（环境科学专业论文）内蒙古自治区煤化工主要行业突发事故大气环境风险研究.pdf

内蒙古人学硕j j 学位论文 s u d d e na c c i d e n ta i re n v i r o n m e n tr i s ks t u d yo r i n n e rm o n g o l i aa u t o n o m o u sm a j o rc o a lc h e m i c a li n d u s t r y a b s t r a c t r e c e n t l y , i n n e rm o n g o l i a a u t o n o m o u sr e g i o nq u i c ke c o n o m i cg r o w t hi s i m p e l l i n gt h er a p i dd e v e l o p m e n t o fi t sc o a lc h e m i c a li n d u s t r y a st h es a r f l et i m et o m a k eg r e a tc o n s t r u c t i o nt ot h er e g i o ne c o n o m i c t h ec o a lc h e m i c a li n d u s t r yw i l l i n c r e a s et h ea i re n v i r o n m e n tr i s ks e r i o u s l y c o n s e q u e n t l y , e n v i r o n m e n t a le m e r g e n c y a c c i d e n t sw i l lo c c u rf r e q u e n t l yw h i c hc a nr e s u l ti nd i s a s t e rt oe c o l o g i c a l ，p o p u l a t i o n a n db u i l d i n go fs u r r o u n d i n ga r e a a f t e rs e r i o u si n f l u e n c ea n dl o s sc a u s e db yas e r i e s o fs e v e r ee n v i r o n m e n t a le m e r g e n c ya c c i d e n t s ，t h eg o v e r n m e n t e m p h a s i z e dt h e p r o b l e me x t r e m e l y h o w e v e r s t a r t i n go fe n v i r o n m e n t a lr i s ks t u d yi nc h i n ai sl a t e r t h a nf o r e i g nc o u n t r i e s ，t h et h e o r yi si m m a t u r ea n dr e l a t e de x p e r i e n c ei sd e f i c i e n c y ，a l l o fw h i c hg i v ei n c o n v e n i e n c et oe n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t t h e r e f o r e ，s o m ev i t a lc o a lc h e m i c a li n d u s t r i e sa r ec h o s e nt os t u d y f i r s tv i a a n a l y z i n ga n ds u m m a r i z i n g t h ei n d u s t r yc h a i n ；c o l l e c t i n gp r o c e s sp a r a m e t e r sa n d p h y s i c o c h e m i c a la n dt o x i c o l o g i c a lp r o p e r t yo f h a z a r d o u sm a t e r i a l s ；c a l c u l a t i n gh a r m r a n g eo ft h eh a z a r d o u sm a t e r i a l sd i s p e r s i o nu n d e rt h ec o n d i t i o no fr e l a t e dt e c h n i c a l r e q u i r e m e n t s ；a tl a s t ，g i v i n gp r o p o s a l sf o rp r o j e c tl o c a t i o n ，l a y o u ta n da i r e n v i r o n m e n t a lr i s kp r e v e n t i v em e a s u r e k e y w o r d s ：c o a lc h e m i c a li n d u s t r y , e n v i r o n m e n t a le m e r g e n c ya c c i d e n t s ，e i r e n v i r o n m e n tr i s k , d i s p e r s i o n i l 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。