煤化工释放异味气体的原因及治理

林祥娃

摘 要： 煤化工异味气体的释放严重限制了化工产业的绿色环保发展，对周围环境和人体健康也带来严重的危害。国家也大力推出空气质量控制标准，以此来遏制产业废气排放，保护生态环境，但是煤化工工艺流程复杂，产生异味气体的环节和原因多元化，为此，本文结合煤化工工艺流程方法，分析探讨不同工艺流程中出现异味气体释放的环节和原因，结合当前行业中所运用的异味气体治理方法，为煤化工产业异味气体治理提供建议。

关键词： 煤化工;异味气体;治理方式

0 引言

随着国家经济社会的不断发展，国家基础设施建设和人民生产生活对石化物质的需求量越来越高，极大地推动了我国石化产业的发展。煤化工作为石化产业的重要环节，直接影响到石化产业的发展进展，近年来，环境问题成为国际社会普遍关注的问题，降低污染物排放也成为煤化工产业发展过程中急需解决的问题，而在煤化工污染物排放过程中，挥发性有机废气（VOCs）对空气的污染是煤化工行业需要重点解决的环节。因此，结合煤化工工艺流程，对煤化工释放异味气体的来源和原因进行探析，进而分析讨论当前处理异味气体的治理方法，对于促进煤化工绿色稳定发展至关重要。

1 煤化工工艺流程及空气质量控制标准

1.1 煤化工工艺流程概述

煤化工作为一种化工技术，是以煤炭作为原料，通过煤炭一系列的化学反应过程，最终使得煤炭转化成为不同物理状态的半成品或产品，进而进行再加工成为能源化工产品的过程。煤化工过程较为繁琐，主要环节包括煤气化过程、煤液化过程和煤焦化过程，其中，煤气化过程主要是将煤炭在高温气化炉中与O2和H2O进行化学反应，进而生成合成气（H2+CO），通过进一步反应形成甲醇和合成氨，甲醇产物可以作为汽油和柴油产品用于能源动力，此外甲醇则可以进一步反应生成烯烃，也可以通过烃基化形成醋酸，通过脱水处理形成二甲醚，还可以通过氧化反映形成甲醛。煤液化过程一方面可以通过直接加氢液化，将煤炭放置在高温（430-465℃）和高压（17-30MPa）环境中，在氢类催化剂作用下形成液态烃，用于汽油柴油等动力能源，另一方面还可以通过间接液化方式，采用先气化再液化的过程，先将煤炭气化形成合成气，然后再在催化剂的反映下最终形成低碳混合醇和二甲醚。煤焦化过程则是再隔绝空气的条件下，将煤炭加热分解的过程，煤焦化后可形成焦炉气、焦炭、煤焦油、粗笨等半成品，通过进一步分离提纯，最终可形成甲烷、乙烯、电石、苯酚、甲苯等产物，进而用于化工产业发展。

1.2 煤化工异味气体分析

当前大气污染的成分组成复杂多元，形成了以PM2.5和臭氧为主要特征的复合式污染形式，随着国家对PM2.5可吸入颗粒物污染的控制，当前空气污染中PM2.5含量相对稳定降低，但是臭氧污染物的含量却不断增加，成为影响空气质量的重要污染源。挥发性有机废气（VOCs）作为多种污染物的总称，涵盖有烃类、酚类、醇类、脂类等多种污染物，VOCs经过光化学作用后形成臭氧和有机气溶胶污染物，是空气污染物中臭氧含量的主要来源。煤化工产业所产生的VOCs在各行业发展中占据很大范围，而且煤化工所产生的VOCs中所含有的甲苯、三氯苯、苯胺等物质具有刺鼻的异味，且具有致癌的毒性，这种异味气体的袖阀值很低，成为环境污染的重要组成部分。

1.3 煤化工环境空气质量控制标准

近年来国家不断加大对环境质量的管控力度，制定了一系列针对煤炭加工和转化行业异味气体排放的制度措施。2016年，国家环境保护部门在对煤化工项目进行环境空气质量评价时，在原有评价因子的基础上，新增了总挥发性有机物（TVOC）、非甲烷总烃、甲醇、酚等评价因子，对项目进行环境空气质量评价方法也从传统的单因素评价方法转变为多因素评价体系，此外，在空气质量评价中引进了数学模型和地理信息系统（GIS）技术，空气质量评价方法技术更加科学有效，适应性更强。针对煤化工异味气体的排放问题，环保部门所指定的《挥发性有机物（VOCs）污染防治技术政策》中明确表示，煤化工行业应该积极采用先进清洁技术，实现废气的清洁转化，及时识别和排查化工管道，防止VOCs泄露，行业部门也应该制定科学有效的预防VOCs泄漏和处置紧急事件的措施，为抑制煤化工产业废气污染物排放有着非常重要的制度制约。

