浅析煤化工过程的主要污染物及其控制

林祥娃

摘 要：煤化工过程中产生大量污染物，直接危害环境和人体健康，也限制着煤化工产业的良性发展。本文通过对煤化工过程中不同工艺环节所产生的污染物进行分析，对污染物的处理和控制方法进行探讨，旨在降低煤化工污染物的排放，实现煤化工产业绿色发展。

关键词：煤化工;生产工艺;污染物;控制

0 引言

煤炭作为国民生产生活过程中的重要能源资源，在国家经济社会发展中有着非常重要的地位。煤炭作为一种能源资源，通过煤化工处理，进而形成多种煤炭衍生品，使得煤炭资源服务于更多产业，实现煤炭资源的高效使用，在此过程中煤化工产业扮演着非常重要的角色。然而，煤化工过程产生的环境污染问题时刻困扰着煤化工产业的发展，因此，通过探讨煤化工过程中主要污染物及其来源，并对其控制方法进行分析，对于促进煤化工产业协调稳定发展，保护周围环境具有非常重要的意义。

1 煤化工生产工艺过程及现状

1.1 煤化工概述

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。煤炭作为一种有机物，其化学结构整体以芳香族为主的稠环单元作为分子核心，分子间通过桥键实现分子间的拼接，最终形成一种含有各种官能团的大分子结构，煤化工过程则是通过物理加热、化学催化等过程，最终实现煤炭向能源产品的转化。

1.2 煤化工生产工艺流程

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，通過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。

2 煤化工过程主要污染物

2.1 煤气化过程的主要污染物

煤炭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，煤气化过程需要反应炉为气化过程提供化学反应环境，常见的反应炉包括固定床（鲁奇炉）、流化床（温克勒炉）、气流床（GE炉）等，不论何种反应炉，在煤气化过程中产生的污染物主要有以下几种：

2.1.1 废气

煤气化过程中废气污染物的产生主要有两大因素来源，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，由此在对反应炉进行启闭过程中产生废气的散出;第二，反应炉开车过程中，煤炭物质发生反应而产生的废气，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，就会产生废气污染物。

煤气化过程中产生的废气中包含氨气、硫氧化物、碳氧化物等，而且废气中还夹杂的有煤炭混合物在发生化学反应过程中飘逸出来的汞、铅、砷等分子微粒，因此对人体和环境危害很大。

2.1.2 废水

煤气化过程中产生的废水主要来自于煤气化反应炉中煤气的净化和冷却环节，产生的废水中含有大量焦油和酚类物质，对环境危害较为严重。通过实验对比我们发现，第一，不同种类的煤炭原材料经过煤气化过程产生的废水水质不同，其中，褐煤在煤气化过程中产生的焦油和氨含量较多，烟煤在煤气化过程中产生的酚类较多;第二，不同反应炉下所产生的废水杂质的含量也不尽相同。

根据上表可以看出，通过鲁奇炉固定床煤气化工艺过程产生的废水中COD含量较高，由此带来的环境污染较为严重，通过温克勒炉流化床煤气化工艺过程产生的废水中氨含量较高，对环境周边植被的危害较大;通过GE炉气流床煤气化工艺过程产生的废水中甲酸化合物含量较高，但是相比于其他两种反应炉工艺流程，气流床工艺产生的废水水质相对较好。

2.2 煤液化过程的主要污染物

煤液化过程则是将煤炭通过一系列化学反映，最终形成液态能源资源和半成品的过程，相比于煤气化和煤焦化过程，煤液化过程产生的污染物相对较少，主要污染物有废气和固体废弃物。

2.2.1 废气

煤液化过程产生的废气十分有限，因为煤炭直接液化过程中，在高温高压环境中，煤炭物质在氢催化剂作用条件下，物质内部异质分子基本情况下都被脱出，分子分散转化形成硫、氨等物质，进而被回收利用;煤炭间接液化过程中，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。煤液化过程产生废气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。