除本文已经注明引用的内容外，论文中不包含他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得内蒙古大学及其他教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日期： 指导教师签名：虚遮 日 期：趔呈。z ：星 在学期间研究成果使用承诺书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙 古大学有权将学位论文的全部内容或部分保留并向国家有关机构、部门送交学位 论文的复印件和磁盘，允许编入有关数据库进行检索，也可以采用影印、缩印或 其他复制手段保存、混编学位论文。为保护学院和导师的知识产权，作者在学期 间取得的研究成果属于内蒙古大学。作者今后使用涉及在学期间主要研究内容或 研究成果，须征得内蒙古大学就读期间导师同意；若用于发表论文，版权单位必 须署名为内蒙古大学方可投稿或公开发表。 学位论文作者签名： b 堑 日 期：巡： ：星 指导教师签名： 日 期： 内蒙古人学硕i ：学位论义 1 1 1 项目提出的背景 第一章概述 1 1 研究背景和意义 煤化工是指以煤为原料，经过化学反应生成化工、能源产品的工业。我国 煤资源相对丰富，是世界上少数几个以煤为主要能源的国家，含煤面积5 5 万k m 2 ， 资源总量5 5 9 6 5 6 3 亿t ，资源保有量1 0 0 7 7 亿t ，资源探明率1 8 ，经济可开发的 剩余可采储量1 1 4 5 亿t 。在探明的化石能源储量中煤炭占9 4 3 ，石油天然气仅 占5 7 ，“缺油、少气、富煤”是我国的基本国情。【1 】 近年来，由于受国际原油、天然气价格上涨以及国内油气资源不足、石油进 口日益增加的影响，基于我国“缺油、少气、富煤”的国情，加速发展煤化工产业 已成为煤炭和化工行业关注的热点。作为我国中长期能源发展战略的发展重点， 新型煤化工产业异军突起，以生产洁净能源和可替代石油化工的产品为主，如柴 油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料( 甲醇、 二甲醚) 等，它们与能源、化工技术结合，可形成煤炭一能源化工一体化的新兴产 业。随着经济的发展和科学技术的进步，煤化工技术工艺日趋成熟，我国扶持和 鼓励相关煤化工产业的政策也在不断完善，各种技术的示范和试点项目正按部就 班地进行，煤化工产业面临着难得的发展机遇，越来越紧张的石油供应也为我国 煤化工产业带来了广阔的市场空间。可以预见新型煤化工产业将在我国能源的可 持续发展中扮演重要的角色，是今后一段时期的重要发展方向。【2 l 【3 j 1 4 】 内蒙古自治区煤炭资源非常丰富。截至2 0 0 7 年6 月底，内蒙古自治区已查明 煤炭资源矿产地4 4 5 处，查明和预查资源储量6 5 8 3 4 0 亿吨，煤炭储量首次跃居全 国第一位。而且在丰富煤炭资源中有大量的优质煤炭，具有“三低三高”( 即低 灰、低硫、低磷、高发热量、高挥发份、高固定碳) 特点。借助煤炭资源等优势， 内蒙古人学硕- 1 学位论文 内蒙地区是国家批准的能源重化工建设重点地区。为充分加强资源本地化利用， 发展优势化工产业，将资源优势转为经济优势，在国家有关部门的建议下，内蒙 古自治区地区大力发展煤化工的大型化工项目。1 5 l 可以看出，基于我国能源结构，国家能源政策以及内蒙古自治区煤炭资源优 势等情况，在内蒙古自治区发展大型煤化工基地、发展煤化工产业链是今后一段 时期的重要发展趋势。在该行业为自治区经济做着巨大的贡献的同时，环境事故 方面的风险也大大增加。其中一些环境事故突发后会对周边地区的生态，人群健 康，建筑物产生巨大的威胁和破坏作用，造成不可估量的损失。近年来，在我国 比较大的环境风险突发事故屡有发生。据统计，1 9 9 3 年至2 0 0 4 年，全国共发生环境 污染事故2 11 5 2 起，其中特大事故3 7 4 起，重大事故5 6 6 起，并造成了一定人员伤亡。 其中2 0 0 3 年共发生环境污染事故1 8 4 3 起，其中特大事故2 0 起，重大事故3 0 起，伤亡 人数达4 1 6 人。2 0 0 4 年发生环境污染特大事故2 5 起，重大事故2 9 起，伤亡人数3 3 9 人。在2 0 0 5 年，全国一些地方相继发生安全生产事故，同时引发了特大环境污染 事故。其中，自2 0 0 5 年1 1 月1 3 日松花江水污染事件发生，至1 j 2 0 0 6 年2 月l 同的两个半 月时问内，国家环保总局已接到各类突发环境事件报告4 5 起。1 6 1 1 7 1 与此同时，国家针对环境风险突发事故的情况与趋势，出台了一系列政策和 文件。