煤化工工艺学-9-煤化工生产的污染和防治

第九章煤化工生产的污染和防治§9-1环境保护概述环境的概念：《中华人民共和国环境保护法》对环境的内涵有如下规定：“本法所称环境，是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等”。9.1.1环境污染极其严重性自然环境：直接或间接影响到人类的一切自然形成的物质、能量和自然现象的总体。人工环境：由于人类的活动而形成的环境要素，它包括人工形成的物质、能量和精神产品以及人类活动中所形成的人与人之间的关系或称上层建筑。环境1、环境污染概念：指有害物质进入生态系统的数量超过其自净能力，因而打破生态平衡，使自然环境发生恶化。

（1）大气污染气体状污染物气溶胶状污染物（2）水体污染（3）土壤污染2、环境污染的严重性

环境污染已成为世界范围的公害，早已超出一国一地的范围。

2003年我国SO2排放量世界第一位；CO2排放量仅次于美国居世界第二位。大气污染排放物中，85％CO2来自煤，60％NOx来自煤，70％烟尘来自煤。各种污染造成的损失合计占全年国民生产总值的5％以上。可见问题是很严重的，应该与只顾眼前和局部的利益，贪图方便而污染环境的行为作斗争。1、环境保护的基本方针

（1）中国环境保护工作方针：全面规划、合理布局、综合利用、化害为利、依靠群众、大家动手、保护环境、造福人类（2）基本原则：经济、城乡、环境建设同步，经济、社会、环境效益统一；兼顾国家、集体、个人利益；预防为主、防治结合，全面规划、合理布局，综合利用，奖惩结合。9.1.2中国的环保政策2、有关环保法规

《中华人民共和国环境保护法》《建设项目环境保护管理办法》《关于防治水污染技术政策的规定》《环境空气质量标准》《大气污染物综合排放标准》《锅炉大气污染物排放标准》§9-2煤化工生产中的主要污染物9.2.1焦化工业的主要污染物1、大气污染物

（1）装煤产生大量煤气和烟气（2）推焦形成滚滚浓烟，焦越生污染越严重（3）熄焦湿法熄焦产生大量水蒸气带出污染物注意：苯并芘——强致癌物质！2、焦化废水3、焦化液渣

焦油渣、酸焦渣、洗油再生渣9.2.2气化的主要污染物1、煤气发生站废水

废水数量和组成随原料煤、操作条件和废水系统的不同而变化。在用烟煤和褐煤作原料时，含大量酚、焦油和氨等。2、三种气化工艺的废水与固定床相比，流化床和气流床工艺的废水水质较好。9.2.3煤液化的主要污染物1、间接液化的污染物

煤气化：污染物与前一节相同

气体合成：含醇、酸、酮、醛、酯废水2、直接液化的污染物液化残渣用于气化转为灰渣主要环境问题：（1）气体和液体泄漏（2）放空气体含一定量污染物9.2.3燃烧的主要污染物1、烟尘

伦敦烟雾事件

2003年我国烟尘排放总量1049万吨，70%来自煤2、二氧化硫和氮氧化物二氧化硫是造成酸雨(pH低于5.6的降水)的主要原因。氮氧化物则是形成光化学烟雾(洛杉矶烟雾)的主要大气污染物。3、二氧化碳温室效应4、灰渣占用农田，污染水源和大气环境§9-3减少煤加工利用对环境污染的政策9.3.1用先进和科学的技术政策指导煤炭加工利用

（1）大力发展煤炭洗选加工（2）淘汰小土焦（3）大力发展城市煤气

（4）大力推广型煤9.3.2改革工艺和设备1、改革工艺和设备减少污染的方法

（1）焦炉大型化（2）装煤出焦采用消烟除尘装置（3）干法熄焦代替湿法熄焦（4）粗苯精制用加氢法代替硫酸法（5）增加废水的三级处理2、改革气化的工艺和设备减少污染的方法（1）采用高温气化工艺如流化床（2）改进煤气净化技术如高温除尘、脱硫3、改革燃烧工艺和设备减少污染的方法（1）发展沸腾燃烧技术（2）发展坑口发电（3）发展型煤加工（4）发展烟气除尘、除硫技术9.3.2综合利用、化害为利、变废为宝1、通过综合利用变废为宝（1）对含酚废水采用溶剂脱酚（2）利用含氰废水生产亚铁氰化钠（3）从煤气和氨水中回收吡啶（4）从精苯酸焦油中生产噻吩2、充分利用废热余热，提高能源利用率§9-4煤化工污水的处理9.4.1工业污水处理概论1、水质污染常规分析项目（1）化学需氧量(COD)mg/L

