煤化工二氧化硫排放特征分析范文

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《環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展雜志》2014年第四期

1產(chǎn)污環(huán)節(jié)分析

目前，我國(guó)大規(guī)模生產(chǎn)的現(xiàn)代煤化工產(chǎn)品有油品、甲醇、烯烴、二甲醚等。涉及的工藝主要包括煤直接液化、煤間接液化和煤氣化。這三大工藝過(guò)程也是工藝廢氣中二氧化硫的重要排放來(lái)源。煤化工工藝過(guò)程的二氧化硫排放節(jié)點(diǎn)主要是自備電熱站或加熱爐、硫磺回收裝置以及生產(chǎn)單元在正常生產(chǎn)及開、停車、事故狀態(tài)下的排放。本文主要研究生產(chǎn)工藝過(guò)程氣中酸性氣體的處理及二氧化硫的排放特征，因此暫不考慮來(lái)自電熱站或加熱爐的燃料型二氧化硫。下面分別分析不同煤化產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程及二氧化硫產(chǎn)生環(huán)節(jié)。

1.1煤制天然氣煤制天然氣的主要生產(chǎn)工藝包括備煤、煤氣化、甲烷化等環(huán)節(jié)。其中煤氣化系統(tǒng)是整個(gè)流程中的中心環(huán)節(jié)，也是最重要的二氧化硫產(chǎn)生源。具體的工藝流程為:原煤經(jīng)備煤?jiǎn)卧幚砗筮M(jìn)入氣化爐，經(jīng)過(guò)干燥、干餾、氣化和氧化后，反應(yīng)生成粗煤氣，經(jīng)急冷、洗滌并回收熱量后送入變換單元。粗煤氣經(jīng)過(guò)部分變換和工藝廢熱回收后進(jìn)入酸性氣體脫出單元，脫出硫化氫后進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行甲烷化反應(yīng)。在酸性氣體脫除單元濃縮的含H2S酸性氣，以及來(lái)自酚氨回收單元和煤氣水分離單元的酸性氣送往硫回收單元制得硫磺產(chǎn)品。煤制天然氣工藝過(guò)程中的二氧化硫來(lái)源主要為硫磺回收單元的尾氣排放及非正常情況下的排放。其中，硫磺回收裝置將來(lái)自氣化、變換、低溫甲醇洗工段的酸性氣體和硫回收再生塔的酸性氣體轉(zhuǎn)化制硫，凈化后的尾氣進(jìn)入尾氣焚燒爐燃燒，殘余的H2S轉(zhuǎn)化成SO2，由煙囪排出。非正常排放則主要由以下幾種情況產(chǎn)生:(1)開、停車排氣和一般事故排氣生產(chǎn)裝置開、停車或檢修時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定量的不合格氣體，由于不能滿足后續(xù)工序的工藝要求需直接排入火炬。一是氣化爐開車。氣化爐開車時(shí)爐氣成分不合格，會(huì)有短時(shí)外排，工藝氣中的H2S經(jīng)火炬燃燒后轉(zhuǎn)化成SO2排放。二是一般事故排氣。當(dāng)煤氣化、變換、低溫甲醇洗、甲烷化等裝置出現(xiàn)故障或一般性事故時(shí)，因氣體組分不合格，為避免引起催化劑中毒，系統(tǒng)需要排氣，排放的氣體送火炬燃燒。(2)設(shè)備超壓排氣工藝生產(chǎn)過(guò)程中的主要設(shè)備、壓力容器、管線系統(tǒng)均設(shè)有安全放空系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)壓力超過(guò)設(shè)定規(guī)定值時(shí)，安全閥啟跳泄壓，物料通過(guò)放空管線直接排入大氣。盡管裝置開、停車及一般事故性排放并非持續(xù)性的，但其瞬間排放濃度很高，一般均在1000～2000mg/m3。

