煤焦油中多环芳烃含量的化验与分析

煤焦油中多环芳烃含量的化验与分析

武艳

国家能源西来峰煤焦油厂化验室    内蒙古    乌海市    016000

摘要：煤焦油作为煤气化和焦化过程的副产品，是一种复杂的混合物，其中含有大量的多环芳烃（PAHs），PAHs是一类具有多环芳环结构的有机化合物，由两个以上的苯环通过共享一个或多个碳原子而形成，是煤焦油中的主要污染物，由于其具有强大的毒性和致癌性，PAHs的存在对环境和人类健康构成潜在威胁。本文分析了煤焦油中多环芳香烃含量化验分析的实际价值，并提出了煤焦油中多环芳烃含量的化验与分析的具体操作方法。

关键词：煤焦油；多环芳香烃；化验；分析

前言：随着工业化进程的加快和煤焦油的广泛应用，PAHs的排放量不断增加，导致环境污染问题日益严重。煤焦油生产企业、环境监测机构以及科学研究人员对煤焦油中PAHs含量的准确测定和分析变得愈发迫切。准确评估煤焦油中PAHs的含量，可以帮助监测环境质量、评估环境风险，为制定环境保护政策提供科学依据。

1 煤焦油生产过程中的污染机理

煤焦油生产过程中的污染机理涉及多种因素，主要包括煤的燃烧及加工过程中产生的废气、废水和固体废弃物。煤焦油生产过程中，煤的燃烧释放大量的废气，其中包括二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等有害气体，以及粉尘等固体颗粒物。这些气体和颗粒物不仅对空气质量构成污染，还可能导致酸雨的生成，对周围环境和生态系统造成危害。

一方面，煤焦油的生产过程中，挥发性有机化合物（VOCs）是一个主要的排放来源，对应的化合物在炼焦炉和煤气净化过程中释放，包括苯、甲苯、乙苯等有机溶剂和碳氢化合物。VOCs不仅对环境造成污染，还可能对人体健康造成危害，且是光化学烟雾的前体物质，对臭氧层破坏有一定贡献。另一方面，煤焦油生产过程中，废水主要来自冷却、净化、洗涤等工序。这些废水含有高浓度的悬浮固体、有机物和重金属等污染物，如果未经处理直接排放，会对地表水和地下水造成严重污染，影响水体生态系统的平衡。除此之外，煤焦油生产会产生大量的固体废弃物，包括煤渣、烟气灰等。这些固体废弃物若未得到妥善处理和处置，可能会导致土壤污染，影响土壤肥力和植被生长，甚至渗漏至地下水层造成二次污染。

2 煤焦油中多环芳烃的来源

煤焦油中多环芳烃（PAHs）的来源是多种复杂因素的综合作用，涉及煤炭的成分、燃烧过程、热解反应、污染控制以及后续处理等环节。

其一，煤炭是煤焦油的原料，其中含有大量的有机物质，包括多环芳烃前体物质。在煤焦油的加热和裂解过程中，这些有机物质会发生热解和转化，生成PAHs等有机化合物，煤炭的成分和性质对煤焦油中PAHs的含量和种类具有重要影响。其二，煤焦油是在高温条件下煤炭燃烧或热解的产物，其生产过程包括煤气化、焦化等多个阶段，每个阶段都可能产生不同种类和含量的PAHs。例如，在焦化过程中，煤焦油通过热解、裂解等反应产生，PAHs会随着煤焦油的生成而同时生成。其三，煤焦油的后续处理过程也可能导致PAHs的排放和生成。例如，煤焦油在储存、输送、加工等环节中可能受到温度、氧气、湿度等因素的影响，导致其中的有机化合物发生氧化、重排、裂解等反应，生成新的PAHs或增加原有PAHs的含量。

3 煤焦油中多环芳烃含量的化验与分析方法

3.1 萃取法

萃取法是一种常用于测定煤焦油中多环芳烃（PAHs）含量的有效方法，其操作方法相对简单而又具有较高的提取效率，在具体实施的过程中，需要进行样品的制备工作，将煤焦油样品精确称量并置于适量的萃取瓶中，并在样品中添加适量的萃取剂，常用的萃取剂包括二甲苯、正己烷等，能够有效提取PAHs，在密封好萃取瓶之后，进行充分的振荡或超声处理，以保证样品中的PAHs能够充分溶解到萃取剂中。