2煤化工工艺流程异味气体产生来源及原因分析

结合煤化工工艺流程和工作经验，煤化工工艺环节和过程非常复杂，而且当前煤化工项目的建设规模一般比较庞大，对煤化工工艺废气的排放缺少科学有效的配置和设计，因此产生异味气体的环节和原因是多种多样的，具体来说，煤化工异味气体产生的来源主要有以下几点：

2.1 煤气化过程异味气体来源及原因分析

煤气化过程是将煤炭资源与气化剂通过反映形成合成气的过程，该过程中产生异味气体的主要环节有以下几点：第一，煤气化反应炉在开车过程中受到外界因素影响，进而导致反应炉出现非正常停车状况，因为当前煤气化过程中对煤炭颗粒进行加压气化的反应炉溫度在1000-1200℃，因此反应炉混合气体中含有大量H2S、酚类、焦油等物质，由此在对反应炉进行启闭过程中产生异味气体的散出;第二，反应炉开车过程中，煤炭物质发生反应而产生的异味气体，当反应炉进行排气处理时，如果煤化工工艺中缺少尾气回收和净化处理，就会产生异味气体污染物。具体来说，煤化工对煤气化所产生废气的处理方式主要有直接燃烧和尾气洗涤净化两种方式，煤气化所产生的芳香烃类物质，在进行直接燃烧排气处理时，如果燃烧温度低于1200℃，那么这些芳香烃类物质就很难发生裂解，进而逸散到空气中。煤气化产生的废气经过酸性气洗涤分离液时，由于分离液中H2S含量严重超标，就会使得所排出气体中H2S含量超标。

2.2 煤液化过程异味气体来源及原因分析

煤液化过程产生的废气十分有限，不论采取直接液化或间接液化方式，煤炭在气化形成合成气时会产生碳氧化合物，但是经过进一步燃烧反应，最终排出的是二氧化碳气体，对环境污染较小。煤液化过程产生异味气体的主要原因就是废气的意外泄漏，废气泄漏使得反映过程中产生的合成气直接逸散到空气中造成环境污染。此外，煤液化过程中在对液化后尾气进行净化处理过程中也会出现与煤气化过程尾气处理过程中存在的由于尾气燃烧不充分、H2S含量严重超标所带来的异味气体逸散

2.3 煤焦化过程异味气体来源及原因分析

煤焦化过程中备煤、配煤、焦化、回收等过程都很容易产生异味气体污染物，具体来说有以下三点，第一，煤焦化过程中在备煤和配煤环节，煤炭物质在高温环境中与空气发生反应，进而会产生大量的烟尘，这些烟尘中所含硫氧化物、碳氧化物含量很高，对周围环境污染很严重，而且，烟尘中所含的荒煤气中含有大量的多环芳烃物质，这种物质对人体健康危害很严重。第二，煤焦化过程炼焦和熄焦环节中，焦炭与空气在高温环境中相互反应，进而产生大量的碳氧化物和氮氧化物气体，进而产生较为浓烈的黑烟，黑烟中还有酚类化合物、苯类化合物、碳氧化合物等多种分子颗粒，飘散到空气中会造成非常严重的污染。第三，煤焦化过程煤气净化环节，在进行低温甲醇清洗环节，混合气中H2S的含量很高，因此在混合气经过H2S浓缩塔进行净化过程中，由于浓缩塔的再吸液量相对偏低，使得排除的气体中甲醇和硫化氢含量超标，进而逸发出异味气体。

3 煤化工异味气体治理方法

3.1 热氧化法

热氧化法是当前煤化工产业进行异味气体净化处理使用作为广泛的方法。常见的热氧化法形式有以下几种：第一，利用尾气焚烧炉直接对排放的尾气进行净化燃烧，通过充分彻底燃烧，使得最终排出的气体中只有CO2和H2O，这种方法简单易用，使用最为广泛;第二，在煤气化反应炉中设置间壁式热氧化器，利用反应炉中的高温气体对废气进行直接充分氧化，这种方法也极大减少了辅助燃料的利用，但是整个设备造价相对较高，且室内反应温度不易控制;第三，采用蓄热陶瓷等先进材料，对排除废气中的热风进行热量的吸收，通过切换废气的传输阀门，进而对废气进行彻底氧化处理，这种方法热回收率高，废气处理效率高，具有很高的应用前景;第四，采用有机催化剂对尾气进行彻底氧化，这种方式可以降低尾气彻底氧化所需的温度条件，降低热量的使用，但是有机催化剂应用不当还有可能造成二次污染。

