虽然石化业为我国经济发展贡献良多,但是其所带来的污染也相当可观.由於石化业的原料,产品与制程种类都相当繁杂,因此其所产生的空气污染物种类也非常多。以下将简单介绍石化业常见的空气污染物:
(一) 粒状污染物
粒状污染物的主要来源可概分为燃料燃烧,工业制程,废弃物燃烧,逸散性排放或经由气体的化学反应而形成.其种类可依其来源及形成机制概分为物理研磨及传播(微粒直径大都在10 m以上),燃烧灰烬(主要粒径范围为1~100m),同相核凝,异相核凝(粒状物直径介於0.05至1.0 m之间)及液滴挥发後残留不纯物(微粒直径约在0.05~20m之间)等.石化业中常用的锅炉一般是将燃料之燃烧热传至水产生蒸气之装置,故燃料性质会影响到锅炉设备之操作及其效率,且对燃烧後空气污染控制设备之选择及污染物排放特性有极大影响.锅炉之粒状物发生源可来自燃料燃烧,吹灰过程及操作逸散等,兹分别说明其排放特性:
(1) 燃料燃烧
燃料於燃烧过程中其所含之灰份,会影响粒状物产生量.另外燃料燃烧方式亦对粒状物之产生有相当影响,譬如固定床式锅炉,流经炉床之空气会使部份灰分浮起,而被燃烧空气带起後排出.除此之外,进流空气率,锅炉大小,炉床型式,燃烧室设计及燃烧效率等亦是影响排放之因素,不过燃料中之灰分含量为最明显之影响因素.在燃烧过程中产生的微粒大致可分为灰(ash)及烟灰(soot)二类,前者的产生主要来自燃料中所含之不可燃物质及无机成份;後者是燃料中之碳份经热解成小分子後,再起化学反应产生较大分子,最後累积成非常小的颗粒.换言之,在燃烧过程中所产生的粒状污染物可分为二类,其一为燃料中不可燃成分所形成的灰,其二为未充分燃烧之碳素所凝结而成的烟尘.燃料中的灰分越高或是燃烧不完全时,粒状污染物的排放量将亦随之增加.锅炉的燃料分别为气体,燃油,燃煤,木屑,蔗渣等,目前以燃油锅炉使用数量最为普通,约占总数量80%以上.燃油种类包括高级柴油,普通柴油,1~3号重油及4~6号重油等,其含灰份分别为0.01%,0.02%,0.01~0.02%及0.02~0.05%.
(2) 吹灰过程
在燃烧过程中燃料之某些固体,包括碳及无机灰份,常会附著在热交换之管壁表面.这些附著物必需被定期清除以避免阻碍热交换之进行.在燃烧设备操作的同时,一面用强气流或蒸气吹除去这些沉积物,所吹除的烟尘(即附著管壁沉积物)随气流排出.当操作烟尘吹除器时,喷出的气流或蒸气一面旋转,一面水平地移动而通过管表面.在吹灰过程(in-stroke),大部份粒状物被移除排出,结果烟囱排气中之浓度较非吹灰过程(out-stroke)时大许多,且瞬间粒状物浓度变化很大.除吹灰过程外,在锅炉起动时及开关控制的小型锅炉点火时,亦可看到粒状物之产生.
(3) 操作逸散
燃烧剩馀之灰烬及由烟道集尘设备所收集之粒状物进行装卸,堆置,运输等操作过程中,有可能扬起粉尘而造成空气污染.粉尘扬起的机制主要是微粒与空气摩擦而脱离,再藉其浮力及气流而扬起扩散.一般而言,摩擦可能由微粒受机械扰动而引起,如装卸,运输等操作;也可能由空气主动造成,如静置储堆的风蚀.当然,经常是两者同时发生而造成粉尘飞扬.
(二) 硫氧化物
硫氧化物的来源主要是来自於燃料燃烧和工业制程排放.由於石化制程中需要大量的能量和蒸气,因此多会自行设置锅炉或发电设施,因为各种燃料(燃煤,燃油或天然气等)中或多或少都含有机硫或无机硫,在燃烧的过程中这些硫份即会与氧气反应生成.煤的燃烧所产生SO2大约占全球SO2释放量的70%,通常煤的含硫量约为0.5~6%,石油为0.5~3%.硫氧化物(SOX)主要是指二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3),其中又以二氧化硫占比例最高,约占90%.二氧化硫是无色,有刺激性气味的气体,然而其在遭受污染的大气中易被氧化形成SO3,再与水分子结合生成硫酸分子;经过均相或非均相成核作用,形成硫酸气胶,并同时发生化学反应生成硫酸盐.硫酸和硫酸盐可形成硫酸烟雾和酸性降水,造成较大的危害.SO2被视为重要的大气污染物,主要在於它参与了硫酸烟雾和酸雨的形成.空气中三氧化硫的存在期很短(大约10-6 秒),产生後在10-6 秒内立刻和水蒸气反应形成硫酸.