1.2煤制油煤制油工藝的主要流程分為:備煤、加氫裂化、分餾、加氫穩(wěn)定四部分。首先，原煤經(jīng)備煤裝置加工成煤粉后送入煤液化裝置，與催化劑及供氫溶劑在高溫、高壓、臨氫的條件下發(fā)生加氫裂化反應(yīng)，反應(yīng)后分離氣體進(jìn)入輕烴回收裝置，分別產(chǎn)出液化氣、酸性氣體及含硫污水，其中液體物料經(jīng)加氫穩(wěn)定和加氫改質(zhì)后產(chǎn)出石腦油、柴油等產(chǎn)品。煤液化、煤制氫、輕烴回收及含硫污水汽提等裝置脫出的硫化氫經(jīng)硫磺回收裝置制取硫磺。在整個(gè)工藝過(guò)程中，二氧化硫主要來(lái)自于兩個(gè)部分:硫磺回收裝置的尾氣焚燒爐和非正常情況下的排放。其中硫磺回收裝置主要是將煤氣化氣提塔、酸性氣體脫除工序熱再生塔、脫硫化氫塔、氨吸收塔、再生塔頂回流罐、水洗塔、煤液化、煤制氫、輕烴回收及含硫污水汽提等裝置脫出的酸性氣體硫化氫進(jìn)行回收并制取硫磺。凈化氣中殘余的H2S在硫磺回收裝置的尾氣焚燒爐內(nèi)燃燒生成二氧化硫由煙囪排放。非正常排放則主要發(fā)生在兩種情況下:①生產(chǎn)裝置(如煤直接液化項(xiàng)目的煤制氫裝置氣化爐)在開車時(shí)，爐溫未達(dá)到一定溫度，或者在故障停車時(shí)，粗煤氣均無(wú)法進(jìn)入凈化系統(tǒng)，而只能直接送至火炬系統(tǒng)燃燒后排放;②裝置(如硫磺回收裝置或含硫污水汽提裝置)事故狀態(tài)下排放的廢氣根據(jù)其放空壓力，分別接入不同壓力等級(jí)的放空管網(wǎng)，經(jīng)分液后進(jìn)入主火炬或酸性氣火炬燃燒后排放。

1.3煤制甲醇以煤為原料生產(chǎn)甲醇的工藝過(guò)程包括空氣分離、煤氣化、一氧化碳變換、合成氣凈化、甲醇合成等工藝單元。其中，煤氣化單元與煤制天然氣過(guò)程類似，即原煤經(jīng)加工后的料漿在氣化爐中完成氣化反應(yīng)生成粗煤氣。煤氣在變換工序進(jìn)入耐硫變換爐，將CO轉(zhuǎn)化為CO2，以調(diào)節(jié)碳?xì)浔壤?。出變換系統(tǒng)的工藝氣進(jìn)入脫硫脫碳凈化系統(tǒng)脫除H2S及CO2等酸性氣體后，作為甲醇合成新鮮氣送甲醇合成裝置。脫出的H2S氣體送往硫回收系統(tǒng)回收硫磺。凈化后的合成氣在甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)生成甲醇，經(jīng)精餾提純制得精甲醇或滿足后續(xù)工序要求的粗甲醇。整個(gè)工藝過(guò)程產(chǎn)生二氧化硫的環(huán)節(jié)為:硫磺回收裝置、低溫甲醇洗尾氣洗滌塔尾氣和氣化爐開車升溫廢氣、氣化爐停車(事故)排氣等非正常排放。其中，硫磺回收裝置回收氣化過(guò)程的氣化灰水閃蒸汽、變換工段汽提塔尾氣、甲醇液再生酸性氣中的酸性氣體。硫磺回收裝置和低溫甲醇洗尾氣洗滌塔的尾氣最終均進(jìn)入火炬排放。非正常情況下的二氧化硫產(chǎn)生機(jī)理同煤制天然氣工藝過(guò)程類似。

1.4煤制烯烴煤制烯烴工藝過(guò)程是在煤制甲醇的基礎(chǔ)上增加一套甲醇轉(zhuǎn)化制低碳烯烴系統(tǒng)，即甲醇轉(zhuǎn)化制烯烴技術(shù)(MTO系統(tǒng))或甲醇轉(zhuǎn)化制丙烯技術(shù)(MPO系統(tǒng))、一套聚乙烯裝置或聚丙烯裝置。甲醇進(jìn)入甲醇轉(zhuǎn)化制低碳烯烴系統(tǒng)后，經(jīng)加熱氣化送入到流化床催化反應(yīng)器。通過(guò)一系列催化反應(yīng)、氧化物分離、洗滌、干燥。煤制烯烴工藝過(guò)程中的二氧化硫產(chǎn)生環(huán)節(jié)及機(jī)理與煤制甲醇過(guò)程相同，即主要包括硫磺回收裝置、低溫甲醇洗尾氣洗滌塔尾氣和氣化爐開車升溫廢氣、氣化爐開停車時(shí)和裝置事故排氣等非正常排放。