对水中污染物进行化学氧化所需耗氧量（2）生化需氧量(BOD)mg/L

表示能发生生物降解的有机污染物指标（3）总需氧量(TOD)

水中污染物催化燃烧时所耗氧量（4）色度、pH、酚类、氰化物、油分、悬浮物质2、工业污水处理的基本方法可分为三类：物理法，化学法，生物法。处理方法欲除去的污染物悬浮物无机物有机物灭菌物理法筛滤法自然沉降自然浮上粒状介质过滤超滤、微滤电渗析反渗析曝气曝气萃取活性炭吸附吹脱超滤化学法混凝沉降混凝上浮酸碱中和萃取离子交换螯合吸附氧化还原湿式氧化化学萃取焚烧通臭氧通氯生物法甲烷发酵法活性污泥法生物过滤法生物硝化生物反硝化活性污泥法甲烷发酵法生物过滤法3、工业污水的多级处理（1）一级处理即初级处理，实质上是二级处理（生物处理）的预处理。主要是除去废水中的固体悬浮物和油类等污染物，并调节其酸碱度。（2）二级处理这是目前化工污水处理中的主体部分，一般都用生物处理法。含高浓度的酚类、氰化物和氨等的污水不宜直接用生物处理法，需要进行预处理。（3）三级处理属污水的深度处理，主要是用来处理那些微生物难以降解的污染物，从而使水质达到回用或排放的要求。一般多用活性炭吸附法，污水量不大时可用臭氧氧化等。9.4.2焦化含酚污水的一级处理

——包括溶剂萃取脱酚、蒸氨、除油1、溶剂萃取脱酚（1）萃取剂：烃类(燃料油、粗柴油),芳香烃类(重苯溶剂油、二苯溶剂油、粗苯溶剂油、异丙醚)

要求分配系数高、易与水分层、毒性低、损失少、易反萃取、安全可靠（2）萃取设备

脉冲筛板塔、箱式萃取器、转盘萃取塔、离心萃取机（3）脉冲萃取脱酚

①往复叶片式脉冲筛板塔②装置流程（P.357）③溶剂脱酚操作制度2、蒸氨塔底污水中的固定铵（1）固定铵及其危害如(NH4)2SO4、NH4Cl（2）降低固定铵浓度的方法加碱使氨析出3、生化脱酚前污水的预处理方法（1）隔油通过隔油池除去浮油以减轻生化处理负荷（2）混凝除去固体悬浮物、多种有机无机杂质（3）预曝气和加压浮选吹脱水中易挥发物9.4.3焦化含酚污水的生化处理1、好氧生物处理的原理苯酚的分解途径：有机物(C、H、O、N、S、P等)﹢氧原生质(微生物的繁殖)CO2、H2O、NH3、SO42-、PO43-能量合成微生物氧化(呼吸)随水排出随水排出中间产物CH2COOHCH2COOHCO2+H2O2、微生物生长繁殖需要的条件（1）有机物浓度不能太高（2）有毒物质浓度控制在允许范围内

苯酚<300氰化氢<20二甲苯<7铬<2砷<0.2mg/L（3）保证足够的营养物质（4）温度保持在20-35℃，冬天不低于10℃（5）pH应在6-9之间，最好在7-8（6）保证氧气的供应（7）保证水质均匀，避免变化幅度过大3、活性污泥法（1）活性污泥（2）基本流程（3）曝气（4）曝气池运行情况举例（5）污泥处理进水初次沉降池曝气池二次沉降池出水回流污泥剩余污泥9.4.4含酚污水的深度处理§9-5煤化工厂的烟尘治理1、装煤烟尘的净化（1）无烟装煤法（2）装煤车上附设消烟除尘装置2、出焦烟尘的净化3、防止熄焦过程污染的措施