2.2.2 固体废弃物

煤液化过程中固体废弃物的产生是最为主要的污染物，根据相关分析，煤液化过程中煤炭发生化学反应产生的废渣主要由以下组成成分。

通过表格我们可以看出，煤液化过程产生的固体废弃物中金属氧化物占据的比例很大，这些金属氧化物结构稳定，对环境的影响较大。根据调查统计分析，煤炭直接液化工艺过程中，每液化1吨的煤炭物质，就会产生0.3吨的固体废弃物，煤炭间接液化工艺过程中产生的固体废弃物含量也占据煤炭原料总量的40%左右，这些固体废弃物中包含高碳、高灰、高硫分子和物质，会对环境造成较为直接的影响。

2.3 煤焦化过程的主要污染物

煤焦化过程是一项较为复杂的煤化工工艺，其中包括备煤、配煤、粉碎、焦化、硫化、等过程，而这些过程中不同环节都有可能产生污染物，使得煤焦化过程中产生的污染物的种类多，对环境污染严重。煤焦化过程中产生的污染物包括废气、废水和废渣三大类。

2.3.1 废气

煤焦化过程中备煤、配煤、焦化、回收等过程都很容易产生废气污染物，具体来说，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。煤焦化过程出焦环节中，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。据调查统计分析，煤焦化过程中每生产出1吨焦炭就会产生400立方米的废气，因此需要引起重视。

2.3.2 废水

煤焦化过程中制焦环节、熄焦环节和焦炭回收环节都会产生废水污染物，具体来说，煤焦化过程中在制焦环节产生的水蒸气与空气中散逸的煤碳分子相融合，在制焦产生的煤气作用下由煤焦炉管道引出，经过管道内部冷却液化成废水。此外，煤焦化在进行煤气净化和蒸氮过程中都会产生大量的废水，这些废水中含有大量的酚类化合物、硫化物、氨基盐化合物等，根据调查统计分析，煤焦化过程中产生的废水中CODCr的浓度为3000-5000mg/L，对环境和人体健康危害极大。

2.3.3 废渣

煤焦化过程中备煤、配煤和上煤环节都会产生大量的废渣，具体来说，煤焦化在制煤和配煤环节，煤化工工艺需要对原煤进行输送和粉碎，在此过程中会产生大量的粉尘，煤焦化上煤环节，推焦、熄焦和筛焦工艺流程中会产生煤尘、酸焦油、焦油渣等物质，这些物质与煤焦化产生的污泥相融合，最终形成废渣污染物。根据相关统计分析，一个年产焦炭145万吨的企业，平均每年所产生的粉尘有1300吨左右，产生的酸焦油500吨左右，产生的焦油渣3000吨左右，由此可见，煤焦化过程中废渣的产量相对较大，对环境的危害较大。

3 煤化工过程污染物的控制

3.1 废气污染物的控制方法

煤化工过程中废气污染物的控制方法是多样化的，其中主要的控制方法有以下几种。第一，针对废气污染物中的烟尘，通过离心力和重力除尘、洗涤除尘和电除尘等方法实现烟尘中颗粒污染物的沉积排除，实现废气的净化;第二，针对废气中的硫氧化物，需要对废气进行脱硫处理，废气的脱硫处理需要将废气进行催化燃烧，其中的催化剂包括石灰乳、氧化镁、活性炭等，通过催化反应和活性炭的吸附作用，进而实现废气的脱硫处理;第三，针对废气中的氮氧化物，需要对废气进行脱硝基处理，此过程也需要将废气进行催化燃烧，也可以使用亚硝酸钠进行中和反应处理;第四，针对废气中可燃物成分，可对废气进行直接焚烧的方法进行处理。除此之外，黄亮提出在废气脱硫脱硝工艺过程中，使用WSH-1催化燃烧催化剂能够使得废气中非甲烷总烃含量达到国际先进水平，桂浩提出采用蓄热焚烧炉（RTO）的方法，可以在实现废气净化处理中降低废气中VOCs的浓度，节约一次性投资成本。