其中包括： 1 9 9 0 年颁发关于对重大环境污染事故隐患进行风险评价的通知，要求 对重大环境污染事故隐患进行环境风险评价。 1 9 9 3 年，国家环保局颁布环境影响评价技术导则总则规定对于风险事 故，在有必要也有条件时，应进行建设项目的环境风险评价或环境风险分析。 1 9 9 7 年，国家环保局、农业部、化工部联合发布的关于进一步加强对农 药生产单位废水排放监督管理的通知规定新建、扩建、改建生产农药的建设项 目必须针对生产过程中可能产生的水污染物，特别是特征污染物进行风险评价。 2 0 0 1 年国家经贸委发布的职业安全健康管理体系指导意见和职业安 全健康管理体系审核规范提出用人单位应建立和保持危害辨识、风险评价和实 施必要控制措施的程序，风险评价的结果应形成文件，作为建立和保持职业安全 健康管理体系中各项决策的基础。 2 0 0 4 年1 2 月1 1 同颁布执行建设项目环境风险评价技术导则。至此，我 2 内蒙古人学硕i j 学位论文 国环境风险评价有了明确具体的技术规范文件。 但是，对于针对具体行业的特点，行业环境风险的研究还比较少。环境保护 部门对煤化工行业的管理，应及时针对该行业的特点，在环境风险方面提出新的、 适应煤化工行业发展的环境管理措施，以减小煤化工行业突发事故对生态环境造 成的影响。 1 1 2 研究的意义 1 煤化工行业大气环境风险研究的必要性。煤化工项目所涉及的生产设备中 存在许多的高温高压管线、反应釜：所涉及的物料中物料存在大量的有毒、有害、 易燃、易爆物质。大气环境风险方面有很大的隐患，一旦发生事故，将会对厂区 周围的人群、生态环境造成巨大的危害。 2 煤化工行业布局的特殊性。煤化工是以煤为原料，进行深度加工转化为一 系列化工产品及中间体的行业，所生产的产品可以形成多条产业链，而且与其它 化工行业有紧密的联系。所以，分布集中是煤化工行业布局的特点，容易形成大 型的煤化工园区或基地。 3 环保部门对煤化工行业的管理经验不足。我国的环境风险研究起步较晚， 对于各行业环境风险管理的经验匮乏。2 0 0 4 年我国首次发布建设项目环境风 险评价导则，其中确定了计算、决策的方法和模型，但由于实际评价工作重基 础资料的缺乏，预测后果的不确定性以及新工艺新技术的不断出现，造成对项目 进行环境风险评价时，可操作性不强。同时也导致环保部门对项目进行管理时， 在环境风险方面缺乏有效的数据和理论支持。 鉴于此，为了提升环保部门对内蒙古自治区煤化工行业环境风险管理的能 力，应及时针对内蒙古自治区煤化工行业的发展趋势和特点，进行大气环境风险 研究，给环境管理部f - 矛n 风险评价编制部门提供理论依据和数据支持。 1 2 研究内容及路线 内蒙古人学硕j 学位论义 1 2 1 研究内容 1 对内蒙古自治区煤化工行业技术工艺及其设备进行分析、总结，为本论文 环境风险研究确定研究路线。 2 收集整理煤化工行业所涉及危险毒物的制毒机理，数值表现；根据该行 业工艺技术特点，进行环境因子识别和坏境危害预测。 3 确定环境风险敏感目标，计算煤化工行业大气环境风险最大安全距离。 4 综合研究数据对拟建和已建煤化工项目提出采取风险防范措施的建议。 1 2 2 研究路线 国家环境保护总局2 0 0 4 年1 2 月1 1f 1 发布了建设项目环境j x l 险评价技术 导则( h j t 1 6 9 2 0 0 4 ) ，指出对于涉及有毒有害和易燃易爆物质的生产、使用、 贮运等新建、改建和技术改造项目要进行环境风险评价。该导则采用风险识 别、风险分析和对环境后果计算等方法对项目进行环境风险评价，了解其环境风 险的可接受程度，提出减少风险的对策、事故应急措施及应急预案，为工程设计 和环境管理提供资料和依据，以期达到降低危险、减少公害的目的。 本论文在此基础上，针对内蒙古自治区煤化工行业的特点就以及发展趋势， 对其产业链的工艺、设备、物料进行分析；统计国内外相关环境风险事故和收集 整理危险物质毒理数据；选取该行业中最大可信事故进行环境危害预测，得出煤 化工行业环境风险最大安全距离。综合数据，提出该行业在选址、园区布局，以 及风险防范的相关建议。 4 内蒙古人学顾j j 学位论文 第二章环境风险评价简介 2 1 环境风险基本概念及体系 2 1 1 环境风险基本概念 1 风险的概念目前的说法还不统一，般是指生命和财产所遭受损失或损 伤的可能性。这种可能性在量化的情况下就被称作几率。1 8 l 2 突发性风险评价 其主要考虑与项目联系在一起的突发性灾害事故，包括易燃易爆和有毒材 料、放射性物质失控状态下的泄露，大型技术系统( 如桥梁、水坝等) 的故障。i s 】 3 风险率 风险率一般意义上指风险发生的概率，以某事故每年发生次数来衡量。1 8 】 4 风险值 如何表述风险的大小建设项目环境风险评价技术导则建议用风险值r 表征，其定义为事故发生概率p 与事故造成的环境( 或健康) 后果c 的乘积，用r 表示，即：r ( 危害单位时间) 等于p 【事初单位时n x c 危害事故】实际上，人们 多数时候在风险的概念里就隐约地包含了风险值的概念，而从上述公式来看，危 害的表征也很重要，它涉及到不同风险及风险值大小之间的可比性问题。危害的 度量究竟以何种形式表征。