煤化工VOCs废气主要来源分析

煤制气过程会产生的大量废气，这些废气主要为一些碳氧化物、硫氧化物等气体，除此之外还含有铅、砷等有害物质，对环境及人类健康的危害较大。未来20年内，我国以煤炭为原料生产的替代石油和石油化工产品占总需求量的最高比例不会超20％。但是，煤化工还没有改变“高投资、高能耗、高环境污染”的状况。

煤化工VOCs的主要来源及危害

煤化工过程中产生的废气主要来源于煤制焦和煤制气这两个过程。煤制焦废气主要来自于对于煤炭的装煤、炼焦、化产回收过程，在装煤的阶段，煤炭原料在高温下与大气直接接触，会产生大量的烟尘、多种对人体有害的有机多环芳香烃类气体；在炼焦的阶段，废气主要来自于煤炭原料在化学转变过程和未完全碳化煤炭中产生的挥发性气体，这些主要包括飞灰、焦油气和化学转化过程中煤炭与大气接触产生的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等气体，除此之外，还有部分苯类物质、氰类化合物等。煤制气过程产生的废气主要来自于煤气净化过程中的尾气、氨和硫、酚类物质回收塔排放出的废气，这些废气主要为一些碳氧化物、硫氧化物等气体，除此之外还含有铅、砷等有害物质，对环境及人类健康的危害较大。

绝大多数VOCs对人体健康和环境危害较大，其危害主要有三个方面:

①刺激嗅觉器官引起人们的不愉快或厌恶，损害人体健康；

②对金属材料、设备和管道有一定的腐蚀性；

③对大气环境造成污染。

我国有关VOCs治理的法律法规及要求

由于VOCs的危害，国家出台了一系列法规，环保部印发的《石化行业挥发性有机物综合整治方案》对VOCs的排放作出了严格控制。煤化工行业是挥发性有机物排放重户，但是企业对其认识及治理起步较晚，且排放的组分较复杂。

《环境保护法》第四十三条规定，排放污染物的企业事业单位和其他生产经营者，应当按照国家有关规定缴纳排污费。排污费应当全部专项用于环境污染防治，任何单位和个人不得截留、挤占或者挪作他用。依照法律规定征收环境保护税的，不再征收排污费。

作为我国第一部推进生态文明建设的单行税法，《环境保护税法》将于2018年1月1日起施行，这也意味着我国施行了近40年的排污收费制度将退出历史舞台。《环境保护税法》根据现行排污收费项目，设置环保税的税目；以现行排污费收费标准为基础，设置环境保护税的税额标准，大气污染物税额为每污染当量1.2元。对《环保税法》所附《环保税税目税额表》和《应税污染物和当量值表》中规定的污染物征税；对每一排放口的前3项大气污染物征税；同时法律规定，各省份根据本地区污染物减排的特殊需要，可以增加应税污染物项目数。

目前我国煤制气行业有关VOCs的治理情况

挥发性有机物治理技术包括冷凝法、吸附法、吸收法、离子体法、膜分离法、生物法、蓄热氧化法和催化氧化法。冷凝法、吸收法、膜分离法多用于中高浓度、中低流量有机废气的处理；吸附法可用于大流量、低浓度有机废气处理。这些方法及适用范围都在煤化工液态产品储存、运输、装卸的作业范围。

目前我国煤制天然气行业多采用固定床碎煤加压气化、低温甲醇洗酸性气净化、甲烷合成生成天然气工艺。根据工艺流程特点，VOCs主要排放点有四处分别为：低温甲醇洗酸性气净化后排放尾气、煤气水常压储罐呼吸废气、污水处理装置散发的恶臭气体和罐区储罐呼吸废气。

低温甲醇洗排放的废气（由三股气混合）量为2×192000m3/h，VOCs浓度大约7000mg/m3，总硫浓度6.2mg/m3。由于选用的气化工艺为鲁奇炉固定床气化工艺，VOCs不是单一组分，含有甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、甲醇等物质，很难回收，如果想达到能再利用的纯度，在经济上几乎无法承受，因此只能采用破坏方法，即将VOCs转化为无害物质后再排入大气。而且废气流量大，浓度低，不易采用直接燃烧法。RTO和RCO的投资费用大致相当，由于RCO的燃烧温度要低于RTO，故RCO操作费用要省，但由于此股废气中含有硫会导致催化剂中毒失活而不能再生，因此选用RTO较宜。通过蓄热式氧化，有机废气去除率可以达到98%以上，满足环保要求，而且热效率能达到95%以上，高的热回收率使补充燃料的使用量显著减少，从而节约运行费用。

RTO装置目前常用的是阀门切换式，一般由氧化室、多个蓄热室组成，通过切换阀门来达到改变气流方向的目的，因此操作弹性较大，能在较大范围内适应废气流量和浓度的波动。应注意的是，选用燃烧处理技术，燃烧反应后排出的SO2可能会导致硫超标，废气的燃烧过程可能会伴随有NOx的生成造成二次污染。为避免此种情况发生，可以考虑废气处理技术的结合。在气体进燃烧装置之前，先用吸附或者是吸收法对废气进行预处理，可采用“吸附浓缩+燃烧”工艺或“碱洗吸收+燃烧”工艺。CO2是温室气体，大量排放会加重环境负担，而且未来如果征收碳税，将为煤化工企业带来一定的经济负担。经过燃烧处理后排出的废气主要含有CO2和N2，经过初步分离后CO2纯度较高，结合企业自身及当地特点，便于作进一步的处理应用。

CO2加氢合成制甲醇反应各国研究者正在重点攻关催化剂的研究；碳捕捉与封存技术的“二氧化碳驱采水”技术也在积极尝试，对处于西北缺水比较严重地区的煤化工来说此项技术拥有巨大潜能。由于蓄热式燃烧装置投资费用相对较高，为避免投资损失，建议项目人员在初期可研、设计时，要对工艺数据进行严格核算，在确保满足环保标准的前提下，节省投资。例如，经测算燃烧处理后的废气硫含量不超标，且通过控制燃烧条件将NOx的生成控制在规定限值之内，则可以省去预处理装置，单独选用RTO或RCO装置。需注意的另一问题是废气在进蓄热炉前需补充足够的空气，因此空气过量系数的选取很重要，既要防止达到混合气体爆炸极限范围内造成安全隐患，又要避免过多的空气量造成投资增加带来经济上的损失。

煤气水储罐呼吸废气主要是储罐呼吸阀排出的无组织废气，以硫化氢和氨为主，VOCs浓度大约为900mg/m3，由于受到环境温度等的影响，流量和浓度波动较大。此股气体不具回收价值，可以考虑采用RTO直接燃烧处理。在压降满足的前提下，可以将此股气体通过管道输送到低温甲醇洗RTO装置进行处理，节省设备的投资。

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