2二氧化硫排放情況測(cè)算

通過(guò)對(duì)全國(guó)大型煤化工企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，以A、B兩廠為例做硫平衡分析，并估算C廠氣化爐開、停車及事故排放量。由于對(duì)于非正常情況下直排火炬的排放情況，既無(wú)在線自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備，也無(wú)法開展人工監(jiān)測(cè)，目前也缺乏統(tǒng)一、準(zhǔn)確的測(cè)算方法，因此，現(xiàn)階段只能根據(jù)物料衡算法估算其排放量。A廠是一套規(guī)模為52萬(wàn)噸/年的煤制甲醇項(xiàng)目，年消耗原料煤91萬(wàn)噸，按照0.33%的含硫率計(jì)算，總硫投入量為3003噸。最終硫元素的支出途經(jīng)主要包括氣化灰渣、凈化尾氣、排空火炬、硫回收煙氣、去污水處理氣化廢水和硫磺副產(chǎn)等。其中，近2000噸的硫經(jīng)硫磺回收裝置轉(zhuǎn)化為硫磺產(chǎn)品，其次，則基本都轉(zhuǎn)化成二氧化硫排入大氣中。其中，通過(guò)硫回收裝置的尾氣焚燒爐排放的硫僅為266噸。非正常情況下直排火炬的排放量約660噸，是煤制甲醇工藝過(guò)程中最主要的二氧化硫排放環(huán)節(jié)。B廠是一套規(guī)模為60萬(wàn)噸/年的煤制烯烴項(xiàng)目，年消耗原料煤中的總含硫量為1.3萬(wàn)噸，其中83%的硫元素都轉(zhuǎn)化為硫磺產(chǎn)品，除去氣化渣之外，剩余的大部分硫基本都是在氣化爐切換及裝置異常排放過(guò)程中以二氧化硫的形式排放入大氣中，年排放量約245噸。

煤制二甲醚的工藝過(guò)程是在煤制甲醇的基礎(chǔ)上，增加甲醇?xì)饣?、二甲醚合成等工藝環(huán)節(jié)。二氧化硫主要來(lái)源于制甲醇的環(huán)節(jié)。C廠也是一套煤制烯烴項(xiàng)目，一年中氣化爐的最長(zhǎng)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間為71天，平均為60天。因此，每年需進(jìn)行大約28～30次氣化爐開、停切換操作，損失原料煤約2.8萬(wàn)噸/年。按照工藝設(shè)計(jì)煤中硫轉(zhuǎn)化率為83.7%進(jìn)行估算，直接通過(guò)高壓富氫火炬排放的SO2約為274噸/年。因裝置開停車、事故狀態(tài)下氣化裝置與硫回收裝置不同步運(yùn)行，期間消耗原料煤約0.5萬(wàn)噸/年，經(jīng)估算，因此造成的酸性氣不經(jīng)凈化系統(tǒng)直排入酸性氣火炬焚燒排放SO2504/年。因此，這套煤制烯烴項(xiàng)目，每年非正常排放二氧化硫總量約778噸。根據(jù)上述硫平衡分析及排放量測(cè)算結(jié)果可以看出，煤化工工藝中二氧化硫的主要來(lái)源是裝置開停車、生產(chǎn)裝置發(fā)生故障等非正常情況下的排放。

3管理對(duì)策與建議

依據(jù)不同煤化工工藝流程及二氧化硫的排放節(jié)點(diǎn)分析，硫磺回收裝置的尾氣排放與非正常情況下直排火炬是現(xiàn)代煤化工工藝過(guò)程中最主要的二氧化硫排放來(lái)源。目前，我國(guó)現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目采用的硫磺回收裝置多為克勞斯工藝或斯科特工藝，正常運(yùn)行情況下的回收率一般均在99%以上，凈化后的尾氣中二氧化硫含量很小;此外，近年新建大型煤化工項(xiàng)目的硫磺回收裝置一般均配套建有污染源在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，基本可以對(duì)其實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)控和管理。而非正常情況下直排火炬的二氧化硫濃度高，排放量大，應(yīng)當(dāng)成為未來(lái)煤化工行業(yè)主要大氣污染物控制管理的重點(diǎn)。針對(duì)企業(yè)和環(huán)境保護(hù)管理部門分別提出以下幾點(diǎn)建議:(1)企業(yè)應(yīng)當(dāng)通過(guò)提高工藝操作水平，提升環(huán)保設(shè)施運(yùn)行效率，減少事故時(shí)氣體直排火炬量。裝置停車時(shí)，最大程度的回收物料，減少排火炬的量;保證硫回收裝置與煤氣化或煤液化裝置同步運(yùn)行，最大程度的回收酸性氣體中的硫，減少酸性氣體排火炬;(2)國(guó)家應(yīng)盡快出臺(tái)煤化工行業(yè)主要大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及控制要求，嚴(yán)控非正常情況下的超標(biāo)排放，(3)建議對(duì)已建的大型煤化工項(xiàng)目開展調(diào)研，系統(tǒng)研究各種煤化工工藝過(guò)程中的硫轉(zhuǎn)化特點(diǎn)，確定硫平衡及二氧化硫排放系數(shù)，這是對(duì)煤化工污染源開展監(jiān)測(cè)管理和減排工作的關(guān)鍵。

作者：宋曉暉蔣春來(lái)單位：環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院