①严格禁止采用含酚污水熄焦。②熄焦塔顶安装铁丝网、挡板或捕尘器，减少焦粉排放到大气中。③将普通熄焦车改为走行熄焦车。④干法熄焦。9.5.1焦炉装煤和出焦的消烟除尘9.5.2烟尘处理技术1、评价除尘装置性能的主要指标（1）处理量qv单位时间内所能处理的烟尘量，用㎡/s表示。它是由除尘装置的结构形式决定的。（2）除尘效率ηη=(qm1－qm2)/qm1×100％式中qm1—装置进口处烟尘流入量，g/s;qm2—装置进口处烟尘流出量，g/s。一般，进出口气体流量相等，故上式也可表示为

η=(C1

－C2)/C1×100%式中C1—进口烟气的含尘浓度，g/㎡；

C2—出口烟气的含尘浓度，g/㎡。另外，还有分级效率，即对一定范围粒径的烟尘的脱除效率。（3）除尘装置的阻力阻力Δp用下式表示

Δp=ε(ρυ2/2)

式中ε—阻力系数，有实验和经验公式确定；

ρ—烟气的密度，kg/m3；

υ—烟气进口速度，m/s；

Δp—阻力，Pa。2、主要除尘装置及其比较①重力除尘装置：适用于烟气流量大，烟尘浓度高和颗粒大的场合多作为一级除尘装置②离心力除尘装置：效率高于重力除尘装置，但阻力大③洗涤除尘装置：可以把除尘、降温结合在一起，除尘效率高。但阻力较大和需要处理污水④过滤除尘装置：可除去小颗粒烟尘，效率高，但阻力大，适用于对除尘要求很高的场合或回收有用的固体粉末⑤电除尘装置：除尘效率高，可除去小颗粒，阻力小，适用于大流量延期的深度除尘，应用较广9.5.3烟气中SO2和NOx的净化1、烟气脱硫

降低或除去烟气中的SO2，共有三种方法：炉前脱硫，即煤脱硫；炉内脱硫，即燃烧时同时向炉内喷入石灰石或白云石；炉后脱硫，即烟气脱硫。（1）氨法氨水为脱硫剂，最终产物SO2和(NH4)2SO4（2）石灰乳法有待改进（3）氧化镁法准备工序、吸收、回收（4）活性炭法成本较高（5）其他亚硫酸钠法、次氯酸钠法、氧化锰法2、烟气脱NOX

（1）选择性催化还原法

以NH3为还原剂，贵金属为催化剂

6NO+4NH3→5N2+6H2O6NO2+8NH3→7N2+12H2O

（2）非选择性催化还原法

以CH4、CO、H2为还原剂

CH4+4NO2→4NO+CO2+2H2OCH4+2O2→CO2+2H2OCH4+4NO→2N2+CO2+2H2O

（3）亚硫酸钠法

4Na2SO3+2NO2→N2+4Na2SO42Na2SO3+2NO→N2+2Na2SO49.5.3废气的燃烧处理

燃烧法可将废气中的可燃气体、有机蒸汽和可燃的尘粒等转变为无害或容易除去的物质，在工业上应用甚广。（1）直接燃烧法(又称直接火焰后烧法)

要求废气发热量在3350-3725kJ/m3以上（2）焚烧法

保证完全燃烧条件：过量氧、高温、长时间、高湍流（3）催化燃烧法

适宜于除去低浓度有机蒸汽和恶臭物质，不适用于处理有机氯化合物或含硫化合物的废气，也不适用于处理含高沸点或高分子化合物的废气。§9-6二氧化碳减排和利用国内外二氧化碳减排研究工作：（1）源头控制，节约能耗，提高能源利用率和转化率（2）二氧化碳的封存（3）吸收利用烟气中的二氧化碳（4）研发应用新技术9.6.1提高能源利用率实现CO2减排（1）通过选煤达到节煤（2）发展洁净燃煤和煤炭转化技术循环流化床锅炉、煤炭气化和液化技术、IGCC（3）用天然气替代固体燃料和液体燃料9.6.2