石化行業(yè)燃石油焦廢氣中有機(jī)物的組分研究

鄭 浩，李 明

(1.天津市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，天津300191;2.新疆和田地區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，新疆和田848000)

1 引言

近年來，隨著我國(guó)原油需求量不斷增加和世界范圍內(nèi)原油的重質(zhì)化，使得原油精煉后渣油的產(chǎn)量大幅提高。延遲焦化是渣油深加工的主要工藝之一，由于適合中國(guó)國(guó)情，近幾年在國(guó)內(nèi)發(fā)展也很快［2］。石油焦是煉油工藝的副產(chǎn)品，與煤炭相比，其具有低灰分、低揮發(fā)分、高熱值以及高碳含量的特性。石油焦與不同煤階原煤的理化性質(zhì)如表1所示。

表1 不同煤階原煤和石油焦的理化性質(zhì)

石油焦中碳元素含量為90% ～97%，氫元素含量為2%～8%，此外還含有少量的硫、氮、氯和金屬等雜質(zhì)。石油焦的發(fā)熱量較高，其低位發(fā)熱量約為原煤的1.5～2倍，而灰分含量則較低，一般小于1%。石油焦的揮發(fā)分很低，一般介于8% ～12%，與無煙煤較接近。如果將石油焦用作燃料，則其揮發(fā)分的大小直接影響其著火性能。經(jīng)1300℃高溫煅燒后，石油焦會(huì)脫除其中部分的水分和揮發(fā)分，故又稱為熟焦［3，4］。高硫石油焦售價(jià)低，產(chǎn)量大，價(jià)格一般只有低硫焦的50% ～70%，通常的方法是利用高硫石油焦作為燃料，其比例達(dá)到50%以上。在高硫石油焦用于鍋爐燃料時(shí)，通常需要與煤混合使用，一則降低硫含量，二則利用煤較高的揮發(fā)分有利于燃燒［5］。

2 實(shí)驗(yàn)部分

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了解天津石化百萬(wàn)噸乙烯煉化一體化項(xiàng)目中配套的以石油焦和煤作為燃料的鍋爐中所用的石油焦的組分，和該種鍋爐在正常使用運(yùn)行中的工況情況。實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)部分:第一部分為定性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)分析燃燒廢氣中的有機(jī)物組分種類;第二部分為定量實(shí)驗(yàn)，根據(jù)第一次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果確定有機(jī)物種類，從而準(zhǔn)確確定該種鍋爐在正常工況下燃燒后產(chǎn)生的廢氣中有機(jī)物的成分。本方法使用固體吸附－熱脫附氣相色譜－質(zhì)譜法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析，根據(jù)需要選擇內(nèi)徑0.25、0.32、0.53 mm的30～50 m的100%的甲基聚硅氧烷毛細(xì)柱(DB－1)和5%苯基95%的甲基聚硅氧烷毛細(xì)柱(DB－5)所建立的色譜條件必須能使苯和四氯化碳達(dá)到基線分離。

3 結(jié)果與討論

由于以石油焦和煤作為燃料的鍋爐在正常工況下燃燒后產(chǎn)生的廢氣中有機(jī)物的成分目前沒有相關(guān)的研究結(jié)果，因此第一次實(shí)驗(yàn)分析主要是通過現(xiàn)場(chǎng)采集樣品和實(shí)驗(yàn)室分析相結(jié)合的方式定性給出廢氣中有機(jī)物的情況。第一次實(shí)驗(yàn)連續(xù)測(cè)定的12個(gè)樣品，通過實(shí)驗(yàn)室分析，以石油焦和煤作為燃料的鍋爐廢氣中有機(jī)物的成分主要有丙酮、正己烷、乙酸乙酯、異丁醇、對(duì)間二甲苯、苯乙烯、鄰二甲苯、苯甲醛、對(duì)二氯苯、十一烷、甲酸、1，2－二氯乙烷、乙酸丁酯等共13種有機(jī)物質(zhì)。通過第一次實(shí)驗(yàn)定性分析的物質(zhì)組分情況，隨后又進(jìn)行了第二次定量分析實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中鍋爐正常運(yùn)行，鍋爐負(fù)荷大于75%。實(shí)驗(yàn)采樣時(shí)間為每樣60 min，采樣流量為1L/min，共采集12組樣品，分析結(jié)果見表2。

第二次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了以石油焦和煤作為燃料的鍋爐在正常工況下燃燒后產(chǎn)生有機(jī)廢氣的定量實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)丙酮、正己烷、乙酸乙酯、異丁醇、對(duì)間二甲苯、苯乙烯、鄰二甲苯、苯甲醛、對(duì)二氯苯、十一烷共10種物質(zhì)進(jìn)行了定量分析。其中，對(duì)二氯苯的含量為27.7～50.8 μg/m3，在幾種物質(zhì)中含量最高;十一烷含量?jī)H低于二氯苯，在19.0～26.8 μg/m3之間;其余幾種物質(zhì)的含量在0.29 ～5.33 μg/m3，分別為:丙酮為2.14 ～5.33 μg/m3，正己烷為 0.55 ～1.40 μg/m3，乙酸乙酯為 0.34 ～0.74 μg/m3，異丁醇為0.76 ～1.97 μg/m3，對(duì)間二甲苯為3.48 ～4.79 μg/m3，苯乙烯為 1.85 ～4.24 μg/m3，鄰二甲苯為1.42～4.08 μg/m3，苯甲醛為0.29～4.51 μg/m3。

表2 石油焦組分定量分析結(jié)果 μg/m3)

通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試的幾種有機(jī)物如果釋放到環(huán)境中均具有不同程度的危害性，因此嚴(yán)格控制石油焦燃燒廢氣中有機(jī)污染物的含量是當(dāng)前要面臨的重點(diǎn)問題。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)石油焦和煤作為燃料鍋爐的燃燒廢氣進(jìn)行有機(jī)物組分分析實(shí)驗(yàn)，得到在有機(jī)廢氣中含有包括丙酮、正己烷、乙酸乙酯、異丁醇、對(duì)間二甲苯、苯乙烯、鄰二甲苯、苯甲醛、對(duì)二氯苯、十一烷、甲酸、1，2－二氯乙烷、乙酸丁酯等共13種有機(jī)物質(zhì)。由于本次課題只對(duì)該種鍋爐廢氣中的氣態(tài)有機(jī)成分進(jìn)行了定性分析，而沒有對(duì)廢氣中顆粒狀的成分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，所以實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果存在片面性，沒有涵蓋出廢氣中所有有機(jī)成分。由于目前我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)及分析方法還不能完全滿足該種鍋爐廢氣中顆粒狀的有機(jī)成分分析的相關(guān)要求，隨著監(jiān)測(cè)及分析方法的完善，建議對(duì)該種鍋爐廢氣中顆粒狀的成分進(jìn)行進(jìn)一步分析研究。隨著分析實(shí)驗(yàn)成果的完善，建議今后對(duì)該種鍋爐適當(dāng)增加有機(jī)物的標(biāo)準(zhǔn)限值，對(duì)該種鍋爐有機(jī)物的排放加以控制。

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