毕竟，在当前环境资源价值体系未完全建立并得到统 一认同的情况下，即便统一的货币化度量也将是一个难题。1 8 】【9 1 5 环境风险评价 广义上，环境风险评价是指对人类的各种社会经济活动所引发或面临的危害 ( 包括自然灾害) 对人体健康、社会经济、生态系统等所造成的可能损失进行评估， 并据此进行管理和决策的过程。狭义上，环境风险评价常指对有毒有害物质( 包 括化学品和放射性物质) 危害人体健康和生态系统的影响程度进行概率估计，并 内蒙古大学顾 ：学位论文 提出减小环境风险的方案和对策。l 9 l 6 建设项目环境风险评价 是指对建设项目建设和运行期间发生的可预测突发性事件或事故( 一般不包 括人为破坏和自然灾害) 引起有毒有害、易燃易爆等物质泄露，或突发事件产生 的新的有毒有害物质，所造成的对人身安全与环境的影响和损害，进行评估，提 出防范、应急与减缓措施。1 1 0 】 7 最大可信事故 在所有预测的概率不为零的事故中，对环境( 或健康) 危害最严重的重大事 故。l1 1 】【1 2 】 8 功能单元 至少应包括一个( 套) 危险物质的主要生产装置、设施( 贮存容器、管道等) 及环保处理设施，或同属一个工厂且边缘距离小于5 0 0 m 的几个( 套) 生产装置、 设施。每一个功能单元要有边界和特定的功能，在泄漏事故中能有与其它单元分 割开的地方。i 1 1 】【1 2 】 9 临界量 对于某种或某类危险物质规定的数量，若功能单元中物质数量等于或超过该 数量，则该功能单元定为重大危险源。l 1 2 l 1 0 急性中毒 发生在短时间毒物高浓度情况下，引起人体机体发生某种损伤。刺激：毒 物影响呼吸系统、皮肤、眼睛；麻醉：毒物影响人们的神经反射系统，使人反应 迟钝：窒息：因毒物使人体缺氧，身体氧化作用受损的病理状态。l 1 2 】 1 1 半致死浓度 在动物急性毒性试验中，使受试动物半数死亡的毒物浓度，用l c 。表示。 是衡量存在于水中的毒物对水生动物和存在于空气中的毒物对哺乳动物乃 至人类的毒性大小的重要参数。在比较各种污染物的毒性、不同种或不同 发育阶段的动物对污染物的敏感性以及环境因素对毒性影响方面的研究 中，都以l c 。为依据。【1 2 】 6 内蒙古人学硕 j 学位论文 2 1 2 环境风险评价体系 2 1 2 1 环境风险评价的目的和重点 环境风险评价的目的是分析和预测建设项目存在的潜在危险、有害因素，建 设项目建设和运行期间可能发生的突发性事件或事故( 一般不包括人为破坏及自 然灾害) ，引起有毒有害和易燃易爆等物质泄漏，所造成的人身安全与环境影响 和损害程度，提出合理可行的防范、应急与减缓措施，以使建设项目事故率、损 失和环境影响达到可接受水平。 环境风险评价应把事故引起厂( 场) 界外人群的伤害、环境质量的恶化及对生 态系统影响的预测和防护作为评价工作重点。环境风险评价在条件允许的情况 下，可利用安全评价数据开展环境风险评价。环境风险评价与安全评价的主要区 别是：环境风险评价关注点是事故对厂( 场) 界外环境的影响。【1 3 l 2 1 2 2 评价工作等级 环境风险评价工作等级的划分是根据建设项目有可能存在发生严重事故的 概率，且其结果对环境可能造成严重危害的程度不同，予以划分。划分时参考物 质的毒性和反应性危险类别；可能引起严重事故危害的物质的加工量和贮运量； 装置或设备的危险类别。1 8 1 【9 】 2 1 2 3 评价工作程序 通常一个完整的环境风险定量分析或评价程序包括四个部分：1 危害识别； 2 事故频率和后果计算；3 风险计算；4 风险减缓。世界上不同国家及部门根据 各自的情况设计出不同的风险评价程序。图2 1 为美国科学院国家研究委员会在 1 9 8 3 年提出的风险评价步骤，1 9 8 6 年被美国环保部采用；图2 2 为亚洲开发银 行推荐的风险评价程序；图2 3 为我国建设项目环境风险评价技术导则中所 介绍的评价程序。0 0 1 1 1 】f 1 3 j 7 内蒙古大学硕f ：学位论文 研究风险评价 ； 风险管理 - 一 某些特定剂最照 危害甄别( 引起制定管理措施 射引起的有害健 有害效应的计 1 l 康效j 虹的实验室 黾) 丁野外观察 评估小 司管理 剂量效应评价风险表征( 某 措施相应的公 关于由高剂景到众的、健康的 ( 剂最和人体有给定群体有害 经济的、社会 低剂荦：既有动物 害效应发生率间效j 衄发生牢估 到人体的外推方 的关系)算) 的、政治的后 法的资料果。 i 照射最估算( 小 士 同条件下受到的 当局决策和措 f + 算人群特征广 照射最)施 图2 1美国环保局采用的环境风险评价框图 f i g u r e 2 1 u n i t e ds t a t e se n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na g e n c yu s e di ne n v i r o n m e n t a lr i s k a s s e s s m e n td i a g r a m 图2 2 亚洲开发银行推荐的风险评价程序 f i g u r e 2 2 a s i a nd e v e l o p m e n tb a n kr e c o m m e n d e dr i s ka s s e s s m e n tp r o c e s s 8 内蒙古人学硕i ：学位论文 步骤对象方法目标 风险识别 1， + l源项分析 1r 后果计算 上 风险评价 1 l 风险可接受水平 否 1r 是 风险管理 上 一应急措施 卜 法。 