3.2 色谱法

色谱法是一种常用于测定煤焦油中多环芳烃（PAHs）含量的有效方法，主要包括气相色谱法（GC）和液相色谱法（HPLC），在进行色谱法分析之前，首先需要对样品进行适当的制备和前处理。对于气相色谱法，通常采用固相微萃取、溶剂萃取等方法将样品中的PAHs提取出来，然后通过旋转蒸发或氮气吹扫等手段将提取的PAHs浓缩至一定体积，对于液相色谱法，则需要将样品通过滤膜或固相萃取柱等装置进行预处理，去除样品中的杂质。

3.3 光谱法

光谱法主要包括紫外-可见吸收光谱法（UV-Vis）和荧光光谱法，在进行光谱法分析之前，首先需要对样品进行适当的制备和前处理，尤其是对于紫外-可见吸收光谱法，通常采用溶剂萃取或溶解样品直接进行分析，将样品溶液置于紫外-可见光谱仪中，通过测量样品在特定波长范围内吸光的强度来定量分析PAHs的含量。

4 煤焦油中降低多芳环烃的工艺优化

5.1 催化裂解

催化裂解是一种有效的工艺优化方法，用于降低煤焦油中多环芳烃（PAHs）的含量，该技术利用了催化剂的特性，促进了化学反应的进行，从而使PAHs分解为更简单、更容易处理的化合物，如低碳烃。催化裂解的关键在于选择合适的催化剂和优化反应条件。常用的催化剂包括氧化铝、硅铝酸、铝硅酸等，它们能够提供活性位点，并在裂解反应中发挥作用。此外，适当的温度和压力也是影响裂解效果的重要因素。通常，高温（600-800°C）和较高的压力有助于增加反应速率和提高裂解效率，催化裂解技术不仅可以降低PAHs的含量，还可以提高煤焦油的利用率，产生更多有用的中间产物。

5.2 炼焦废气优化

在炼焦过程中，大量的废气产生，其中包含大量的PAHs等有害物质。通过优化炼焦炉的操作参数和引入先进的废气处理技术，可以有效地减少PAHs的生成和排放。炼焦炉操作参数的优化包括控制炉内温度、压力和煤料投入速率，以及优化煤气冷却系统，减少PAHs的形成，可以引入高效的炼焦废气净化设备，电除尘器和湿式电除尘器可去除炼焦废气中的颗粒物，脱硫脱硝装置可去除气体中的硫氧化物和氮氧化物，喷淋塔可去除炼焦废气中的有机物。综合利用这些技术，不仅可以有效降低PAHs的排放，减少对环境的污染，也能提高煤焦油的生产效率和产品质量，实现炼焦生产过程的可持续发展。

结语：综上所述，萃取法、色谱法和光谱法等多种方法在煤焦油中多环芳烃（PAHs）含量化验与分析中的应用，上述方法各具特点，在不同情况下都能够提供准确可靠的分析结果。萃取法操作简便，适用于大批量样品的处理，但在提取效率和分离度方面可能稍显不足；色谱法具有较高的分辨率和灵敏度，能够精确地测定PAHs的含量，但需要较长的分析时间和专业的操作技术；光谱法操作简单，快速实现样品分析，但灵敏度相对较低，在选择合适的分析方法时，需要根据样品的特性、分析的目的和实验条件综合考虑，灵活运用不同的方法，并结合标准曲线法或内标法等定量分析方法，以获得准确可靠的煤焦油中PAHs含量数据。

参考文献：

[1] 张海容,郎建平,陈金娥.β-环糊精对燃煤焦油和烟气中多环芳烃的清除作用[J].应用化学, 2011, 28(3):3.

[2] 张秋民,黄杨柳,关珺,等.煤焦油沥青中致癌多环芳烃含量气相色谱法测定研究[J].大连理工大学学报, 2010.

[3] 曹嘉慧,申峻,王玉高,等.石油沥青与煤焦油沥青混溶反应前后可析出多环芳烃含量的变化[J].石油化工, 2019, 48(7):7.