(三) 氮氧化物
氮氧化物的来源主要也是来自於燃料燃烧和工业制程排放,燃烧时氮氧化物依其生成机构可分为热式氮氧化物(thermal NOX),燃料式氮氧化物(fuel NOX)及瞬间式氮氧化物(promptNOX)等三种,其中会随著燃烧温度的升高而增加,且其所产生的废气中NO和NO2的比例约为9:1~19:1.氮氧化物会形成7种不同的化合物,包括N2O,NO,NO2,NO3,N2O3,N2O4,N2O5等,然而只有NO及NO2是较重要的空气污染物,大气的NO及NO2的浓度一般以NOX浓度表示.在大气中只有N2O,NO,NO2及NO3能以较稳定的状态存在.而N2O为自然排放的氮氧化物,其在同温层化学物质中具重要性.这些滞留於大气中的氮氧化物,主要是会形成化学烟雾机构的中间物,因此对空气品质的影响就显得较重要.形成硝酸(HNO3)是大气中氮的重要沈降,而硝酸也是酸雨的主要成分之一.
(四) 挥发性有机污染物(Volatile Organic Compounds,VOCs)
一般所指之VOCs系在标准状态下(20°C, 760 mmHg),蒸气压大於0.1 mmHg以上的有机化合物.此外,在「挥发性有机物空气污染管制及排放标准」及「半导体制造业空气污染管制及排放标准」中对挥发性有机物定义为:系指有机化合物成份之总称.但不包括甲烷,一氧化碳,二氧化碳,碳酸,碳化物,碳酸盐,碳酸铵等化合物.大部份之VOCs具有高度之光化学反应能力,即在阳光下经由紫外线之照射,排放於大气中之VOCs很容易被氧化,而氧化所形成之游离基(Radicals),会再与大气中其他化学成份,例如NO等反应,形成高浓度之臭氧及其他过氧化物(如PAN等).
在所有之VOCs中,并非每一种VOC皆有相同之光化学臭氧形成潜势(Photochemical Ozone Creation Potential,POCP).美国环保署列举了11种不易参与光化学反应之化合物,扣除这11种化合物之外的VOCs,统称为反应性VOC,然而,由於一般环境空气品质中碳氢化合物之自动连续监测仪器,其监测项目只有总碳氢化合物(Total Hydrocarbon, THC),甲烷(Methane, CH4)及非甲烷碳氢化合物(Non-methane Hydrocarbon, NMHC),而THC为CH4及NMHC之和,其中NMHC并未再予以细分,故一般即将NMHC等同为VOCs.整体而言,广义之VOCs即指以气态方式存在於大气中之所有有机化合物;狭义言之则为扣除CH4及CFC等11种非光化反应性之有机化合物.其来源包括在炼油,石化等工业,各种氧化,蒸馏等单元程序与单元操作中的制程排放口与设备元件轴封处等,皆有可能逸散排放出化学反应状态中之VOC;或者在炼油厂,油库,加油站之贮槽,可能因日夜温差效应及进出料作用,而由呼吸阀逸散出大量的油品.此外,在加油站加油之同时,或车辆的油箱以及曲轴箱,亦有可能逸散出油品.