量蠛矛鬻翥嚣确鬻和 已识别的危险冈 素和风险类别 祧毳鬟一事 ，笆篓篓4 轰爰箕磊f 定量浦率法 一一 事故树法 最人可信事故 大气扩散计算 确篙和 最大可信事故风 险评价标准体系 外推等级评 价法 确定风险值和 可接收水平 ! 篓篓爨竺变l 歹代价型差分析 确定减少风险措施 可接受风险水平体系 1 一 事故现场周围影响区类比法模拟事故损失减至最少 图2 3 我国的环境风险评价流程框图 f i g u r e 2 3e n v i r o n m e n t a lr i s ka s s e s s m e n tp r o c e s sd i a g r a mo fc h i n a 本论文的评价程序采用我国建设项目环境风险评价技术导则中推荐的方 2 1 2 4 评价的基本内容 1 风险识别1 3 】 风险识别的范围包括生产设施风险识别和生产过程涉及的物质风险识别。风 险识别的内容还包括建设项目资料、周边或区域环境资料和事故资料的搜集和整 理分析。 一 9 内蒙古人学形! l j 学位论文 2 源项分析1 9 1 1 3 】 根据风险识别的内容，明确风险类型，运用适当的分析方法，确定风险源项。 包括风险源的部位、风险类型及具体状况、风险概率等。 3 后果计算f 1 3 1 根据风险识别和源项分析得出的数据，运用相应的方法和模型，预测各风险 源不同类型风险的影响范围和后果。 4 风险计算和评价【1 3 l 结合风险预测结果以及风险概率，计算风险值。根据风险评价的原则，给出 人员伤亡、财产损失和环境破坏的具体范围和损害值。 5 风险管理1 1 4 l 针对前述风险值，结合风险识别和风险源项分析，提出适当的风险防范措施 和风险应急预案。风险防范主要体现在风险源项部位和环境保护目标的安全防范 措施。应急预案包括应急计划区域、应急机构、应急救援保障、应急组织计划、 应急检测与监测、应急教育与培训等多方面内容。 2 1 2 5 评价范围 在我国建设项目环境风险评价技术导则中规定：大气环境影响一级评价 范围，距离源点不低于5 公里；二级评价范围，距离源点不低于3 公里范围。地面 水和海洋评价范围按环境影响评价技术导则地面水环境规定执行。 本论文主要是探讨建设项目和己建项目中大气环境风险影响的最大距离，研 究预测范围除了项目范围、自然现状调查范围、敏感点位置之外，还有有害化学 品的伤害域和伤害阈值、短时间接触限值等。1 8 j 2 2 环境风险评价方法简述 国际上对环境风险评价的研究工作，兴起于2 0 世纪7 0 年代的少数几个工业 发达国家，其中美国是研究最早且发展最为成熟的国家之一，其代表作为由美国 原子能委员会( u s n r c ) 提出的一份“大型核电站中重大事故的理论可能性和后果” 的研究报告。此后，美国及世界各地的不同学者和机构都展开了对环境风险评价 1 0 内蒙古人学硕上学位论义 的研究，同时逐渐开始将研究热点转向生态风险评价，并形成了环境风险评价体 系的基本框架。【9 】【1 5 1 发展过程见下表2 1 。 表2 1美国环境风险发展过程 t a b l e 2 1t h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so ft h eu n i t e ds t a t e se n v i r o n m e n t a lr i s k 发展阶段时期发展情况 萌芽阶段1 9 6 9 年1 9 8 2 年 仅采取毒性坚定的方法，风险评价内含不其明确 美国n a s 提出风险评价“四步法”美国e p a 发布了有 准各阶段1 9 8 3 年1 9 8 8 年 关风险评价的一系列技术性文件、标准或指南 确定风险评价称为环境影响评价的组成部分。 美国e p a 提出生态风险评价的概念并制定了生态环 形成及完善阶段1 9 8 9 年至今 境评价指南确定生态风险评价的基本框架 我国从2 0 世纪8 0 年代也开始了对环境风险的重视与基础研究。1 9 9 0 年国 家环保局颁布了“要求对重大环境污染事故隐患进行环境风险评价”的0 5 7 号文 件，此后我国重大项目的环境影响报告中也普遍开展了环境风险的评价，同样需 要指出的是世界银行和亚洲开发银行贷款项目要求环境影响报告中必须包含有 “环境风险评价”的章节。2 0 0 4 年，我国还针对建设项目制定了专门的环境风险 评价技术导则。但对于生态风险评价的研究起步较缓慢，还只是从对水环境生态 风险评价和区域生态风险评价等领域的基础理论和技术方法进行了探讨。 1 1 6 1 1 1 7 1 8 1 下面是建设项目环境风险评价技术导则中规定的事故源项分析和泄漏扩 散计算方法。1 9 l 2 2 1 液体泄漏速率 液体泄漏速度q 。用柏努利方程计算： 式中： 叫p 降 q 。液体泄漏速度，k g s ； c 。液体泄漏系数，此值常用0 6 0 - 0 6 4 。 