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重限制了化工產業的綠色環保發展，對周圍環境和人體健康也帶來嚴重的危害。國家也大力推出空氣質量控制標準，以此來遏制產業廢氣排放，保護生態環境，但是煤化工工藝流程復雜，產生異味氣體的環節和原因多元化，為此，本文結合煤化工工藝流程方法，分析探討不同工藝流程中出現異味氣體釋放的環節和原因，結合當前行業中所運用的異味氣體治理方法，為煤化工產業異味氣體治理提供建議。

關鍵詞： 煤化工;異味氣體;治理方式

0 引言

隨著國家經濟社會的不斷發展，國家基礎設施建設和人民生產生活對石化物質的需求量越來越高，極大地推動了我國石化產業的發展。煤化工作為石化產業的重要環節，直接影響到石化產業的發展進展，近年來，環境問題成為國際社會普遍關注的問題，降低污染物排放也成為煤化工產業發展過程中急需解決的問題，而在煤化工污染物排放過程中，揮發性有機廢氣（VOCs）對空氣的污染是煤化工行業需要重點解決的環節。因此，結合煤化工工藝流程，對煤化工釋放異味氣體的來源和原因進行探析，進而分析討論當前處理異味氣體的治理方法，對于促進煤化工綠色穩定發展至關重要。

1 煤化工工藝流程及空氣質量控制標準

1.1 煤化工工藝流程概述

煤化工作為一種化工技術，是以煤炭作為原料，通過煤炭一系列的化學反應過程，最終使得煤炭轉化成為不同物理狀態的半成品或產品，進而進行再加工成為能源化工產品的過程。煤化工過程較為繁瑣，主要環節包括煤氣化過程、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進行化學反應，進而生成合成氣（H2+CO），通過進一步反應形成甲醇和合成氨，甲醇產物可以作為汽油和柴油產品用于能源動力，此外甲醇則可以進一步反應生成烯烴，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）環境中，在氫類催化劑作用下形成液態烴，用于汽油柴油等動力能源，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，煤焦化后可形成焦爐氣、焦炭、煤焦油、粗笨等半成品，通過進一步分離提純，最終可形成甲烷、乙烯、電石、苯酚、甲苯等產物，進而用于化工產業發展。

1.2 煤化工異味氣體分析

當前大氣污染的成分組成復雜多元，形成了以PM2.5和臭氧為主要特征的復合式污染形式，隨著國家對PM2.5可吸入顆粒物污染的控制，當前空氣污染中PM2.5含量相對穩定降低，但是臭氧污染物的含量卻不斷增加，成為影響空氣質量的重要污染源。揮發性有機廢氣（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經過光化學作用后形成臭氧和有機氣溶膠污染物，是空氣污染物中臭氧含量的主要來源。煤化工產業所產生的VOCs在各行業發展中占據很大范圍，而且煤化工所產生的VOCs中所含有的甲苯、三氯苯、苯胺等物質具有刺鼻的異味，且具有致癌的毒性，這種異味氣體的袖閥值很低，成為環境污染的重要組成部分。

1.3 煤化工環境空氣質量控制標準

近年來國家不斷加大對環境質量的管控力度，制定了一系列針對煤炭加工和轉化行業異味氣體排放的制度措施。2016年，國家環境保護部門在對煤化工項目進行環境空氣質量評價時，在原有評價因子的基礎上，新增了總揮發性有機物（TVOC）、非甲烷總烴、甲醇、酚等評價因子，對項目進行環境空氣質量評價方法也從傳統的單因素評價方法轉變為多因素評價體系，此外，在空氣質量評價中引進了數學模型和地理信息系統（GIS）技術，空氣質量評價方法技術更加科學有效，適應性更強。針對煤化工異味氣體的排放問題，環保部門所指定的《揮發性有機物（VOCs）污染防治技術政策》中明確表示，煤化工行業應該積極采用先進清潔技術，實現廢氣的清潔轉化，及時識別和排查化工管道，防止VOCs泄露，行業部門也應該制定科學有效的預防VOCs泄漏和處置緊急事件的措施，為抑制煤化工產業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生來源及原因分析

結合煤化工工藝流程和工作經驗，煤化工工藝環節和過程非常復雜，而且當前煤化工項目的建設規模一般比較龐大，對煤化工工藝廢氣的排放缺少科學有效的配置和設計，因此產生異味氣體的環節和原因是多種多樣的，具體來說，煤化工異味氣體產生的來源主要有以下幾點：

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，該過程中產生異味氣體的主要環節有以下幾點：第一，煤氣化反應爐在開車過程中受到外界因素影響，進而導致反應爐出現非正常停車狀況，因為當前煤氣化過程中對煤炭顆粒進行加壓氣化的反應爐溫度在1000-1200℃，因此反應爐混合氣體中含有大量H2S、酚類、焦油等物質，由此在對反應爐進行啟閉過程中產生異味氣體的散出;第二，反應爐開車過程中，煤炭物質發生反應而產生的異味氣體，當反應爐進行排氣處理時，如果煤化工工藝中缺少尾氣回收和凈化處理，就會產生異味氣體污染物。具體來說，煤化工對煤氣化所產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，煤氣化所產生的芳香烴類物質，在進行直接燃燒排氣處理時，如果燃燒溫度低于1200℃，那么這些芳香烴類物質就很難發生裂解，進而逸散到空氣中。煤氣化產生的廢氣經過酸性氣洗滌分離液時，由于分離液中H2S含量嚴重超標，就會使得所排出氣體中H2S含量超標。

