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炼焦过程中多环芳烃(PAHs)排放特性研究

许国梁  
【摘要】:焦化行业在我国国民经济中占有重要的地位,但焦化生产过程也产生了大量污染物,而且是大量具有生理毒性的有机化合物如多环芳烃的主要来源之一。环境中多环芳烃类(PAHs)化合物具有强烈的致癌、致畸、致突变作用,对人们的生存环境和身体健康构成严重的危害,因而成为本课题研究的目标。 本文针对目前焦化工业的现状,选取了不同生产工艺条件下4座典型焦炉作为研究对象,其中选取4.3 m焦炉2座,分别为顶装焦炉和捣固焦炉,6m顶装焦炉以及3.2 m捣固焦炉各1座。在正常生产情况下,依据《大气污染物综合排放标准》,分别采集了经地面站除尘净化系统处理过的焦炉装煤和出焦过程烟气中的颗粒相样品。同时采集了焦炉顶颗粒相和气相样品。采集到的颗粒相样品以二氯甲烷为萃取剂经快速索氏萃取仪进行PAHs的萃取,气相样品经普通索氏萃取仪进行PAHs萃取。通过GC-MS进行了国际上优先控制的16种PAHs的定性定量分析。为了探讨影响焦炉生产过程PAHs的排放因素,对四座焦炉的炼焦用配煤首先进行了二氯甲烷萃取,以考察煤受热过程中可能随挥发份逸出的PAHs量,然后在实验室PY-GC-MS系统上进行了10℃/ms的升温速率快速热解和16种PAHs的生成规律研究。得到主要结论如下: 1.探明了四个焦化厂不同工序排放的16种PAHs在固相中的吸附量和分布特性,其中装煤工序为PAHs的主要排放源,其平均排放浓度为2.07μg/m3,16种PAHs中荧蒽的排放浓度最高。无论是顶装焦炉还是捣固焦炉,在装煤、出焦及焦炉顶部吨煤PAHs排放量均随焦炉容积增大而减少。相同容积焦炉中,捣固焦炉各工序PAHs排放量均大于顶装焦炉。 2.四个焦化厂炼焦入炉煤在实验室热解过程中PAHs生成的量无明显差别,但均远高于其煤中PAHs的抽提量,表明煤热解过程PAHs的主要来源为煤热解过程的化学反应。而四个焦化厂热解温度相同条件下排放量的较大区别应归结为操作因素。 3.四个焦化厂炼焦入炉煤可抽提的PAHs及热解排放的PAHs均以2-3环的萘、菲为主。四个厂装煤工序及出焦工序颗粒相中PAHs均以四环的荧蒽为主,焦炉顶排放的PAHs以五环的苯并[b]荧蒽,苯并[k]荧蒽为主,表明装煤和出焦过程挥发出的PAHs中2-3环萘、菲已排放到气相及装煤和出焦过程物料发生了不完全燃烧反应。 4.捣固炼焦入炉煤中小于3mm的煤粒含量比顶装煤中多15%以上,入炉时易吸附PAHs并飞向环境,是造成PAHs排放的原因。使用先进的除尘系统、采用干息焦工艺、焦炉大型化,提高焦炉各工序操作水平是减少焦化厂PAHs排放的有效措施。


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