a 裂口面积，m 2 ： ( 2 - 1 ) 内蒙占人学倾 ：学位论义 p _ 容器内介质压力，p a ； p 广环境压力，p a ： g 重力加速度。 h 裂口之上液位高度，i l l 。 本方法的限制条件：液体在喷口内不应有急剧蒸发。 2 2 2 气体泄漏速率 当气体流速在音速范围( 临界流) ： 告熹) 鬲 当气体流速在亚音速范围( 次临界流) ： 争( 南) “1 ( 2 - 2 ) ( 2 - 3 ) 式中： p 容器内介质压力，p a ； p 厂环境压力，p a ： k 气体的绝热指数( 热容比) ，即定压热容c 。与定容热容c ，之比。 假定气体的特性是理想气体，气体泄漏速度q 。按下式计算： q g = y c d a p 式中： q r 气体泄漏速度，k g s ； 卜容器压力，p a ； c 广气体泄漏系数； 当裂口形状为圆形时取1 o o ，三角形时取o 9 5 ，长方形时取o 9 0 ： a 裂口面积，i l l 2 ： 1 2 ( 2 - 4 ) 内蒙古人学硕l 学位论义 y 谢门；时钟 ；防5 ， 2 2 3 泄漏液体蒸发量 泄漏液体的蒸发分为闪蒸蒸发、热量蒸发和质量蒸发三种，其蒸发总量为这 三种蒸发之和。 2 2 3 1 闪蒸量的估算 过热液体闪蒸量可按下式估算 0 l _ f w r t f 式中： q 闪蒸量，k g s ； w ，液体泄漏总量，k g ； t l 闪蒸蒸发时间，s ： f 蒸发的液体占液体总量的比例；按下式计算 f = q 孕 式中： c 。液体的定压比热，j ( k g k ) ； t 。泄漏前液体的温度，k ； t 。液体在常压下的沸点，k ； h 液体的气化热，j k g 。 1 3 ( 2 - 6 ) ( 2 - 7 ) 内蒙古人学硕i ：学位论文 2 2 3 2 质量蒸发估算 当闪蒸蒸发结束，转由液池表面气流运动使液体蒸发，称之为质量蒸发。质 量蒸发速度q i 按下公式计算： q 一口p m ( r 瓦) “仁圳m 厂圳撕 ( 2 8 ) 式中： q ：，质量蒸发速度，k g s ； a ，n 大气稳定度系数，见表2 2 ； p 液体表面蒸气压，p a ； r 气体常数；j m o l k ； t 。环境温度，k ； u 风速，m s ； r 液池半径，i l l 。 表2 2 液池蒸发模式参数 t a b l e 2 2l i q u i dp o o le v a p o r a t i o nm o d e lp a r a m e t e r s 稳定度条件n q 不稳定( a ，b ) 0 23 8 4 6 1 0 3 中性( d ) 0 2 54 6 8 5x1 0 3 稳定( e ，f ) o 35 2 8 5x1 0 3 液池最大直径取决于泄漏点附近的地域构型、泄漏的连续性或瞬时性。有围 堰时，以围堰最大等效半径为液池半径；无围堰时，设定液体瞬间扩散到最小厚 度时，推算液池等效半径。 2 2 4 毒性气体泄漏事故后果分析 根据建设项目环境风险评价技术导则( h j t 1 6 9 - 2 0 0 4 ) 的多烟团预测模 式和计算参数。 如炉，2 赢舞e x p 噼h 警h 一轰卜) 内蒙古人学硕i ：学位论文 式中： cb y o ) - 一下风向地面( x ，y ) 坐标处的空气中污染物浓度m g r f l ； x o , y 。，z o - - 烟团中心坐标； q 事故期间烟团的排放量； o o ，、o ：一一为x 、y 、z 方向的扩散参数( m ) 。 常取0 x = 0 ， 对于瞬时或短时间事故，可采用下述变天条件下多烟团模式： 唧( 是h 一锷一掣) 式中：c i ( x ，y ，d ，t 。) 一第i 个烟团在t w 时刻( 即第w 时段) 在点( x ，y ，o ) 产生的地面浓度； q 7 一烟团排放量( m g ) ， q = q a t ；q 为释放率( m g s - i ) ， a t 为时段长度( s ) ； 仃，。酊、盯，谚、仃：硝一一烟团在w 时段沿x 、y 和z 方向的等效扩散参数 ( m ) ，可由下式估算： 仃2 ，够= 盯a ( _ = x ，y ，z ) 七一l 式中： 仃五= 似2 ( f 。) 一仃似2 o 。) ( 2 1 1 ) ( 2 一1 2 ) 工：和y ：一一第w 时段结束时第i 烟团质心的x 和y 坐标，由下述两式计算： w - 1 工：i 一u x , w ( f t ) + “础以一t ) k - 1 1 5 ( 2 一1 3 ) 彘瓦 暑 w d y x ) ，j _ l d m o 厶 内蒙古人学硕l - 学位论文 = u y , w ( f f 州) + “坩( f t t ) 耳一l ( 2 - 1 4 ) 各个烟团对某个关心点t 小时的浓度贡献，按下式计算： c ( x ，y ，0 ，f ) = 罗c i o ，y 肌0 ) ( 2 1 5 ) 舒 式中n 为需要跟踪的烟团数，可由下式确定： e + t ( x ，) ，o ，f ) sf 善c i ( x ，y ，o ，f ) 式中，f 为小于1 的系数，可根据计算要求确定。 