2.2 煤液化過程異味氣體來源及原因分析

煤液化過程產生的廢氣十分有限，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會產生碳氧化合物，但是經過進一步燃燒反應，最終排出的是二氧化碳氣體，對環境污染較小。煤液化過程產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生的合成氣直接逸散到空氣中造成環境污染。此外，煤液化過程中在對液化后尾氣進行凈化處理過程中也會出現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含量嚴重超標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生異味氣體污染物，具體來說有以下三點，第一，煤焦化過程中在備煤和配煤環節，煤炭物質在高溫環境中與空氣發生反應，進而會產生大量的煙塵，這些煙塵中所含硫氧化物、碳氧化物含量很高，對周圍環境污染很嚴重，而且，煙塵中所含的荒煤氣中含有大量的多環芳烴物質，這種物質對人體健康危害很嚴重。第二，煤焦化過程煉焦和熄焦環節中，焦炭與空氣在高溫環境中相互反應，進而產生大量的碳氧化物和氮氧化物氣體，進而產生較為濃烈的黑煙，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，飄散到空氣中會造成非常嚴重的污染。第三，煤焦化過程煤氣凈化環節，在進行低溫甲醇清洗環節，混合氣中H2S的含量很高，因此在混合氣經過H2S濃縮塔進行凈化過程中，由于濃縮塔的再吸液量相對偏低，使得排除的氣體中甲醇和硫化氫含量超標，進而逸發出異味氣體。

3 煤化工異味氣體治理方法

3.1 熱氧化法

熱氧化法是當前煤化工產業進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排放的尾氣進行凈化燃燒，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，在煤氣化反應爐中設置間壁式熱氧化器，利用反應爐中的高溫氣體對廢氣進行直接充分氧化，這種方法也極大減少了輔助燃料的利用，但是整個設備造價相對較高，且室內反應溫度不易控制;第三，采用蓄熱陶瓷等先進材料，對排除廢氣中的熱風進行熱量的吸收，通過切換廢氣的傳輸閥門，進而對廢氣進行徹底氧化處理，這種方法熱回收率高，廢氣處理效率高，具有很高的應用前景;第四，采用有機催化劑對尾氣進行徹底氧化，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，但是有機催化劑應用不當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節所產生的異味氣體通過海水、酸堿溶液等洗滌液中，因為異味氣體在洗滌液中的溶解度增大，所以可以對異味氣體進行溶解吸收或化學反應吸收。通常情況下煤化工異味氣體洗滌液吸收需要在洗氣塔內完成，常見的有噴灑塔、氣泡塔等。由于煤化工所產生的異味氣體種類繁雜，因此吸收法所使用的洗滌液也應該因地制宜，由此會使得采取吸收法對廢氣進行吸收的費用相對較高，且處理后所產生的廢水也會對環境造成影響。

吸附法通常是使用活性炭、活性氧化鋁、硅膠等吸附劑對煤化工產生異味氣體進行物理吸附，通常情況下，運用吸附劑對廢氣進行吸附之前，需要對廢氣進行除油、除灰、除水等預處理，進而才能更大限度地發揮出吸附劑的吸附效果。近年來，隨著材料化學的不斷發展，活性炭纖維（ACF）以其吸附效果好，動力消耗低等有點，在煤化工產業中的應用越來越廣泛。

3.3 光化學催化法

光化學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反應催化劑，在常溫常壓狀態下，利用光能對煤化工異味氣體進行催化氧化處理，經研究發現，光化學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，而且整個過程對動力的需求極低，但是，由于光能的不穩定性，采用光化學催化法對煤化工異味氣體進行處理時，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行結合使用才能實現更好的效果。

3.4 生物法

利用生物法對異味氣體進行處理的方法技術研究開展很早，經過半個多世紀的研究，生物法處理異味氣體的技術越來越成熟，行業應用領域越來越廣闊。生物法是利用微生物通過吸收異味氣體中的惡臭物質，進而轉換成為自身營養物質，排出無臭物質的過程，在此過程中，需要將煤化工所產生的異味氣體通過土壤、堆肥等濾料，經過濾料中微生物的化解處理，進而通過排氣筒進行排出。技術的發展使得處理異味氣體的微生物種類不斷增多，對異味氣體的處理活性不斷加強，處理后的氣體除臭率高達90%以上，因此也有很大的應用。但是，采取生物法對異味氣體進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用的方法，低溫等離子作為物質的第四態，在外加電壓作用下可以實現異味氣體中分子的降解，進而達到凈化異味氣體的效果。近年來，介質阻擋放電（DBD）低溫等離子體技術的可行性應用不斷推廣和發展，這種DBD低溫等離子方法是利用電子在介質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電離產生活性基團，等離子體中富含電子、粒子、自由基等物質，因此在于這些活性基團進行物理化學反應后，最終生成CO2和H2O，達到異味氣體凈化的作用。等離子法對煤化工異味氣體進行處理過程中能有效抑制電極的腐蝕問題，而且針對苯類、醛類、硫化物、氮化物等揮發性異味氣體的處理效果極佳，未來有很強的應用前景。

4 結論

煤化工產業工藝流程繁雜，產生的異味氣體所含物質多元化，產生異味氣體的環節和原因復雜化，對環境和人體健康帶來不良影響，也限制了化工產業的綠色穩定發展。隨著化工凈化技術的不斷發展，熱氧化催化法、吸收和吸附法、光化學催化法、生物法和等離子法不斷發展，針對化工產業不同工藝條件和環境，通過不同凈化方法及結合，進而實現煤化工異味氣體的凈化處理，實現煤化工產業的綠色環保可持續發展。

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