焦油是煤氣生產(chǎn)過程中在高溫下產(chǎn)生的一種復(fù)雜的高分子聚合體。煤氣生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的焦油的一部分以極其微小的霧滴狀態(tài)懸浮于煤氣中，其霧滴粒徑為1～7μm。焦油霧會在后續(xù)的洗滌等煤氣凈化過程中被洗滌下來進入溶液或吸附于管道和設(shè)備上，造成溶液污染，產(chǎn)品質(zhì)量降低，設(shè)備及管道堵塞。為保證后續(xù)凈化系統(tǒng)的正常運行，在煤氣凈化工序的開始應(yīng)首先進行焦油霧的脫除。
1 電捕焦油器的安全操作要求
捕集煤氣中的焦油霧的設(shè)備有機捕焦油器和電捕焦油器，我國目前主要采用電捕焦油器捕集煤氣中的焦油霧。電捕焦油器按其沉淀極的結(jié)構(gòu)形式可分為管式、蜂窩式、同心圓式和板式等類型。電捕焦油器都是利用在高壓靜電的作用下產(chǎn)生正負極，使煤氣中的焦油霧在隨煤氣通過電捕焦油器時，由于受到電場的作用被捕集下來。由于煤氣為易燃易爆氣體，電捕焦油器必須保證安全操作。電捕焦油器由于電極間有電暈，可能發(fā)生火花放電現(xiàn)象。如果煤氣中混有氧氣，當煤氣與氧氣的混合比例達到爆炸極限時就會發(fā)生爆炸。
2 煤氣中的氧含量控制
煤氣中的氧氣主要來源于制造過程中設(shè)備及管道密封不嚴泄漏進入的空氣，或來自燃料氣化用氣化劑過剩或短路。人工煤氣在生產(chǎn)過程中，有時會有一定量的空氣進入煤氣中，為保證混入的空氣與煤氣混合后不達到爆炸極限，就應(yīng)控制煤氣中的氧氣含量。《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》(GB 50028—2006)規(guī)定，當干餾煤氣中氧體積分數(shù)大于1%時，電捕焦油器應(yīng)發(fā)出報警信號，當氧體積分數(shù)達到2%時，應(yīng)有能立即切斷電源的措施。《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》(GB 6222—2005)中也有此規(guī)定。這些規(guī)定都以煤氣中氧體積分數(shù)不得超過1%為界限，這一界限比較保守，實際生產(chǎn)過程中操作難度較大。
3 煤氣中的氧含量與爆炸極限的關(guān)系
不同煤氣的爆炸極限各不相同，各種人工煤氣的爆炸極限見表1。
表1 各種人工煤氣的爆炸極限 %
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名稱
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空氣中煤氣爆炸極限體積分數(shù))
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煤氣中空氣體積分數(shù)
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煤氣中氧氣體積分數(shù)
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上限
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下限
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爆炸上限時
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爆炸下限時
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爆炸上限時
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爆炸下限時
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焦爐煤氣
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35.8
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4.5
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64.2
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95.5
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13.5
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20.1
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直立爐煤氣
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40.9
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4.9
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59.1
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95.1
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12.4
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20.0
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發(fā)生爐煤氣
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67.5
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21.5
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32.5
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78.5
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6.8
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16.5
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水煤氣
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70.4
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6.2
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29.6
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93.8
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6.2
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19.7
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油制氣
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42.9
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4.7
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57.1
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95.3
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12.0
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20.0
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從表1可見，對于焦爐煤氣、油煤氣、直立爐煤氣，當達到煤氣的爆炸上限，煤氣中氧體積分數(shù)為12%～13.5%(即煤氣中空氣體積分數(shù)達60%左右)時才能形成爆炸性氣體。而正常生產(chǎn)情況下，煤氣中空氣量不可能達到如此高的程度，控制煤氣中氧體積分數(shù)低于1%的規(guī)定可以放寬。對于發(fā)生爐煤氣及水煤氣，當煤氣中空氣體積分數(shù)達到30%左右，即煤氣中氧體積分數(shù)達到6%以上時才能達到爆炸極限。以爆炸極限范圍最寬的水煤氣為例，如果控制煤氣中氧體積分數(shù)≤3%，相當于煤氣中空氣體積分數(shù)≤14.3%，這時距其爆炸上限(空氣體積分數(shù)為29.6%)還相當遠，還有相當大的緩沖空間。因此控制煤氣中氧體積分數(shù)≤3%安全，從爆炸極限角度分析可行。
4 建議
實際生產(chǎn)過程中控制煤氣中氧體積分數(shù)低于1%很難進行操作，許多企業(yè)采用氧體積分數(shù)≤1%時切斷電源的控制程序，經(jīng)常發(fā)生斷電停車，影響后續(xù)工段的正常生產(chǎn)。隨著工藝、設(shè)備及控制技術(shù)的發(fā)展，操作人員素質(zhì)的提高，相當一部分企業(yè)能夠控制煤氣中的氧體積分數(shù)≤1%，如上海的幾個煤氣廠、焦化廠，能夠控制電捕焦油器煤氣中氧體積分數(shù)≤1%。但國內(nèi)大部分相關(guān)企業(yè)都反映很難控制電捕焦油器煤氣中氧體積分數(shù)≤1%，大部分企業(yè)都控制在2%～4%。國內(nèi)外多年的實際生產(chǎn)運行，沒有因煤氣含氧量過高發(fā)生過電捕焦油器爆炸的情況。
從理論上分析及國內(nèi)外企業(yè)多年的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗看，控制電捕焦油器煤氣中氧體積分數(shù)≤3%可行。為滿足安全生產(chǎn)的要求，建議當煤氣中氧體積分數(shù)≥2%時自動報警，當煤氣中氧體積分數(shù)達到3%時應(yīng)切斷電源。
對于用于一氧化碳變換的低熱值煤氣，氧體積分數(shù)＞0.5%時應(yīng)進行自動報警，并控制煤氣中氧體積分數(shù)≤1%。這是由于采用鎳系催化劑對煤氣含氧量的要求。
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