2 3 煤化工行业环境风险评价的特点 ( 2 一1 6 ) 1 化：1 1 4 7 业的原料、材料、辅助材料品种复杂，原辅材料、产品多为易燃、 易爆、高挥发、腐蚀性强、有毒、有害的物质，在运输及生产的过程中存在较大 的风险。 2 化工行业生产工艺复杂、多样，采取的产品方案不同，工艺路线就会有所 差别，并且生产工艺多有高温、高压的特点。 3 化工行业生产过程中产生的“三废”成分复杂、产量大，产生的废水、废 渣、废气等可能对环境造成长期、潜在的危害或直接对人群的健康造成影响。 4 现代煤化工产业链逐渐加长，容易形成大规模的煤化工产业园区，导致对 与环境风险评价的不确定因素增大。n 们 1 6 内蒙古人学硕i j 学位论义 第三章内蒙古自治区煤化工主要行业工艺技术路线简述 煤加工化学产品的生产工艺，是以煤为原料，经化学加工转换为气体、液体 和固体产物，并将气体和液体产物进一步加工成一系列化学产品的过程。根据煤 加工方法的不同，所得化学产品的种类也不同。目前煤加工方法主要有高温干馏、 气化和液化。【2 3 】煤高温干馏可以得到的主要产品如下所示。 煤 粗煤气 焦炭 净煤气耳醇 r 硫酸钱 氨 【无水氨 硫磺r 苯头分 r _ 轻苯 醋酸哮卜叫醋酸酐 i1 1 氯气 汴d m f i l 寸乙醇 1 硝酸h 硝酸铵j 1 d m c h p c 乙烯丙烯 l ，：一确 7 间接液化油j | j | 直接液化油卜一石脑油、汽柴油 图3 3煤化工产业链1 2 0 l f i g u r e3 3 s c h e m a t i cd i a g r a mo fg a s i f i c a t i o np r o d u c t s 1 8 内蒙古人学顾f j 学位论文 当前，煤化工己成为国家能源发展战略重点之一和国家重点推进的产业。煤 化工可分为传统煤化工和新型煤化工。传统煤化工主要包括煤焦化和煤气化制合 成氨，这是我国目前的主要煤化工产业。新型煤化工包括煤气化制取甲醇、二甲 醚及其下游产品，煤i 日j 接液化制油和烯烃，以及煤直接液化制液体燃料等过程。 新型煤化工是煤化工产业的主要发展方向。内蒙古自治区近年来新型煤化工发展 快速，总体来看可以分为一下几种新型煤化工产业及产业链链。【2 4 j 【2 5 1 【2 6 j 【2 7 l 3 1 煤气化制甲醇及下游产品 这条产业链的主要工艺过程包括：煤气化制合成气：合成甲醇或二甲醚： 甲醇脱水制二甲醚：甲醇或二甲醚催化合成烃类产物( 主要为丙烯) 。 3 1 1 煤制甲醇工艺流程简述 甲醇的工业生产始于1 9 2 3 年，从天然气为原料到以煤炭为原料，经历了很 长的发展时间。现阶段甲醇是由合成气在催化剂条件下合成，甲醇合成已实现商 业化大规模生产。目前采用的甲醇合成方法以固定床为主，浆态床还在开发阶 段。合成塔应用最多的是列管式合成塔，但投资较大，大型厂宜用水管式合成 塔、多床内换热式合成塔和固定管板的列管式合成塔。煤制甲醇的生产工艺流程 相对复杂。从环境风险的角度出发，工艺流程可以简要的分为以下几个阶段： 2 8 1 1 2 9 1 1 3 0 1 1 3 11 1 3 2 1 1 3 3 1 3 1 1 1 气化工段 煤气化技术按气化炉的形式来划分，主要有固定床、流化床和气流床。从技 术先进性、能耗、环保等方面考虑，对于大型甲醇煤气化应选用气流床气化为宜。 有代表性的气流床气化方法有：德士古水煤浆、壳牌干粉和华东理工大学的多喷 嘴水煤浆。德士古水煤浆气化技术的应用较早，技术较成熟，国内外的工业化装 置也不少，但其气化效率不高，而且氧耗很高。壳牌干粉气流床气化技术由于热 效率高、煤种适应范围宽，最近两年在我国应用比较多，但投资相对较高。华东 理工大学的多喷嘴水煤浆气化技术也有工业化应用，较单喷嘴水煤浆气化碳利 1 9 内蒙古人学硕j 二学位论文 用率有所提高，但多喷嘴多路控制系统增加了设备投资和维修工作量。所以，在 煤制甲醇工艺中，气化工段选取德士古气流床气化为研究内容。 3 1 1 2 变换工段 按变换在甲醇生产工艺流程的位置分，可有两种变换工艺。一种为使用铁 系触媒的非耐硫变换，即将气化生产的煤气经湿法脱硫后再进行变换反应；另一 种工艺为使用钴钼系催化剂的耐硫变换，即将煤气直接变换后再去脱硫装置。在 气化工段中，本论文选取耐硫变换为研究内容。因为耐硫变换较非耐硫变换有以 下优点：可以避免冷热病。采用水煤浆加压气化工艺，工艺气含有定的温度和 大量的水蒸汽，采用耐硫变换不必将气体冷却，还可以利用其中的水蒸汽，降低 蒸汽耗量；钻钼系催化剂具有有机硫加氢转化功能，可以有效降低有机硫含量； 钴钼系催化剂活性高，特别是低温活性要比铁铬系高得多，使用钻钼系催化剂可 以降低催化剂装量，减小反应器体积。 3 1 1 3 酸性气脱除 对于大型甲醇合成装置，变换气中c o 。含量高、分压大，总硫( h ：s 及有机 硫c o s ) 含量较高。所以，为了提高煤气热值或者满足合成气对c 0 ：含量的要求， 必须脱除c o ：；气体中所含的微量硫化物会引起催化剂中毒，导致其活性下降， 影响使用寿命，必须进行精脱硫。酸性气体脱除的工艺有：氧化铁法、氧化锰法、 氧化锌法和低温甲醇洗法等。国内外大型煤气化装置在变换气中酸性气体的脱除 采用技术先进成熟的低温甲醇洗工艺，因为低温甲醇洗工艺具有以下一些特点： 气体净化度高；气体吸收选择性好；有利于h ：s 的回收；优化流程、降低投资： 低温吸收，此外，低温甲醇洗工艺在减少环境污染、装置大型化、生产安全和自 动化控制方面等都具有显著的优势。