模大小等因素，具體問題具體分析，在掌握污染物種類和濃度的基礎上，選擇和開發有針對性污染物處理技術，保證煤化工項目在獲得經濟效益的同時，也不會對環境造成難以承受的負擔。

［1］王璐.煤制烯烴工程火災風險探討[J].現代化工，2014，34（4）:14-16.

［2］王璐.我國煤化工產業的技術發展現狀[J].煤炭與化工，2013，36（7）:138-143.

［3］任 相 坤 ,等 .煤 直 接 液 化 技 術 開 發 新 進 展 [J].化 工 進 展 ， 2010（2）:198-204.

［4］柴玉生,等.框架通風除塵設備降塵方法的探討[J].環境工程，2008（2）:14-16.

［5］叢輪剛,等.煤化工綜合廢水處理技術及應用進展[J].環境工程，2015（33）:20-24.

［6］季惠良.煤化工污染及治理措施探討[J]. 化工設計，2009（6）:28-31.

［7］許德超, 等. 靜置/好氧/缺氧序批式反應器(SBR)脫氮除磷效果研究[J]. 環境科學學報，2014（1）:155-162.

［8］任源,等.生物流化床 A/O2工藝處理焦化廢水過程中有機組分的GC/MS 分析[J].環境科學學報，2006（11）:31-37+37-40．

Discussion on thepollution Control of Coal-oil Enterprises

SHI Chen, HUO Yu-shu
(College of Bioengineering, Tianjin Modern Vocational Technology College, Tianjin 300350, China)

China's coal-oilprojects rapidly developed in recent decades, the size of the enterprise is growing, the number is increasing. But the coal-oilproject canproduce a lot of sewage and solid dust,poisonous and harmful gas. In thispaper, the types and treatment methods of thesepollutants were discussed as well as someproblems existing in thepresent stage, and the future development trend of coal-oilproject was analyzed.

Direct coal-to-oil industry; Airpollution; Waterpollution；Solid wastepollution

TQ 530

： A

： 1671-0460（2017）02-0250-03

2016-08-03

石琛（1984-），女，湖南婁底人，講師，碩士，2011年畢業于暨南大學環境工程專業，研究方向：從事環境工程研究工作。E-mail：shichen1124@126.com。