(五) 臭味物质
泛指可经人体嗅觉器官感知之某种气体,令人觉得厌恶,或足以影响人体健康者谓之臭味,其受主观因素影响甚大,至於是否构成「臭味」之程度,则恐有甚大争议.由於不同人员对气味之「认知」不同,感受程度亦有所不同,故欲予以明确分类亦有困难.根据「空气污染防制法施行细则」,所谓「恶臭物质」包括下列几项:
(1) 氨(NH3):刺激味 (2) 硫化氢(H2S):腐蛋味 (3) 硫化甲基((CH3)2S):腐洋白菜味或腐甘蓝菜味 (4) 硫醇类(RSH):依其化学组成不同,可能有令人不快之臭味,腐洋白菜味及大蒜味 (5) 甲基胺类:可分为下列三种 (A) ((CH3)NH2):鱼腥味 (B) ((CH3)2NH):鱼腥味 (C) ((CH3)3N):腐鱼腥味
看看上面出现的问题，想想自己是不是有了这样的病情？
要注意
虽然石化业为我国经济发展贡献良多,但是其所带来的污染也相当可观.由於石化业的原料,产品与制程种类都相当繁杂,因此其所产生的空气污染物种类也非常多。以下将简单介绍石化业常见的空气污染物:
(一) 粒状污染物
粒状污染物的主要来源可概分为燃料燃烧,工业制程,废弃物燃烧,逸散性排放或经由气体的化学反应而形成.其种类可依其来源及形成机制概分为物理研磨及传播(微粒直径大都在10 m以上),燃烧灰烬(主要粒径范围为1~100m),同相核凝,异相核凝(粒状物直径介於0.05至1.0 m之间)及液滴挥发後残留不纯物(微粒直径约在0.05~20m之间)等.石化业中常用的锅炉一般是将燃料之燃烧热传至水产生蒸气之装置,故燃料性质会影响到锅炉设备之操作及其效率,且对燃烧後空气污染控制设备之选择及污染物排放特性有极大影响.锅炉之粒状物发生源可来自燃料燃烧,吹灰过程及操作逸散等,兹分别说明其排放特性:
(1) 燃料燃烧
燃料於燃烧过程中其所含之灰份,会影响粒状物产生量.另外燃料燃烧方式亦对粒状物之产生有相当影响,譬如固定床式锅炉,流经炉床之空气会使部份灰分浮起,而被燃烧空气带起後排出.除此之外,进流空气率,锅炉大小,炉床型式,燃烧室设计及燃烧效率等亦是影响排放之因素,不过燃料中之灰分含量为最明显之影响因素.在燃烧过程中产生的微粒大致可分为灰(ash)及烟灰(soot)二类,前者的产生主要来自燃料中所含之不可燃物质及无机成份;後者是燃料中之碳份经热解成小分子後,再起化学反应产生较大分子,最後累积成非常小的颗粒.换言之,在燃烧过程中所产生的粒状污染物可分为二类,其一为燃料中不可燃成分所形成的灰,其二为未充分燃烧之碳素所凝结而成的烟尘.燃料中的灰分越高或是燃烧不完全时,粒状污染物的排放量将亦随之增加.锅炉的燃料分别为气体,燃油,燃煤,木屑,蔗渣等,目前以燃油锅炉使用数量最为普通,约占总数量80%以上.燃油种类包括高级柴油,普通柴油,1~3号重油及4~6号重油等,其含灰份分别为0.01%,0.02%,0.01~0.02%及0.02~0.05%.
(2) 吹灰过程
在燃烧过程中燃料之某些固体,包括碳及无机灰份,常会附著在热交换之管壁表面.这些附著物必需被定期清除以避免阻碍热交换之进行.在燃烧设备操作的同时,一面用强气流或蒸气吹除去这些沉积物,所吹除的烟尘(即附著管壁沉积物)随气流排出.当操作烟尘吹除器时,喷出的气流或蒸气一面旋转,一面水平地移动而通过管表面.在吹灰过程(in-stroke),大部份粒状物被移除排出,结果烟囱排气中之浓度较非吹灰过程(out-stroke)时大许多,且瞬间粒状物浓度变化很大.除吹灰过程外,在锅炉起动时及开关控制的小型锅炉点火时,亦可看到粒状物之产生.
(3) 操作逸散
燃烧剩馀之灰烬及由烟道集尘设备所收集之粒状物进行装卸,堆置,运输等操作过程中,有可能扬起粉尘而造成空气污染.粉尘扬起的机制主要是微粒与空气摩擦而脱离,再藉其浮力及气流而扬起扩散.一般而言,摩擦可能由微粒受机械扰动而引起,如装卸,运输等操作;也可能由空气主动造成,如静置储堆的风蚀.当然,经常是两者同时发生而造成粉尘飞扬.
(二) 硫氧化物
硫氧化物的来源主要是来自於燃料燃烧和工业制程排放.由於石化制程中需要大量的能量和蒸气,因此多会自行设置锅炉或发电设施,因为各种燃料(燃煤,燃油或天然气等)中或多或少都含有机硫或无机硫,在燃烧的过程中这些硫份即会与氧气反应生成.煤的燃烧所产生SO2大约占全球SO2释放量的70%,通常煤的含硫量约为0.5~6%,石油为0.5~3%.硫氧化物(SOX)主要是指二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3),其中又以二氧化硫占比例最高,约占90%.二氧化硫是无色,有刺激性气味的气体,然而其在遭受污染的大气中易被氧化形成SO3,再与水分子结合生成硫酸分子;经过均相或非均相成核作用,形成硫酸气胶,并同时发生化学反应生成硫酸盐.硫酸和硫酸盐可形成硫酸烟雾和酸性降水,造成较大的危害.SO2被视为重要的大气污染物,主要在於它参与了硫酸烟雾和酸雨的形成.空气中三氧化硫的存在期很短(大约10-6 秒),产生後在10-6 秒内立刻和水蒸气反应形成硫酸.