3.2 废水污染物的控制方法

煤化工废水污染物的控制主要是加强对煤焦化工艺过程的管理，当前，煤化工废水的排放至少需要经过三级处理。其中，第一级处理是采用除油、气浮、萃取等物理方法对废水进行预处理，废水的一级预处理过程能够去除废水中20%～25%的污染物;第二级处理则是采用厌氧生物和好氧生物对废水进行降解处理，该工艺方法也稱为A/O法，此外，还可以采用生物膜法、SBR法等工艺，进而对废水中的COD、氨基、硝基等物质进行脱除，据调查，通过合理的工艺和工艺结合，煤化工废水二级处理后废水中的酚类、硫氧化物、氮氧化物、COD去除率均达到95%以上;第三级处理则是对煤化工废水的深度处理，在此过程中可以通过生物强化法、Fenton法、超临界催化氧化法等工艺方法，可以对二级处理后生物出水所残留的部分污染物进行降解净化，进而可以使得废水中有机污染物的彻底讲解，达到工业循环用水的基本标准。

虽然煤化工废水经过三重净化处理后能够达到工业循环用水要求，但是，煤焦化过程所产生的废水中仍存在诸多有毒有害物质，刘璐则通过对废水净化工艺流程进行优化，采用高级氧化处理方法，对废水中的特征污染物进行迁徙转化，进而削减废水中有毒物质，降低废水毒性。

3.3 固态污染物的控制方法

在传统煤化工工艺流程中，煤化工所产生的废渣固态污染物往往通过直接掩埋和焚烧的处理方法，进而造成环境的二次污染。众所周知，煤化工固态污染物中所含金属氧化物具有一定的二次利用价值，如果加以合理利用会带来很多经济价值。具体来说，通过收集在装煤和配煤过程中所产生的煤渣和灰渣，煤焦化所产生的焦炉废渣、煤气化和煤液化所产生的废渣，可以加工成型煤用于生活燃料所需，也可以加工成水泥、混凝土等建筑材料用于建筑行业，也可以制成空心微珠用于橡胶材料和涂料，还可以对废渣中的微量金属元素进行回收处理，进而实现煤化工固态污染物的良性控制和管理。

4 结论

煤化工工艺流程比较复杂，由此产生的污染物的组成和种类也较为复杂，对周围环境和人体健康带来不良的影响。通过本文探析可以看出，不同的工艺流程安排所产生的污染物类型不尽相同，不同污染物处理工艺对污染物的净化水平也有较大差别，因此，煤化工产业应该在当前较为先进的污染物处理方法技术基础上不断创新技术，提高污染物的处理效率和水平，进而实现煤化工物料和资源的高效可持续利用，降低煤化工污染物对环境的污染。

参考文献

[1]高晋生，鲁军，王杰.煤化工过程中的污染与控制[M].化学工业出版社，2010.

[2]王秀军.煤化工过程的主要污染物及其控制[J].煤化工，2012，40（5）：38-42.

[3]张金亮，吴晓燕，夏同伟，等.大型煤化工过程污染物产生与防治概述[J].广州化工，2013，41（13）：175-177.

[4]黄亮.石油化工废气处理脱硫脱硝工艺研究[J].中国化工贸易，2018，10（22）.

[5]桂浩.浅析蓄热焚烧炉在化工废气处理中的运用[J].化工管理，2019.

[6]刘璐.典型煤化工废水中特征污染物的迁移转化及废水毒性削减研究[D].2017.

[7]段树卫.煤化工行业主要环境污染物来源及污染防治对策[J].中国化工贸易，2019，11（12）：133.

[8]廖建波，韦朝海.煤化工过程基本原理、污染特征与效能分析[C]//全国焦化行业节能环保技术创新与粗苯深加工技术交流会，2016.

[9]吕庆銮，满杰，陆希峰，等.室内环境污染物氡、甲醛、氨、苯、TVOC检测过程中的质量控制[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38（03）：48-49.

[10]孙磊磊，刘志学，吴琼慧，等.现代煤化工污染治理技术分析与环境管理政策建议[J].煤质技术，2019，34（03）：1-6，19.