石油炼制装置的加工能力通常为百万吨级，因此废气排放量大，污染物成分复杂、毒性强、种类多、排放集中，危害性甚大。排放的污染物质在距生产装置2千米处还可检出。例如，炼油厂催化裂化装置排出的再生烟气含粉尘、一氧化碳、氮氧化物和二氧化硫，由于排放高度一般在100米左右，污染物扩散范围较大。根据对胜利炼油厂催化裂化装置下风向500米处进行测试，二氧化硫浓度为0．15毫克/立方米，氮氧化物为0．079毫克/立方米，一氧化碳为0．211毫克/立方米。炼油厂添加剂生产装置间歇排放的含氯化氢气体，排放时在距装置200米处空气中氯化氢浓度为0．92毫克/立方米，附近的居民可以闻到令人不愉快的气味。
石油燃烧时会生成一种叫苯并芘的物质，很容易被大气中的飘尘吸附，通过呼吸进入人体，在肺泡和支气管壁上长期滞留，可诱发癌变。还有统计表明，城市大气中苯并芘的浓度每增加0．1微克/100立方米，则肺癌的死亡率将增加5％。在城市的工业区，苯并芘的污染水平较高，例如北京的重工业区，大气中苯并芘的浓度最高时可达11．45微克/100立方米，市区达4．70微克/100立方米，而在林木茂密没有工业污染的清洁区，苯并芘的浓度仅为0．24微克/100立方米。
由于石油炼制和化工行业排放的废气对空气污染有一定影响，因此各企业都很注意对废气的处理。2001年我国石油天然气开采和炼制行业通过燃烧工艺去除废气中的二氧化硫共40．4302万吨，去除工业烟尘112．92万吨，去除工业粉尘11．44万吨。其中石油炼制企业的脱硫设施的脱硫能力达到2453．4吨/小时，仅次于火力发电行业。
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