因此，在酸性气体脱除方面，选取低温甲醇 洗工艺作为研究内容。 3 1 1 4 甲醇合成工段 甲醇的工业生产始于1 9 2 3 年，从二十世纪2 0 年代到6 0 年代中期，世界各 国甲醇合成装置都采用高压法，采用锌铬催化剂。1 9 2 3 年，德国b a s f 公司首 内蒙古人学颂i ：学位论文 先用铬锌催化剂在高温高压的条件下实现了由c o 和h 2 合成甲醇的工业化生产， 其操作压力为2 5 3 5 m p a ，温度为3 2 0 - 4 0 0 。c 。1 9 6 6 年，英国i c i 公司使用铜基 催化剂，操作压力为5 i o m p a ，温度为2 3 0 2 8 0 的低压甲醇合成工艺获得成功， 后来又是现了中压法甲醇合成工艺。与此同时，德国l e r g i 公司也成功地歼发了 中低压甲醇合成工艺。近十多年来，国外甲醇技术发展很快，除了普遍采用低压 法操作以外，在生产规模、节能降耗、催化剂开发、过程控制等领域都有了新的 突破。主要体现在以下几方面：生产规模大型化，合成催化剂高效化，节能降耗。 甲醇生产是连续操作、技术密集的工艺，目前正在向高度自动化操作发展。 2 0 世纪5 0 年代至7 0 年代，我国的甲醇生产一直采用的是高压法甲醇工艺， 自6 0 年代以后，以东华工程科技股份有限公司为主体与有关单位合作开发了中 压联醇工艺以后，甲醇工业得到飞速发展，为此东华工程科技股份有限公司也获 得原化工部科技进步一等奖。8 0 年代随着二套引进装置的投产，我国的低压法 甲醇工艺得到了发展，西南化工研究院丌发了性能优良的低压甲醇催化剂，甲醇 生产技术有了新的进步。9 0 年代以来，上海焦化厂年产2 0 万吨低压甲醇装置的 建设和一些年产3 1 0 万吨低压甲醇装置的建设，使我国的甲醇生产跃上了一个 新的台阶。目前国内甲醇生产大致可以分为3 种生产工艺： ( 1 ) 高压法工艺：操作压力2 0 2 5 m p a ，但催化剂以由原来的锌铬系催化剂 改为铜基催化剂，提高了生产强度。 ( 2 ) 低压法工艺：i c i 工艺合成塔采用四段冷激式，合成操作压力5m p a ， 温度2 1 0 2 7 0 ，精馏采用双塔流程。l u r g i 工艺采用管式合成塔，合成操作压力 5m p a ，温度2 4 0 2 6 0 ，精馏采用三塔流程。 ( 3 ) 中压联醇工艺：合成氨联产甲醇( 简称联醇) 是我国独创的新工艺，主 要是针对合成氨厂铜氨液脱除微量c o 而丌发的。联醇的生产条件是：合成操作 压力1 0 1 2m p a ，温度2 2 0 3 0 0 ，采用铜基催化剂。 目前中压法和低压法是甲醇大规模工业化装置的主流，并被广泛采用。中 压法是在低压法的基础上发展起来的，由于低压法操作压力低，导致设备体积相 当庞大，同时甲醇合成率低，因此发展了中压法，对于大型和超大型甲醇装置， 考虑到设备制造与运输、甲醇合成率、投资等方面原因，宜采用中压法。 2 1 内蒙古人学硕 ：学位论爻 3 1 1 5 甲醇精馏工段 甲醇精馏系统由预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔组成。从甲醇合成膨胀 槽来的粗甲醇进入预精馏塔，残留在甲醇中的溶解气( 如：c o ：、c h 。等) 和低沸 点的副产物( 主要是：二甲醚和甲酸甲酯) 同甲醇蒸汽一起从塔顶出来，经过甲 醇空冷器和甲醇水冷器冷凝、冷却。甲醇蒸汽冷凝并收集到预精馏塔塔顶回流罐， 低压不凝气送出界区作为燃料。冷凝液通过预精馏塔回流泵送回塔顶，作为预精 馏塔的回流液。预精馏塔塔底出来的脱除了低沸点杂质的甲醇液经泵加压至 0 8 m p a ，进入加压精馏塔下段。为了减轻介质对设备腐蚀，从预精馏塔下部加入 少量烧碱溶液。加压精馏塔塔顶气相在常压塔再沸器( 加压塔塔顶气冷凝器) 中 冷凝，释放出的热量用作常压塔再沸器热源。加压塔塔顶气相冷凝液收集在精甲 醇回流槽内，一部分精甲醇通过加压塔塔顶冷凝液回流泵返回塔顶作为回流液， 剩余的甲醇在精甲醇过冷器进一步冷却，然后送入精甲醇中间罐。加压塔的热量 由低压饱和蒸汽通过加压塔蒸汽再沸器提供。加压塔塔釜排出的含高沸物甲醇作 为常压塔的进料。常压塔塔顶甲醇蒸汽在甲醇空冷器和水冷器冷凝、冷却。冷甲 醇收集到常压塔塔顶回流罐内。一部分甲醇通过回流泵返回塔顶，剩余的送入精 甲醇中间罐。为了降低常压塔塔釜出料高沸物的浓度，在常压塔下部设置侧线抽 出，侧线抽出物经泵送出界区作为燃料。常压塔塔釜物流主要是水( 甲醇含量小 于1 0 0 p p m ，w t ) ，通过工艺水泵经工艺水冷却器冷却后送出制煤浆。 3 1 2 甲醇下游产品工艺流程简述 3 1 2 1 醋酸合成 醋酸各种工艺技术路线可归纳为如下四种原料路线：( 1 ) 乙烯路线，( 2 ) 乙炔、 乙醇路线，( 3 ) 丁烷或轻油路线，( 4 ) 甲醇路线。 上述原料路线中，乙炔、乙醇路线由于成本高，新建装置已不再用此法，原 有装置将逐渐在市场竞争中被淘汰。乙烯、丁烷路线受资源限制，一般靠近原料 产地建设。而内蒙古自治区甲醇生产规模巨大，