(三) 氮氧化物
氮氧化物的来源主要也是来自於燃料燃烧和工业制程排放,燃烧时氮氧化物依其生成机构可分为热式氮氧化物(thermal NOX),燃料式氮氧化物(fuel NOX)及瞬间式氮氧化物(promptNOX)等三种,其中会随著燃烧温度的升高而增加,且其所产生的废气中NO和NO2的比例约为9:1~19:1.氮氧化物会形成7种不同的化合物,包括N2O,NO,NO2,NO3,N2O3,N2O4,N2O5等,然而只有NO及NO2是较重要的空气污染物,大气的NO及NO2的浓度一般以NOX浓度表示.在大气中只有N2O,NO,NO2及NO3能以较稳定的状态存在.而N2O为自然排放的氮氧化物,其在同温层化学物质中具重要性.这些滞留於大气中的氮氧化
物,主要是会形成化学烟雾机构的中间物,因此对空气品质的影响就显得较重要.形成硝酸(HNO3)是大气中氮的重要沈降,而硝酸也是酸雨的主要成分之一.
(四) 挥发性有机污染物(Volatile Organic Compounds,VOCs)
一般所指之VOCs系在标准状态下(20°C, 760 mmHg),蒸气压大於0.1 mmHg以上的有机化合物.此外,在「挥发性有机物空气污染管制及排放标准」及「半导体制造业空气污染管制及排放标准」中对挥发性有机物定义为:系指有机化合物成份之总称.但不包括甲烷,一氧化碳,二氧化碳,碳酸,碳化物,碳酸盐,碳酸铵等化合物.大部份之VOCs具有高度之光化学反应能力,即在阳光下经由紫外线之照射,排放於大气中之VOCs很容易被氧化,而氧化所形成之游离基(Radicals),会再与大气中其他化学成份,例如NO等反应,形成高浓度之臭氧及其他过氧化物(如PAN等).
在所有之VOCs中,并非每一种VOC皆有相同之光化学臭氧形成潜势(Photochemical Ozone Creation Potential,POCP).美国环保署列举了11种不易参与光化学反应之化合物,扣除这11种化合物之外的VOCs,统称为反应性VOC,然而,由於一般环境空气品质中碳氢化合物之自动连续监测仪器,其监测项目只有总碳氢化合物(Total Hydrocarbon, THC),甲烷(Methane, CH4)及非甲烷碳氢化合物(Non-methane Hydrocarbon, NMHC),而THC为CH4及NMHC之和,其中NMHC并未再予以细分,故一般即将NMHC等同为VOCs.整体而言,广义之VOCs即指以气态方式存在於大气中之所有有机化合物;狭义言之则为扣除CH4及CFC等11种非光化反应性之有机化合物.其来源包括在炼油,石化等工业,各种氧化,蒸馏等单元程序与单元操作中的制程排放口与设备元件轴封处等,皆有可能逸散排放出化学反应状态中之VOC;或者在炼油厂,油库,加油站之贮槽,可能因日夜温差效应及进出料作用,而由呼吸阀逸散出大量的油品.此外,在加油站加油之同时,或车辆的油箱以及曲轴箱,亦有可能逸散出油品.
(五) 臭味物质
泛指可经人体嗅觉器官感知之某种气体,令人觉得厌恶,或足以影响人体健康者谓之臭味,其受主观因素影响甚大,至於是否构成「臭味」之程度,则恐有甚大争议.由於不同人员对气味之「认知」不同,感受程度亦有所不同,故欲予以明确分类亦有困难.根据「空气污染防制法施行细则」,所谓「恶臭物质」包括下列几项:
(1) 氨(NH3):刺激味
(2) 硫化氢(H2S):腐蛋味
(3) 硫化甲基((CH3)2S):腐洋白菜味或腐甘蓝菜味
(4) 硫醇类(RSH):依其化学组成不同,可能有令人不快之臭味,腐洋白菜味及大蒜味
(5) 甲基胺类:可分为下列三种
(A) ((CH3)NH2):鱼腥味
(B) ((CH3)2NH):鱼腥味
(C) ((CH3)3N):腐鱼腥味