3.2 吸收和吸附

吸收法是将煤化工环节所产生的异味气体通过海水、酸碱溶液等洗涤液中，因为异味气体在洗涤液中的溶解度增大，所以可以对异味气体进行溶解吸收或化学反应吸收。通常情况下煤化工异味气体洗涤液吸收需要在洗气塔内完成，常见的有喷洒塔、气泡塔等。由于煤化工所产生的异味气体种类繁杂，因此吸收法所使用的洗涤液也应该因地制宜，由此会使得采取吸收法对废气进行吸收的费用相对较高，且处理后所产生的废水也会对环境造成影响。

吸附法通常是使用活性炭、活性氧化铝、硅胶等吸附剂对煤化工产生异味气体进行物理吸附，通常情况下，运用吸附剂对废气进行吸附之前，需要对废气进行除油、除灰、除水等预处理，进而才能更大限度地发挥出吸附剂的吸附效果。近年来，随着材料化学的不断发展，活性炭纤维（ACF）以其吸附效果好，动力消耗低等有点，在煤化工产业中的应用越来越广泛。

3.3 光化学催化法

光化学催化法是直接利用空气中的O2作为氧化剂，使用二氧化钛、氧化锌等金属氧化物或硫化物作为光化学反应催化剂，在常温常压状态下，利用光能对煤化工异味气体进行催化氧化处理，经研究发现，光化学催化方法可以有效处理煤化工异味气体中的甲醛和甲醇等恶臭物质，而且整个过程对动力的需求极低，但是，由于光能的不稳定性，采用光化学催化法对煤化工异味气体进行处理时，异味气体的流速不宜过快，恶臭气体的浓度不宜过高，因此需要跟等离子方法进行结合使用才能实现更好的效果。

3.4 生物法

利用生物法对异味气体进行处理的方法技术研究开展很早，经过半个多世纪的研究，生物法处理异味气体的技术越来越成熟，行业应用领域越来越广阔。生物法是利用微生物通过吸收异味气体中的恶臭物质，进而转换成为自身营养物质，排出无臭物质的过程，在此过程中，需要将煤化工所产生的异味气体通过土壤、堆肥等滤料，经过滤料中微生物的化解处理，进而通过排气筒进行排出。技术的发展使得处理异味气体的微生物种类不断增多，对异味气体的处理活性不断加强，处理后的气体除臭率高达90%以上，因此也有很大的应用。但是，采取生物法对异味气体进行处理的过程一般较慢，需要较大的处理场地，因此也限制了生物法的推广。

3.5 等离子法

等离子法是近二十年来不断推广和应用的方法，低温等离子作为物质的第四态，在外加电压作用下可以实现异味气体中分子的降解，进而达到净化异味气体的效果。近年来，介质阻挡放电（DBD）低温等离子体技术的可行性应用不断推广和发展，这种DBD低温等离子方法是利用电子在介质阻挡放电过程中吸收能量，电子在高速碰撞过程中将能量传递给异味气体分子，使得这些异味气體分子激发电离产生活性基团，等离子体中富含电子、粒子、自由基等物质，因此在于这些活性基团进行物理化学反应后，最终生成CO2和H2O，达到异味气体净化的作用。等离子法对煤化工异味气体进行处理过程中能有效抑制电极的腐蚀问题，而且针对苯类、醛类、硫化物、氮化物等挥发性异味气体的处理效果极佳，未来有很强的应用前景。

4 结论

煤化工产业工艺流程繁杂，产生的异味气体所含物质多元化，产生异味气体的环节和原因复杂化，对环境和人体健康带来不良影响，也限制了化工产业的绿色稳定发展。随着化工净化技术的不断发展，热氧化催化法、吸收和吸附法、光化学催化法、生物法和等离子法不断发展，针对化工产业不同工艺条件和环境，通过不同净化方法及结合，进而实现煤化工异味气体的净化处理，实现煤化工产业的绿色环保可持续发展。

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